技术领域
[0001] 本
发明涉及安全评价方法，具体涉及基于驾驶舒适性的双车道公路交通安全评价方法。
背景技术
[0002] 目前，应用检测人体各种生理
电流变化来研究道路交通问题的报导不多；用医学、心生理学方面的相关仪器和方法来研究道路线形和交通安全的事例就更少。虽然韩国学者Chung和Chang等人应用脑电仪对道路的直线长度和交叉口的进口道进行很好了的研究，也获得了满意的研究成果，但这些研究毕竟是局部的，罕见对公路线形设计进行实用性研究的报导。
[0003]
发明人乔建刚在《基于驾驶员因素的山区双车道公路关键参数研究》一文中详细分析了平曲线、纵坡、弯坡等线形对驾驶员心率的影响，并建立了相应的数学模型，接着从人-车-路-环境方面，建立驾驶员舒适性的协同振荡模型，通过心率变化来判断所测路段的安全性，其不足之处在于没有定量计算出环境因素对驾驶员心率变化率的影响,因此，该模型的准确性相对较低，不能准确地确定驾驶员心率的变化率。
发明内容
[0004] 针对
现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是：提供一种基于驾驶舒适性的双车道公路交通安全评价方法。该方法以现有技术中的驾驶员舒适性的协同振荡模型为
基础，根据人、车、路、环境四个因素对驾驶员心率变化率的综合影响，进一步优化，得到双车道协同振荡模型。该模型以驾驶员心率变化率为基准，利用驾驶模拟舱分析了不同驾驶员行驶在不同的环境条件下的心率变化率，充分考虑环境因素对驾驶员心率变化率的影响，进而得出环境因素与驾驶员心率变化率的定量关系，准确性更高。
[0005] 本发明解决所述技术问题所采取的技术方案是：提供一种基于驾驶舒适性的双车道公路交通安全评价方法，该方法的具体步骤是：
[0006] (1)收集试验数据收集所评估路段的道路线形数据，包括反向平曲线之间直线长度、平曲线半径、坡度、坡长，所评估路段的设计速度为40km/h，年平均日交通量不高于6000pcu/d；所评估路段为多种线形元素组合路段，所评估路段包括平曲线路段、反向平曲线路段、纵坡路段和弯坡路段；目测试验时的能见度；利用摆式仪测定路面摩擦因数；使用GPS实时记录试验车的行车速度及速度变化情况；
[0007] (2)建立环境因素与驾驶员心率的关系采用MultiGen-Creator
软件建模，并导入到驾驶模拟舱的
操作系统，分别设定了不同的能见度和路面摩擦因数，通过驾驶模拟舱的仿真实验得到了驾驶员心率变化数据，应用SPSS软件分析实验数据，得到环境因素与驾驶员心率的定量关系式：
[0008] ∑N4(μ,D,k)＝k(-10.313μ-0.032D+22.678)，且0.1≤μ≤0.8,D≤250，[0009] 式中，μ-路面摩擦因数，正常干燥
沥青路面的
摩擦系数为0.8，雨天路面摩擦系数降为0.4，
雪天路面的摩擦系数为0.28，结
冰路面的摩擦系数为0.1；D-能见度(m)；k-横向干扰系数3.58-4.15，根据横向干扰
密度，取值由小到大；
[0010] (3)建立双车道协同振荡模型将步骤(2)得到的环境因素与驾驶员心率的定量关系式并入现有技术中的协同振荡模型中，进一步得到优化的双车道协同振荡模型，该模型中选取驾驶员心理承受指标为定值，取值为30％，即
[0011] F(N)＝K1N1-[K2N2(Δν)+K3∑N3(L1,L2,r,I,ν)+K4∑N4(μ,D,k)][0012] 其中,N2＝|1.005|Δν|-4.690|；∑N3(L1,L2,r,I,ν)＝N31+N32+N33+N34+N35；
[0013] 当路段为平曲线时，N33＝N34＝N35＝0；当路段为纵坡时，N31＝N32＝N35＝0；当路段为弯坡时，N31＝N32＝N33＝N34＝0；
[0014] 其中，所评估路段为平曲线路段时，且平曲线半径为20-700m，坡度I＝-2.5％-+2.5％，心率变化率与平曲线半径和行车速度的关系式是：
[0015] N31＝-11.565ln(r)-0.03565ν+96.523；
