基于驾驶员心理和生理反应的高速公路隧道安全策略研究.doc

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1、 2017 届毕业生毕业论文题目：基于驾驶员心理和生理反应的 高速公路隧道安全策略研究 院(系)别 学院 专 业 工程 班 级 学 号 姓 名 指导老师 2014 年 月 日word文档 可自由复制I编辑摘 要 随着交通事业的发展，我国已成为世界上隧道最多、最复杂、发展最快的国家。公路隧道作为高速公路网的瓶颈路段，具有易发生交通事故，且事故危害程度大、事后处理困难等特点。通过相关资料分析得知大部分高速公路隧道路段的交通事故主要与驾驶员有关，而驾驶员主要依靠视觉来获取各种交通信息。因此，研究驾驶员在隧道路段的视觉行为特征对交通安全具有非常重要的意义。本文以隧道路段驾驶员生理及心理变化特性为研究课

2、题，在隧道路段环境特点和隧道事故特征以及驾驶员视觉特性研究的基础上，通过实车试验，利用眼动仪记录眼动数据，确定将驾驶员平均瞳孔直径，眨眼持续时间，注视点呈现时间作为评价指标，分析了在短隧道段、中长隧道段、长隧道路段的驾驶员眼动规律，针对存在的相关问题，提出了自己的安全措施及建议，希望可以有效地减少隧道事故的发生，确保隧道内的行车安全。关键词： 隧道，视觉特性，眼动仪，行车安全AbstractWith the development of the transportation，China has become the worlds tunnel largest，most complex and

3、fastest-growing countries. Highway tunnel as the bottleneck of expressway network， with easy traffic accidents，characteristics and major accident hazard degree，post processing difficulties. Through the analysis of relevant information that most of the highway tunnel traffic accident mainly relate to

4、 the driver，and the driver mainly relies on the visual system to obtain traffic information. Therefore， the visual characteristics of drivers in the tunnel section is very important for traffic safety.In this paper，the pilot tunnel section changes the characteristics of physical and psychological re

5、search，on the basis of environmental features and characteristics of the tunnel road tunnel accidents and visual characteristics of the driver， through the real vehicle tests, the use of eye tracker records eye movement data to determine the drivers average pupil diameter， blink duration， the fixati

6、on point presentation time as the evaluation index，analyze the short tunnel section， in the long tunnel section，the driver eye movement long tunnel section of the law, for related problems， and put forward their own safety measures and suggestions that can effectively reduce the occurrence of tunnel

7、 accidents and ensure traffic safety in the tunnel.Keywords： Tunnel , Visual characteristics，Eye tracker，Driving safetyword文档 可自由复制I编辑目 录目 录i前 言11 概述21.1研究背景21.1.1 隧道交通事故类型31.2国内外研究现状51.2.1国外研究现状51.2.2国内研究现状61.3研究内容71.4技术路线72 驾驶员心理和生理反应及隧道交通安全的相关理论92.1人对驾驶信息的认知92.2驾驶员在隧道路段的反应行为92.2.1识别视距92.2.2驾驶员的反应

8、特性92.3 隧道环境及设施对安全行驶的影响102.3.1隧道环境对安全的影响102.3.2设施对安全的影响122.4人的生理和心理变化123 实验设计及数据处理143.1试验目的143.2试验原理143.3试验设备153.4试验设计173.4.1试验时间及天气173.4.2试验路段选取183.4.3试验对象183.4.4试验流程183.4.5试验参数选择194 隧道驾驶员生理特征分析214.1数据分析软件214.2试验数据分析214.2.1平均瞳孔直径分析214.2.2眨眼持续时间分析254.2.3注视点呈现时间分析274.2.4眼跳幅度分析285 安全策略及建议315.1安全策略315.2

9、相关建议326 结论与展望33致 谢34参考文献35word文档 可自由复制I编辑 前 言随着我国交通事业的不断进步和发展以及人类生产、生活水平的不断提高，世界各国建设高速公路隧道的里程也快速增长。我国在改革开放后大力发展高速公路隧道建设,现已成为世界上隧道最多、最复杂、建设发展最快的国家。但是,高速公路隧道进出口是形成事故黑点的主要路段,隧道进出口处的事故率是隧道内事故率的2-3倍,远远高于一般路段。隧道进出口段处在两种行车环境的过渡段,交通环境和视觉环境的突然改变会增加驾驶员生理和心理负荷,容易引发交通事故。因此研究分析不同隧道路段驾驶员视觉和心理的变化规律，采取有效措施改善我国隧道进出口

