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驾驶人员对安全车速感受的模糊化建模研究摘要 摘要 在现代交通事故责任认定中很多是属于驾驶人员的责任，其中驾驶人员对行 车速度判断失误又是事故发生的主要原因。由于驾驶人员对安全车速感受具有模 糊性，而影响驾驶人员安全车速感受的许多因素也都不能精确的数量化，因此本 文应用模糊逻辑推理的方法，建立了驾驶人员对l 全车速感受的模糊化模型。 本文从人一车一路( 环境) 系统的角度出发，分析并选取了影响驾驶人员安全 车速感受的主要因素；通过对我国西部国道主干线一、三级路和长( 安) 子( 午) 三级路实地勘测试验，分别建成我国一、三级公路的典型路段线形、路面、交通 环境结构数据库和三种车型车速值数据库：通过驾驶人员的实地观测评价试验， 取得了驾驶人员对典型路段各项指标以及车速状i 值的模糊评判数据；通过对数 据的分析和处理，得到了汽车驾驶人员在一定的薯! 辆状况、道路路面与交通环境 下，安全车速控制决策过程的定量描述模型。最后，为了使结果可视化，本文在 w i n d o w sx p 平台上利用m a t l a b5 3 中模糊逻辑：【具箱的图形用户界面( g u i ) 建立了驾驶人员对安全车速感受的模糊逻辑推理系统，并针对2 1 0 国道西( 安) 万( 源) 三级公路中的k 6 0 ( + 7 0 0 8 1 0 ) 段进行了实测验证。 关键词：汽车驾驶人员安全车速感受模糊推理系统模型 驾驶人员对安全车速感受的模糊化建模研究 摘要 a b s t r a c t t h eo c c u r r e n c eo ft r a f f i ca c c i d e n ti sm a i n l yb e c a u s eo ft h ed r i v e r ，so b 珏g a f i o n a ni m p o r t a n tr e a s o ni st h a tt h ed r i v e rc o u l d n tj u d g et h es a f e t y s p e e dc o r r e c t l y o w i n g t ot h ef u z z i n e s sa b o u tt h ed r i v e r sf e e l i n g ，i nt h i st h e s i s ，t h ec a l c u l a t i o nm o d e l o fd r i v e r sf e e l i n gt os a f e t ys p e e di se s t a b l i s h e db yt h em e t h o d so ff u z z yi n t e r f e r e n c e s y s t e mi nf u z z ym a t h e m a t i c s f r o mt h ea n g l eo ft h et r a f f i cs y s t e ma b o u t “m a l l - v e h i c l e r o a d ”，t h i st h e s i s a n a l y z e sa n ds e l e c t st h em a i nf a c t o r st h a ta f f e c tt h ed r i v e r sf e e l i n ga b o u ts a f e t ys p e e d t h r o u g ht h em e a s u r e m e n te x p e r i m e n tt ot h ef i r s ta n dt h i r d r a t e dr o a do ft h ew e s t n a t i o nh i g h w a ya n dt h et h i r d r a t e dr o a db e t w e e nc h a n g ( a n ) a n dz i ( w u ) ，t h et h e s i s e s t a b l i s h e st h ed a t a b a s eo fl i n et y p e 、r o a d 、t r a n s p o r t a t i o ne n v i r o n m e n tc o n s t r u c d o n a n dt h r e ek i n d so fv e h i c l e ss p e e d t h r o u g ht h ed r i v e r s e v a l u a t i o ne x p e r i m e n t ，t h e t h e s i so b t a i n st h ef u z z yd a t ao fr o a di n d e xa n dt h ev e h i c l e s s p e e d t h r o u g ha n a l y s i s a n dh a n d l e