基于驾驶员工作负荷的高原公路线形安全性研究

This project aims to apply knowledge of psycho-physiological principles, and the theories and research results on road safety, mainly study the impacts of low oxygen and road alignment on driving workload and its impact on traffic safety. First of all, summarize relevant research in the early, select the physiological indexes that representing drivers’ workload under high altitude hypoxia environment. Secondly, through field tests at different altitudes and road alignment on plateau highway, collecting useful data of psycho-physiological changes. Then, by compare with the existing evaluation model and method, study the evaluation model and its standard that suitable for plateau highways. On this basis, discuss the reasonability of alignment; provide recommendation values based on drivers’ workload for key alignment parameters of plateau highway. Through this study, with a view to further refine and enrich the theory of highway alignment design, reduce drivers’ workload, enhancing driving comfort and safety.and provide the scientific basis for improving traffic safety and driving comfort on plateau highway.

本项目拟应用心理生理学原理、知识，道路安全理论及其研究成果，就高原低氧条件下驾驶工作负荷与道路线形关系及其对行车安全的影响进行专题研究。首先，汇总前期相关研究积累，就高原低氧环境下影响驾驶负荷的心生理指标，以及影响驾驶负荷及行车安全的典型线形进行分析筛选。其次，通过在高原公路上的实地行车试验，实时采集驾驶员在不同海拔和道路线形条件下的心生理变化数据。然后，分析不同海拔与道路线形条件影响下驾驶员工作负荷的变化规律，建立相关模型；对照已有的评价模型和方法，构造考虑高原低氧环境因素的道路线形安全性评价模型及其标准。在此基础上，提出基于驾驶负荷和行车安全的高原公路线形设计关键参数建议值。通过此项研究，以期能够进一步完善和丰富公路线形设计理论，改善高原山区公路的路用性，减轻驾驶员的工作负荷，增强行车舒适性和安全性。

为了探讨高原低氧条件下驾驶工作负荷与道路线形关系及其对行车安全的影响，通过高原公路驾驶员主观感受及驾驶适宜性调查结果，以心率增长率、心率变异性、脑电特性、肌电性作为评价指标，海拔、平面线形、纵断面线形以及线形组合值作为典型线性参数。采用驾驶适宜性检测仪器，在高原公路沿线选定的测试点，针对过往驾驶员进行现场测试。研究结果显示：1)随着海拔高度的增加驾驶员的感知判断操作和生心理特性都会出现不利于安全驾驶的变化趋势，海拔高于4200m以上的路段的平曲线半径需要比规范更大，两同向曲线间直线长度需要更长，凹凸竖曲线半径都需要增大；海拔4900m以上的路段两反向曲线间直线长度需要适当增大；变坡点坡差不应大于4.6%；2)高程、平曲线半径、竖曲线半径以及线形组合值的变化都会对驾驶员驾驶负荷的产生影响，其中高程的影响最为显著，使用快速聚类分析的方法，确定不同高程与线形值下的驾驶负荷范围；3）在高原公路纵坡路段，随着坡度、坡长的增加，驾驶员精神负荷也显著增加；驾驶员受到外界环境的影响，雪雾天气下驾驶员精神负荷明显大于晴朗天气的精神负荷；雪雾天气驾驶员精神负荷水平整体高于晴天天气精神负荷水平；相对于晴天天气，雪雾天气驾驶员精神负荷一直保持在较高水平。通过精神负荷对比得出，雪雾天气驾驶员的负荷程度约为晴天天气驾驶员负荷程度的1.9倍，多因素精神负荷评价指标比单因素精神负荷评价指标的精度更好，灵敏度更高，且可靠性更强。基于驾驶负荷的高原公路线形安全性综合评价研究结果表明：将安全风险等级分为I级、II级、III级（等级越高，风险越大），相对应的驾驶员心理状态分别为舒适感、紧张感、恐惧感，驾驶员精神负荷越大，驾驶员越紧张，安全风险等级越高，越不利于行车安全；随着行车时间的增长，驾驶员脑力负荷增加、疲劳加重，在高原公路连续纵坡段行车时连续行车时间超过120min时，驾驶员精神状态处于瞌睡状态，不宜继续行车。