10、的安全状况，减少隧道事故发生，成为一项重要课题。关于隧道路段驾驶员心生理变化规律和交通安全关系的研究，近年来国内外取得了一定的成果，2012年，瑞典的 Katja Kircher 和 Christer Ahlstrom 基于驾驶模拟器研究了隧道设计因素对驾驶行为的影响，研究表明隧道墙壁颜色和照明会对驾驶行为产生一定的影响，浅色的隧道墙壁颜色比强的照明更能使驾驶员的注意力集中。2005年，同济大学的潘晓东课题组利用眼动仪等设备研究了隧道路段驾驶员的眼动特性。杜志刚，潘晓东，郭学斌等通过大量试验，建立了驾驶员视觉震荡持续时间与公路隧道出口交通标志至隧道口安全距离S之间的关系式。本文以目前国内外隧道

11、研究文献为基础,通过分析高速公路隧道进出口的环境特征、驾驶员生理和心理特性以及隧道进出口交通事故时间分布、空间分布、事故形态和原因等特征,明确目前高速公路隧道的安全现状以及引起隧道交通事故的主要因素，利用先进的眼动仪，通过在短隧道、中长隧道、长隧道的进出口和内部进行连续的实车试验，采集到大量试验数据。通过初步分析整理，把驾驶员瞳孔直径、眨眼持续时间、注视点呈现时间和眼跳幅度的变化规律作为驾驶员隧道路段视觉特性的评价指标，进一步揭示驾驶员生理上的变化特征。本文通过分析发现，隧道内平均瞳孔直径大于非隧道段，且在隧道进、出口段，瞳孔直径会明显增大和急剧减小，长隧道路段的眨眼持续时间和次数远多于中长隧

12、道和短隧道，短隧道路段的注视点呈现时间最大，三种路段的进出口都会出现眼跳幅度的增大。针对驾驶员视觉相关变化规律，本文在系统分析后，提出了改善隧道路面、改善隧道内通风和洞内景观，加强驾驶员安全教育等措施，期待将来隧道设计水平的不断提高，安全措施的踏实执行，能够有效地减少隧道路段交通事故的发生，使高速公路更加快速，便捷，安全。1 概述1.1研究背景我国公路隧道建设的发展主要经历了三个阶段：第一阶段为古代的辉煌期。我国古代在隧道与地下工程建设方面有着悠久的历史，并取得过卓越的成就。早在17世纪初期，天工开物就已经详细的记载了当时规模较大的地下工程代表。第二阶段为建国初的停滞期。建国初期，我国公路隧道

13、发展速度缓慢甚至停滞不前，其主要原因是：公路等级低，技术差，资金少。第三阶段为改革开放的高速发展期。改革开放后，随着国民经济的高速持续增长和人民生活水平的不断提高，人们对出行的时效性和安全性的要求越来越高，为了缩短营运里程，提高道路的等级和通行能力，国家开始逐年增加隧道工程的建设。隧道数量以及营运里程逐年增加，特别是长隧道和特长隧道工程（500米为短隧道，5001000延长米之间的为中长隧道，10003000延长米之间的为长隧道；而3000延长米以上的，称之为特长隧道）的建设情况有了空前的发展（本文所提到的隧道全部指高速公路隧道），见表 11 表 1 国内长隧道基本情况简介 Table.1 T

14、he survey of long highway tunnels and extra-long tunnels in China 隧道名称 隧道长度/m 营运条件 隧道名称 隧道长度/m 营运条件 真武山隧道 3100 单向、双车道 大溪岭隧道 4100 双向、双车道 中梁山隧道 3165 单向、双车道 二郎山隧道 4160 单向、双车道 八达岭隧道 3455 双向、双车道 鹧鸪山隧道 4400 单向、双车道 木鱼槽隧道 3600 双向、双车道 华莹山隧道 4770 单向、双车道 猫狸山隧道 3600 单向、双车道 泥巴山隧道 8000 单向、双车道 牛郎河隧道 3920 单向、双车道 秦岭

