基于地下道路侧壁频率的速度感知增强韵律曲线设计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于地下道路侧壁频率的速度感知增强韵律曲线设计方法，属于道路交通安全设施领域，包括韵律曲线设置位置和类型的确定算法、韵律曲线初始频率算法以及韵律曲线长度算法。本发明专利技术采用上述的一种基于地下道路侧壁频率的速度感知增强韵律曲线设计方法，充分考虑空间频率对驾驶人速度感知的影响，从视觉引导角度提出速度控制设施设置方法，主动引导驾驶人在地下道路单调封闭环境中进行速度控制。度控制。度控制。

【技术实现步骤摘要】
基于地下道路侧壁频率的速度感知增强韵律曲线设计方法


[0001]本专利技术涉及道路交通安全设施
，尤其是涉及一种基于地下道路侧壁频率的速度感知增强韵律曲线设计方法。

技术介绍

[0002]由于城市建设近年的高速发展，城市总体空间布局从原来的“单中心”向“多中心、多核”转变，随着城市空间布局的调整，交通需求结构也发生了新的变化，原有的高架及地面交通系统不足以满足城市东西向交通需求的日益增加，城市地下道路应运而生。
[0003]地下道路的实际运营过程中，事故发生率和伤亡率均较高，仍然存在严峻的交通安全问题。以上海市外滩隧道交通事故为例，其中较为严重的交通事故往往与车辆超速相关。进一步对外滩隧道入口前监控视频与隧道中段监控视频中的车辆运行状态进行对比发现，相比于进入地下道路前路段，地下道路内部基本路段上车辆超速现象更为明显，在深夜时段甚至100％的车辆速度均达到限速60km/h以上，而地面道路上超过限速60km/h的车辆仅占2.82％。因此，城市地下道路的超速问题十分普遍，是影响交通安全的重要因素。
[0004]目前地下道路速度控制研究已经积累了许多成果，其中常用的减速设施主要分为强制型减速与非强制型减速，强制型减速一般通过振动标线等使得驾驶人体感的强烈震动不适，从而迫使驾驶人选择减速操作。非强制型减速一般通过视觉认知的方式对驾驶人进行直接的信息警示，或通过错视觉增强驾驶人的速度感知，进而引导驾驶人主动降低速度。通过对比分析，强制型减速设施一般会对驾驶人造成强烈的不适感，而警示型的标志标线作用效果较差。因此，通过视觉引导方式增强驾驶人的速度感知，潜移默化地引导驾驶人降低车速是理想的速度控制方法。
[0005]然而，地下道路存在光照度低、缺失视觉参照系、环境单调等问题。地下道路照度底和参照物少导致驾驶人车速感知能力下降，使得驾驶人对车速估计不足，进而误判跟车距离，从而极易引发交通事故。有研究表明，公路隧道内低对比度和弱视觉参照系是导致驾驶人产生车速低估引发超速行为的主要原因。同时，单调地下道路侧墙会造成驾驶人心理压抑，在这种状态下长时间行车会导致驾驶人心理生理机能以及驾驶操作效能下降，反应迟钝，甚至很难准确地操控车辆。此外，驾驶人速度感知的降低迫使其只能通过仪表盘获取车速信息，导致驾驶人的注意力过多地停留在仪表盘上，对行车安全十分不利。因此，改善地下道路内视觉环境，增强驾驶人的速度感知，对于改善地下道路交通安全问题具有重要意义。
[0006]现有研究认为，韵律感的道路环境能够有效增强驾驶人的速度感知能力，缓解驾驶疲劳，目前已在交通设计领域中得到了广泛应用。例如，日本的音乐公路通过在路面设置一定频率的具有振动特性的音乐符号标线，增强驾驶人驾驶节奏感，增强速度感知。研究发现公路边缘率小于2Hz或大于32Hz时，驾驶人会出现速度低估，边缘率在4～16Hz时，驾驶人容易高估行驶速度；路面边缘率标线的虚实比、行车速度、时间频率等对控制车速具有显著效果。近年来，有学者研究发现，影响速度感知的主要因素是物理速度与时空频率，当物理
速度不超过阀值(3.2deg/s)时，物理速度调节机理发挥主要作用；当物理速度超过阈值时，两者共同发挥作用。在地下道路环境行驶时，车辆速度远远大于3.2deg/s，因此采用时空频率的方法增强速度感知是可行的。部分学者开始研究隧道内不同频率尺寸的视觉信息对驾驶人速度感知的影响研究发现，有学者在视觉诱发电位与频率条纹的关系中指出，视觉最敏感处落在条纹频率为3～5c/deg区域。进一步研究发现，高频视觉信息(2～32Hz)会使驾驶人显著高估速度，中频视觉信息(0.4～1Hz)和低频视觉信息(0.1～0.2Hz)会使驾驶人显著低估速度。然而目前相关研究仍停留在理论研究方面，还未将研究成果转化为安全设施，以实际应用于地下道路环境中。
[0007]因此，针对地下道路速度感知提升技术空白的现状，创新地提出了基于地下道路侧壁频率的速度感知增强韵律曲线设计方法，主动引导驾驶人降低车速，保证行车安全。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是提供基于地下道路侧壁频率的速度感知增强韵律曲线设计方法，基于驾驶人视觉视野特性和速度敏感空间频率，提出韵律曲线设置方法，包括韵律曲线类型、设置位置、韵律曲线初始频率计算方法以及韵律曲线长度计算方法，最大限度保证地下道路的行车速度处于安全范围内。