dw i t ht h e s ed a t a ，t h et h e s i sa b s t a i n st h er e s e a r c ha b o u td r i v e r ，sf e e l i n gt o s a f e t ys p e e dw i t hf u z z ym o d e l t ov i s u a l i z et h er e s u l t ，t h er e s e a r c hi sv e r i f i e do nt h e p l a t f o r mo fw i n d o w sx pu t i l i z i n gg u io ft h ef u z z yl o g i ct o o l b o xi nm a t l a b5 3 ，a n d h a sac o n c r e t ee x a m p l e2 1 0 一n a t i o nh i g h w a yc a l c u l m i o n k e yw o r d s ：d f i v e r ；s a f e t yd r i v i n gs p e e d ；f e e l i n g ；f u z z yi n t e r f e r e n c es y s t e m ；m o d e l 驾驶人员对安全车速感受的模糊化建模研究 第一章 第一章绪论 1 1 问题的提出 交通运输追求的目标是在确保人和物安全的同时来提高运输效率，但就目前 来看，交通事故仍呈持续增长的趋势，交通事故的原因是多方面的，归纳起来分 为主观原因和客观原因两种。主观原因即心理i 因，它是由人的因素构成。客观 原因由车辆、道路、自然气候以及交通环境因素构成。据交通警察部门统计，2 0 0 1 “1 年全国发生交通事故中有8 6 6 9 是由于机动车! 雾驶人员的失误造成的，道路因素 引起的事故占0 1 4 ，车辆因素引起的事故为2 5 5 。 在对我国机动车驾驶人员引起的事故原因认定中发现，这其中又有3 0 是属于 “超速行驶”、“违章超车”、“纵向行车间距不够”等行车速度判断失误，即我国 的道路交通事故在很大程度上是与车辆驾驶人员的“过高的安全车速控制”有关。 关于“过高的安全车速”可以界定于以下两个方面： 1 ) 由于驾驶人员对当地当时道路交通环境拘认知与判断失误，导致所自认为 安全的控制行驶车速超出了在一旦出现突显危险信息时由该驾驶人员的信息处理 能力及车辆制动性能所规定的安全车速。 2 ) 由于驾驶人员对当时当地的道路地形、路面状况及道路线形的认知与判断 失误，导致所自认为安全的控制行驶车速超出了由道路条件和车辆操纵稳定性能 所规定的安全车速。 基于上述事故的原因分析，交通事故的发生正是构成交通系统中的因素自身 或相互作用失调而造成的，比如道路和环境提供给人的信息不足或人对道路、环 境和车辆信息判断失误而造成事故；车辆自身的性能不足在遇到恶劣道路条件时 发生故障而造成事故；人的大意、疲劳驾驶等，也往往与单调的道路条件有一定 的联系。因此，在分析事故原因时，应依据系统观点，从“人一车一路( 环境) ” 三方面着手。 为了减少交通事故，从“人一车一路( 环竟) ”这一系统的角度出发，分析驾 驶人员是如何感受车辆、道路和环境提供的信息，进而控制车速于其自认为是安 全车速，正是一个急需研究的课题。 - 1 一 驾驶人员对安全车速感受的模糊化建模研究 第一章 1 2 国内外研究现状 为了减少交通事故，长期以来，各国的汽车工程师，道路设计师，交通工程 师及人机工程方面的专家都在努力寻找解决问题的办法，并对此进行了大量的科 学研究。 1 2 1 国内现状2 羽m 我国的道路交通安全研究起步较晚，尽管在分析道路交通事故时也综合考虑 了人、车、路三个因素的影响，但在治理方面大都从宏观方面定性的分析并进行 改善，大致有以下两个大的方面：一是软件措施：( 1 ) 对驾驶人员资格认证；( 2 ) 加强道路管理；( 3 ) 加强对交通事故研究的投入。二是硬件措施：( 1 ) 提高车辆 零配件的可靠性；( 2 ) 汽车行业采用新技术：( 3 ) 完善道路及其交通设施。 国内学者王海林等人主要从驾驶人员的生理和心理角度，分析了驾驶人员的 视觉机能、注意品质、观测与判断能力等因素对行车安全的影响，探讨了汽车驾 驶人员的内在素质与道路交通安全的关系。 同时，王海林、刘仲国二人又探讨了人、车、路与环境交通安全系统中车的 影响因素，主要分析了汽车的操纵稳定性和制动性对车辆行驶安全性的影响。 在路的因素的影响方面，国内学者也做了大量的研究，主要从道路线形、路 面状况等方面来探讨与交通安全的关系。 我国学者胡君平等人在“基于模糊逻辑的汽车速度安全分析”中利用轮胎气 压和温度两个因素，对汽车速度是否安全进行了定量的分析，通过这项研究，为 判断汽车行驶速度是否安全提供了一个解决办法。 综合以上可以看出，国内学者在分析交通事故成因时已经从人、车、路三个 方面的因素考虑，但在定量的研究方面还只是停留在单个因素的影响上。对于人、 车、路综合因素影响下驾驶人员是如何感受安全车速的研究目前尚无。 