15、终南山隧道 18100 双洞单向、双车道 高速公路隧道一方面实现了截弯取直、缩距、降坡、提速、提高运营安全及运营收益，大大提高了公路运输的便捷性和竞争力；另一方面，又由于环境特殊，导致其易发生交通事故，且事故发生后危害大、处理困难，因此目前还存在着很大的安全隐患，制约了高速公路健康的发展。由于受隧道环境特性的影响,隧道交通事故有其特殊性,主要体现在以下几个方面。1.1.1 隧道交通事故类型(1)车辆追尾碰撞事故隧道路段交通事故的主要表现形式就是车辆追尾事故，大约占隧道交通事故总量的50%。车辆与车辆发生追尾碰撞和驾驶员没能与前车保持足够的安全距离有关。当前面的车辆突然紧急制动时,后面的车辆来不

16、及减速停车,因而与前面车辆尾部发生碰撞。(2)侧翻侧翻是隧道路段事故的重要表现之一。侧翻事故产生的主要原因是驾驶员驾驶车辆不规则地变换车道、超车、超重，从而引起的交通事故。(3)车辆撞击隧道壁面或洞门由于隧道环境相对比较封闭，尘土及游离碳沉积在隧道路面上,如果长期得不到有效冲洗,隧道路面的摩擦系数就会降低。当车辆进入隧道时行驶速度稍有变化(突然加速或减速),或着由于下雨造成路面潮湿,车辆因打滑失去方向控制,就会发生撞击隧道壁面或洞门的事故，根据隧道交通事故伤亡统计，车辆撞击隧道壁造成的伤亡所占比例很大。(4)车辆装载有易爆易燃等危险物品或车辆爆胎、抛锚等自身原因而引起的燃烧、爆炸等事故形态也是

17、隧道事故的重要表现形式。1.1.2 隧道交通事故发生的时间分布隧道交通事故发生的时间分布：(l)白天发生事故多主要是受到驾驶员视觉变化、心理变化和行车速度等影响,隧道内白天发生交通事故的概率明显高于夜间（如图1.1）2。 图 1.1 隧道交通事故时间分布图Figure 1.1 Time Distribution tunnel accident(2) 雨天发生事故多 刚开始下雨时很少有事故发生,基本上1小时后才开始出现交通事故, 交通事故的高峰期在雨后6一10小时，然后事故量逐渐下降,16小时后很少再发生交通事故。(3)春季、冬季发生事故多根据相关统计资料显示,在春季、冬季隧道路段交通事故频繁发

18、生。主要表现在我国西北、西南高海拔地区冬季寒冷，路面会出现严重的结冰；春季雨水比较多，容易使路面湿滑,道路附着系数比干燥道路小，车辆附着力减小,容易出现打滑使方向失去控制,造成撞击隧道壁或与后车发生追尾相撞等事故。因此,春、冬季节恶劣的气候环境严重地影响和制约着车辆的安全行驶,也是造成隧道事故的主要原因之一2。 由互联网统计的近几年高速公路隧道事故案例如下： 2008年5月13日，一辆红旗出租车，搭载4名乘客，从兰州出发途经青土岘隧道时，发生追尾事故，造成出租车内人员一死一重伤2。 2008年9月5日，兰临高速公路新七道梁隧道中段，一辆车号为甘A54288的长城皮卡与一辆车号为蒙A31239的

19、厢式大货车发生追尾，造成3人死亡1人受伤2。2009年6月8日，渝武高速北碚至重庆路段北碚隧道内发生一起恶性交通事故，一辆江淮商务车与一辆东风大货车发生追尾，造成江淮商务车内11名乘客6人轻伤、3人被困、2人当场死亡，并造成渝武高速往重庆方向堵车近3个小时3。 2011年4月8日凌晨3时许，甘肃兰州至临洮县的高速公路新七道梁隧道内，两辆油罐车发生追尾事故，事故引起漏油并引发爆炸，共造成4人死亡,1人受伤。隧道内壁的混凝土被冲击成碎片散落，形成1.5m高，近200m长的碎片带。高速公路全线关闭，预计半月无法通行4。2012年1月29日14时许，渝昆高速冷水溪隧道处发生一起交通事故，30余名客车乘

