（道路与铁道工程专业论文）基于驾驶员紧张度的山区公路线形设计技术研究.pdf

东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。 研究生签名： 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研 究牛院办理。 研究生签名：勤叁导师签名：期：卫& ：至：箩 摘要 摘要 相比平原地区公路，急弯陡坡常见的山区公路交通事故多发，不良公路线形以及 驾驶员因素是引发交通事故的主要原因。不利的公路行驶条件对驾驶员的心生理造成影 响导致驾驶员操作失误进而引发交通事故；传统基于汽车行驶动力学的公路线形设计技 术对驾驶员的心生理等因素关注不够，不能很好满足路线设计安全性要求；本文以提高 山区公路安全性为出发点，通过现场试验取得数据，分析驾驶员心生理参数随公路线形 指标的变化规律，在现行规范基础上提出了基于驾驶员紧张度的山区公路线形设计的关 键指标限值建议。 本文首先总结国内外相关研究成果的基础上，依据驾驶员紧张度的相关理论，结 合心生理测试技术，设计出室外现场试验的具体方法；选取恰当的试验路段并筛选试验 人员，使用多通道牛物反馈仪，全程采集试验者的脑电、心电等心生理参数以及车速和 驾车视频，为下阶段数据分析奠定基础。 其次，分析了试验人员心生理参数与试验公路线形资料，对比新老驾驶员在行车 过程中的车速和心率变化规律，提出新驾驶员对公路线形指标更加敏感；将反映新驾驶 员紧张度的心生理参数与公路线形指标进行相关性分析，建立了心生理参数与公路线形 指标的多元非线性回归模型。 再次，根据前文建立的模型计算各心生理参数达到紧张度所对应的线形指标的限制 值，提出了山区公路线形关键控制指标圆曲线最小半径和纵断面最大坡度的限值建议。 最后，另外选取一条山区公路对本文研究成果进行试验验证，将实测驾驶员心生理 参数值与采用回归模型预测值进行了对比，结果表明预测模型正确可靠；对照事故统计 资料分析沿线关键线形指标控制路段，结果表明超过指标限值范围的路段往往事故多 发，安全性较差。 本文所取得的研究成果，体现了“以人为本”的路线设计新理念，对于提高山区公 路急弯、陡坡路段的安全性具有一定的参考价值。 关键词：心生理参数；紧张度；新驾驶员；山区公路；公路线形；公路安全 a b s t r a c t a b s t i 认c t i nr e c e n ty e a r s ，s t a t i s t i c a ld a t ai n d i c a t e st h ed r i v e ri st h em a i nr e a s o no ft r a f f i ca c c i d e n t s t r i g g e r e dm o r el i k e l yb yi n e x p e r i e n c e dt h a ne x p e r i e n c e do n e t oo u t w a r ds e e i n gm a n y a c c i d e n t si sf r o mt h ed r i v e r s f a i l u r ea n dn e g l i g e n c e ，b u tt h ed e e p s e a t e dr e a s o n sf o rt h e a c c i d e n ti st h a tt h ep a r a m e t e r so fd r i v e r s p s y c h o l o g ya n dp h y s i o l o g ya r ed e v i a t e df r o mt h e n o r m a lv a l u e ss i g n i f i c a n t l ye s p e c i a l l yf o rt h ei n e x p e r i e n c ed r i v e r s ，a n dt h ep a r a m e t e r so f d r i v e r s p s y c h o l o g ya n dp h y s i o l o g yh a v er e l a t i o n s h i p w i t ht h ec o n d i t i o no ft h er o a d ， a l i g n m e n ti n d e x ( e g h o r i z o n t a l ，l o n g i t u d i n a lc u r v ea n d t h ec o m b i n a t i o no ft h e