高速公路隧道环境下驾驶人的行为风险量化方法

摘要

本发明属于道路交通安全技术领域，公开高速公路隧道环境下驾驶人的行为风险量化方法，包括：采集每名驾驶人通过隧道入口段、隧道行车段、隧道出口段、普通高速路段时对应速度采样点的实时速度作为该驾驶人的主观预期车速；获取多名驾驶人在各个路段的50分位车速；计算得到各路段的最高安全车速、最低安全车速；根据各路段的最高安全车速、最低安全车速，得到客观安全车速；根据每个驾驶人通过各路段对应速度采样点处的主观预期车速、客观安全车速，得到每个驾驶人在各路段对应速度采样点处的安全车速差，作为对应驾驶人的行为风险量化指标，对应速度采样点处的安全车速差越大，表示驾驶人在对应路段速度采样点处的行为风险越高。

说明书

技术领域

本发明属于道路交通安全技术领域，尤其涉及一种高速公路隧道环境下驾驶人的行为风险量化方法。

背景技术

随着隧道建设占高速公路基础建设的比重越来越大，与之相伴的交通安全问题也日益突出。事故数据表明，隧道进、出口段交通事故分布最多，总数占比近70％，且追尾事故占比近55％，事故严重程度明显高于开放道路段。而影响交通安全的诸多因素中，驾驶人因素占事故总数的93％左右。由于隧道几何空间结构特殊、内外光照环境差异明显，驾驶人于隧道行车需经历多次视觉明、暗适应过程，该过程不仅会影响生理和心理行为，进一步导致驾驶行为改变，甚至出现车辆失控现象。在人-车-路-环境协同反馈系统中，道路安全评价的实质内容为驾驶人行为风险评价，行为风险值减小，事故可能性显著下降，道路安全性则明显改善。选取驾驶行为指标，提出驾驶人行为风险量化方法，以此衡量和判断隧道驾驶过程中的行为风险变化关键位置点，以达到改善隧道安全设施，指导道路安全设计的目的。

现有关于隧道安全的研究侧重于以经验统计为主的道路静态要素分析，忽略了驾驶行为的动态变化特性，鲜少关注驾驶人主观认知的影响，即使考虑到驾驶人风险感知特性的影响，但并未进行实车实验，选用合适的行为指标深入分析。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种高速公路隧道环境下驾驶人的行为风险量化方法，该方法能够实时预测驾驶人行为风险，从而在实际隧道安全设施布置过程中，可考虑其行为风险值突变点相应布置合理的安全保障措施，同时，对于驾驶行为警告系统的优化也有一定的应用价值。

本发明是以驾驶人为核心，从微观的角度，分析隧道环境对交通安全的影响。速度作为驾驶行为特性的核心表征，能够较好地反映驾驶预期与道路环境供给情况，是衡量驾驶风险程度的重要指标之一。因此，本发明通过对实车实验所采集的速度数据进行分析，提出基于安全车速差的驾驶人行为风险量化方法，该方法可对驾驶人行驶通过特长隧道路段和普通高速路段的行为风险进行分析。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现。

一种高速公路隧道环境下驾驶人的行为风险量化方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1，假设有多名驾驶人进行实验，采集每名驾驶人通过隧道入口段、隧道行车段、隧道出口段、普通高速路段时对应速度采样点的实时速度，并将每个速度采样点对应的所述实时速度作为该驾驶人每个速度采样点对应的主观预期车速；

步骤2，获取所述多名驾驶人在所述隧道入口段的50分位车速、所述隧道行车段的50分位车速、所述隧道出口段的50分位车速以及普通高速路段的50分位车速；

步骤3，获取所述隧道行车段的最高安全车速、所述隧道行车段的50分位车速，从而计算得到所述隧道入口段的最高安全车速、所述隧道出口段的最高安全车速；

步骤4，获取所述普通高速路段的最低安全车速，根据所述普通高速路段的最低安全车速、所述普通高速路段的50分位车速，计算得到所述隧道入口段的最低安全车速、所述隧道行车段的最低安全车速、所述隧道出口段的最低安全车速；