1 ，2 2 国外现状m 删町9 1 伽 美国，从1 9 6 6 年以来就开始从人、车、路多方面采取有效措施，使公路交通 事故死亡率逐年下降。美国学者详细研究了驾驶人员连续驾车时间与事故率的关 驾驶人员对安全车速感受的模糊化建模研究 第一章 系，得出的结论是长途驾车与休息时间的良性循环关系为工作l o h ，休息8 h 。 英国早在上世纪8 0 年代就提出了新城市交通安全的管理方法，即地区的交通 安全管理( l a s s ) 。英国、丹麦的学者经过大量的探索，采用计算机进行群车规模 的交通安全模拟分析，结果表明，交通事故的增加与交通量、车速、饮酒量成正 比例关系。 荷兰学者认为，交通安全状况会因其是发这国家或发展中国家而不同。因为 交通安全因素中的人、车、路、环境的水平都与国家的经济发达程度有关。 联邦德国曾进行了大量野外实测和分析研，z ，从而获得了小轿车的实际车速 与平曲线半径、纵坡坡度、路宽和其它线形特 i 之间的关系，也发现具有相似特 征的路段行车速度具有稳定性，该速度与路段的平曲线半径具有很强的相关性， 并得到了曲线半径与8 5 分位车速之间的关系图。 以色列的p o l u s ，l i v e h 和c r a u s 研究了交：豆和几何线形条件对车辆运行速度 的影响。发现曲率、纵坡和交通量，与车辆运行速度有负指数相关关系。速度与 道路的纵面和平面线形之间关系密切，研究还发现，交通量的大小影响车辆的运 行速度。 阿肯色州的g a t t i s 和d u n c a n 在研究中强调视距的重要性并提出：安全和舒 适的驾驶需要充足的视距。k r a m m e s 和g l a s c o c k 在双车道公路设计连续性与事故 的相关性研究中，也强调了视距的重要性，认勾充足的视距，可以使驾驶人员有 足够的时间提高注意力并采取必要的操作。 由此可见，国内外在道路交通安全管理与冶理方面已经开始进入“人一车一 路( 环境) ”综合设计与研究阶段，但到目前为上大多数停留在定性、单元化阶段。 国内外尚无已系统地定量描述安全车速形成机理并求得其控制模型的报告或有关 文献资料。 1 3 本课题研究的主要内容、方法及其预期目标 驾驶人员在行车的过程中，时刻受到自身状况、车辆状况、道路条件以及周 围环境的影响。同时也在与车辆状况及道路妍境之间进行全方位的信息交流，从 而控制车速于其自认为是安全车速的过程，该过程为一个综合认知、动态模糊判 茎墼墨型室全奎堕壁里竺塑塑堡壁堡堑茎 一至二兰 断与推理合作决策、协调适时控制的车辆行为道路耦合的过程。 驾驶人员对车速的控制逻辑是：如果车辆状况、道路路面条件和交通环境条 件“好”，则应保持“高”的行驶车速。驾驶人员通过视觉接受道路交通环境信息， 把本来是量化的道路线形、地面摩擦系数等确定信息模糊地评判为“道路条件好”、 “道路条件较好”、“道路条件一般”、“道路条件较差”等不确定信息，然后再对 车辆实施“高速”、“较高速”、“较低速“、“低速”等模糊控制。如果道路线形的 标准高而路面及交通环境条件差受i j 形成所谓“正反差”，此时驾驶人员判断的安全 车速会低于路段“设计车速”，车辆处于安全行驶状态；反之，如果道路线形的标 准低而路面及交通环境条件好则形成所谓“逆反差”，此时驾驶人员判断的安全车 速会高于路段“设计车速”，车辆处于不安全行驶状态，此时往往发生翻车、坠车、 撞固定物等形态的恶性道路交通事故。 在一定的车辆状况、道路路面与交通环境条件下，驾驶人员如何感受这些信 息进而控制车速于其自认为是安全车速j f 是本课题研究的主要内容。 本课题所采用的研究方法如下图所示： 影响驾驶人员安全车速感受的因素分析、选取 j r上 l实地勘测试验取样驾驶人员对备因素指标实地感受评价 上上 分析、推理分析、推理 上上 确定理论建模方法 确定各变量指标的模糊集 驾驶人员对安全车速感受的模型建立 - 试验验证 驾驶人员对安全车速感受模糊化建模研究的方法 在本课题中利用模糊逻辑推理的方法，建立了驾驶人员对安全车速感受的模 糊因素集，模糊输出集，通过试验分析找出模糊推理规则，最终用计算机把我国 - d 一 驾驶人员对安全车速感受的模糊化建模研究第一章 汽车驾驶人员在一定车辆状况、道路路面状况与交通环境状况下自认为的安全车 速定量模拟出来。 驾驶人员对安全车速感受的模糊化建模研究 第二章 第二章建模理论与建模分析 2 1 驾驶人员行为及对车速感受认知的特点 在汽车行驶时，驾驶人员的行为是由信息感知、信息判断和作业反应组成的一 个不断反复进行的信息处理过程，亦即感知作用于判断后影响到作业反应。首先是 道路上来往的车辆、行人、交通标志、路面状况以及汽车本身的行驶方i 龟和速度 等外界信息，通过驾驶人员韵视觉、听觉和触觉等感觉通道传入驾驶人员的大脑， 依据其驾驶经验予以加工后，做出相应的判断和决策，然后再通过手、脚等运动 器官发出调整速度等指令。 驾驶人员不象计算机那样，对事物都能给出准确的、数字化的判断，而是受 其情绪、个性等影响做出感性和理性的判断。由于客观事物的复杂性，往往使这 种判断具有模糊性，另外，很多信息，如：道路的线形，自然界的天气气候等， 本身就具有很强的模糊性。