中国公路学报杂志2018年第4期-中国公路学报杂志社

中国公路学报杂志2018年第4期

手机操作类型对驾驶人跟车行为的影响（双语出版）

高岩, 罗毅, 尤志栋, 周穆雄, 郝会龙
为了探究行车过程中手机使用模式对驾驶人跟车行为的影响，依据功能类型及使用模式将手机操作分为8类，利用驾驶模拟器开展试验，提取跟车速度、跟车间距、车头时距、横向偏移距离、方向盘转角5项指标表征车辆的横向、纵向运行状态，定义驾驶人的注视点分布信息熵、注视点区域分布比例、注视时长、扫视频率、扫视时长、眨眼频率、眨眼时长7项指标表征驾驶人眼动特性，分析驾驶人进行不同手机操作时的车辆运行特性与驾驶人视觉特性，并利用方差分析法验证上述指标作为驾驶人跟车行为衡量指标的有效性。应用灰色关联分析法对8类手机操作对驾驶人跟车行为的影响程度进行量化，并结合具体手机操作的分心内容、形式和动作时间，对具有相近功能的两两操作进行对比分析。结果表明：特定的手机操作行为对选取的各项车辆运行指标与驾驶人视觉特性指标有显著影响；对驾驶人跟车绩效影响由大到小的手机分心操作依次是发送文字信息、阅读文字信息、手持接听电话、发送语音信息、按键拨打电话、听取语音信息、语音拨打电话、免提接听电话，文字信息的编辑和阅读等操作对驾驶人跟车行为的影响大于其他手机操作；研究结果可帮助驾驶人明确不同手机操作对行车安全的危害程度。
超高海拔区域驾驶人超车注视特性

汪帆, 程慧婷, 刘建蓓, 李岩
为获取驾驶人在海拔超过3 500 m的超高海拔区域超车过程中的注视特性，应用头戴式眼动仪在青藏公路展开了实车测试，监控并记录了驾驶人眼动行为数据。通过统计驾驶人在超车各阶段对各注视区域注视及视线转移时长，应用马尔可夫理论计算4个海拔范围内超车4个阶段在7个区域上的注视平稳分布向量，应用超车各阶段注视平稳分布向量间的相关系数评价超车模式的相似性，基于相关系数矩阵的最大特征值建立注视特性的关联指数，并用其分析超车各阶段及不同海拔下驾驶人注视特性的差异。研究结果表明：驾驶人在超高海拔区域超车时，主要关注当前车道和目标车道，关注比例分别为61.8%和26.4%；超车4个阶段的关联指数分别为3.315，2.934，3.102和3.794，表明意图阶段的注视分布差异性最大，跟驰和返回阶段的差异性较小；初上高原驾驶人的平均关联指数是本地驾驶人的1.89倍，显示其更为谨慎，注视离散性更强；海拔超过4 400 m后，驾驶人注视特性的相关系数要比其他海拔段低39%，呈现出不同的特性；超高海拔区域驾驶人主要注视当前车道，注视目标车道的比例小于平原微丘区驾驶人，体现出驾驶人未能全面关注驾驶环境信息。研究结果可作为交通设施设计优化、道路主动安全预防等研究的基础。
驾驶风格对驾驶行为的影响

侯海晶, 金立生, 关志伟, 杜海兴, 李敬君
为了揭示驾驶风格对驾驶行为的影响规律，进而提取表征驾驶风格的特征参数，对不同风格驾驶人在感知层和操作层的驾驶行为数据进行了量化分析。首先，基于驾驶行为问卷对18名中国非职业驾驶人进行了驾驶风格问卷调查，并采用主成分分析、K-均值聚类等方法将被试驾驶人分为谨慎型、正常型和激进型3种类型。接着，被试驾驶人在搭载了SmartEye眼动仪的驾驶模拟器上开展了高速公路行车环境下的驾驶试验，同步采集了感知层的视觉特性参数和操作层的驾驶绩效参数，并采用判断抽样的方式将驾驶样本按照驾驶风格和驾驶模式（换道意图和车道保持）进行了划分，共选取了810组有效样本。最后，采用方差分析法分析了不同风格驾驶人在不同驾驶模式下的注视行为、扫视行为、横向控制特性、纵向控制特性方面相关参数的差异显著性，并提取了不同风格间存在显著差异的参数作为表征驾驶风格的特征参数。研究结果表明：驾驶风格越激进，驾驶人对周围环境关注越少，对车辆的横向控制稳定性越差，急加速和急减速行为发生的频次越高；不同风格驾驶人在意图时窗内对后视镜的注视次数（p=0.002）、方向盘转角熵值（p=0.04）、加速踏板开度（p=0.01）、制动踏板开度（p=0.02）这4个参数的差异均较为显著，因此可作为表征驾驶风格的特征参数。
高速跟车状态下驾驶人最低视觉注意力需求（双语出版）