步骤5，根据所述隧道入口段的最高安全车速、所述隧道入口段的最低安全车速，得到所述隧道入口段的客观安全车速；

根据所述隧道行车段的最高安全车速、所述隧道行车段的最低安全车速，得到所述隧道行车段的客观安全车速；

根据所述隧道出口段的最高安全车速、所述隧道出口段的最低安全车速，得到所述隧道出口段的客观安全车速；

根据所述普通高速路段的最高安全车速、所述普通高速路段的最低安全车速，得到所述普通高速路段的客观安全车速；

步骤6，根据每个驾驶人通过隧道入口段、隧道行车段、隧道出口段、普通高速路段时对应速度采样点位置处的主观预期车速，所述隧道入口段、隧道行车段、隧道出口段、普通高速路段的客观安全车速，得到每个驾驶人在所述隧道入口段、隧道行车段、隧道出口段、普通高速路段时对应速度采样点位置处的安全车速差，并将所述安全车速差作为对应驾驶人在所述隧道入口段、隧道行车段、隧道出口段、普通高速路段时对应速度采样点位置处的行为风险量化指标；且所述安全车速差越大，表示驾驶人在对应时对应速度采样点位置处的行为风险越高。

本发明技术方案优点在于考虑了驾驶人的主观预期车速，并结合客观环境安全车速，构造了实时评价驾驶人行为风险的量化方法，该方法更加准确、全面，并易于在实际路段安全评价中操作。运用该方法后，可实施评估驾驶人在隧道和普通高速行车过程中的客观风险，对于驾驶人风险行为警告系统优化，减少道路交通事故具有重要价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种高速公路隧道环境下驾驶人的行为风险量化方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种高速公路隧道环境下驾驶人的行为风险量化方法，如图1所示，所述方法包括如下步骤：

步骤1，假设有多名驾驶人进行实验，采集每名驾驶人通过隧道入口段、隧道行车段、隧道出口段、普通高速路段时对应速度采样点的实时速度，并将每个速度采样点对应的实时速度作为该驾驶人每个速度采样点对应的主观预期车速。

具体的，分别在隧道入口段、隧道行车段、隧道出口段、普通高速路段设置多个速度采样点，对每个驾驶人通过对应速度采样点位置处的实时速度进行记录。

本发明实施例所说的隧道是指长度至少为1000米以上的特长隧道。

参考《公路隧道设计规范》(JTG D70-2004)(JTG D70/2-2014)及《公路路线设计规范》(JTG D20-2006)，划分特长隧道路段为入口段、行车段和出口段。其中，隧道入口段由入隧道口前300米和入隧道口后300米的路段组成，所述隧道出口段由出隧道口前300米和出隧道口后300米的路段组成，所述隧道行车段是指进入隧道口后300米与出隧道口前300米之间的路段。

主观预期车速是驾驶人通过感知当前行车环境确定的行驶车速，即驾驶人在心理上自认为安全的车速状态，而非道路交通环境允许的安全速度。当行车环境发生变化时，驾驶人将重新调整预期车速，并根据新的预期车速调整当前的实际车速，如此循环。