驾驶人员在接受这些信息的时候，也会根据自身的情 况进行判断。这样，在处理这些信息感受加工的过程的时候，传统的确定性数学 就无能为力了。通过模糊数学对这些外界信息的模糊化处理，并应用模糊数学对 驾驶人员感受信息的过程进行数学建模，才能更好的研究这个问题。 2 2 建模理论川羽 2 2 1 模糊推理系统介绍 模糊推理系统是建立在模糊集合理论、模糊i f - t h e n 规则和模糊推理等概念 基础上的先进的计算框架，是基于模糊集合理论的建模方法，它包括由一系列模 糊规则组成的规则库、利用模糊规则中的隶属函数定义的数据库和按照规则与所 给事实执行推理三个部分。 2 2 1 1 模糊建模韵任务与特征 模糊推理系统的建模包含两个组成部分：系统结构辨识和参数估计，系统结 构辨识就是决定输入空间的分割和模糊规则。输入空间是由输入交量对应的隶属 函数来决定分割的，因此决定隶属函数的形状、个数和模糊规则是结构辨识的任 驾驶人员对安全车速感受的模糊化建模研究 第二章 务，参数估计就是用某种准则( 例如，最t 、- - 乘准则) 来决定模型中的所有参数， 通过反复交替使用系统结构辨识和参数估计最终可以获得模糊推理模型。 在结构辨识层需要完成如下任务：( 1 ) 选择相关的输入和输出变量：( 2 ) 选 择特定的模糊推理方法；( 3 ) 确定与每个输入或输出变量相关的模糊语言中模糊 术语的数目：( 4 ) 设计一组产生式( i f t h e n ) 模糊规则。 系统结构辨识的过程中，需要依赖于目标系统的知识，其由熟悉目标系统的 人类专家提供或者是简单的试探结果，这样就得到了以自然语言方式描述目标系 统的规则库。 由此可以看出，模糊推理建模具备以下两个特征：一是模糊推理系统的规则 结构使得它易于直接在建模过程中包含人类专家对目标系统的专业知识，而这是 其它建模方法不能或不易做到的；二是当拥有 j 标系统的输入、输出数据时，传 统系统辨识的方法可以直接应用于模糊推理建梗过程。 2 2 1 - 2 模糊推理建模方法 对于多输入单输出模型讨论建模方法，设模型有i v 个输入量，分别为丑皿 矗输出量为n 并且每个变量所具有的模糊集分别为 x l ：a 。i ，a 口? a 。j i = 1 2 j n y ：b 1 b 2 j8 u 其中，如( i = l ，2 n ：j = l ，2 ，n i ) 的隶褥函数可以表示为梯形、三角形及 钟型三类。 1 按等分方法预设输入变量和输出变量，模糊规则的确定如下： 1 ) 取任一样本( x l bx m b “x n k , n ) 。 2 ) 确定条件部分输入变量对应的模糊子集，它是西取醵“阮j ( j 2 1 ，2 ，n t ) 中最大值对应的模糊集，即鼬：獬z 蚺。刨对应的u 3 ) 对所有的样本毋( i = 1 ，2 ，n ) ，重复执行步骤2 ) 。 4 ) 对于结论部分的输出只取距离且最近的模糊子集毋即k 等于距离且最近 的毋。 - 1 - 驾驶人员对安全车速感受的模糊化建模研究 第二章 5 ) 从2 ) 一4 ) 可以得到下列的模糊规则 如果曲为尻，胁为如，x o 为石。则，= k 。 6 ) 计算( 5 ) 中模糊规则所对应的权值 w f u 。i k t x | 0 ，u m ( x 0 7 ) 重复执行1 ) 6 ) ，直至取完所有样本。 8 ) 对于条件部分完全相i 司的模糊规则，保留巩取最大值对应的规则，删除其 余规则。 2 输入和输出变量的模糊集预先设定，模糊规则由下述方法产生： 1 ) 模糊规则的条件部的输入变量各取一模糊子集，构成下列形式的条件部 姐聚x i 为a 。x 2 为a 。x ，为a 。 2 对所有样本计算：甜。珥乩”& 若善哳矧= o ，则条件部对应的上述规则不存在，然后转到5 ) ，否则转到3 ) 。 3 ) 计算： 4 ) 根据肋的值决定结论部输出变量对应的k 肛距离如最近的最 5 ) 对于输入变量的模糊集组合而成的所有规则，重复1 ) q ) 。 3 基本上和方法2 相同，但西的值由下列的方法获得； 对于所有的样本，找出条件部适度最大的样本，( 而，y j ) = 对应脓z 地伍，的 样本。 _ 其中：司p 一“o * ) 。然后取船奶。 8 - 蜥一，竺盹 1 驾驶人员对安全车速感受的模糊化建模研究 第二章 2 2 1 3 模糊推理的结构 模糊推理是模糊系统建模的核心技术。目前模糊推理方法已广泛应用于控制 和决策的各个方面，而用于评定决策过程的则 ：较少，一个典型的模糊系统主要 用于描述系统输入与输出的映射关系，其结构如图2 - 1 所示： if 输出 翻硼i 冷 广 j 图2 - 1 模糊推理系统结构 规则库包含了若干“若，则”形丑：的模糊规则 数据库包含了模糊规则隶属度函数的定义： 决策单元完成规则的推理过程； 模糊化完成实数输入到相应语言变量的转制：； 非模糊化将语言变量转化为实数输出。 模糊推理的实现过程如图2 2 所示： 模糊推理 图2 - 2 模糊推理翊程圈 模糊推理系统是采用模糊逻辑由给定的输入映射到输出的过程，它包括如图2 所示的5 个步骤：( 1 ) 输入变量的模糊化，群将确定的输入转化为由隶属度函数 描述的模糊集。