[0016] 所评估路段为反向平曲线路段时，且反向平曲线之间的直线长度为10-350m，坡度I＝-2.5％-+2.5％，心率变化率与反向平曲线之间的直线长度和行车速度的关系式为：
[0017] N32＝-10.929ln(L1)-0.27ν+90.093；
[0018] 所评估路段为纵坡路段时，坡度I﹥2.5％时，上坡时驾驶员心率变化率与坡度的关系为：
[0019] N33＝1.139I+0.581ν+2.730；
[0020] 下坡时驾驶员心率变化率与坡度的关系为：
[0021] N34＝-0.665I+0.336ν+0.011L2+9.427；
[0022] 所评估路段为弯坡路段时，且平曲线半径为60-600m，坡度I＝2.5％-6.5％的下坡路，弯坡路段引起的心率变化率为：
[0023] N35＝15.796ln(I)-2.448ln(r)+0.408ν+4.156；
[0024] 式中：K1N1为驾驶员心理承受指标；
[0025] [K2N2(Δν)+K3∑N3(L1,L2,r,I,ν)+K4∑N4(μ,D,k)]为交通因子刺激函数，K2-速度影响系数，取值范围为0.110-0.143；K3-道路综合系数，取值范围为0.823-1.070；K4-环境影响系数，取值范围为0.067-0.087；N2-速度变化引起的心率变化率(％)；N3-道路线形变化引起的心率变化率(％)；N4-环境变化引起的心率变化率(％)；r-平曲线半径(m)；Δν-行车速度与设计速度的差值(km/h)；L1-反向平曲线之间直线的长度(m)；L2-坡长(m)；I-坡度(％)；
[0026] (4)将步骤(1)中的试验数据带入步骤(3)中的模型，得到评价结果，即[0027] F(N)>0时是安全的；
[0029] F(N)<0时不安全的。
[0030] 与现有技术相比，本发明对现有的协同振荡模型进行优化设计，充分考虑了环境因素对驾驶员心率变化率影响，
选定驾驶员心理承受指标K1N1为驾驶员舒适性
阈值，取定值为30％，对模型进行优化，使得到的双车道协同振荡模型，通过将所采集的试验数据直接带入，就能直接得到道路是否安全的评价结果，且试验结果表明，应用本模型计算的结果与实际事故数一致，说明本模型能对现有双车道能够准确做出安全性评价，且评价结果可信度高，减少了双车道公路上的交通事故的数量，并增强了双车道公路的行车舒适性，同时为道路设计提供了依据。
附图说明
[0031] 图1为本发明基于驾驶舒适性的双车道公路交通安全评价方法与现有技术交通因子刺激函数、交通事故数的对比图。
具体实施方式
[0032] 本发明基于驾驶舒适性的双车道公路交通安全评价方法(简称方法)的具体步骤是：
[0033] (1)收集试验数据 收集所评估路段的道路线形数据，包括反向平曲线之间直线长度、平曲线半径、坡度、坡长，所评估路段应符合《公路设计规范》，设计速度为40km/h，年平均日交通量不高于6000pcu/d；所评估路段为多种线形元素组合路段，所评估路段包括平曲线路段、反向平曲线路段、纵坡路段和弯坡路段；所述多种线形元素包括顺直、平曲线、纵坡、弯坡和反向平曲线；目测试验时的能见度；利用摆式仪测定路面摩擦因数；使用GPS实时记录试验车的行车速度及速度变化情况；
[0034] (2)建立环境因素与驾驶员心率的关系 设计速度为40km/h，交通条件为自由流状态，采用MultiGen-Creator软件建模，并导入到驾驶模拟舱的操作系统，分别设定了不同的能见度和路面摩擦因数，通过驾驶模拟舱的仿真实验得到了驾驶员心率变化数据，应用SPSS软件分析实验数据，得到环境因素与驾驶员心率的定量关系式：
[0035] ∑N4(μ,D,k)＝k(-10.313μ-0.032D+22.678)，且0.1≤μ≤0.8,D≤250，[0036] 式中，μ-路面摩擦因数，正常干燥沥青路面的摩擦系数为0.8，雨天路面摩擦系数降为0.4，雪天路面的摩擦系数为0.28，结冰路面的摩擦系数为0.1；D-能见度(m)；k-横向干扰系数3.58-4.15，根据横向干扰密度，取值由小到大，即k在3.58-4.15范围内，随横向干扰密度的变化而变化，当道路上行驶的机动车、非机动车等对参考车辆的行驶速度无影响时，横向干扰密度较小，k取较小值3.58；如果道路上行驶的机动车、非机动车等已严重影响参考车辆的自由行驶速度，致使速度有明显的降低，横向干扰密度较大，则k取较大值；