m ) s ot os t u d y i n e x p e r i e n c ed r i v e r s t e n s i o n c h a r a c t e r i s t i c sa n da n a l y z ei n f l u e n c eo fr o a da l i g n m e n to n p s y c h o l o g ya n dp h y s i o l o g yh a v ei m p o r t a n tt h e o r e t i c a ls i g n i f i c a n c ea n da p p l i c a t i o nv a l u ef o r p r e v e n t i n ga n dc o n t r o l l i n gt h ea c c i d e n t sf r o mi n e x p e r i e n c ed r i v e r sa n di m p r o v i n gt h es e c u r i t y o f t h er o a d f i r s t ，o nt h eb a s i so ft h ee x i s t i n gr e s u l t sa th o m ea n da b r o a d ，t h i sd i s s e r t a t i o nu n d e r t a k e t h et e n s i o nr e l a t e dt h e o r i e sa n dt e s ta p p r o a c ho fp s y c h o l o g ya n dp h y s i o l o g y , d e s i g ni n o u t d o o r t e s tm e t h o d ，s e l e c tp r o p e re x p e r i m e n t a ls e c t i o na n de x p e r i m e n t e r , m a k eu s eo fm u l t i c e n t e r b i o f e e d b a c km a c h i n et oc o l l e c tt h ep s y c h o l o g ya n dp h y s i o l o g yp a r a m e t e r sa n dv e h i c u l a r s p e e da n dc o r r e s p o n d i n gv i d e o a l lo f t h ea b o v el a yt h ef o u n d a t i o no ft h ed a t aa n a l y s i s s e c o n d ，b a s e do nt h ee x p e r i m e n t e r s p s y c h o l o g ya n dp h y s i o l o g yp a r a m e t e r sa n d t h ed a t a o fm e a s u r e dr o a da l i g n m e n t , a n dc o m p a r e dt h ei n e x p e r i e n c ed r i v e r s v e h i c u l a rs p e e da n d h e a r tr a t ew i t ht h ee x p e r i e n c eo n e ，t h er e s u l t ss h o wt h a tr o a da l i g n m e n th a sm o r ee f f e c to n i n e x p e r i e n c e d r i v e rt h a nt h ee x p e r i e n c eo n e a n a l y z i n gt h ec o r r e l a t i o no fp h y s i o l o g y p a r a m e t e r sa n dr o a da l i g n m e n t ，t h i sd i s s e r t a t i o na l s o e s t a b l i s h e st h er e g r e s s i o nf o r m u l ao f p h y s i o l o g yp a r a m e t e r sa n d r o a da l i g n m e n t n i r d ，a c c o r