( 2 ) 在模糊规则的前件中应用漠糊算子( 与、或、非) 。( 3 ) 根据 模糊蕴含运算由前件推断结论。( 4 ) 合成每一个规则的结论部分，得出总结论。( 5 ) 反模糊化，即把输出的模糊量转化为确定的输 j 。图2 中模糊推理部分包含了( 2 ) 、 ( 3 ) 、( 4 ) 3 个步骤。 一9 - 驾驶人员对安全车速感受的模糊化建模研究 第二章 2 3 建模分析m 州”钔m m l 2 3 1 模糊因素集的初步选取 驾驶人员在行车的过程中，时刻受到驾驶人员自身状况、车辆状况、道路条 件以及周围环境的影响。为了研究的准确性，要全面的分析各种因素的影响，突 出与问题有关的主要因素，弱化甚至忽略与问题关系不大的因素。 2 3 1 1 人的因素 驾驶人员由于性别、年龄、驾驶经验等原因，会造成驾驶人员之间的差异。 这种差异也早已为学者们所公认，但是在一般的交通工程类的模型中几乎都没有 考虑到驾驶人员的个体差异等因素。因为在道路交通心理学的研究现状下，并不 能给出驾驶人员的个性心理及其他差异的精确描述，在数学上实现比较困难。因 此，对驾驶人员的个体差异暂不考虑。 2 3 1 2 车的因素 汽车自身的性能和车型的不同，对驾驶人员安全行驶车速的感受有着一定的 影响。汽车自身的动力性、操纵稳定性、制动性能的好坏影响着驾驶人员对车速 的感受，但对于大多数驾驶人员来讲，驾驶人员在开车的过程中对汽车性能的了 解没有一个直观的具体的感性认识，汽车的车型则是驾驶人员最能直接感受到的 一个因素，考虑到所建模型的复杂程度以及数学上实现的难易程度，故在车的因 素中主要考虑汽车的车型这一因素。 2 3 1 3 道路因素 在道路的各种条件中，都与驾驶人员的感受息息相关。公路线形中的直线、 曲线、路面状况、视距长度等，这些都是道路几何条件中很重要的且与驾驶人员 的感受密切相关的。因为驾驶人员必须时刻注意道路的各种情况，以便随时调整 驾驶状态。所以这些因素在这个模型中是要很好的考虑。 ( 1 ) 路面路面是驾驶人员最易直接观察到的道路状况，而且，它本身又对行 驶性能有很大的影响。不同的路面状况对驾驶人员的感受有很大的不同，对交通 安全影响也很大。车辆在不平整的路面上行驶，迫使车辆从原来的相对直线运行 驾驶人员对安全车速感受的模糊化建模研究 第二章 变为曲线运行。汽车的震动加剧，为减轻车辆颠簸，驾驶人员要根据所感觉到的 舒适性，即平整度的大小来频繁地调整车速，从而影响驾驶人员对车速的感受判 断，但是其中绝大部分的交通事故还是发生在较为平坦的正常路面上。这一方面 是由于道路中就是以这种平坦的道路为主的；多；一方面，在路面状况不好的路上 行驶时，驾驶人员本身就会感觉到路面的危险性，会格外小心。 ( 2 ) 平曲线平曲线即弯道，弯道半径的不f i ，驾驶人员的感受也有所不同， 在弯道半径较小的情况下，驾驶人员本身就会感觉到弯道的危险性，警惕性自然 就会提高。 ( 3 ) 纵坡度纵坡度对驾驶人员的感受影响坟大，从统计数据中可以看出： 表2 - - 1 坡度与交通事故之间的关系 坡度( )交通事故率( ； 0 1 9 94 6 2 3 9 96 7 4 5 9 91 9 ( 6 8 0 02 1 f 随着道路坡度的增加，交通事故的事故率是直线上升的，即道路的纵坡度与 交通事故有很大的关系。这也是驾驶人员比较注意的一个方面。纵坡度在很多方 面都会影响到驾驶人员，例如视距、视野、汽车状态，驾驶心理等，这些会造成 驾驶人员对纵坡度的注意。 ( 4 ) 视距视距直接影响对驾驶人员的交通信息的输入，因此，视距对交通安 全的影响较大。从统计数据中可以看出( 表2 2 ) ： 表2 - - 2 视距与交通事赦的关系“” 视距( m )交通事故率( 1 1 0 ) 2 4 0 以下 1 5 2 4 0 一4 5 0 1 2 4 5 0 一7 5 008 7 5 0 以上 0 7 随着视距长度的增加，交通事故率明显弼沙。安全和舒适的驾驶需要充足的 视距，有了充足的视距可以使驾驶人员有足够的时间提高注意力并采取必要的揉 习 兰墼曼塾塞全主垄壁曼箜竖塑些堡堡堡塑 苎三! 作。 在道路因素中除了上述分析的四种因素外，还有很多因素，如路面宽度、路 面材料等对驾驶人员安全感受也有影响，但考虑到所建模型的复杂程度以及理论 上实现的难易程度，对于三级路来讲，道路因素中主要考虑：平曲线半径、纵坡 坡度、视距长度、路面状况四个因索。 对于一级路，由于路面状况和视距均较好，故在模型的建立中主要考虑的道 路因素为：平曲线半径和纵坡度。 2 3 1 4 自然环境因素 诸如雨天、雪天、雾天、刮大风等各种天气气候对驾驶人员的视觉机能以及 心理机能都有影响，从而影响驾驶人员的安全感受，但对于自然环境因素来说， 天气气候中占大多数的还是正常的天气环境。 另外，自然环境还包括周围的自然景观等因素，自然界的景观与道路的工程 结构如果不适应的话，很容易引起驾驶人员的错觉，造成视线诱导不良，容易造 成交通事故，但在道路设计时般也已经充分考虑了道路景观与自然环境的协调。 