20、客被困，经过云南盐津消防大队官兵的紧急救援，被困人员得以全部脱险5。 2013年4月6日17时许，云南省碧鸡关隧道通往昆明方向的出口处，有近60辆轿车被撞导致变形，截止当日20时许，该隧道内共发生30余起车辆追尾事故6。2014年3月1日下午14点50分，山西省晋城市境内的晋济高速岩后隧道内发生两辆甲醇车追尾相撞，导致前车甲醇泄漏，在司机处置过程中甲醇起火燃烧，隧道内42台车辆及煤炭等货物被引燃引爆，事故导致31人死亡，9人失踪7。 图 1.2 隧道内事故图Figure 1.2 Figure tunnel accident 由以上事实可见，隧道还存在着巨大的安全隐患，已成为了制约我国高速公路发

21、展的瓶颈路段，应给予更多的关注。 1.2国内外研究现状1.2.1国外研究现状国外应用人体生理信息研究交通安全的起步较早。早在20世纪初，已有了人体节律与交通安全之间的关系研究：(1)驾驶员视觉反应研究1992年，JoseManuel Serrano 和 Friedhelm Blennemann 通过调查问卷以及查阅文献的方式研究了直布罗陀公路隧道内驾驶员的驾驶行为，从隧道对驾驶员心理的影响角度给隧道设计提了一些建议8。 2004年，Alison Smiley 等为研究路侧电子广告牌对驾驶员注视模式的影响，选取了16名被试者进行试验，使他们经过四个电子广告牌，其中3个是市区交叉口，1个是城市高速

22、路，用 EL-MAR Vision 2000眼动仪记录了驾驶员经过广告牌的注视行为。通过对实验数据的统计分析发现，广告牌会吸引驾驶员的视线，而且驾驶员会更关注交通标志牌，在经过广告牌时驾驶员会有 45%的时间视线落在广告牌上9。2007年，美国的 M.P.Manser 和 P.A.Hancock 基于驾驶模拟器，研究了隧道的直观形象和纹理对驾驶行为的影响。试验选择了32名驾驶员，试验过程中记录不同隧道行驶时驾驶员的速度选择和速度控制情况，试验结果表明，驾驶员的速度感知以及感知后的反应受隧道直观形象和材质的影响10。2009年，Bryan Reimer 为研究认知复杂程度对驾驶员视觉特性的影响规

23、律，选取 26 名驾驶员进行道路试验，在驾驶过程中分别让驾驶员进行不同复杂程度的认知活动，用头戴式眼动仪记录驾驶员的眼动行为，主要是记录视线点的分布，统计发现，随着认知活动复杂程度的微小增加，驾驶员视线点分布变得密集，水平的视线距离增加，说明驾驶员会通过增加视线的距离来弥补反应所需要的时间。2012年，瑞典的 Katja Kircher 和 Christer Ahlstrom 基于驾驶模拟器研究了隧道设计因素对驾驶行为的影响。试验选取了28名驾驶员，通过在不同的隧道墙壁颜色，照明水平以及不同工作负荷的驾驶试验研究表明：隧道墙壁颜色和照明会对驾驶行为产生一定的影响，但驾驶员对驾驶任务的注意力会同

24、时引起驾驶行为和视觉的变化。研究结果表明，浅色的隧道墙壁颜色比强的照明更能使驾驶员的注意力集中。(2)驾驶员心理反应研究日本在二十世纪七十年代末八十年代初 开始陆续有学者用主要包含心率血压等生理指标在内的多道生理记录仪 研究驾驶员在驾车时的劳动负荷和心理负荷与交通安全间的关系。1998年，J.A. Groeger 和J.A.Rothengatter研究了驾驶员的认知过程和驾驶员的社会心理。提出了应用交通心理学预防交通事故的措施11。2005年，Chin-Teng Lin 等基于 EEG 开发了一个疲劳检测系统。该研究将大脑皮层分为33个区，应用独立成分分析法分析了每个分区的脑电频谱能量变化与驾