d i n gt o t h ea b o v er e g r e s s i o nf o r m u l a ，t h er a n g eo fr o a da l i g n m e n t c o r r e s p o n d i n gp h y s i o l o g yp a r a m e t e r sw h i c ha c h i e v et h et e n s i o nc o n d i t i o ni sc a l c u l a t e d t h e d i s s e r t a t i o no f f e rr e c o m m e n d e dv a l u eo ft h em i n i m u ml e n g t ho fc i r c u l a rc u r v ea n dt h e m a x i m u ml o n g i t u d i n a lg r a d i e n t a tl a s t , t h en o n l i n e a rm o d e l sa r ev e r i f i e db ym e a s u r e dp s y c h o l o g ya n dp h y s i o l o g y p a r a m e t e r sf r o ma n o t h e re x p e r i m e n t a lh i g h w a ys e c t i o n t h er e s u l t ss h o w t h a tt h ea u t h e n t i c i t y a n dr e l i a b i l i t yi sg o o d t h er e s e a r c hr e s u l t so ft h i sd i s s e r te m b o d yt h en e wc o n c e p to fa l i g n m e n td e s i g nc a l l e d p e o p l e o r i e n t e d ，w h i c hh a sa c e r t a i nr e f e r e n c ev a l u et oi m p r o v et h es e c u r i t yi nt h es e c t i o no f s h a r pt u r na n ds t e e ps l o p ei nm o u n t a i n o u sh i g h w a y 摘要 k e yw o r d s ：t e n s i o n ，p s y c h o l o g ya n dp h y s i o l o g yp a r a m e t e r s ，i n e x p e r i e n c e dd r i v e r , m o u n t a i n o u sh i g h w a y ，h i g h w a ya l i g n m e n td e s i g n ；h i g h w a ys a f e t y i i i 目录 摘要 目录 a b s t r a c t 目录 第一章绪论 i n i v 1 1 。1 论文研究背景1 1 2 国内外研究现状2 i 2 1 山区公路路线设计技术研究现状3 1 2 2 驾驶员紧张度以及心生理研究现状3 1 3 问题的提出4 1 4 论文的主要研究内容一5 1 5 研究的关键技术路线5 1 6 本章小结6 第二章驾驶员的紧张特性分析 7 2 1 紧张的定义及产生规律。7 z ，紧踏膨定e 7 2 i 2 紧张的产生规律8 2 2 紧张度影响分析9 2 2 ，t 过度紧张瞬产生的不翻影响9 2 2 2 过瘦紧张对驾驶员的影响l o 2 3 驾驶员的紧张反应1 0 2z 努籁反膨祝理j d 2 3 1 驾驶员的紧张反应l l 2 4 新老驾驶员行车过程中的差异1 l 2 5 紧张的测试方法1 2 2 6 本章小结1 3 第三章试验设计、数据采集与处理 1 4 3 1 试验设计1 4 3 2 试验仪器及人员的要求1 4 3 3 样本道路的筛选1 7 3 4 试验数据采集与处理1 9 3 乒j 斌爱兹诡毛彩集j 9 3 4 2 方滋旋结：经理2 d 3 4 。