综合上述分析，故在模型的建立中不再考虑自然环境这一因素。 2 3 1 5 交通环境因素 驾驶人员行车的工作状况，不仅受道路条件的影响，而且还要受交通条件的 影响。在影响驾驶人员行车的诸多交通环境因素中，交通量的影响起着主导作用。 交通量的大小，直接影响着驾驶人员的心理紧张程度，此时驾驶人员的驾驶自由 和舒适性都要受到限制，在这种情况下，驾驶人员对其它条件的感受就要受到影 响，而且也不利于模型中考虑其它因素的多种影响。这种情况是模型中所不需要 的，因此，模型中主要考虑驾驶人员进行自由交通流时的情况。 在交通环境中影响驾驶人员安全车速感受的还有一个重要的因素，就是道路 横向干扰状况。由于这种横向干扰的存在，将会导致不同程度的影响驾驶人员对 安全车速的感受。 故在交通环境因素中主要考虑道路横向干扰状况这一因素。 综合以上所述：汽车驾驶人员对安全车速感受性因素集的初步确立为： - 12 _ 驾驶人员对安全车速感受的模糊化建模研究第二章 一级公路：汽车的车型、平曲线半径、纵域坡度、道路横向干扰状况。 三级公路：汽车的车型、平曲线半径、纵趣e 坡度、路面状况、视距长度以及 道路横向干扰状况。 2 3 2 模糊输出集的初步选取 2 0 0 1 年造成我国道路交通事故的主要原因仍是人的因素，因驾驶人员的责任 造成死亡人数最多的是大型货车驾驶人员，造成的死亡人数占汽车驾驶人员责任 事故死亡人数的3 8 ，其次是小型客车，比例为3 5 ，小型货车为1 2 ，大型客车 为i 0 。可见驾驶人员所驾驶的车的类型不同造戎的交通事故也有所不同，也正说 明车型对驾驶人员安全车速感受是有所影响的。 综合上述分析，把汽车车型分为三类：小轿车、大型车( 客车、空载货车) 和 重型车，并把三种车型的下坡速度作为模糊输出集。 驾驶人员对安全车速感受的模糊化建模研究 第三章 第三章试验取样与驾驶人员的感受评价 3 1 实地勘测试验 在本试验中通过测定多个典型道路路段及车速样本值，用于建立相关模糊模 型的模糊规则。 3 1 1 试验参数及试验具体方案 影响驾驶人员对车速感受的因素较多，除了驾驶人员自身的生理和心理因素 外，道路条件和汽车自身的性能，以及外界环境因素都较为重要，在本课题的研 究中选取重要因素忽略次要因素，并根据第二章所确定的因素，故在本试验中要 测量的参数如下： l 道路环境( 输入) 参数 a 一级公路 ( 1 ) 平曲线半径( m ) ：( 2 ) 纵坡坡度( ) ；( 3 ) 道路横向干扰状态。 b 三级公路 ( 1 ) 平曲线半径( m ) ；( 2 ) 纵坡坡度( ) ；( 3 ) 视距长度( m ) ； ( 4 ) 路面( 破损) 状况( 1 0 0 m 平均破损处数；平均陷坑深度( m ) ；平均鼓包高度( m ) ) ； ( 5 ) 道路横向干扰状态。 2 平均车速( 输出) 参数 三种车型( 小轿车、大型车、重型车) 在该路段的平均行驶速度。 3 测试工具和仪器 试验车、3 0 m 卷尺、直尺、深度尺、手水准( 仪) 、标杆、雷达测速枪。 4 选择典型路段 本试验中主要选取我国西部的国道主干线一、三级路。 5 道路环境参数的测量方案 ( 1 ) 路段名一记录线路名+ 里程数。( 为了实现自由流速度观测实验，需要选择台 - 14 _ 驾驶人员对安全车速感受的模糊化建模研究 适的试验路段和时机) 第三章 ( 2 ) 平曲线半径的测定一在弯道中部的道边轮廓标线上取一基准点( p 2 ：x 2 = o ： y 2 = o ) ，分别往其前后各取一个点 p l ：( 订，力) 、p 3 ：( 魍y 3 ) ) ，并约定沿路线 切向方向为而内法线方向为y 。使用3 0 m 卷尺：夸别测量出州、一、般弦的值， 然后根据p l 、p 鼠p ? 点的坐标值可求得该路段勺平曲线半径值。 ( 3 ) 纵坡坡度的测量一使用手水准( 仪) 、标杆j 铂3 0 m 卷尺测量路段的平均纵坡度 值。 ( 4 ) 视距长度的测量一在试验观测路段的主要弯道处设景观察物( 标杆) ，使用3 0 m 卷尺测量路段的视距长度值。 ( 5 ) 路面( 破损) 状况的测量一使用3 0 m 卷尺直尺和深度尺测量记录试验观测 路段单位路面长度上的平均破损处个数( 处l c o m ) 及平均陷坑深度值( m ) 或鼓 包高度值( 1 1 1 ) 。 ( 6 ) 道路横向于扰状态的测量一观察记录道路封闭状况( 是否有护栏) 、试验路段 中匝道路口数量、道路两侧环境状况( 是否有集市、村落、学校、住户) 、观察期 间行人数量和横穿行为状况等。 6 选择车型 主要是小轿车、大型车( 大客车、空载货蔓) 、重型车( 载货车) 。 7 行车速度的测量方案 在自由流交通状态下，在各路段的观测点使用雷达测速枪连续测定并记录1 5 辆左右的过往车辆( 分别小轿车和大型车、重型车) 的行驶速度。最后采用其平 均值作为该试验路段的观测车速。 8 观测试验数据以表格形式记录下来( 见表3 - 1 ) 。 