基于駕駛員生理心理變化的村鎮(zhèn)公路限速標(biāo)準(zhǔn)研究

李 喆

（內(nèi)蒙古交通建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督局，內(nèi)蒙古呼和浩特 010020）

基于駕駛員生理心理變化的村鎮(zhèn)公路限速標(biāo)準(zhǔn)研究

李 喆

（內(nèi)蒙古交通建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督局，內(nèi)蒙古呼和浩特 010020）

針對(duì)目前我國(guó)村鎮(zhèn)公路交通組成和道路周邊環(huán)境的復(fù)雜性和現(xiàn)有公路限速方法只能根據(jù)道路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)確定限速值難以考慮周邊環(huán)境的復(fù)雜性的狀況，提出了應(yīng)用駕駛員心生理變化指標(biāo)確定限速標(biāo)準(zhǔn)的方法。并通過實(shí)例說明方法的可行性，從而為周邊環(huán)境干擾較大的村鎮(zhèn)公路限速標(biāo)準(zhǔn)的確定提供了參考。

限速標(biāo)準(zhǔn)；村鎮(zhèn)公路；生理心理；行車安全

1 駕駛員心生理變化對(duì)行車安全的影響

1.1 心率變異性（HRV）

心率變異性HRV是反映駕駛員心生理變化的一個(gè)重要指標(biāo)，由于平靜狀態(tài)下不同的人平均心率不同，所以簡(jiǎn)單的比較心率變異性的大小并不能真實(shí)的反映駕駛員的心率變化。于是本研究采用心率變異性中的心率增長(zhǎng)率作為衡量駕駛員生理和心理變化的指標(biāo)。心率增長(zhǎng)率表示駕駛員行車過程中某一時(shí)刻（段）的心率增長(zhǎng)率，其計(jì)算公式為：

式中：Ni為駕駛員行車過程中某一時(shí)刻的心率增長(zhǎng)率，%；ni為駕駛員行車過程中某一時(shí)刻的心率值，為駕駛員靜止時(shí)的平均心率，bpm。

1.2 呼吸頻率（respiration rate）

呼吸頻率是指被試每分鐘的呼吸次數(shù)。本研究采用呼吸頻率波動(dòng)值利用這個(gè)指標(biāo)可反映被試在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中的呼吸情況。利用下面公式計(jì)算出呼吸頻率的波動(dòng)值。

1.3 皮電變化（skin conductor，SC）

皮膚電反應(yīng)是反映人的交感神經(jīng)興奮變化的最有效、最敏感的生理指標(biāo)，是國(guó)際上最早最廣泛應(yīng)用并得到普遍承認(rèn)的心理測(cè)試指標(biāo)。它通過測(cè)量受試駕駛員手心發(fā)汗的程度而直接反映出受試駕駛員心理緊張狀態(tài)的變化，其反應(yīng)幅度大，靈敏性高，不易受大腦皮層意識(shí)直接控制。類似呼吸指標(biāo)的處理，利用下面公式求出被試在不同狀態(tài)下皮電隨時(shí)間變化的波動(dòng)值d_c（t）

1.4 駕駛員生理心理特征分析

由于道路和交通狀況對(duì)駕駛員的影響，使駕駛員最終在改變車速和行駛軌跡。每種交通狀況下的改變，都對(duì)駕駛員的生理心理產(chǎn)生影響。據(jù)有關(guān)調(diào)查表明在所有交通事故中，由于駕駛員精神處于一直放松狀態(tài)未對(duì)突發(fā)狀況作出迅速反應(yīng)而造成事故占了很大一部分。由此看來，單純以駕駛員是否處于舒適狀態(tài)來衡量行車的安全性是十分片面的。駕駛員長(zhǎng)時(shí)間的處于放松，極易因?yàn)轳{駛單調(diào)，產(chǎn)生駕駛疲勞引發(fā)交通事故。

本論文通過對(duì)多個(gè)駕駛員在行駛狀態(tài)下生理心理變化對(duì)行車安全性影響的統(tǒng)計(jì)分析，根據(jù)駕駛員在駕駛車輛過程當(dāng)中的操作出錯(cuò)率分布將駕駛員生理心理反應(yīng)分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ五類，得出了駕駛員行車時(shí)的生理心理特征，如表1所示。

表1 駕駛員的生理心理特征表

2 村鎮(zhèn)公路限速標(biāo)準(zhǔn)確立方法

通過上述分析在確定村鎮(zhèn)公路限速標(biāo)準(zhǔn)方法中，本文提出可以以駕駛員行駛過程中生理心理變化為依據(jù)，計(jì)算出這個(gè)行程中駕駛員的出錯(cuò)率。通過設(shè)定限速值，控制駕駛員在行駛路段操作出錯(cuò)率。將駕駛員在行駛路段中出現(xiàn)Ⅰ類生理心理特征的路段長(zhǎng)度占行駛路段總長(zhǎng)度的比例設(shè)為 P（Ⅰ），以此類推，出現(xiàn)Ⅱ類、Ⅳ類、Ⅴ類生理心理特征的比例分別設(shè)定為P（Ⅱ）、P（Ⅳ）、P（Ⅴ），則該行駛路段的出錯(cuò)率為：