3 与紧张相关的心生理参数的选取2 2 3 5 本章小结2 4 第四章新驾驶员紧张度与山区公路线形的关系研究 4 1 新老驾驶员对比分析2 5 z ，车奠基矽比乃 幺，2 以孳矽比2 5 4 2 新驾驶员紧张度与直线长度的关系2 6 4 3 新驾驶员紧张度与缓和曲线关系2 7 4 4 新驾驶员紧张度与圆曲线参数的关系2 7 4 4 i b e t a 波与豳曲线半径及转角的关系2 7 4 4 2 t h e t a 波与鼠曲线半径硬转蠢! l 昀关系一2 9 4 4 ，3 a l p h a 波与锄曲线半径及转角的关系3 1 4 4 4 心率与嗵强线半径技转角的关系3 2 4 5 新驾驶员紧张度与纵断面线形的关系3 4 幺五i b e t a 兹一与豺纺缆贯街关系3 4 重点2 t h e t a 泼与刎缓碳履动兴赛3 4 目录 幺3 a l p h a 泼多别皱碳瘦0 移老赛3 5 幺点4 以摹与缴兹鸵蘑彩关莠3 6 4 6 本章小结一3 6 第五章基于驾驶员紧张度的山区公路线形设计安全性研究3 7 5 1 心生理参数达到紧张阈值所对应的线形参数3 7 5 1 1 心生理参数达翻紧张阈值时所对应的豳蛰线参数3 5 ，1 2 心生理参数达翻紧张阈值时瞬对应的纵坡参数3 7 。 5 2 基于驾驶员紧张度的山区公路线形指标限值建议3 8 2j 留膨缓最小径粥 e z2 绷所廊最走缓发3 9 5 3 本章小结3 9 第六章研究结果验证4 0 6 1 回归模型的验证4 0 岔，囱，膨结华元厅夕验b e 4 d 匠，2 绷荔乏华示艚i f 4 j 6 2 验证路段事故统计资料分析4 l 6 3 本章小结4 3 第七章结论与展望4 4 7 1 本研究的主要结论4 4 7 2 研究展望4 4 致谢 参考文献 攻读硕士期间发表的论文 v 4 6 4 7 4 9 第一章绪论 第一章绪论 1 1 论文研究背景 近几年来我国山区交通运输事业也呈快速发展的势头，车辆拥有量增加，通车里程 不断延长，公路运输日益繁忙，但道路条件的改善却相对缓慢，低等级路和等外路所占 比例仍然较高。山区公路由于受到地形、地貌的影响，线形指标较低，弯道、陡坡、连 续下坡、视距不良路段大量存在【l 】。相关统计表明，我国7 0 以上的重特大公路交通事 故发生在技术指标低、路侧险要的路段上【2 】。以2 0 0 5 年为例，2 0 0 5 年，全国县道、乡道 等农村公路上发生交通事故1 0 1 7 5 7 起，造成2 3 7 0 7 人死亡，分别占总数的2 2 6 和2 4 。 而2 0 0 5 年全国共发生一次死亡1 0 人以上特大道路交通事故4 7 起，造成8 0 7 人死亡，其中 多发生在山西、云南、内蒙古等地。由此可见，我国山区公路的交通安全状况形势是非 常严峻的。山区公路线形指标低，平、纵线形指标搭配不合理，加之驾驶员各种因素综 合在一起，导致山区公路上交通事故频发，并已成为社会关心的热点和焦点问题。因此 对于山区公路的安全性应该引起足够的重视。 统计表明，近年来每年道路交通事故死亡的人数约9 万余人，占全国各类事故死亡 总数的8 0 以上。其中，因驾驶员因素造成的交通事故占事故总数的比例也在8 0 以上， 而3 年驾龄以内的新驾驶员造成的事故又占一半以上【3 】。从图1 1 可以看出某市2 0 0 6 年驾 龄与引发事故数之间的关系：1 年以下新驾驶员发牛事故数和死伤人数比例最高；2 3 年 驾龄的司机虽然比1 年驾龄的司机发生的事故少，但引发的事故总数仍然较高；从4 年驾 龄开始，发牛的事故数和造成的伤亡人数就开始呈明显下降趋势。从4 年驾龄开始，发 生的事故数和造成的伤亡人数就开始呈明显下降趋势。从图1 2 可以看出，到了d 1 0 年 驾龄，下降趋势更明显。l l 1 5 年驾龄司机发生事故比6 1 0 驾龄司机少一半。1 5 年驾龄 以上的司机，应该就算得上是老师傅了，老师傅发生事故很少，造成的死亡事故就更少。 到了驾龄2 0 年以上，司机发生事故1 0 1 起，造成死亡人数1 7 人，受伤人数1 0 6 人。总体而 言，随着驾龄的增加，驾驶员引发的事故逐渐减少。 1 2 0 0 起数人数 1 0 0 0 8 0 0 6 0 0 4 0 0 2 0 0 o 死亡人数 口受伤人数 一事故起数 驾龄年 图1 - 11 5 年驾驶司机发生事故率比较统计 东南大学硕上学位论文 起数人数 驾龄年 图1 - 2驾驶司机驾龄与发生事故率统计 驾驶员行车过程是一个信息交换与控制的过程，车辆及交通环境状态信息是驾驶员 决策驾驶行为的基本依据。在此过程中，驾驶员受到自身一系列生理、心理因素的制约 和外部环境的影响。当汽车驶入危险路段或受到干扰而使交通情况复杂化时，驾驶员往 往神经紧张。这个变化会在驾驶员的反应时间、理解与处理信息的能力及判断的错误概 率上反映出来。驾驶员须改变车速，以适应新交通条件变化，这种过渡时间内的心理紧 张状态是特别危险的【4 】。通常情况下，驾驶员心理与生理变化互相影响，密切相关，生 理特征变化往往可以反映心理变化。