3 1 2 数据处理、数据分析 3 1 2 1 国道一级路典型路段勘测试验数据分折 在对国道主干线一级公路典型路段的实地勘测试验中，分别选取了3 1 2 国遭咸 ( 阳) 永( 寿) 一级路、2 1 0 国道西( 安) 铜( 川) 一级路、2 1 0 国道西( 安) 沣( 峪口) 一级 1 5 - 驾驶人员对安全车速感受的模糊化建摸研究 第三章 路作为样本道路，以线形相对复杂韵路段作为典型路段，通过现场勘测，获得了 国道主干线一级路典型路段的弯道半径、纵坡度、横向干扰状态等各项指标数据， 并在此基础上建成国道主干线一级路典型路段线形、交通环境结构数据库和在该 典型路段上行驶的三种车型车速值数据库。 表3 - 1 典型路段的实地勘测数据记录表 实验路段 级坡度( ) 视距长度( m )i 平曲线3 点 m ) p 1 ( x y ) ：；p 2 ：0 ，o ip 3 ： ；平曲线半径 路面状况1 0 0 m 平均破损处数：平均陷坑深度( ) ：平均鼓包高度( ) ： 横向干扰封闭护栏：有无；两饲环境：集市学校住户区无：路口数： 行人数：横穿： ( 1 ) ( 2 ) ( 3 )( 1 )( 2 )( 3 )( 1 )( 2 )( 3 ) 下( 4 )( 5 )( 6 )( 4 )( 5 )( 6 ) ( 4 )( 5 ) ( 6 ) 坡小大 重 观轿 ( 7 )( 8 )( 9 )( 7 )( 8 )( 9 ) ( 7 )( 8 )( 9 ) 型型 测 车 ( 1 0 )( 1 1 )n 2 ) 车 ( 1 0 )( 1 1 )( 1 2 ) 生 “0 )( 1 1 )( 1 2 ) 生 速( 1 3 )( 1 4 )( 1 5 )( 1 3 )( 1 4 )( 1 5 )( 1 3 )( 1 4 ) ( 1 5 ) 小轿车平均车速( i c 田h )大型车平均车速( k i n h )重型车平均车速( n h ) 1 ) 勘测指标与基本情况 由于一级路韵线形变化范围较小，因此，对于国道主干线一级路选择了8 6 个 典型路段进行实地勘测试验，勘测和记录的指标为：平曲线半径( ) 、纵坡度( ) 、 横向干扰状况( 根据是否有封闭护栏、是否有出入路口、是否有行人或非机动车 横穿等，把横向干扰状况分为5 个等级：卜有全封闭护栏，2 一无横向干扰，3 一有 点横向干扰，4 一较大横向干扰，5 一严重横向干扰) 等。由勘测试验数据结果可以 看出，所选取的3 条试验道路中，平曲线半径的最小值为2 8 1 5 m ：纵坡度的最大 值为5 5 ：道路的横向干扰情况覆盖了从有封闭护栏、无干扰到严重干扰的五个 等级状况。 2 ) 3 1 2 国道成永一级路的典型路段结构情况 在3 1 2 国道咸永一级路共测量了3 0 组路段数据。其中道路纵坡度的变化范围 为0 5 5 ，选取的典型路段中( 参见图3 1 1 ) ：坡度为0 o 5 的路段l 处、0 6 1 o 的路段8 处、1 1 1 5 的路段0 处、1 6 2 的路段l 处、2 1 2 5 的 驾驶人员对安全车速感受的模糊化建模研究第三章 路段1 处、2 6 3 的路段7 处、3 1 3 5 的路段2 处、3 6 4 的路段5 处 4 1 4 ，5 的路段1 处，4 6 - 5 的路段1 处、5 1 5 5 的路段3 处。 7 窭2 h 警4 3 ，7 萎 t 弋卜咎一_ - 裂毒 审：爹j 萝。拶j 萝 蒯 图3 1 13 1 2 国道咸永一级路测量路段纵坡度情况 嚣i 靡蘸 ，；g 禽擎拶 嚣嚣 图3 1 23 1 2 国道咸永一级路测女 路段平曲线半径情况 弋7 广_ 一一7 广7 - ( 1 、z 、； l 务昏 爹梦 图3 1 33 1 2 国道咸永一级路测量路段横向干扰情况 道路平曲线半径的变化范围为4 7 6 m 到无：努大( 直线路段) 。选取的典型路段 中( 参见图3 1 2 ) ：平曲线半径为5 0 0 m 以下晌路段l 处、5 0 0 m l o o o m 的路段8 处、1 0 0 0 m 1 5 0 0 m 的路段5 处、1 5 0 0 m 2 0 0 0 m 的路段l 处、2 0 0 0 m 2 5 0 0 m 的路段 1 7 驾驶人员对安全车速感受的模糊化建模研究 第三章 2 处、2 5 0 0 m 以上的路段1 3 处。由统计数据中可以看出，在这条一级公路上，小 半径的路段较少，多为平缓或直线路段，大多数线形较好。 在3 1 2 国道威永一级路没有设置封闭护栏，中间隔离带为非封闭式，整个路 段横向干扰情况较为严重。选取的典型路段中( 参见图3 1 3 ) ：无横向干扰的路 段6 处、有点干扰的路段l o 处、有较大干扰的路段6 处、有严重干扰的路段8 处。 3 ) 2 1 0 国道西铜一级路的典型路段结构情况 在2 1 0 国道西铜一级路上共测量了3 6 组数据。其中道路纵坡度的变化范围为 0 3 7 ，选取的典型路段中( 参见图3 1 4 ) ：坡度为o 0 5 的路段2 0 处、0 6 1 的路段3 处、1 1 1 5 的路段4 处、1 6 2 的路段3 处、2 1 2 5 的路 段1 处、2 6 3 的路段2 处、3 1 3 5 的路段2 处、3 7 以上的路段1 处。 21 0 国道西铜一级路纵坡度普遍较小。 