25、驶行为的关系。实验结果表明，当驾驶员疲劳时，驾驶过失增多，而恶习减少了12。 2010年，Raymond Hoogendoorn 等基于驾驶模拟器，应用驾驶员的心率、心率变异性、呼吸频率、颧大肌和皱眉肌活动等生理指标，评价了驾驶员在高速公路交通事故感知过程中的心理负荷程度。通过测量驾驶员开车前、事故感知前、事故感知过程中和事故感知后各个生理指标的大小，分析驾驶员在感知交通事故过程中心理负荷的变化。实验结果表明，驾驶员感知交通事故的过程会导致心理负荷指标增加13。1.2.2国内研究现状（1)驾驶员视觉反应研究2000年，西南交大的张殿业，针对驾驶员动态视野随车速变化，研究了行车安全可靠度与其之间

26、的关系，提出汽车驾驶员动态视野随车速变化的行为模式，分析驾驶员视野测试方法和变化机理，建立了关于动态视野量化评价指标体系，利用室内试验，比较非事故组驾驶员与事故组动态视野可靠度差异14。2005年，同济大学的潘晓东课题组利用眼动仪等设备研究了隧道路段驾驶员的眼动特性。杜志刚，潘晓东，郭学斌等通过大量试验，建立了驾驶员视觉震荡持续时间与公路隧道出口交通标志至隧道口安全距离S之间的关系式15。2011年，长安大学的丁光明利用眼动仪等设备定量分析了驾驶员在公路隧道中的生理及心理变化特征16。（2)驾驶员心理反应研究1998年，林英姿等人利用心率、皮电反射、血压等指标，通过测试驾驶人转向操作过程中的变

27、化规律来判定驾驶人的生理和心理状态。研究指出，人的生理与心理状态对操作行为会产生重要影响。2006年,艾力斯木吐拉等人釆用动体视力、血压脉搏检测仪等仪器，针对沙漠特殊环境中公路交通安全问题，实地测试长期从事沙漠公路运输活动的驾驶员生理、心理特性。北京工业大学任福田提出，道路线形设计应以驾驶员的交通需求和心理、生理反应特征为指引的理论基础，建议用动态的观点来设计公路路线的各个元素17-18。2006年，长安大学的杜坤从心理学角度研究了长大隧道路段驾驶员的心理变化特征，并提出了隧道环境优化策略19。2009年长安大学的何操基于眼动仪和生理记录仪，通过道路试验研究了高速隧道路段驾驶人感兴趣区域的注视

28、特性，心率增加率与车速、直隧道纵坡和隧道弯、坡、长度组合的关系，以及超车等驾驶行为对驾驶员心率的影响20。从以上研究可以看出，国外大量研究了驾驶员视觉特性及操作行为等领域，但针对高速公路隧道内驾驶员生理、心理特性变化规律的研究较少。目前国内对驾驶员生理、心理特性的研究主要集中在高速公路以及山区公路线形设计，疲劳驾驶等方面，针对高速公路隧道进出口路段和内部路段驾驶员生理、心理的变化研究尚处于起步发展阶段。因此，有必要研究分析高速公路隧道不同路段驾驶员生理、心理特征，掌握驾驶员在隧道路段行车时的生理、心理的变化规律，分析驾驶员行为特征，提出改善高速公路隧道行驶安全的对策与措施，以提升隧道路段行车的

29、安全水平。1.3研究内容(1)分析隧道交通事故特征和驾驶员的心理生理特性，查找它们之间的内在联系。研究外界环境与人体反应之间变化的关系，确定隧道环境变化与驾驶员视觉之间的理论基础。确定视觉及生理评价指标。 (2) 设计实验方案，采集隧道路段驾驶员的视觉及生理数据。 (3) 研究不同长度隧道及隧道内部对驾驶员瞳孔直径大小、注视特性、眨眼特性和眼跳幅度的影响及规律，为隧道照明、设计及优化提供参考建议。 (4) 针对研究的内容对高速公路隧道内存在的问题提出有效的安全改善措施,为驾驶员提供一个安全、明亮、舒适的行驶条件，从而减少隧道事故，提高高速公路交通的安全性和通行效率。1.4技术路线 本研究采用实

30、际高速公路隧道实车测试的方法，对驾驶员在隧道进口段，洞内行车段，隧道出口段等不同区段行车过程中驾驶员的视觉生理变化特征进行分析，具体的技术路线如图1.3所示。方案可行方案不可行获得结论进行试验收集数据并进行分析确定试验方案分析结果 调试设备 试验道路选取 设计试验隧道资料收集 驾驶员特性研究资料收集图1.3 技术路线Figure 1.3 Technology roadmap 2 驾驶员心理和生理反应及隧道交通安全的相关理论2.1人对驾驶信息的认知汽车在随道中行驶时，驾驶员要实时地认知交通系统内的各种信息。而部分信息都是动态变化的，且信息的呈现具有偶然性和不可预见性，这种复杂的信息会排队或杂乱出

