草原公路线形对驾驶员疲劳的影响研究

公路线形是公路交通人机环境系统的重要组成部分，草原公路一般具有纵坡度小、曲线半径大、长直线多、线形变化小和景观单一等特点。驾驶员在草原公路行车时的操作转换频率低，所受到的环境刺激少，不合理的安静状态和单调感易使驾驶员产生心理与生理疲劳，严重威胁行车安全。目前国内外缺少草原公路线形对驾驶员疲劳影响的研究。本项目针对草原公路线形特性，以驾驶员心理与生理反应为基础，运用生理实验研究方法，结合驾驶员自觉疲劳症状调查等主观与心理评价方法，通过对驾驶员行车时的多种生理信息数据采集和分析，深入的研究了公路线形对驾驶员心理与生理疲劳的影响机理。在此基础上，建立草原公路线形对驾驶员心理与生理疲劳的影响模型，构建基于驾驶员心理与生理反应的草原公路线形设计的原则和方法。该研究对丰富和完善我国公路线形设计理论、改善和优化草原公路线形组合、提高草原公路的路用性能、减轻驾驶员疲劳和增强行车安全等都有着较强的现实意义。

草原公路特殊的线形使驾驶员在行车时所受到的刺激少、操作转换频率低，从而易产生心理与生理疲劳，严重威胁行车安全。本项目按照基金申请书以及计划书的计划深入研究了公路线形对驾驶员心理与生理疲劳的影响，取得成果包括：目前内蒙古地区草原公路线形的确定缺乏人机工程学的依据。在心电方面，使用频域分析和灰色关联分析的方法，研究驾驶员的HFnorm和LH/HF与公路曲线的关系；基于心率变异非线性分析方法，得出草原公路环境下驾驶员的关联维数变化显著并与驾驶时间呈现较强负相关性，建立了二者回归模型；结合动态与静态测量指标差异性检验，得出在草原公路连续驾驶30min后，驾驶员会出现交感神经活性降低；110min之后，驾驶员自主神经系统复杂性显著降低，适应外界环境变化的调节能力显著下降；分别建立了纵坡上坡、下坡路段驾驶员心率增量和坡度的相关模型，平面曲线路段驾驶员心率增量和曲线半径的相关模型，曲线组合路段驾驶员心率增量和弯坡度的相关模型。在脑电方面，得到脑电β波以及算法 (θ+α)/β、θ/β较适合评价草原公路驾驶员疲劳；在草原公路150分钟的驾驶过程中，在90-110min这个时间段内疲劳趋势尤为明显。在肌电方面，使用时域分析与频域分析相结合的方法研究了驾驶员腰部竖棘肌的IEMG和MPF，颈部胸锁乳突肌的 IEMG与MF，肩部斜方肌的MPF指标的变化特征，结果均表明驾驶员长时间在单调环境下驾驶更容易产生肌肉疲劳。在眼动方面，获得了与草原公路线形相关性较高的视觉特性指标,建立直线段长度与驾驶员瞳孔直径之间的关系模型，提出了适合驾驶员视觉特性需求的最佳线形组合。运用统计学知识，建立了草原公路线形对驾驶员行车心理与生理疲劳影响的多元回归模型。该系列成果对于草原公路上驾驶员行车疲劳的预测和评价具有重要的意义和作用。