[0037] (3)建立双车道协同振荡模型 将步骤(2)得到的环境因素与驾驶员心率的定量关系式并入现有技术中的协同振荡模型中，进一步得到优化的双车道协同振荡模型，该模型中选取驾驶员心理承受指标为定值，取值为30％，即
[0038] F(N)＝K1N1-[K2N2(Δν)+K3∑N3(L1,L2,r,I,ν)+K4∑N4(μ,D,k)][0039] 其中，N2＝|1.005|Δν|-4.690|；∑N3(L1,L2,r,I,ν)＝N31+N32+N33+N34+N35[0040] 当路段为平曲线时，N33＝N34＝N35＝0；当路段为纵坡时，N31＝N32＝N35＝0；当路段为弯坡时，N31＝N32＝N33＝N34＝0；
[0041] 其中，所评估路段为平曲线路段时，且平曲线半径为20-700m，坡度I＝-2.5％-+2.5％，心率变化率与平曲线半径和行车速度的关系式是：
[0042] N31＝-11.565ln(r)-0.03565ν+96.523；
[0043] 所评估路段为反向平曲线路段时，且反向平曲线之间的直线长度为10-350m，坡度I＝-2.5％-+2.5％，心率变化率与反向平曲线之间的直线长度和行车速度的关系式为：
[0044] N32＝-10.929ln(L1)-0.27ν+90.093；
[0045] 所评估路段为纵坡路段时，坡度I﹥2.5％时，上坡时驾驶员心率变化率与坡度的关系为：
[0046] N33＝1.139I+0.581ν+2.730；
[0047] 下坡时驾驶员心率变化率与坡度的关系为：
[0048] N34＝-0.665I+0.336ν+0.011L2+9.427；
[0049] 所评估路段为弯坡路段时，且平曲线半径为60-600m，坡度I＝2.5％-6.5％的下坡路，弯坡路段引起的心率变化率为：
[0050] N35＝15.796ln(I)-2.448ln(r)+0.408ν+4.156；
[0051] 式中：K1N1为驾驶员心理承受指标；
[0052] [K2N2(Δν)+K3∑N3(L1,L2,r,I,ν)+K4∑N4(μ,D,k)]为交通因子刺激函数；K2-速度影响系数，由于速度是影响安全事故的主要因素，而且自由流速度与设计车速之间相差11km/h，而且最大速度与设计车速之间相差25km/h，新车、旧车，大、小车辆速度也不同(在试验中已经考虑了车型)，速度影响系数新车取小值、旧车取大值，取值范围为0.110-
0.143；
[0053] K3-道路综合系数，
水泥、沥青、砂石路面的道路综合系数依次增大，取值范围为0.823-1.070；
[0054] K4-环境影响系数，环境在行车过程中，随着时间或里程的变化，视距、横向干扰、
气候、高程等在不断的变化，取值范围为0.067-0.087；
[0055] N2-速度变化引起的心率变化率(％)；N3-道路线形变化引起的心率变化率(％)，N31为平曲线路段引起的心率变化率，N32为反向平曲线路段引起的心率变化率，N33为纵坡上坡路段引起的心率变化率，N34为纵坡下坡路段引起的心率变化率，N35为弯坡路段引起的心率变化率；N4-环境变化引起的心率变化率(％)；r-平曲线半径(m)；Δν-行车速度与设计速度的差值(km/h)；L1-反向平曲线之间直线的长度(m)；L2-坡长(m)；I-坡度(％)；
[0056] (4)将步骤(1)中的试验数据带入步骤(3)中的模型，得到评价结果，即[0057] F(N)>0时是安全的；
[0058] F(N)＝0时是临界点；
[0059] F(N)<0时不安全的。
[0060] 本发明在坡度为I＝2.5％-6.5％时的弯坡路段，分别对上坡路和下坡路的曲线、纵坡
汽车运行特性、驾驶员的心生理反应进行分析，发现下坡时驾驶员的心生理反应比上坡时的反应剧烈的多，且发生在弯坡事故多是下坡路时，因此本发明以双车道公路弯下坡路段上各交通因子对驾驶员行车的心生理反应进行研究。