如驾驶员出现心理紧张情绪时，生理上就会表现出 心跳加速、呼吸量增大、出汗过多、脸部发红等，相应的就会出现注意力、判断能力、 视觉敏锐性下降，视野变窄，脉搏加快，血压上升，动作配合失调等。由于人体在心理 学上的抽象性，因此为了研究心理变化的这一模糊现象，研究人员往往用一些生理特征 变化加以鉴别【5 】。据生理心理学研究表明，心理紧张引起的人体生理变化，如心电、脑 电、皮电、肌电等，通过这些测量值可以定量描述心理紧张度【6 】。将此原理应用于行车 中的驾驶员上，就能定量研究驾驶员的心理紧张度的变化情况。 因此，采用生理、心理学检测设备对驾驶员生理、心理特征进行测量，通过建立表 征驾驶员心理紧张的，生理量化指标，探求驾驶员心理、生理反应与山区公路线性的相 关性，使得山区公路线形设计尽可能的满足驾驶员的驾驶需求，以提高公路的安全水平， 对我国交通安全的研究具有重大意义。 新驾驶员相比于老驾驶员，对线形更加敏感，安全性也比低，因此本文把新驾驶员 作为丰要的研究对象，将新驾驶员紧张度作为重要因素体现到山区公路线形设计中，研 究山区公路线形因素对新驾驶员的影响作用，通过大量的实车试验，采用精密仪器测量 新驾驶员在山区公路上行驶时的心生理参数，度量其在不同公路线形条件下的紧张度水 平，从新驾驶员的行驶安全出发对山区线形指标的合理性和完整性进行分析，提出缓解 新驾驶员紧张的山区公路线形指标的建议值，在线形设计理论与方法上实现新的突破， 力求降低交通事故率，提高山区线形的安全性。 1 2 国内外研究现状 目前国内外将驾驶员紧张度及山区公路路线设计技术两者结合的研究尚处空白，因 此本节将从驾驶员紧张度及心生理研究、山区公路路线设计技术研究两个方面来进行阐 2 第一章绪论 述。 1 2 1 山区公路路线设计技术研究现状 近些年来，世界各国加快了交通基础设施的建设，公路发展迅速。随着社会经济的 发展，公路建设逐步向山区延伸，而山区地形、地质复杂，公路路线布设的限制条件和 影响因素很多。山区公路的设计在技术和经验方面面临着前所未有的机遇和挑战。山区 公路的设计受平纵横断面的制约较多，与平原区及微丘区公路有很大区别。因此，对山 区公路的设计进行更深入的研究，探讨出新的设计理念以指导山区公路的设计十分必 要。 ( 1 ) 国外研究现状 欧美发达国家关于山区公路路线设计理论，已从简单考虑汽车行驶对道路的动力学 要求，逐渐转变为考虑驾驶员的驾驶行为和心生理特征，提倡人性化的设计。即以服务 子用路者为目标，要求道路能够为其使用者提供安全、舒适、快捷的交通服务。这种“以 人为本的设计思想，不仅考虑汽车行驶要求，还考虑用路者的交通要求，即驾驶员的 心生理反应，综合人、车的要求，采用动态的观点设计路线的各个元素，并力求指标协 调。按此原则设计的山区公路路线，可以满足驾驶员在行车过程中产生的期望心理要求， 即能预知前进方向的道路条件、交通条件，还可满足视觉连续、车速连续和交通安全。 ( 2 ) 国内研究现状 我国山区公路路线的平、纵、横几何设计方法仍沿用传统设计方法。即在满足汽车 运动学和力学要求的前提下，以计算行车速度作为设计车速，一个设计路段采用一个固 定值，作为平、纵线形指标的基础设计参数。 1 2 2 驾驶员紧张度以及心生理研究现状 近年来，国外对驾驶员紧张度以及心生理领域开展的研究比较成熟，而我国在这方 面的研究还处于起步阶段。 ( 1 ) 国外研究现状 苏黎士学者z e i e r ，h 于1 9 7 9 年左右，研究了手动变速器和自动变速器对驾驶员和 乘员的多项生理指标的影响( 皮肤电阻、前额肌肉e m g 、e c g 、尿液) 【7 】。 日本学者k a m i y a ，k o i c h l 和h a m a t a n i ，k a t s u n o r i 等人于1 9 9 2 年左右，做了驾驶员 觉醒水平的定量研究【8 】；学者a t s u m i ，b u n j i 和s u g i u r a ，s e i i c h i 等人也于1 9 9 3 年左右， 通过分析心率变异性，对驾驶员在驾车和操作不同装置时的精神负荷指标进行了研究【9 1 。 俄罗斯学者e l i z a r o v a ，v v 和s h a r d a k o v a ，e f 等人于1 9 9 4 年左右，利用肌电图仪， 研究了以非正常姿势进行工作的装货机操作员的紧张程度和疲劳严重度【蚓。 