刘卓凡, 付锐, 马勇, 袁伟, 程文冬
为了避免现有驾驶分心研究方法的局限性，从注意力需求角度入手，探索了高速跟车过程中驾驶人安全驾驶所需的最低视觉注意力。在驾驶模拟器上进行试验，记录26名驾驶人在正常驾驶和视线遮挡驾驶2种状态下的视觉行为和视线遮挡行为数据，并进行统计分析。考虑驾驶人个体差异，初步探索了最低视觉注意力需求分布。结果表明：高速跟车驾驶状态下，驾驶人可以不需观察周围交通信息安全行驶35 m左右，视线遮挡距离与车速无关，可用于表征注意力需求。视线遮挡距离和遮挡频率存在个体差异，但驾驶人总体遮挡百分比基本不变。高速跟车过程中驾驶人的剩余注意力主要用于观察道路前方和其他区域。具体表现为视线遮挡驾驶状态下驾驶人对道路前方和其他区域的观察距离显著缩短，而观察频率基本不变，且仅需行驶25 m左右的时间驾驶人即可完成观察周围交通状况，说明观察频率对获取交通信息更为重要。驾驶人平均每行驶20~60 m（1.0~2.8 s）需要观察前方道路一次，每行驶80~220 m（4.1~8.6 s）需要观察车速表一次，每行驶140~300 m（6.7~13.5s）需要观察后视镜一次，每50~200 m（2.5~9.1 s）可以遮挡视线一次，但遮挡距离一般小于43.7 m（约2.4 s）。研究结果有助于提高分心预警系统的环境敏感性和车内人机界面设计的合理性。
分心对驾驶人交通冲突反应时间的影响(双语出版)

李鹏辉, 胡孟夏, 张文会, 李一兵
为了研究分心对交通冲突状态下驾驶人反应时间的影响，采用驾驶模拟器构建城市道路交通环境下2种典型冲突形态：侧向行人冲突和纵向追尾冲突，设计认知、视觉以及发短信（认知+视觉复合分心）3种分心任务，在不同行驶车速、跟车时距、前车减速度等紧迫度条件下，采集30名驾驶人应对交通冲突的制动反应时间，分别采用重复测量一般线性模型及线性混合模型进行统计分析。研究结果表明：认知分心使驾驶人应对侧向行人冲突的制动反应时间增加0.09 s，但未观察到其对纵向追尾冲突反应时间的显著性影响；视觉分心与发短信都会延缓驾驶人应对侧向行人（分别增加0.31 s和0.27 s）以及纵向追尾冲突（分别增加0.47 s和0.38 s）的制动反应时间；此外，在纵向追尾冲突中，随着冲突紧迫度提高（前车减速度增大、车头时距减小以及自车速度增大），驾驶人制动反应时间显著减小。表明驾驶分心延长了驾驶人应对交通冲突的反应时间，容易导致事故的发生，具体而言，认知分心主要延长驾驶人应对侧向冲突的反应时间，涉及视觉的分心同时延长驾驶人应对侧向及纵向冲突的反应时间；视觉分心对驾驶人反应时间的延长显著性高于认知分心，说明视觉分心对行车安全影响更大。
模拟驾驶环境下驾驶人分心状态判别

张辉, 钱大琳, 邵春福, 陈青民, 单庆超
为了探寻驾驶人分心判别方法，构建了驾驶人分心状态判别模型。首先设计分心模拟驾驶试验，采集正常驾驶和发送语音信息过程中的驾驶绩效特征和驾驶人眼动特征数据，建立驾驶人分心状态判别指标备选集；其次，采用基因选择算法对备选指标进行筛选，得到29个备选指标的重要度排序；然后，依次选取重要度较高的部分指标作为BP神经网络的输入指标，利用遗传算法（GA）全局搜索的性能优化BP神经网络的初始权值和阈值，将优化后的GA-BP神经网络作为弱分类器，再将多个弱分类器组合成Adaboost强分类器，建立基于Adaboost-GA-BP组合算法的驾驶人分心状态判别模型；最后，利用模拟驾驶器试验平台采集的数据计算不同判别指标数量下模型的性能，从而确定最优判别指标，并对模型进行验证和评价。结果表明：模型最优判别指标为重要度排序中前14个指标；模型能够准确识别驾驶人分心状态，判别精度为95.09%；与BP神经网络算法、GA-BP神经网络算法和Adaboost-BP神经网络算法相比，Adaboost-GA-BP组合算法在准确率、精准率、召回率、F1值和ROC曲线等模型性能方面均最优。建立的模型能够有效判别驾驶人分心状态，可为驾驶人分心预警系统和分心控制策略提供依据。
信息刺激条件下驾驶人警觉性改善规律

王磊, 杨晨煊, 路巧珍, 朱彤
为研究持续行驶中的驾驶人在多种信息刺激条件下的警觉性改善情况，构建驾驶模拟试验环境进行试验，试验要求被试驾驶主车跟随前车，并在前车制动减速度超过一定阈值时报告。将时长2 h的试验分为6段，试验分组包括控制组（无刺激组）、设定音乐刺激组与信息刺激组，设定部分时段实施音乐或信息提示进行刺激。利用MP150记录驾驶人的心率与脑电α波、θ波数据，同时记录驾驶人判断绩效，并在试验前后填写SOFI疲劳测量表。试验结果表明：在无刺激条件下，驾驶人警觉性随时间延续呈逐渐下降趋势，信号击中率从84.7%下降到65.2%，心率降低，脑电α波、θ波功率谱密度升高；音乐刺激条件下，驾驶人的判断绩效、脑电α波、脑电θ波均保持在较为稳定的水平，可在一定程度上减缓警觉性下降的幅度；在信息刺激条件下，信号击中率有显著提高，脑电α波功率谱密度增加不明显，但脑电θ波功率谱密度升高；上述3个试验组的驾驶人心率均随时间呈缓慢减少趋势；适当的音乐刺激可使驾驶人警觉性保持在较为稳定的水平，还可以缓解疲劳感受，而信息刺激有助于驾驶人在特定时段提高警觉性并觉察风险。研究结果可应用于车载信息系统设计与安全管理。
基于脑电信号分析的不同年龄驾驶人疲劳特性