E=P（Ⅰ）×35%+P（Ⅱ）×15%+P（Ⅳ）× 15%+P（Ⅴ）×35%

根據(jù)村鎮(zhèn)公路限速的實(shí)際情況，將上述出錯(cuò)率的表達(dá)式中受測(cè)駕駛員出錯(cuò)率均值控制在5%以內(nèi)作為村鎮(zhèn)公路限速標(biāo)準(zhǔn)，通過以下流程分析確定出限速路段的限速值。

首先，根據(jù)村鎮(zhèn)的實(shí)際情況選擇確定出限速的區(qū)段，接著道路的設(shè)計(jì)指標(biāo)初步確定出所選區(qū)段的初始限速值。再利用駕駛員在該限速值下行駛?cè)趟玫降男纳碜兓笜?biāo)對(duì)確定的初始限速值確定的合理性以及分析方法進(jìn)行驗(yàn)證。如果初始限速值滿足驗(yàn)證要求，初始限速值則可以被確定為限速區(qū)段的限速標(biāo)準(zhǔn)值；如驗(yàn)證結(jié)果認(rèn)為初始限速值不是最佳時(shí)，則可以重新分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定初始限速值。實(shí)施流程如圖1。

3 限速值選擇實(shí)例

3.1 路段選擇

實(shí)驗(yàn)路段以密云縣不老屯鎮(zhèn)琉辛路為例，琉辛路是密云水庫(kù)北部地區(qū)的一條交通要道，也是S310市道一部分。道路西端接G111國(guó)道東端則與G101國(guó)道相接，設(shè)計(jì)時(shí)速60km／h。本文選擇的限速段途中穿過不老屯鎮(zhèn)黃土坎村，經(jīng)黃土坎村、燕落村、不老屯村等村鎮(zhèn)，交通組成較為復(fù)雜，路側(cè)村民對(duì)公路干擾性較大，具體設(shè)計(jì)指標(biāo)見表2所示。

圖1 限速標(biāo)準(zhǔn)確定流程圖

表2 選擇路段主要技術(shù)指標(biāo)表

3.2 實(shí)驗(yàn)人員

考慮實(shí)驗(yàn)駕駛員年齡的均勻分布，選定了駕駛經(jīng)驗(yàn)不同的5人，如表3所示。

表3 駕駛員基本信息表

3.3 實(shí)驗(yàn)方法

駕駛員進(jìn)入汽車駕駛室，連接好動(dòng)態(tài)多參數(shù)生理檢測(cè)儀后測(cè)試在正常狀況下的心率、皮電、呼吸狀態(tài)，約3～5 min，并詳細(xì)記錄該受試駕駛員靜態(tài)狀況下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)；

根據(jù)道路的設(shè)計(jì)時(shí)速和道路實(shí)際交通情況設(shè)定初始限速值為60 km／h。

啟動(dòng)汽車，使受測(cè)駕駛員在遵守各項(xiàng)交通法規(guī)和保證行車安全的情況下，按照設(shè)定初始限速值從限速區(qū)段起點(diǎn)到終點(diǎn)行駛?cè)?；?shí)驗(yàn)儀器記錄駕駛員在行駛過程中的生理心理變化和汽車行駛狀態(tài)。

分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，判斷限速值是否可行，若駕駛員平均出錯(cuò)率超過規(guī)定值則應(yīng)重新選擇限速值再進(jìn)行以上步驟，直至符合要求。

3.3 數(shù)據(jù)結(jié)果分析

按照上述實(shí)驗(yàn)方法可以得到各駕駛員在60 km／h為限速值行駛生理心理的變化曲線圖。以01號(hào)駕駛員生理心理特征變化圖為例，通過01號(hào)駛員的生理心理特征變化圖的分析，根據(jù)駕駛員的生理心理特征表對(duì)駕駛員反應(yīng)的分級(jí)，可以得到該駕駛員在行駛過程中，生理心理反應(yīng)處于Ⅲ-正常的情況路段占整個(gè)路段的比例為55%；處于Ⅱ—低和Ⅳ—高的路段占整個(gè)路段的比例為33%；處于Ⅰ—極低和Ⅴ—極高、精神超負(fù)荷的路段的路段占整個(gè)路段的比例為12%。01號(hào)駕駛員生理心理特征變化圖見圖2、圖3和圖4所示。