步骤2，获取所述多名驾驶人在所述隧道入口段的50分位车速、所述隧道行车段的50分位车速、所述隧道出口段的50分位车速以及普通高速路段的50分位车速。

步骤2中，所述多名驾驶人在所述隧道入口段的50分位车速、所述隧道行车段的50分位车速、所述隧道出口段的50分位车速以及普通高速路段的50分位车速，具体为：

将多名驾驶人在某一路段的实时速度按照从大到小或者从小到大的顺序进行排列，取中间的实时速度作为多名驾驶人在该路段的50分位车速。

具体的，本发明基于实车实验的采集数据，预期车速即为实测的驾驶人车速。

而客观安全车速的确定，当车速接近或稍大于平均车速时，事故率最低；车辆运行车速与平均速度的差值越大，发生事故的可能性也就越大。

而从交通工程学的角度看，85％定点单车自由流分位车速为最高限制车速。实验中所取的特长隧道路段最高限速60km/h，没有最低限速值；而普通高速路段最高限速80km/h，最低限速60km/h。根据基础数据分析，所有被试85％分位车速均已超过最高限速值。鉴于以上考虑，采用中位数分割的方法，最终选取50％分位车速作为驾驶人在不同路段的安全车速基准值，结合不同路段实际最高限速值和最低限速值，运用比例指标，确定最高安全车速和最低安全车速，根据U型曲线，最后取两者的均值为最终的客观安全车速值。因此，本发明提出的客观安全车速确定方法既在法律法规所允许的安全车速范围之内，又充分地考虑了路段环境的可区分性。实质是基于以下假设：

(1)特长隧道环境入口段、行车段、出口段和普通山区高速路段的客观安全车速值不同；

(2)与客观安全车速的差值越大，其行为风险值越高。

步骤3，获取所述隧道行车段的最高安全车速、所述隧道行车段的50分位车速，从而计算得到所述隧道入口段的最高安全车速、所述隧道出口段的最高安全车速。

具体的，所有驾驶人在隧道入口段和出口段均需经历暗适应和明适应过程，速度变化明显，而隧道内行车段速度较稳定，且平均车速值较高，因此，驾驶人在隧道行车段采用最高限速值60km/h作为最高安全车速；普通高速路段则采用最高限速值80km/h作为最高安全车速。其他路段的最高安全车速均使用比例指标计算。

按照下式计算得到所述隧道入口段的最高安全车速、所述隧道出口段的最高安全车速：

其中，v_phs表示p路段的最高安全车速，v_p50表示p路段的50分位车速，p表示隧道入口段或者隧道出口段；v1表示隧道行车段的50分位车速。

示例性的，计算得到的最高安全车速表如表1所示，可见隧道环境入口段最高安全车速值最小，普通高速路段最高安全车速值最大。

表1最高安全车速表(km/h)

步骤4，获取所述普通高速路段的最低安全车速，根据所述普通高速路段的最低安全车速、所述普通高速路段的50分位车速，计算得到所述隧道入口段的最低安全车速、所述隧道行车段的最低安全车速、所述隧道出口段的最低安全车速。

隧道路段没有最低限速，但普通高速最低限速60km/h。因此，采用最低限速值60km/h作为最低安全车速。其他路段的最低安全车速均使用比例指标。

按照下式计算得到隧道入口段的最低安全车速、所述隧道行车段的最低安全车速、所述隧道出口段的最低安全车速：

其中，v_qls表示q路段的最低安全车速，v_q50表示q路段的50分位车速，q表示隧道入口段、隧道行车段或者隧道出口段；v2表示普通高速路段的50分位车速。

示例性的，计算得到的最低安全车速表如表2所示，可见隧道环境入口段最低安全车速值最小，普通高速路段最低安全车速值最大。

表2最低安全车速表(km/h)

路段50％分位车速最低安全车速隧道入口段66.5942.27隧道行车段70.4144.70隧道出口段71.5545.42普通高速路段94.5160.00

步骤5，根据所述隧道入口段的最高安全车速、所述隧道入口段的最低安全车速，得到所述隧道入口段的客观安全车速；

根据所述隧道行车段的最高安全车速、所述隧道行车段的最低安全车速，得到所述隧道行车段的客观安全车速；

根据所述隧道出口段的最高安全车速、所述隧道出口段的最低安全车速，得到所述隧道出口段的客观安全车速；

根据所述普通高速路段的最高安全车速、所述普通高速路段的最低安全车速，得到所述普通高速路段的客观安全车速。

因为事故率与速度的关系呈U型，当实际速度接近或稍大于平均车速时，事故率最低。所以，取客观安全车速为各个路段对应的最高安全车速与最低安全车速的平均值。

示例性的，根据车速U型变化曲线，最终确定客观安全车速值为最高安全车速与最低安全车速的均值，计算结果如表3所示。隧道入口段的安全车速值最小，普通高速路段的安全车速值最大。

表3最终安全车速值(km/h)