裴玉龙, 金英群, 陈贺飞
为研究不同年龄驾驶人驾驶过程中疲劳情况及疲劳累积速度，对比其疲劳产生与变化的差异性，获取不同年龄驾驶人的最优驾驶时间，设计自然驾驶试验，利用Physio生理多导仪采集脑电数据，并采用主观检测方法对驾驶人进行问询。应用MATLAB对采集到的脑电数据进行降噪处理，通过积分获取各时段α波、β波和θ波的平均功率谱密度，进而求得脑电指标R（α/β），R（θ/β），R（α+θ）/β。利用SPSS将其与驾驶时间进行单因素方差分析，并通过敏感性判断，选取R（α+θ）/β作为驾驶疲劳表征指标。对各年龄段驾驶人的R（α+θ）/β进行均值化处理，并将其与驾驶时间进行线性拟合，分析驾驶人年龄对驾驶疲劳累积速度的影响。对驾驶过程中各时段的R（α+θ）/β进行配对样本t检验，并结合主观问询结果确定不同年龄驾驶人的最优驾驶时间。研究结果表明：青年和中年驾驶人在0~1.5 h内疲劳累积速度相对缓慢，老年驾驶人较快；在1.5~3 h内，青年驾驶人疲劳累积速度最快，中年驾驶人最慢；老、中、青年驾驶人的最优驾驶时间分别为60~75，120~135，105~120 min；不同年龄驾驶人其驾驶经验、体力和精力及外界环境干扰是影响疲劳累积速度的重要因素；试验结果验证了采用R（α+θ）/β作为驾驶疲劳表征指标的有效性，有助于为不同年龄驾驶人安全驾驶时长的确定提供科学依据。
城市下穿隧道纵坡坡度和速度对驾驶人心率增长率的影响

冯忠祥, 杨苗苗, 马昌喜, 张卫华, 杜英杰
为研究城市下穿隧道纵坡段驾驶人生理和行为特征变化规律，选取22名驾驶人在早晨5：00至7：00非高峰时段，交通状况几乎无差别的环境下，开展城市下穿隧道纵坡段实车试验。利用MP150生理测试仪和ECU车速采集设备采集驾驶人的心率值和车速值，应用单因素方差分析对数据进行差异性显著检验；并分析城市下穿隧道纵坡坡度和速度对驾驶人心率增长率的影响规律，构建城市下穿隧道上下坡段坡度、速度和驾驶人心率增长率关系度量模型，量化了坡度、速度与驾驶人心率增长率之间的关系。然后采用单因素敏感性分析方法对模型中的2个自变量（坡度和速度）进行敏感性分析。结果表明：在城市下穿隧道上、下坡段行驶时，不同坡度范围下的车速和心率增长率有一定的差异性，车速和心率增长率均随坡度增大呈现先增加后减少的趋势；城市下穿隧道上、下坡段，车辆速度均是在3.5%~4.0%坡度范围下的达到最大，在城市下穿隧道上坡段行驶时，3.5%~4.0%坡度范围下的驾驶人心率增长率达到最大，而在下坡段行驶时，4.0%~4.5%坡度范围下的驾驶人心率增长率达到最大；驾驶人在城市下穿隧道下坡段行驶时，心率增长率均值均高于上坡段，驾驶人在城市下穿隧道下坡段行驶时比上坡段更紧张；驾驶人心率增长率对坡度敏感程度要高于其对速度的敏感程度，坡度的变动比速度更易引起驾驶人心率增长率的变动，驾驶人的心理紧张程度受坡度的影响较大。
基于突变论的高速公路团雾驾驶行为瞬态分析（双语出版）

李晓雷, 唐伯明, 曾超
为揭示团雾环境多车追尾事故致危机理，有必要分析驾驶人进入团雾路段瞬间的驾驶行为特征。通过聚类分析得出：团雾雾段长度、雾发时段和雾发频次等具有突变特征，因此对高速公路团雾环境驾驶行为进行瞬态分析应充分考虑其突变性。以能见度区间为（0，1 500 m］、雾段长度小于4 km的路段为研究对象，构建基于能见度、视觉区域和行车速度的驾驶行为突变瞬态模型，对车辆驶入团雾路段后的行驶速度、注视区域等指标进行瞬态分析；对比分析在相同能见度的团雾路段，两侧有诱导雾灯和无诱导雾灯2种情况下的驾驶行为。结果表明：车辆从无雾路段驶入到驶离团雾路段过程中，其驾驶行为可大致细分为察觉、确认、紧急制动、加速制动、缓制动、速度保持、微加速、快加速8个阶段；上述各阶段因加速度的变化导致了团雾路段车速离散值增加；与无诱导雾灯路段相比，有诱导雾灯的团雾路段因雾灯补偿了部分因团雾导致的视觉缺失信息，驾驶人的视觉区域直径和视距变大、减速幅度变缓，有助于降低团雾路段车速扰动和突变效应带来的不利影响，提升车辆通过团雾路段的安全性。
基于轨迹数据的交叉口相位切换期间危险驾驶行为实证分析