[0009]为实现上述目的，本专利技术提供了基于地下道路侧壁频率的速度感知增强韵律曲线设计方法,包括以下步骤：
[0010]步骤1、韵律曲线设置位置和类型的确定算法，根据地下道路驾驶人速度感知偏差阈值预测模型，计算出地下道路每一个断面的最大感知速度偏差阈值，并依据地下道路限速值要求得到韵律曲线设置位置以及对应类型；
[0011]步骤2、韵律曲线初始频率算法，基于驾驶人视觉视野特性和速度敏感空间频率计算得到驾驶人速度敏感的时间频率；
[0012]步骤3、韵律曲线长度算法，基于驾驶人行为响应时间和操作时间来确定韵律曲线覆盖总时长，确定韵律曲线长度。
[0013]优选的，韵律曲线设置位置和类型的确定算法具体为：
[0014]利用恒定速度理论来描述视觉以及听觉感知过程，其认为感知速度差为驾驶人主观认知速度与真实行车速度之差，提出速度感知偏差阈值计算模型如下：
[0015][0016]式中：Δv
max
为敏感性阈值；β'为驾驶人环境敏感程度；ΔK为驾驶人无意识操作时刻的道路线形曲率变化值；Δf为侧壁频率变化值；v
perception
为主观认知速度水平；K为行程段的平均道路曲率；f为行程段的平均侧壁频率；γ为驾驶人操作熟练程度系数；γ采用驾驶里程S的倒数代替：
[0017][0018]通过输入整个地下道路的线形指标、侧壁环境、以及不同驾驶人操作熟练程度，计算出地下道路每一个断面的最大感知速度偏差阈值，提出韵律曲线设置位置和类型确定原则，依据各个断面的感知速度偏差阈值超过限速的比例，确定设置韵律曲线的断面位置，选
取对应的韵律曲线类型：
[0019]1)当断面的感知速度偏差阈值超过限速的比例大于20％，该断面建议布设频率逐渐增大的变频韵律曲线；
[0020]2)当断面的感知速度偏差阈值与限速的比例不大于20％，2)当断面的感知速度偏差阈值与限速的比例不大于20％，该断面建议布设恒频韵律曲线；
[0021]3)当断面的感知速度偏差阈值与限速的比例不大于10％，该断面不需要设置速度控制措施。
[0022]优选的，韵律曲线初始频率算法具体为：
[0023]根据驾驶人速度感知敏感的空间频率fs为3c/deg，根据驾驶人视觉特性，得到以长度为单位的空间频率dl：
[0024][0025]式中：L1为车行道宽度(m)；L2为路缘带，一般取值为0.5m；α为注视明锥的一半(
°
)，此处的注视明锥即行驶过程中驾驶人关注视野的范围角度，指驾驶人头部固定而转动眼球注视某中心点时所见的空本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于地下道路侧壁频率的速度感知增强韵律曲线设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、根据地下道路驾驶人速度感知偏差阈值预测模型，计算出地下道路每一个断面的最大感知速度偏差阈值，并依据地下道路限速值要求得到韵律曲线设置位置以及对应类型，得到韵律曲线设置位置和类型的确定算法；步骤2、基于驾驶人视觉视野特性和速度敏感空间频率计算得到驾驶人速度敏感的时间频率，得到韵律曲线初始频率算法；步骤3、基于驾驶人行为响应时间和操作时间来确定韵律曲线覆盖总时长，确定韵律曲线长度，得到韵律曲线长度算法。2.根据权利要求1所述的基于地下道路侧壁频率的速度感知增强韵律曲线设计方法，其特征在于，所述韵律曲线设置位置和类型的确定算法过程如下：利用恒定速度理论来描述视觉以及听觉感知过程，感知速度差为驾驶人主观认知速度与真实行车速度之差，提出速度感知偏差阈值计算模型如式(1)式中，Δv
max
为敏感性阈值；β'为驾驶人环境敏感程度；ΔK为驾驶人无意识操作时刻的道路线形曲率变化值；Δf为侧壁频率变化值；v
perception
为主观认知速度水平；K为行程段的平均道路曲率；f为行程段的平均侧壁频率；γ为驾驶人操作熟练程度系数；γ采用驾驶里程S的倒数代替，如式(2)：通过输入整个地下道路的线形指标、侧壁环境、以及不同驾驶人操作熟练程度，计算出地下道路每一个断面的最大感知速度偏差阈值，提出韵律曲线设置位置和类型确定原则，依据各个断面的感知速度偏差阈值超过限速的比例，确定设置韵律曲线的断面位置，选取对应的韵律曲线类型：1)当断面的感知速度偏差阈值超过限速的比例大于20％，该断面建议布设频率逐渐增大的变频韵律曲线；2)当断面的感知速度偏差阈值与限速的比例不大于2...

【专利技术属性】
技术研发人员：张兰芳，王淑丽，崔博宇，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：