日本学者k e n m o c h i ，a k i h i s a 和t a k a k i ，y o k o 等人在1 9 9 6 年左右，在驾驶模拟器 试验中，测量了被试的f p v ( 手动脉搏) 和e p v ( 耳朵脉搏) ，用来评价被试的紧张反 j 应【】；学者n i s h i y a m a ，y o s h i t a k a 和n a k a z o n o ，t a k e y o s h i 等人于1 9 9 6 年左右通过测量 驾驶员的生理反应( 心率、脑电波、皮肤电阻) ，对种新型半自动变速器对驾驶员精 神负荷的影响做了研究，分析了不同驾驶工况( 换挡、制动、十字路口转向) 下，上述 3 乐雨大学坝士宁位论文 生理指标的变化情况，并提出了经验精神负荷度指标【l2 1 。 日本学者p a n ，x d 和g o t o u ，j 、s u z u k i ，y 等人于1 9 9 8 年左右，从驾驶员心生理 的角度，评价了林区道路线形设计对驾驶员心理和生理负担的影响【1 3 】。 英国的c r u n d a l l ，d a v i de 和u n d e r w o o d ，g e o f f r e y 于1 9 9 8 年左右，研究了在不同认 知负荷下( 由不同道路类型产生) 下，经验驾驶员和非经验驾驶员在2 0 分钟驾驶过程中 的心电情况的不同u 4 j 。 韩国的b y u n g ，c h a nm i n 和s o o n ，c h e o lc h u n g 等人于2 0 0 2 年左右，测量和研究了年 轻驾驶员对于5 种不同的车速和3 种不同的行车条件下的主观评价和客观心理生理反应 测量指标( 心率、皮肤电阻、皮肤温度) 之间的关系【1 5 】。 日本的f u r u i c h i ，t o m o k i 和1 w a s k i ，m a s a t o 等人于2 0 0 2 年左右，为了研究两种相同线 形参数的“s ”形道路，所导致交通事故量截然不同的问题，测量了驾驶员在这些道路 上行车的车速、眼睛运动情况和心率等参数，并对这两种道路的测试结果进行了对比分 槲16 1 。 ( 2 ) 国内研究现状 2 0 0 4 年江维善、卫金风通过分析1 7 6 0 名驾驶员的血压、心电图数据，研究了机动车 驾驶员身体健康状况与行车安全的关烈1 7 】。 2 0 0 5 年，潘晓东从医学和工学相结合的角度，以行车实验为依据，通过驾驶员的心 率和血压的变动规律，用定量分析的方法研究道路线形构造同驾驶员心理压力和生理负 担问的相关性，并建立定量的评价指标。唐登科在其硕士论文中研究了在低等级道路和 高等级道路条件下，以不同车速行驶时线形与驾驶员心理生理反应的相关规律【l 引；乔建 刚基于驾驶员因素的山区双车道公路关键参数研究中，以心率和呼吸率作为驾驶员心生 理紧张的指标通过分析驾驶员心率变化的规律，运用偏相关分析方法确定道路平纵断面 线形与驾驶员心生理适应性的相关性，从而建立道路线形与其心生理变化的关系和模型 【l9 】 o 2 0 0 7 年，李杏元通过对比驾驶员在山区双车道公路与普通双车道公路上行驶时的心 率、反应时及驾驶操作，分析研究山区双车道公路驾驶员的驾驶疲劳特性【3 】；阎萦在公 路长大下坡路段线形指标对驾驶员心理生理影响研究中，通过测试驾驶员心理受线形、 车速影响时的变化规律，分析了驾驶员心率、车速、长大下坡线形指标问的相关性，并 考虑结合弯坡组合，超车等因素对驾驶员紧张的影响【2 0 】。 1 3 问题的提出 国内外研究现状表明，基于驾驶员紧张度的山区公路线形设计技术研究存在以下问 题： ( 1 ) 目前的山区公路线形设计都是以现行的公路路线设计规范j t g d 2 0 2 0 0 6 ) ) 为依 据，其主要以汽车行驶理论为根据，虽然某些部分也考虑了驾驶员的因素，但多为附属 的、零星的，没有充分体现驾驶员的生理、心理需求。 ( 2 ) 近几年国内外诸多学者已开始进行驾驶员心生理参数与公路线形相关性的研究， 但大多是研究驾驶员的疲劳与公路线形的关系，对于驾驶紧张与公路线形关系研究较 4 。卜 第一覃绪论 少，研究多为定性分析，定量建立其模型就更少。 ( 3 ) 在进行对驾驶员心生理特性研究中，试验采用的生理指标单一，不能准确而全面 地表现驾驶员的心生理反应。 ( 4 ) 没有针对新驾驶员这类特殊人群的。 1 4 论文的主要研究内容 本论文主要完成以下研究内容： l 、驾驶员紧张特性研究 从心理学及生理学角度首先介绍紧张的定义及产生规律，分析驾驶员在不同紧张程 度下的反应，并对比新老驾驶员在行车过程中紧张程度差异；对国内外普遍使用的心生 理评测方法进行分析比较，甄选合适的驾驶员心生理测试方法。 2 、试验设计研究 根据紧张特性研究的结果，设计了室外现场试验，选取恰当的试验路段并筛选试验 人员，使用多通道生物反馈仪，采集相关的心生理试验数据，并对数据进行处理。 