唐克双, 谈超鹏, 周楠
基于交叉口相位切换期间的车辆轨迹数据，分别根据单车和跟车行驶状态，识别和分析了相位切换期间可能发生的危险驾驶行为。通过视频拍摄和图像处理的方式，提取了曹安公路沿线3个交叉口共312条单车状态和四平路-大连路交叉口共449条跟车状态的高精度车辆轨迹数据。针对交叉口相位切换期间的危险驾驶行为特征，利用速度、加减速度、减速度变化率、潜在碰撞时间（TTC）等指标，研究在此期间车辆发生危险驾驶行为的特点和类型。对于单车状态下行驶的车辆，按停止、通过分类，依据减速度、减速度变化率、减速度变化率的峰值差等指标将停止车辆的危险驾驶行为分为紧急减速型、增强减速型和持续急减型，依据过停车线时间、速度、加速度等指标将通过车辆分为闯红灯型、超速过线型、激进加速型和持续高速型。对于在跟车状态下行驶的车辆，按前、后车不同的停止、通过决策组合分类，依据连续5个时间间隔（0.12 s）的TTC分析前、后车的危险驾驶行为及发生追尾事故的危险程度。针对识别出的危险驾驶行为类型，讨论车辆的关键行为参数与危险驾驶行为之间的内在关联。研究结果表明：单车状态下有17%的车辆存在危险驾驶行为，其中53%为紧急减速行为；跟车状态下有19%的跟车行为是危险的，其中停止车辆的比例是通过车辆的2倍以上。研究成果可进一步应用于驾驶行为模型的参数标定、基于车辆轨迹的交叉口安全评价以及预防危险驾驶行为的主动安全控制策略等。
山区高速公路组合线形路段车道偏移行为

陈亦新, 王雪松
为在道路设计阶段确定平纵组合与相邻路段线形对车道偏离的影响，并为减少因道路线形因素引发的侧碰、追尾甚至车辆驶出路外事故提供改善依据，基于真实的山区高速公路道路设计参数及周边地形，搭建驾驶模拟场景，利用驾驶模拟试验获取小客车车道偏离数据，并对应获取车辆当前所在路段及上、下游路段的线形参数。以车辆车道内行驶为参照，沿道路行进方向，将车道偏离行为分为左偏驶离车道与右偏驶离车道。因车道偏离受驾驶人影响，采用双层Logit模型，分别判定道路线形及驾驶人层的影响。研究结果表明：相比直线路段，曲线更易引发车道偏离行为，驾驶人易偏向于曲线内侧行驶；上游300 m路段曲率差越大、平均车速越大，则车道偏离的概率增大；相对于缓坡（-2%≤坡度S≤2%），行驶于上坡（S>2%）或下坡（S<2%）路段时，车辆车道偏离概率减小；车辆行驶于外侧车道的左偏驶离车道概率大于行驶于内侧车道；驾驶人因素对左偏驶离车道的影响比例为8.8%，对右偏驶离车道的影响比例为25.6%。研究结论可从组合线形角度帮助工程师设计更安全的山区高速公路。
基于支持向量回归的视距计算模型建立和应用（双语出版）

陈雨人, 付云天, 汪凡
为了更加有效地对山区高速公路隧道段的行车视距进行检验，建立基于支持向量机的视距计算模型，并将该模型应用于实际隧道的视距检验中。首先对驾驶人视觉图像识别的道路中心线建立视觉车道模型，提取6个特征值作为形状参数，包括视曲线长和视曲率，相关性分析发现上述6个参数之间存在显著的线性相关性，采用主成分分析法将6个参数降维成2个独立的主成分。然后基于支持向量机建立计算行车视距的模型，训练测试完成后，该模型的均方误差为0.071 8，拟合优度为0.359。最后，利用该模型对浙江上三高速公路新昌至白鹤段的10个隧道路段进行视距检验，发现南往北向马岙岭隧道和北往南向龙山隧道存在运行视距不足的情况，对照各个隧道的驾驶人视觉图像，发现这2处地点存在不合理的视觉环境设计，包括速度控制、视线诱导和增强等设施，导致在行驶过程中，视觉环境供给的视距难以满足驾驶人需求的视距。研究结果表明：横向减速标线配合隧道口彩色路面提醒可对隧道入口段进行有效速度控制，从而降低行车视距的需求；通过在隧道内设置闪光式轮廓标和出口外设置绿化带或植被护坡可以增强驾驶人视觉感知，从而减少隧道入口段黑洞现象和出口段白洞现象的持续时间，增加视觉环境中供给的视距；2种设计都有助于实现视距供需的平衡。
高速公路直线段边缘率控速标线周期长度设计模型（双语出版）