31、现。驾驶员在一定的时间下对这些信息进行处理，而且在有限时间内完成，及时准确地对信息进行处理是行车安全的关键。只有正确感知隧道环境和车辆信息，同时做出准确判断处理，才能做出安全有效的操作行为，因此，在整个隧道中的驾驶过程可以简化为驾驶人的感知、判断及操作过程。2.2驾驶员在隧道路段的反应行为2.2.1识别视距识别视距又称为判断视距，是指在复杂混乱的道路环境中，驾驶员视觉上能够准确识别道路上的各种信息,判断危险源，并采取正确的操作措施进行安全行驶所需的距离，就是识别视距。一般情况下识别视距大于停车视距 。2.2.2驾驶员的反应特性驾驶员反应特性又称为反应时间，是指从刺激产生到反应之间的时距。反应有

32、简单反应和复杂反应两种。简单反应是给予驾驶员以单一的刺激，要求驾驶员做出反应。这种反应出，除该刺激信号外，驾驶员的注意力不为另外的目标所占据，生理上的条件反射往往都是简单反应，因为它不经过大脑分析、判断和选择。当驾驶员对外界某种刺激信息做出反应时，看起来好像是很快地产生动作，而实际上有一个过程，需要一定的时间，比如要求按喇叭，通常需要0.15-0.25s。复杂反应是给驾驶员多种刺激，要求驾驶员做出不同的反应。例如驾驶员在超车过程中，既要知道自己车辆的行驶速度，又要估计到前面被超越车辆的速度和让行超越路面的情况，操作上便有选择的准备超越时间。因此复杂反应的复杂程度取决于交通量的大小、车辆和车流中

33、的另外一些车辆的速度、行驶路线及道路环境情况的变化等多种因素。驾驶员的反应时间是指从道路交通环境中“信号”的出现(如线形变化、指示信息等)到驾驶员产生反应的时间间隔长度。反应时间因人而异，与驾驶员的驾驶、经验、灵活与感知速度、是否酒后驾驶、危险驾驶行为的倾向性等相关。虽然这些因素在道路设计阶段是难以控制的，但在道路设计中,应考虑到上述的驾驶员差异，使得道路能够包容一定程度的驾驶员个体之间的差异，道路设计应该具有一定的宽容性 21。2.3 隧道环境及设施对安全行驶的影响2.3.1隧道环境对安全的影响 隧道环境分成隧道外环境和隧道内环境。隧道外环境包括隧道附近地形、洞口朝向、附近植被、路段的线型等

34、；隧道内环境主要是指隧道照明与通风、噪音、行车环境、交通设施布设等因素。隧道周围环境对安全行车影响如下：(1) 隧道进、出口明暗差异。 “人眼能够自动适应环境光强的变化。当环境光强由暗到亮时，人眼的响应（瞳孔的直径变小）称为明适应，一般需要 1-3s；反之，称为暗适应”，暗适应时间一般要十五分钟左右才能完全适应。隧道洞内外的亮度差异很悬殊，当驾驶员驾车驶入隧道时，由于通过洞口的时间很短，但亮度变化却很快，驾驶员的视觉要经历一个暗适应过程。进入隧道后，由明亮的外部驶入一个较暗的隧道内部，视觉需要一定的适应时间，然后才能看清隧道内部的情况；驶出隧道时，视觉也要经历一个明适应过程，这两种现象都称为“

35、适应滞后现象”，而且，“亮度速度变换越快，适应时间越长”。由于隧道长度不同驾驶员的反应不同，可以将驾驶员驶入隧道时的感受大致分为以下两种情况：当驶入短隧道时，由入口可以看到出口外的亮度很高，会产生“黑框”效应；在长隧道内行驶时，当车辆驶入时，会感觉洞口很黑，以至于无法辨认洞口附近的状况，甚至辨认不清障碍物，称为“黑洞”效应。当车辆接近隧道出口时，看到的是一个刺眼的眩亮白洞，此时形成“白洞”效应(如图2.1所示)。以上几种现象无疑会增加驾驶员的心理负担，产生紧张、恐惧心理，严重影响行车驾驶安全。驾驶人进入隧道的瞬间不能立即适应，会主动降低车速，条件反射性地踩制动,车辆在高速行驶时突然减速容易失去

