基于多源参数逆向解构的复杂构型立交危险驾驶模式辨识与防控机理研究

An increasing number of complex interchanges are constructed as more and more super-cities, mega-cities and mountain cities arise, which leads to difficulties in direction identification, error, going the wrong way and crashes. Existing studies use difficulty of design/construction and engineering structures to identify weather an interchange is complex, that the problem of “an interchange with complex structure is also complicated for the driver?” is not yet clear. Firstly, the research introduces the features of vehicle maneuverability and driving state parameters, combined with traditional methods such as subjective evaluation and physiological signals, measuring driving load of each region of an interchange from multiple perspectives. According to association between driver workload and complexity driving task, quantitative model of interchange complexity taking configuration type and design parameters as independent variables is developed from driver’s perspective, which can be used to determine the complexity of an given interchange. Secondly, the research deconstruct the typical patterns of driving behavior using fuzzy clustering analysis, analyzes the existence conditions of each driving pattern, and thus build the pedigree of driving patterns for complex interchanges. Thirdly, identify dangerous driving behavior based on margin of driving safety and workload levels, study online recognition method and guidance strategy for dangerous driving behavior. This research will provide a quantitative method for workload analysis and complexity assessment of interchanges to reduce design defects, prevent and guide the dangerous driving behavior, increase the coordination between complex interchange - driver - vehicle, and thus making it more safety, more comfortable, and more easy.

复杂立交随着特大、超大城市以及山地城市数量的增加而与日俱增，其导致行驶困难、误行、事故的问题一直十分突出，现有研究多是从工程结构和施工设计难度来认定复杂立交，以至于“工程结构复杂的互通立交对于驾驶人是不是也是复杂的？”这一问题目前仍未明晰。本项目引入操作特征和汽车运行状态参数，结合传统的主观评定和生理测定手段，从多角度量测立交各区域的驾驶负荷，依据驾驶负荷与驾驶任务复杂性之间的关联性，构造基于驾驶人视角的、以立交构型及其构成要素为自变量的复杂度量模型，实现复杂立交的判定；通过模糊聚类逆向解构出典型驾驶行为模式,研究其存在条件，构建复杂立交驾驶行为谱系；依据安全边际和驾驶负荷水平识别出危险驾驶行为，研究在线识别和引导策略。研究成果可为互通立交的驾驶负荷分析和复杂度评定提供量化方法，减少缺陷性设计，有效预防和引导危险驾驶行为，提高复杂立交-驾驶人-车辆的协调性，使其运行更安全、更舒适、更便捷。

互通立交是高速公路、城市快速路和跨江道路的重要组成部分，也一直是事故高发区段。近年来，立交结构愈加复杂。那么，立交区域的事故是什么因素导致，是否与复杂结构相关，车辆在复杂立交桥上处于什么样的运行状态，事故多发的互通立交是否存在设计缺陷，在运营阶段该如何管控来改进交通安全，本项目围绕这些问题开展研究，并取得了如下成果：.（1）复杂立交车辆运行参数和驾驶参数集。针对复杂立交结构研究了多源数据采集方法，在13座互通立交上开展了110余位被试的实车驾驶实验，采集了车辆运行参数、操纵参数和驾驶员生理参数，形成了互通立交车辆运行参数和驾驶行为数据集。获取了33座立交的事故数据。.（2）典型立交的车辆运行特征和驾驶模式谱。获得了典型立交匝道、交织区以及出入口的速度、横向（纵向）加速度、驾驶操纵和轨迹分布，并对其进行了模式识别和划分；确定了互通出入口的驾驶过程、细分阶段和操纵贯序。分析了驾驶人因素对速度选择行为、横向加速度和轨迹行为的影响。.（3）复杂立交驾驶人精神负荷和驾驶舒适性。根据心电信号数据分析了复杂立交匝道和交织区的驾驶员精神状态，确定了容易导致驾驶员精神紧张的部位；分析了出入口类型、交通量、车辆运动状态、驾驶员因素对精神负荷的影响。基于加速度数据分析了立交匝道的行驶舒适性，通过虚拟行驶仿真明确了保持立交匝道行驶舒适性的临界运行条件。.（4）复杂立交危险驾驶行为识别方法。基于实测数据分析了匝道超速行为以及速度离散性；对立交出入口的速度控制行为进行了阶段划分，基于驾驶行为的差异性，分析了车辆在立交出入口的冲突情况和安全风险；基于实时采集的横向/纵向加速度，建立了一种互通立交危险驾驶行为在线识别方法。.（5）事故多发立交的形成机制与改进措施。研究了喇叭口立交、苜蓿叶型立交、三岔型立交等立交的事故致因，并从几何线形设计、交通安全设施配置、行车诱导与速度管理等方面提出了安全提升措施。