刘兵, 吴东平, 朱顺应, 王红, 夏晶, 蒋若曦
为了探索边缘率控速标线周期长度对降速行为的影响现象，构建周期长度设计模型，在4条高速公路直线段上重复开展了边缘率控速标线周期长度分别为16，8，4，2，1 m的控制性试验。采集车速特征数据，依据边缘率定义计算了单个车辆所对应的时间频率，建立了时间频率与加速度之间的关系，在此基础上，考虑事故率、事故强度与车速指标的关系，结合路段车速分布特征建立边缘率控速标线周期长度设计模型，并给出对应算法。研究结果表明：时间频率是周期长度影响减速效果的内在因素，当时间频率处于[10，18]Hz时，驾驶人一致采取制动行为，降速幅度随时间频率的增大而增大，当车辆对应的时间频率等于18 Hz时，驾驶人一致减速效果最大，且4个试验地点的时间频率与加速度呈显著且稳定的线性相关关系；当时间频率处于［1，10）Hz时，各时间频率所对应的加速度值均小于0；当时间频率大于18 Hz时，各时间频率所对应的加速度均值小于0，但其减速幅度显著小于时间频率为18 Hz时的，控速效果弱。鉴于此，以车速标准差最小以及将最高车速控制在安全车速以内为目标，以时间频率上限值、时间频率与加速度之间的关系、铺设终点与起点车速关系、边缘率控速标线周期长度最大值为约束构建了边缘率控速标线周期长度设计模型，该模型可用于边缘率控速标线周期长度的优化，提高其控速效果。
大型客车横向稳定性仿真分析

郭应时, 鲁玉萍, 付锐, 杨菲
为了给营运客车横向稳定状态监测提供理论依据，针对极限工况下状态参数的临界值仿真结果，进行了营运客车稳定区域边界条件的研究。基于非线性三自由度车辆模型建立了基于扩展卡尔曼滤波（EKF）的状态参数估计器，对营运客车的质心侧偏角和横摆角速度进行实时估计，并利用Trucksim验证估计值具有较好的一致性和状态跟随能力。基于MATLAB/Simulink建立非线性七自由度车辆模型，分析不同行驶状态参数对质心侧偏角-质心侧偏角速度（β-β）相平面稳定区域边界的影响，基于仿真数据确定了以车速、前轮转角和路面附着系数为变量的稳定区域边界条件，结合状态估计模型获得以β-β决定的控制变量。在Trucksim中进行连续正弦方向盘转角输入标准稳定性试验，通过分析营运客车行驶过程中控制变量的曲线变化趋势是否超出稳定区域边界确定车辆的运行状态。结果表明：营运客车以60 km·h-1车速、小方向盘转角行驶在低附着系数（μ=0.3）路面和高附着系数（μ=0.85）路面时，横摆角速度对驾驶人的意图（方形盘转角曲线趋势）有很好的跟随能力，具有较小的延迟响应，车辆处于稳定状态，此时控制变量曲线一直处于稳定区域内；当相同工况下以大方向盘转角输入时，横摆角速度已经不能很好地跟随驾驶人意图，且低附着系数路面下，在3.5 s左右时方向盘转角已经回正，但横摆角速度仍位于最大值，具有较大的延迟，营运客车发生急转侧滑；高附着系数路面下第2.5 s和第6.2 s左右车辆发生严重偏移，车辆处于失稳状态，而对应时刻的控制变量曲线部分超出稳定边界，验证了营运客车横向稳定状态判据的准确性。
面向车道变换的路径规划及模型预测轨迹跟踪

冀杰, 唐志荣, 吴明阳, 方京城
为解决智能车辆在车道变换过程中的路径规划和路径跟踪问题，首先，利用梯形加速度法设计了车道变换虚拟理想轨迹，该路径规划方法的适应性取决于车道变换时间、横向加速度及变化率等关键变量的约束条件，因而对各关键变量之间的数学关系进行了定量计算，并绘制了不同工况下的车道变换虚拟理想轨迹，用于分析各关键变量对路径规划的影响；其次，建立了线性离散的车辆动力学预测模型，综合分析了车辆模型的控制输入、状态变量以及道路结构参数等约束条件，构建了多约束模型预测控制（MMPC）系统用于车道变换路径跟踪，并基于Hildreth二次规划算法对其目标函数进行了求解，获得前轮转向角控制量，从而保证智能车辆在车道变换过程中的路径跟踪性能及操纵稳定性能；最后，利用MATLAB和Carsim软件对提出的多约束模型预测控制系统进行联合仿真，并构建单约束模型预测控制（SMPC）系统与其进行性能比较，分别对车道变换时间为3 s和6 s时的车道变换性能进行比较分析。结果表明：当车道变换时间为6 s时，2种控制系统都能较好地实现车道变换功能；当车道变换时间为3 s时，与SMPC控制系统相比较，MMPC控制系统能够在有效跟踪期望行驶路径的同时改善车辆的操纵稳定性，从而提高车辆在路径跟踪过程中的主动安全性能。
车-车协同下无人驾驶车辆的换道汇入控制方法