路段安全车速值隧道入口段49.51隧道行车段52.35隧道出口段53.20普通高速路段70.00

综合行车环境由特定的道路条件、交通状况、安全设施等因素组成。结合自身能力(车道保持能力、换道能力、对突发事件的应激处理能力等)，驾驶人根据综合行车环境能够保持安全行驶的最大车速，称为“客观安全车速”。这一车速是道路行车环境对安全行车的反馈要求，也是提供给车辆的安全可行车，客观安全车速会随着行车环境的不断变化而变化。

步骤6，根据每个驾驶人通过隧道入口段、隧道行车段、隧道出口段、普通高速路段时对应速度采样点位置处的主观预期车速，所述隧道入口段、隧道行车段、隧道出口段、普通高速路段的客观安全车速，得到每个驾驶人在所述隧道入口段、隧道行车段、隧道出口段、普通高速路段时对应速度采样点位置处的安全车速差，并将所述安全车速差作为对应驾驶人在所述隧道入口段、隧道行车段、隧道出口段、普通高速路段时对应速度采样点位置处的行为风险量化指标；且所述安全车速差越大，表示驾驶人在对应时对应速度采样点位置处路段的行为风险越高。

通过“主观预期车速”与“客观安全车速”，可以表征驾驶人对当前行车环境的主观判断与客观环境的要求。因此，可认为驾驶人行为风险源于两者偏差，这种差异可换用两个车速指标差来量化。在实际行车过程中，主观预期车速与客观安全车速存在三种关系：

(1)两者基本一致：这种情况说明驾驶人对道路环境的主观判断与实际供给情况相符，驾驶人以当前环境所允许的安全车速行驶，驾驶人行为风险值低，事故隐患小。

(2)预期车速低于安全车速：驾驶人对道路环境判断失误，或是当前行车环境提供信息不足，使驾驶人判断的危险程度高于实际情况。该情况下，虽然当前行为风险值低，但驾驶人负荷过高，有可能产生下一刻行为风险值显著增加的情况。

(3)预期车速高于安全车速：驾驶人判断失误，主观认定的预期车速超过了环境允许值。

驾驶人行为风险量化的目的，在于筛选关键位置点，找出事故隐患路段，从而有针对性地进行安全设施改善。而建立行为风险评价模型的关键，在于如何量化主观预期车速与客观安全车速。

采用主观预期车速与客观安全车速的差值绝对值作为驾驶人行为风险的量化指标，简称安全车速差。安全车速差值越大，说明驾驶人行为越不安全，其行为风险值越高。得到所有被试每个行车区间的车速差值后，因为无参照的量纲，无法进行横向比较。所以，采用极值处理法对车速差数据进行标准化变换，去除量纲，将所有数据转换在区间[0，1]内，这样便可得到驾驶人行为风险值。极差标准化转换过程表示为：

进一步的，在所述步骤6得到每个驾驶人在所述隧道入口段、隧道行车段、隧道出口段、普通高速路段的安全车速差之后，所述方法还包括：对所述安全车速差进行极差标准化转换，具体包括：

在所述步骤6得到每个驾驶人在所述隧道入口段、隧道行车段、隧道出口段、普通高速路段时对应速度采样点位置处的安全车速差之后，所述方法还包括：对所述安全车速差进行极差标准化转换，具体包括：

记所有驾驶人在所述隧道入口段、隧道行车段、隧道出口段、普通高速路段时对应速度采样点位置处的安全车速差矩阵X为：

其中，n表示驾驶人的个数，m表示每个驾驶人在隧道入口段、隧道行车段、隧道出口段、普通高速路段时对应速度采样点的个数，x_ij表示第i个驾驶人在第j个速度采样点处的安全车速差；

所有驾驶人在所述隧道入口段、隧道行车段、隧道出口段、普通高速路段时所有速度采样点位置处的安全车速差的极差R表示为：

对所有驾驶人在所述隧道入口段、隧道行车段、隧道出口段、普通高速路段的对应速度采样点处的安全车速差矩阵X采用下式进行极差标准化转换得到安全车速差标准矩阵X^*：

其中，

且分布在区间[0，1]内。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。