圖2 01號(hào)駕駛員限速60 km／h時(shí)心率變化圖

圖3 01號(hào)駕駛員限速60 km／h時(shí)皮電波動(dòng)圖

圖4 01號(hào)駕駛員限速60 km／h時(shí)呼吸頻率變化

按照01號(hào)駕駛員的分析方法分別其他四名駕駛員在該限速值下的生理心理變化情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，分析結(jié)果如表4所示。通過表4可以看出駕駛員在限速60 km／h時(shí)生理心理反應(yīng)平均出錯(cuò)率為9.30%超過限速要求出錯(cuò)率5%。因此認(rèn)為限速60 km／h的限速值不符合限速標(biāo)準(zhǔn)的要求。

重新選擇50 km／h為限速重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)過程可以得到駕駛員的生理心理反應(yīng)平均出錯(cuò)率為7. 03%，也超過限速要求出錯(cuò)率5%。因此認(rèn)為限速50 km／h的限速值也不符合限速標(biāo)準(zhǔn)的要求。再選擇40 km／h為限速值分析得到駕駛員的生理心理反應(yīng)平均出錯(cuò)率為2.45%，因此可將該路段限速值確定為40 km／h。出錯(cuò)率情況分析結(jié)果見表4。

項(xiàng)目 駕駛員限速值 特征路段01 02 03 04 05路段平均值出錯(cuò)率EⅢ級(jí)路段55% 57% 48% 62% 52% 53.4% 60 km／hⅡ、Ⅳ級(jí)路段 33% 28% 32% 33% 37% 32.0% 9.30%Ⅰ、Ⅴ級(jí)路段 12% 15% 20% 5% 11% 14.6%Ⅲ級(jí)路段 64% 59% 49% 74% 58% 60.6% 50 km／hⅡ、Ⅳ級(jí)路段 29% 34% 42% 24% 40% 33.8% 7.03%Ⅰ、Ⅴ級(jí)路段 7% 7% 9% 2% 2% 5.6%Ⅲ級(jí)路段 85% 88% 73% 95% 85% 85.2% 40 km／hⅡ、Ⅳ級(jí)路段 12% 11% 23% 5% 15% 13.2% 2.54%Ⅰ、Ⅴ級(jí)路段3% 1% 4% 0% 0% 1.6%

4 結(jié) 語

駕駛員在駕駛過程中生理心理指標(biāo)如果大幅波動(dòng)，精神處于緊張狀態(tài)，會(huì)出現(xiàn)一系列的動(dòng)作失調(diào)和行為紊亂現(xiàn)象，從而導(dǎo)致駕駛員操作失誤引起交通事故。但是駕駛員在駕駛過程中生理心理指標(biāo)一直處于放松狀態(tài)，也會(huì)使駕駛員產(chǎn)生駕駛疲勞，對(duì)突發(fā)道路狀況預(yù)見性不足從而導(dǎo)致交通事故事故的發(fā)生。本文通過對(duì)多個(gè)駕駛員在駕駛過程中生理心理特征統(tǒng)計(jì)分析，提出了在復(fù)雜交通環(huán)境下村鎮(zhèn)公路的限速標(biāo)準(zhǔn)確定方法。通過該方法可以以駕駛員為研究對(duì)象根據(jù)道路實(shí)際情況更加準(zhǔn)確的確定出道路限速值，為村鎮(zhèn)道路以及交通情況較為復(fù)雜的其他公路限速標(biāo)準(zhǔn)的確定方法提供了參考。

［1］ 鄭培，宋正河，周一鳴.機(jī)動(dòng)車駕駛員駕駛疲勞測(cè)評(píng)方法的研究狀況及發(fā)展趨勢(shì)［J］.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，6（6）：101-105.

［2］ 鄭柯，任福田.高速公路順直路段上駕駛員行車緊張性研究［J］.北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，（2）.

［3］ 毛喆.基于駕駛員生理特征分析的駕駛疲勞狀態(tài)識(shí)別方法研究［D］.武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2006.

［4］ 李香紅，朱守林，戚春華基于草原道路環(huán)境的駕駛員心率影響初步試驗(yàn)研究［J］.中外公路，2011，（31）：245-248.

Research on Speed Lim its Standard on Village Road Base on Driver’s Psychological and Physical Reactions

LIZhe
（Inner Mongolia Traffic Construction Engineering Quality Supervision Bureau，Hohhot，Mongolia 010020，China）

In order to solve the problem of nonuniform cognition，undefined design standard and confused constructionmethod to the village transithighway，the area around the village transithighway is investigated and the particularity of the traffic characteristics is analyzed.According to the influence on highway capacity from different cross-sections of the similar existing highways，it is thought to adoptvehicle and bicycle separation cross-section standard of urban road due to complex environment around the village transithighway.And by comparison of primary technical specification of two different cross-sections design plan in a representative engineering example，reference basis are provided for cross-section choice in design of the village transit highway.

transit highway；cross-section；traffic characteristics，capacity

U492

C

1008-3383（2017）01-0172-03

2016-04-05

李喆（1985-），男，工程師，碩士研究生，研究方向：道路設(shè)計(jì)及安全評(píng)價(jià)。