张荣辉, 游峰, 初鑫男, 郭烈, 何兆成, 王荣本
多车协同驾驶是智能车路系统领域的研究热点之一，可有效降低道路交通控制管理的复杂程度，减少环境污染的同时保障道路交通安全。基于多车协同驾驶控制结构，提出了一种无人驾驶车辆换道汇入的驾驶模型及策略，系统分析了多车协同运行状态的稳定条件。在综合分析无人驾驶车辆换道汇入的协作准则、安全性评估后，基于高阶多项式方法，结合车辆运行特性，通过引入乘坐舒适性的指标函数，设计得到无人驾驶车辆换道汇入的有效运动轨迹。通过研究汇入车辆与车队中汇入点前、后各车辆的运动关系，详细分析车辆发生碰撞的类型和影响因素，给出避免碰撞的条件准则，从而确保无人驾驶车辆汇入过程中多车行驶的安全性和稳定性。基于车辆运动学建立车辆位置误差模型，结合系统大范围渐进稳定的条件，选取线速度和角速度作为输入，应用李雅普诺夫稳定性理论和Backstepping非线性控制算法，设计了无人驾驶车辆换道汇入后的路径跟踪控制器。仿真试验和实车试验结果表明：所设计的换道汇入路径是可行、安全的，控制器具有良好的跟踪效果，纵向和横向的距离误差在15 cm以内，方向偏差的相对误差在10%以内。研究结果为智能车路系统中的多车状态变迁与协同驾驶研究提供了参考，可服务于未来道路交通安全设计和评价。
车联网环境下道路交通事故链阻断效率评价方法研究（双语出版）

梁军, 张婉婉, 何美玲, 陈龙, 熊晓夏, 蔡涛
为了解决车联网环境下道路交通事故链（Chains of Road Traffic Incident，CRTI）阻断系统的阻断效率问题，综合考虑阻断代价的经济性、阻断过程的稳定性和阻断技术的可靠性，并以阻断技术可靠性、阻断过程稳定性和阻断代价经济性作为阻断策略分析指标，率先提出了1种车联网环境下动态的、实时的CRTI阻断效率评价算法。危险源是导致事故发生的根本原因，危险度由危险源决定，且危险度的大小能够反映出事故发生的可能性和严重程度，因此以危险源和危险度为评价指标，将危险源分成两大类，并建立“人-车-路-环境”危险度模型以及综合评价函数模型。通过实时筛选、获取车辆周围的危险源，判断是否需要阻断，寻找最优的阻断策略及阻断节点，并计算阻断事故链前后的危险源和危险度，将获取的阻断前后危险源和危险度代入评价函数模型，获取评价函数取值范围，最后通过分析阻断前后危险度对比以及代价函数的取值，实现对阻断效率的综合评价。结果表明：阻断系统能够将行车危险度基本降到3以下，保证了行车安全，总体使行车危险度降低40%左右，保证车辆处于安全状态，并且阻断CRTI成功率达到了90%以上，表明阻断系统能够阻断CRTI的产生；通过评价函数的综合评价，代价值基本在0～1之间，表明阻断系统的阻断效率较高，可较好地实现对CRTI阻断效率的定性、定量综合评价。
车路协同环境下道路无信号交叉口防碰撞系统警示效果（双语出版）

刘锴, 贾洁, 刘超, 安藤良辅
为了验证车路协同环境下道路交叉口防碰撞系统（CCPS）的实际警示效果，尤其是深入理解其对驾驶人心理和习惯的影响，日本爱知县丰田市开展了大规模实车试验，检验经过无信号交叉口从支路左/右转弯进入主干道的车辆获取CCPS信息后的冲突风险变化情况。应用统计模型分析了驾驶人社会属性、交通环境、CCPS信息提示模式（包括不提供信息、同时提供早期预警信息和晚期警报、仅在紧急情况时提供警报3种模式）等因素对驾驶人实际选择规避碰撞时间的影响，进一步研究8种类型驾驶风格对CCPS警示效果的影响，比较了高龄/非高龄群体的差异。应用Prais-Winsten面板校正标准误差的一阶自回归模型有效解决了驾驶人多次试验观测的序列相关问题，较好地解析了不同驾驶风格对规避碰撞时间的影响。结果表明：除了自信熟练型驾驶人和争分夺秒型驾驶人外，该系统对其他6种类型驾驶人都具有显著影响，不同的警示方式对高龄/非高龄驾驶人的警示效果具有显著差异；现有CCPS预警设置有可能增加有条不紊型高龄驾驶人、粗心烦躁型高龄驾驶人和身份体现型非高龄驾驶人的转弯风险；通过开展面向个人驾驶习惯的CCPS系统设计，有望改进CCPS的适应性和可靠性。
行人被面包车碰撞的运动学规律

张诗波, 刘澜
为了丰富人车碰撞事故运动学理论，同时为面包车碰撞行人事故的分析鉴定提供理论支撑，对20～110 km·h-1车辆碰撞速度下行人被面包车碰撞后的运动规律进行研究。利用多刚体建模系统PC-Crash软件构建面包车与行人碰撞仿真模型，并通过仿真获得多种碰撞条件下行人碰撞后的纵向/横向抛距、抛射高度、抛射角度、空中旋转圈数、躯干合成速度和头部合成加速度等运动学数据。结合国家车辆事故深度调查体系（NAIS）中14例具有可靠数据的事故样本进行比较验证。定义并提出了行人被面包车碰撞后的拱推型运动形态，以区别于长头车碰撞的卷绕型和平头车碰撞的推掷型。结果表明：拱推型碰撞中行人会在瞬间被加速到车辆碰撞速度的111%～127%；在高速（110 km·h-1）碰撞中，头部合成加速度值超过3 000 m·s-2，头部损伤指标（HIC）值超过7 500；行人空中旋转不超过3圈，被抛高度不超过4.0 m，抛射角度介于6°～11°；行人抛距与车辆碰撞速度之间的关系可以用幂函数模型进行描述；碰撞接触位置、车型外廓参数、行人行走速度和行人碰撞姿势对行人被抛运动形态有一定程度的影响，相对标准碰撞的影响程度一般在5%以内，最大不超过10%（边翻型除外）；行人头部损伤安全界限（HIC值为1 000）对应的车辆碰撞速度约为55 km·h-1；边翻型碰撞中行人的运动形态与拱推型差别较大，横向抛距最大可达12.0 m。
连续数据环境下的道路交通事故风险预测模型