图3 1 42 1 0 国道西铜一级路测量路段纵坡度情况 1 2 0 0 0 1 0 0 0 0 j f at 8 0 0 0 ，、 v ，、 - 6 0 0 0 ，- ，厂、 4 0 0 0 。| f i 2 0 0 0 1i“l f 。 ￥l l ，萨砖毋移姆雳萨穸砖矿礴椤矿妒矿砖矿 ，姆髯姆燃 v 强 * 爨 鲁 * 图3 1 52 1 0 国道西铜一级路测量路段平曲线半径情况 道路平曲线半径的变化范围为3 7 5 1 m 到无穷大( 直线路段) 。选取的典型路 驾驶人员对安全车速感受的模糊化建模研究 第三章 段中( 参见图3 1 5 ) ：平曲线半径为5 0 0 m 以下拘路段1 处、5 0 0 m 1 0 0 0 m 的路段 4 处、1 0 0 0 m 1 5 0 0 m 的路段4 处、1 5 0 0 m 2 0 0 0 n 的路段l 处、2 0 0 0 m 4 0 0 0 m 的路 段3 处、4 0 0 0 m 6 0 0 0 m 的路段7 处、6 0 0 0 m 8 0 0 0 m 的路段l 处、8 0 0 0 m 以上的路 段1 5 处。由统计数据中可以看出，在这条一级公路上，小半径的路段较少，多为 直线路段，线形较好。 在2 1 0 国道西铜一级路设置封闭护栏和中f 霹隔离护栏，但有多处开口( 出入 通道) ，整个路段横向干扰情况相对较轻。选取的典型路段中( 参见图3 i 6 ) ：完 全封闭隔离的路段1 5 处、无横向干扰的路段l j 处、有点干扰的路段7 处、有严 重干扰的路段4 处。 6 柏 5 螽 t 在 s j b 叮穴一一u 汴：了弋一：一：_ _ 曩 篓 2 vv v 八八少v n 薹 ： r t tt，t f t tff 毋毋毋萨萨忒惑戴窭甙萨威毋忒萨萨扩 l 拶g 褡麟耀 图3 1 62 1 0 国道西铜级路劂量路段横向干扰情况 4 ) 2 1 0 国道西沣一级路的典型路段结构情况 在2 1 0 国道西沣一级路上共测量了2 0 组数据。道路纵坡度的变化范围为o 4 。选取的典型路段中( 参见图3 i 7 ) ：纵坡宣为o o 5 的路段l o 处、0 6 1 的路段3 处、1 6 2 的路段1 处、2 1 2 5 的路段1 处、2 6 3 的路段4 处、3 1 以上的路段l 处。2 1 0 国道西沣一级肆钓纵坡度较大路段主要集中在西沣 路的尾端( i s 峪口附近) ，最大纵坡度为4 ，其余路段的纵坡度普遍较小。 道路平曲线半径的变化范围为2 8 1 5 m 到无穷大( 直线路段) 。选取的典型路 段中( 参见图3 1 8 ) ：平曲线半径为5 0 0 m 以下的路段7 处、5 0 0 m 1 0 0 0 m 的路段 2 处、其余1 1 处路段均为直线路段。 在2 1 0 国道西沣一级路上没有设置封闭护栏，中间无隔离，整个路段横向干 驾驶人员对安全车速感受的模糊化建模研究 第三章 扰情况较为严重。选取的典型路段中( 参见图3 1 9 ) ：无横向干扰的路段8 处、 有点干扰的路段3 处、有较大干扰的路段3 处、有严重干扰的路段6 处。 j 一。一是 厂7 一 j 一、 厂 、 ： p 萨彩1、。，、厂vv ：鬟三：“l o 量兰暑量萋墨翌蔓暑曼莹娶暑受 _卫 互互互譬望 图3 1 72 1 0 国道西沣一级路测量路段纵坡度情况 i n 名1 0 0 0 0 一，- 一r 一打一，弋一一7 弋一广_ 弋一 蔷8 0 0 0 斗一f _ 斜一r7 二阿一h 葬6 0 0 0 暑2 4 0 0 0 星2 0 0 0 爰甘* 毕一弋- 一。v _ _ 蔓兰譬至ii 曼三i 呈墨要墨蔓i 萋鐾望i 耍 图3 1 82 1 0 国道西沣一级路测量路段平曲线半径情况 。 ： 袭t 八入 八 釜3一 厂v 蠡z l j。j 1 1 ： 萎兰譬三ii 要兰i 兰盘0 0 至璺委i 委譬璺i 委 图3 1 92 1 0 国道西沣一级路测量路段横i 句- t - 扰情况 3 1 2 2 国道三级路典型路段勘测试验数据分析 在对国道三级路典型路段的实地勘测试验中，分别选取了2 1 0 国道主干线西 ( 安) 万( 源) 三级路、3 1 2 国道洛南复线三级路、2 1 0 国道西( 安) 宝( 鸡) 复 堡壁垦翌室全兰鎏壁墨箜塑塑些蕉垡研；l第三章 线南线三级路、长( 安) 子( 午) 三级路作为样本道路，尤其以翻越秦岭主峰的 2 1 0 国道西万三级路为重点，以线形复杂的路段作为典型路段，通过现场勘测，获 得了国道三级公路典型路段的弯道半径、纵坡度、路面状况、行车视距、横向干 扰状态等各项指标数据，并在此基础上建成我国国道三级公路典型路段线形、路 面、交通环境结构数据库和在该典型路段上行驶的三种车型车速值数据库。 1 ) 勘测指标与基本情况 目前在国道主干线上三级公路已经相对比较少，考虑到三级路线形及道路环 境条件变化比较大，本研究对于国道( 包括主于线和部分复线) 三级公路选择了 1 8 8 个典型路段进行实地勘测试验，勘测和记泵的指标为：平曲线半径( m ) 、纵坡 度( ) 、行车视距( m ) 、路面状况、横向干扰状况( 根据是否有出入路口、是否有