36、平衡，产生“甩尾”、“跑偏”等现象。方向易失控，发生撞击隧道壁或追尾的事故。图2.1 黑洞效应与白洞效应Figure 2.1 Effect of the black hole and white hole effect(2)隧道内照明情况。 基于“黑洞”效应、“白洞”效应以及“适应滞后现象”对驾驶员的不利影响，通常把隧道照明分入口照明，基本段照明和出口照明。一般情况下，为了节约照明成本，照明的灯具并非一个紧挨一个连续布置的，而是两灯之间有着一定的间距，且根据要求，入口段亮度要大于基本段亮度，所以基本段的灯具排布间距较其他两路段宽，由于照明器不连续布置，当车辆以一定的速度在隧道中行驶时，驾驶员的

37、视觉会不断经受明暗变化的刺激而产生烦乱，这种现象叫做“频闪”效应。除此之外，如果隧道内的亮度纵向均匀度低，路面上会连续、反复的出现亮带和暗带，即“斑马效应”。同时，照明器的调光及动态系统控制，照明系统的自动化系统等，在对灯具的亮度和开启数目的控制时，也可能引起“频闪”效应和“斑马”效应。 照明分布不均、注视目标频繁变换、光源闪烁不稳定及红光照明等，都会引起相当程度的视干扰和心理不适而导致视疲劳”。由于车辆是以一定的速度通过隧道的，所以这里的“频闪”效应相当于光源“频闪”效应，而“斑马”效应相当于照明分布不均匀，这两种现象都是导致视疲劳原因。视疲劳的主要症状为眼睛发酸、发胀、眼眶酸疼、欲流泪。视

38、觉疲劳会严重影响司机的视觉功能，危及行车安全 22。(3)隧道周围的空气质量。 在交通量巨大的高速公路长大隧道路段，封闭的隧道空间使机动车释放的废气尾气不能有效扩散，无法被新鲜空气稀释，污染物不断沉积导致空气污染严重。隧道内路面纵坡导致车辆行驶中加大了废气排放，CO含量超标。在高温炎热的夏季，隧道洞内平均温度比环境温度低,空气密度比隧道外高，CO气体不易排出而积聚在隧道内部，CO与驾驶员的血红蛋白结合后，易导致驾驶员意识不清,反应迟钝，操作迟缓，对身体健康及安全行车影响较大。(4)隧道内部噪音。 隧道路段噪声大小与车速、车型、车胎、路面结构、洞内空气、及建筑材料有关。噪音声强超过85分贝，可造

39、成暂时或永久性听力损伤，甚至可导致产生噪声性耳聋；另外，噪声能引起人体反应紧张，使肾上腺素的分泌增加，从而引起心率和血压升高；噪声也会使人感觉疲劳、记忆力衰退和头晕，诱发神经衰弱症。隧道内噪声是一种扩散声场，其直达声与混响声产生叠加作用，经过隧道洞壁不断反射，加大了环境噪声强度。隧道内噪声平均值在9295分贝，最大可超过100分贝，严重影响驾驶员思维判断能力和反应时间。2.3.2设施对安全的影响(1)隧道外设施隧道外设施一般包括护栏、防撞桶、诱导设施。半刚性护栏具有较强的吸收碰撞能量的能力，对车辆和车内成员的伤害相对较大。刚性护栏被撞后几乎不变形，但当车辆与护栏碰撞角度较大时，对车辆和车内成员

40、的伤害较大，尤其是端部未处理的护栏，一旦车辆与之发生碰撞，后果不堪设想。防撞桶一般设置在隧道进口,目的是起到警示、减震、吸震，缓冲车辆发生碰撞的冲击力，减轻事故严重程度。(2)隧道内设施 目前隧道内的防护设施比较少，国内主要釆用加高路缘石来解决。如果车辆与路缘石的碰撞角度过大，侧向碰撞力就很大；如果碰撞速度过快，则容易翻越路缘石，车辆直接与隧道内壁碰撞，造成更大的伤害。隧道内诱导设施主要为夜间行驶的车辆提供道路线形轮廓指示、诱导车辆运行或警告前方行使方向的改变。2.4人的生理和心理变化（1)人的生理变化从生理角度来讲，驾驶员身体健康、各项身体指标正常，能够客观、准确地感知和接收外界环境信息，而