高珍, 高屹, 余荣杰, 黄智强, 王雪松
针对现有研究多基于病例对照的欠采样方法，即每起事故从连续交通流数据中按一定比例抽取对照的非事故数据构建模型，而该类模型在连续数据环境中的预测精度存在缺陷的状况，对城市交通连续观测并动态调控的技术环境（简称连续数据环境）开展道路交通事故风险预测模型构建研究。首先提出基于全样本交通流数据，结合“调整事故分类阈值”的方法解决事故风险预测研究中的非平衡数据分类问题；而后采用上海市城市快速路2014年5，6月的线圈检测交通流数据及历史事故数据开展实证研究，以受试者工作特征曲线下面积为评价指标，对比基于全样本和抽样样本构建的常用事故风险预测模型（逻辑回归、随机森林）的整体预测能力；以灵敏度和特异度的几何均数为评价指标，对比3种分类阈值计算方式（约登指数法、事故占比法和交叉点法）对事故/非事故综合预测精度的影响。结果表明：在连续数据环境下，采用全样本数据建模能使模型整体预测能力提高13.06%；基于约登指数法进行分类阈值计算可使模型的事故/非事故综合预测精度最佳。
基于微观仿真与极值理论的城市交叉口安全评价方法

王晨, 夏井新, 陆振波, 钱振东
为了提升中国的道路安全评价水平，提出一种基于微观交通仿真与极值理论相结合的城市交叉口安全评价方法。首先提出一种新的微观交通仿真标定方法，它是以优化冲突参数后侵占时间（Post-encroachment Time，PET）分布作为标定目标，同时将平均排队长度和冲突数量作为约束条件，并使用遗传算法寻找仿真模型中最优驾驶人行为参数的系统性方法。然后引入极值理论中的极大阈值方法（Peaks-over-threshold，POT），选用PET值作为模型输入指标，对交叉口年平均事故频率进行预测。选取上海市奉贤区的10个交叉口作为案例分析，对交叉口仿真建模后，分别使用基于平均排队长度的传统标定方法、考虑冲突数量的两阶段标定方法和优化PET分布的多约束标定方法进行标定，并使用POT方法获得各交叉口的事故预测值。结果表明：所提方法在相关性检验、相对安全检验和事故预测3个方面显著优于其他2种标定方法；将其与基于实际观测冲突的极值预测进行对比，发现两者在相交冲突和追尾冲突的事故预测上表现均较为良好，而对于换道冲突的预测较为一般；提出的基于微观交通仿真与极值理论的方法是一种可行的、有潜力的城市交叉口安全评价方法。
考虑异质性的贝叶斯交通冲突模型

郭延永, 刘攀, 吴瑶, 李晓伟
为了构建信号交叉口交通冲突模型，提取29个信号交叉口260 h的交通冲突数据，考虑交通冲突异质性，构建了随机参数（RP-PLN）交通冲突模型和随机效应（RE-PLN）交通冲突模型，采用贝叶斯方法和马尔科夫链蒙特卡罗（MCMC）仿真对模型参数后验分布进行估计，利用方差信息准则和残差标准化决定系数对2种模型的拟合优度进行了比较。研究结果表明：2种交通冲突模型都可以有效处理交通冲突异质性；RP-PLN交通冲突模型的拟合优度优于RE-PLN交通冲突模型；当其他变量保持不变时，直行交通量增加1%可使直右交通冲突增加0.54%；右转交通量增加1%可使直右交通冲突增加0.65%；右转大车比例增加1%，直右交通冲突增加1.06%；物理渠化岛和标线渠化岛的设置可以分别使直右交通冲突降低18.9%和17.3%；设置加速车道可使直右交通冲突降低22.9%；右转半径增加1%，直右交通冲突降低10.5%；安装右转让行标志可使直右交通冲突降低16.5%；设置右转专用相位可使直右交通冲突降低29.8%。
基于“移动水坝”的高速公路雨天行车安全性研究