3 新驾驶员紧张度与山区公路线形指标相关性研究 在室外试验数据的基础上，对比新老驾驶员的差异；探索新驾驶员精神紧张程度和 山区公路线形之间的变化规律，通过数据分析和处理，建立心生理参数和线形指标的回 归模型。 4 、山区公路线形设计技术研究 运用心生理参数和线形指标的回归模型预测新驾驶员达到紧张阈值时所对应的线 形指标值，提出了山区公路部分线形指标的建议值，为我国的山区公路线形设计技术提 供参考。 5 、模型验证 选取另一条山区公路对研究成果进行验证，根据试验实测的数据和采用心生理参数 和线形指标的回归模型预测出的结果进行对比，可以验证回归模型的可靠性；另外，将 按研究结果模型检查出的不安全路段与事故统计资料确定出的测试道路事故多发点对 照，可以相对检验模型的合理性。 1 5 研究的关键技术路线 本研究采用“以系统分析理论及心理、生理分析理论为指导，以大量室外试验的实 测数据为基础，以计算机辅助和数学建模为手段，建立模型，确定指标阈值”的技术路 线。 ( 1 ) 以系统分析和心理、生理分析为指导。道路线形和驾驶员心理、生理相关模型研 究涉及到人、车、路这样一个综合系统，需要应用人机工程学、道路工程学、心理学、 生理学、计算机技术、数理统计及系统工程学等众多学科的知识，试验设计和总体研究 方案均以系统分析理论及心理、生理分析理论和方法为指导。 ( 2 ) 以大量实测数据为基础。由于现场实测数据能反映在实际道路上驾驶员的心理、 生理变化规律，也是数学建模的基础，只有取得足够的精确的数据样本，才能真实客观 5 东南大学硕士学位论文 地建立起可供实际应用的数学模型。 ( 3 ) 以数学建模为手段。通过大量实测数据，并应用心理学、生理学、人机工程学、 数理统计模型等来描述在一定的公路线形条件下驾驶员在道路上行车的心理、生理特 征，从而建立数学模型，确立各种阈值和指标，并对模型、阈值和指标进行必要的验证 和评价。 图1 - 3 论文的研究关键技术路线图 1 6 本章小结 本章在论述了本课题的研究背景及国内外的相关研究概况的基础之上，针对现状中 存在的问题，提出基于驾驶员紧张度的山区公路线形设计技术的研究目的意义，确定了 本文研究内容及相应技术路线。 6 第二章驾驶员的紧张特性分析 第二章驾驶员的紧张特性分析 车辆在行驶时驾驶员不仅承受身体上的生理负担，而且承担着神经紧张状态下的心 理负担。因此，可以选用驾驶员的紧张度来衡量驾驶员作业的负担程度。紧张度及其影 响分析是研究驾驶员心生理与山区公路线形相关性的基础。本章利用心理生理学等相关 理论分析驾驶员的紧张特性，为后续章节的分析提供理论依据。 2 1 紧张的定义及产生规律 2 1 1 紧张的定义 紧张又名应激。紧张状态是指由于外界有害的物理性、生物性及心理社会性刺激引 起的心理、行为、生理、生化的反应。 对于紧张的概念，由于研究的角度不同，因而理解也不同，大体上有三派观点，即 三种学说，即环境刺激学说、非特异性反应学说及交互作用学说。 ( 1 ) 环境刺激学说j 就是把紧张状态看作是人受到有害环境刺激后引起的结果，这一 学派主要根据环境的刺激特性来描述紧张状态。他们把人体类比作一个弹性体，在一定 外力作用下，物体产生应力，引起应变，这个应变，就是人的紧张反应，如应力不大， 应变未超过“弹性限”，物体可在应力去除后恢复原状，若应力过大而超过弹性限，物 体会产生永久性变形，人体就会造成疾病。他们研究紧张状态的重点是分析什么样的刺 激可出现紧张状态的征兆。 这一学派指出了紧张状态与环境密切有关，从而提醒我们创造一个良好的环境以消 除或减轻不正常的紧张。 ( 2 ) 所谓非特异性反应学说：就是把紧张状态看成是人对有害环境的反应，他们把研 究紧张状态的重点放在人体对有害刺激的共同反应方面，而不是有害刺激本身。这一环 论的代表者塞里认为，生理上的紧张反应并不依赖于紧张因素的性质，而是机体对环境 刺激的一种普遍形式的防御友应。它的作用在于保护人或动物以维持其机体功能的完 整，它是非特异性的生物学变化。 这一学说的贡献之一是揭示了紧张状态的内部同一性，对于生物学、医学无疑是很 有价值的，但是不同的环境刺激毕竟能引起不同类型的精神紧张，因此不能忽略对环境 的研究，另外，该学说对紧张状态所伴有的心理过程也注意不够。因此有了第三种学说。 ( 3 ) 所谓交瓦作用学说，是把紧张状态看成是人与环境交瓦作用的结果，这一学派认 为前面两种观点都不够全面，都忽视了人在产生紧张状态过程中的主动作用，即忽视了 心理活动在紧张状态过程中的巾解作用。他们认为，紧张状态是通过人与其环境存在的 特定关系而发生的，是以心理过程为根源的个人知觉现象，是主体与环境相互作用的结 果。 