[0061] 本发明方法在得到环境因素与驾驶员心率变化率的关系时，选取某双车道公路其中的一段，设计速度为40km/h，交通条件为自由流状态，实验中，选定实验车辆为小客车、大货车、中型客车；采用MultiGen-Creator软件建模，并导入到驾驶模拟舱的操作系统，分别设定了不同的能见度和路面摩擦因数，实验人员分别选择年龄段为20-24岁、25-30岁、31-40岁、41-50岁的四组男性驾驶员，每组驾驶员的数量为10-20个，其中25-50岁的驾驶员的驾龄在5年以上，分别让每组实验人员操作上述三类车辆，通过大量的驾驶模拟舱的仿真实验得到了驾驶员心率变化数据，然后应用SPSS软件分析实验数据，最终得到环境因素与驾驶员心率的定量关系式：
[0062] ∑N4(μ,D,k)＝k(-10.313μ-0.032D+22.678)，该关系式仅适用于路面摩擦因数为0.1-0.8和能见度不大于250的环境条件。
[0063] 本发明中道路线形变化引起的心率变化率的相关公式均已在《基于驾驶员因素的山区双车道公路关键参数研究》一文中进行了详细的统计分析和模拟验证，公式准确可靠。本发明的关键点在于通过大量的实验数据进行仿真模拟确定出环境因素与驾驶员心率变化率的定量关系，并将该定量关系应用于协同振荡模型中，进一步提高了模型的可靠性，对于现有道路的能有效的评价出该道路是否为交通事故易发路段，及时提醒相关部
门或驾驶员采取相应的解决措施，降低交通事故发生的概率，应用本发明方法对道路安全评价准确性更高，同时对道路设计的提供了参考，进一步将交通事故降至最低。
[0064] 本发明方法中的双车道协同振荡模型针对男性驾驶员而设计，模型可靠性高，对于女性驾驶员也可根据该模型提供相应的参考。
[0066] 本实施例以陕西省境内某双车道公路为评价对象，该公路年平均日交通量小于6000pcu/d，全天明显处于自由流状态，符合评估路段选取要求。全路段以运输货物的中型货车为主，陕西境内K1073-K1100全路段设计速度40km/h，Δν≤20km/h，满足速度一致性要求如表1，道路环境较好，路宽9m、行车道宽度7m，是道路几何线形丰富的双车道公路。
[0067] 表1速度一致性评价标准表
[0068]
[0069] 由于设计人员机械套用标准、规范指标，出现了线形不连续、速度变化过大、超出驾驶员心理承受极限而存在较严重行车安全隐患的事故“黑点”路段----该路段就是典型的一个路段。
[0070] 陕西境内K1073-K1087路段近两年来该国道发生交通事故多起。事故主要是因下坡车速过快驾驶员心生理紧张反应不及、驾驶员心生理紧张判断操作失误造成的。
[0071] 本实施例中采GPS检测实时速度、摆式仪测定路面摩擦因数，并选择当地公路运营主
力车型，载重量8t的东
风轻卡，男性司机13名，按照模型的构造条件进行了该路段的数据测量，将测量数据带入本发明系统振荡模型，得到结果如表2所示。
[0072] 表2某双车道公路事故心率变化表
[0073]
[0074] 本发明基于驾驶舒适性的双车道公路交通安全评价方法与《基于驾驶员因素的山区双车道公路关键参数研究》提到的协同振荡模型对交通事故安全评价结果的对比，以里程为横坐标，分别绘出该里程内的实际交通事故数、应用本发明方法得到的交通因子刺激函数(％)及文献中所提模型得到的交通因子刺激函数(％)(这里称为原交通因子刺激函数)的变化趋势图，如图1所示，
[0075] 从图1中可以看出，应用本发明计算得到的交通因子刺激函数都在30％以上，且随事故数的增多，交通因子刺激函数也相应增大，趋势基本保持一致，较原交通因子刺激函数与事故数趋势匹配度更高，可见该评价模型准确性更高。
[0076] 该模型可用于确立基于驾驶员因素的事故多发
位置的甄别，结合实际地形情况能提前提出采用灵活设计或安全设施弥补改善，可节约投资；此评价方法简单易于操作，运用此模型能减少道路事故的发生，提高驾驶员行驶的舒适性，为驾驶员创造一个安全舒适的行车环境，为交通安全的研究提供了一个可靠的方法。