乔建刚, 吴艳霞, 张雪洁
为了减少雨天交通安全隐患，保障高速公路行车安全，根据雨天高速公路实际行车状态、路面径流特点和车辆水膜相互作用探究雨天安全行车速度。首先，提出“移动水坝”概念，并分析“移动水坝”现象出现的原因和形成机理；依据水力学基本理论探究“移动水坝”现象中水膜厚度和车辆滑水限速值的变化规律；然后，利用Fluent软件仿真车辆对水流的阻挡作用，依据外侧车道大车行车间距的水压力探究连续“移动水坝”形成的条件，并确定外侧车道大车在不同行驶速度下相应的临界车头时距；最后，应用流体力学原理仿真分析车辆行驶速度和水膜厚度与轮胎受到的动水压力之间的关系，确定不同降雨强度下内侧车道小客车的滑水限速值。研究结果表明：雨天在高速公路外侧车道行驶的大车会对路面径流产生阻挡作用，出现“移动水坝”现象；“移动水坝”作用下水膜厚度较正常排水状态下增加，导致内侧车道行驶的小客车滑水限速值降低；设定试验条件下外侧车道大车间距40 m时，两车的水坝作用连续，增加大车车头时距可以减弱连续“移动水坝”作用；车辆行驶过程中轮胎受到的动水压力随水膜厚度及行驶速度的增加而增大，小客车在“移动水坝”作用下发生滑水的概率增加，根据轮胎动水压力值和滑水值确定不同降雨强度对应的临界滑水速度，可相应作为雨天高速公路小客车行驶速度限值。
基于安全可靠性的多类用户交通分配模型

黄合来, 蒋梦曦, 韩春阳, 徐光明, WONG S C, ABDEL-ATY M
为探究出行安全对用户出行选择行为的影响，提出了考虑事故风险成本和旅行时间的多类用户交通分配模型。针对事故发生的随机性特征，定义了路径出行安全可靠性概念，并以此计算用户的事故风险成本预算，体现出行者的安全偏好。基于考虑事故机会和事故风险的基础事故预测模型，针对路段和交叉口的不同特征，分别定义了路段和交叉口的事故风险成本分布。构建的交叉口事故风险成本模型，体现了交叉口不同转向的事故风险成本的差异性。为了求解基于安全可靠性的多类用户交通分配模型，采用路径配流法和相继平均法设计了相应的求解算法，并通过算例分析了模型和算法的有效性。研究结果表明：安全可靠性在用户出行选择中具有重要影响。当在广义出行费用中考虑事故风险成本时，出行者会更多地选择事故风险成本较小的路径；不同风险倾向的用户会有不同的选择特征，保守型出行者倾向于选择路径事故风险成本标准差相对较小的路径，即事故风险成本波动小的路径，而中立型出行者倾向于选择事故风险成本均值相对较低的路径；考虑交叉口的事故风险成本与否会直接影响流量分配结果，即路径交叉口数量和转向的差异性同样会影响出行者的选择。所提出的模型对于客流预测和网络安全评价与管理具有潜在的应用价值。
基于博弈论的危险品运输网络选线

陆键, 刘禹杰, 马晓丽
针对运输路段交通事故概率未知的情况，提出同时考虑运输成本和风险的危险品运输网络选线模型，以降低危险品运输事故对沿线居民和周围环境的影响。考虑发生交通事故后有毒气体泄漏的二次事故，对事故后果进行量化，界定为气体覆盖范围内的受影响人数；考虑在实际运输过程中路段的复杂性，采用最短路径算法选取运输成本较低的若干条备选路径，对运输路网进行简化；假设事故由袭击方制造且运输方对多条路径进行组合使用，以运输风险最小为目标，建立基于零和博弈理论的复合选线模型；采用启发式算法对模型进行求解，获得运输方对各条备选路径的选择概率，构成复合选线策略。以上海市道路网液氯运输选线问题作为典型案例，验证复合选线模型的有效性，并将模型得到的复合选线策略与最优单一选线策略的结果进行对比分析。结果表明：复合选线策略的期望受影响人数为184人，而单选线策略的期望受影响人数为374人；复合选线模型能够很好地解决危险品运输路段概率未知的问题，并能很好地指导实际危险品运输，且在降低运输风险方面效果优于单一选线策略；最短路径算法的运用能有效限制运输路径的长度，有利于节约运输成本；启发式算法的运行时间较短，在适当控制备选路径数量的前提下，可以用于更大规模路网下的运输选线工作。
考虑风险分布特征的危险品运输路径优化（双语出版）

代存杰, 李引珍, 马昌喜, 柴获, 刘林忠
为控制危险品运输风险大小并提高风险分布合理性，兼顾运输商的利益诉求，对多种类型危险品在同一路网内运输时的多路径组合优化问题进行研究。首先根据运输路径物理特征，结合路段风险值给出路径间的物理相异度计算方法，并根据各路段在路网内的地理位置，给出路径间的空间相异度计算方法；然后设置总风险阈值和最小相异度约束，建立同时考虑累积运输风险、运输费用和运输时间的多目标优化模型，改进第2代非支配排序遗传算法（Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-Ⅱ，NSGA-Ⅱ）对模型求解，利用动态拥挤距离来提高群体中个体分布的均匀性；最后通过随机网格网络算例对多种类型危险品在不同起讫点间单次、多次运输场景下的路径选择进行仿真优化，并利用实际路网数据对优化方法的可行性进行验证。结果表明：设置危险品运输路径之间的相异度约束，可减少共用路段/节点数量，避免运输风险在局部区域内过度集中；适当增加累积运输风险，有利于提高路径之间的物理相异度和空间相异度，使运输风险的分布更为分散，同时扩大了运输商的路径优化空间。研究结果可为政府部门对危险品运输风险控制及风险分布管理提供新的方法，为运输商的路径选择提供决策支持。

中国公路学报杂志

中国公路学报杂志2018年第4期

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