交互作用学说由于同时考虑到了人本身的需求、知觉和客观环境的作用，因此它能 比较圆满的解释紧张状态的根源及不同的表现形式，比较圆满地解释相似环境下人们的 紧张差别，同时，它特别强调心理过程及人的知觉，与本文所说的精神紧张基本吻合。 7 东南大学硕上学位论文 驾驶员的应激是在出乎意料的紧急情况下所引起的情绪状态，应激状态的发生对驾 驶员的驾驶行为会产生很大影响。 2 1 2 紧张的产生规律 精神紧张可以由知觉障碍、挫折、冲突、威胁、消极情绪等引起，而其核心实质上 还是对需求和能力的估计、认识即知觉问题。例如挫折，一般是满足需求受到了能力限 制或客观环境的阻拦；冲突，无非是几种需求同时起作用的结果。几种需求同时形成知 觉，自己又没有能力决定主次或统筹兼顾；威胁，一般是强人需求，包括生产需求遇到 了障碍。而一旦需求难以实现，消极情绪就由此产生。需求和能力在知觉上的不平衡会 引起一系列复杂的生理心理反应。当然，人是能动的主体，在紧张状态发生时的主观 体验，一方面伴随着体内生理上的变化，一方面又力图从认知和行为方面去消除这一状 态，在认知方面如自我安慰，调整需求，行为方面如采取行动以增强应付能力等，但若 这种不平衡状态很强烈或持续时间很长，紧张状态将难以消除，甚至继续加深，生理心 理变化也将持续下去，最终造成机体的损害。在这过程中还有反馈作用发生，例如应付 紧张状态的行为和反应如果无效，就会延长或加剧精神紧张，从而产生恶性循环，导致 机体功能或器质方面更严重的疾病。以上所说的精神紧张机理可用图2 1 表示。 反 馈 i 壅坠壁塑l 三堕而堡二一 ， l 能力知觉i 需求知觉 - 知觉对比i 反 不平衡 馈 ( 紧张形成) 靠靠 1 l 一1 | l 心理反应i陲堙反阖 i 一认识上的防御i行为反映 图2 - 1 精神紧张机理 按照塞胆的理论，紧张状态分为三个阶段，分别称之为警戒、抵抗和衰竭阶段。无 论何时，机体受到紧张性刺激( 物理的、化学的、微生物的或社会的) 都会引起机体内 部激素与生物化学的变化、体内环境的平衡变化及内脏功能的变化，从生物学角度看， 就是机体自我动员组织防御，这就是紧张状态的第阶段警戒阶段。紧张因素若来 之急骤，有可能导致短时的心理混乱、意识散漫，对现实认识的歪曲，人们有时用呆若 木鸡来形容此种情景。 在第一阶段，身体内肾上腺素分泌量增加，心律和呼吸加快，血压升高，血糖含量 第- 二章驾驶员的紧张特性分析 提高，以便对付环境的刺激若精神紧张维持一段时期，身体内部环境便进入新的平衡 状态，即紧张的第二阶段抵抗阶段。若不良刺激比较严重，此时可出现疲劳、焦虑、 极度的焦躁不安。 第一和第二阶段都是身体正常反应，日常生活可屡见不鲜，但是若紧张刺激持续过 久，或者躯体仍然象存在威胁那样进行反应。随着抵抗的继续，身体的适应能力可能耗 尽，最后导致崩溃，此时机体紧张进入第三阶段衰竭阶段，在心里上可出现沮丧， 无望、听其任然。任人摆布的倾向，生理上往往被自身的防御力量所损害。 当然，衰竭后恢复正常功能仍有可能。至于衰竭阶段持续下去的后果，就很难设想 了。上述三个阶段若表示成图形( 见图2 2 ) ，则更加清楚而便于理解【2 。 机体正常 抵抗水平 图2 - 2 紧张状态的三个阶段 2 2 紧张度影响分析 2 2 1 过度紧张所产生的不利影响 精神紧张能给我们造成种种损失，但离开了必要的精神紧张，人们将一事无成。在 正常的紧张状态下，呼吸和心跳加快，身体各部位处于紧张状态，大脑思维敏捷，肌肉 进入“备战”状态，全身各个系统都已经动员起来，准备立即行动，人能迸发出较大的 智力和体力。而不正常的精神紧张，是指过度的、连续的或不必要的精神紧张。 十九世纪法因生物学家贝纳德曾说，我们身体的“内在环境”必须保持一定程度 的协调，如血压、心跳、含氧量、血糖等，通常能由身体根据不同情势自行调节，例如 在遇到紧急情况时，增加供血量，供氧量以报备剧烈的行动。但一旦客观情势过于剧烈， 我们的身体就会出现难以适应的种种迹象。例如一名跳高运动员，必须有良好的竞技状 态，才能跳出好成绩，而这个竞技状态，就包括必要的精神紧张，他要测算好助跑的距 离，掌握好助跑的速度变化和步幅，配合好起跳、过竿的动作等，精神不能有一点松弛 和分散，但如果他的心理压力过大，就会出现肌肉发僵或无力，动作不协调等反常现象， 结果影响了比赛成绩。如图2 3 所示，以精神紧张程度为横坐标，以比赛成绩为纵举标， 则只有当精神紧张程度在a b 区间内才是适合的，田为此时比赛成绩最佳，该曲线同 样适用于工作成绩，过于松弛或过于紧张，都会使工作效率或效果下降。 9 东南大学硕j ：学位论文 成绩 度 图2 - 3 运动员成绩与精神紧张程度的关系 过度精神紧张，会引起体内营养的消耗，大量细胞的死亡及部分平衡的破坏。但只