41、且等迅速地做出正确反应,这是保障安全行驶的关键。车辆进入隧道的“黑洞效应”和驶出隧道的“白洞效应”，都会对驾驶员的视觉机能产生一定影响，而隧道内车辆排放的尾气，能在某种程度上影响驾驶员的大脑神经中枢，进而影响到行车车速、安全车距、车道宽度等的判断。在不同路段情况下，人的生理指标参数高低存在个体差异，在同样紧张程度下，不同驾驶员可能表现出不同的生理指标水平。隧道线形、结构、隧道设施及行车环境等的特殊性会引起驾驶员一系列生理反应，可表现出烦躁、疲劳和恐惧等，这些现象通过相关生理和心理参数变化表现出来，实时监测驾驶员生理指标变化，即可获得车辆在隧道不同路段行驶过程中，驾驶员生理状况随环境的变化特征。

42、深入研究分析其眼动特征的变化，可探寻高速公路隧道不同区段驾驶员的生理指标变化特征。（2)人的心理变化从心理角度来讲，驾驶员驾驶车辆，当道路前方突然出现一座横在道路中央的特大物体时，视觉线索连续性会被打断，影响驾驶员判断路线整体的走势，产生一种“阻断感”，进一步会造成驾驶员心理上产生紧张、恐惧感。受隧道路段环境限制，驾驶员在进入隧道前同时视觉上产生“黑洞效应”，驾驶员在适应黑洞效应的过程中，汽车将会在隧道进口段行驶很长的一段距离，有可能导致车辆与车辆或与隧道内壁发生碰撞。进入隧道内行驶后，由于隧道空间相对狭小封闭，驾驶员感觉视野控制在一个管状空间里，再加上周围环境极其单调，容易引起驾驶员视觉疲劳

43、(如图2.2所示)。当驾驶员的视野连贯性遭到外界环境等因素的阻断，心理上需要一个视野补偿。这种视野连贯性如果不能及时在隧道内得到补偿，则自然会将目标锁定在隧道外，因此就容易产生逃逸心理，并下意识地提高车速以满足视野连贯性的需要，即很容易导致违章超速,甚至超车进而引发事故，隧道长度越长这种情况越明显。图2.2 隧道内部构造Figure 2.2 The internal structure of the tunnel3 实验设计及数据处理3.1试验目的 通过隧道环境实驾试验，记录驾驶员在隧道路段行车过程中的视觉特征、相关生理参数变化，以分析驾驶员在隧道不同路段环境与一般道路环境上的差异，定性分析相

44、关指标参数在隧道不同路段的变化特征,获得驾驶员信息认知的相关结论，分析动态环境对安全驾驶的影响，采取安全措施提升隧道安全运营水平。3.2试验原理隧道路段具有特殊性，驾驶员在通过这些路段时，会因照度、隧道长度、隧道设计方面的差异，产生视觉、生理及心理的变化。本试验利用SMI(HED头戴式)眼动仪记录驾驶员在隧道路段行驶时的视觉数据，眼动仪可以记录人眼运动的相关变化，它利用角膜反射点和瞳孔中心定位眼球位置，图 3.1是头戴式眼动仪的示意图。眼动仪本身有一个红外线发射器，红外线被发射到用户眼前的反光玻璃上，再折射到眼球上。用户眼球上的红外线被反射后，进入头部的红外摄像头，从而眼球运动能被记录下来，再通过连接的电脑，可以实时计算出眼球的水平和垂直运动的时间，位移距离、速度及瞳孔直径、关注位置等。常用眼动仪的采样频率通常是50-100Hz。通过对采集数据处理及规律分析，研究隧道路段对驾驶员视觉及心生理的影响，同时结合隧道环境特征，为隧道设计和安全管理提供理论参考。 图 3.1 HED头戴式眼动仪Figure 3.1 HED head-mounted eye tracker3.3试验设备试验中用到的仪器主要有： (1)SMI眼动仪:记录行驶过程中驾驶员