内蒙古东部草原公路直线最大长度研究方法简述

摘要：内蒙古自治区为提高经济发展速度而加快区内公路建设，已建的及在建的公路不可避免要穿越草原。草原公路直线段具有直线长，纵坡小的特点，从而增加的公路运营阶段的安全隐患。有学者分析大量事故资料后发现，许多事故发生的根本原因是由于事故地点周围的道路线形对驾驶员的心生理产生不良影响而造成的。因此，有必要针对草原公路直线段的最大设计长度进行相关研究。本论文主要通过对已知的草原道路直线段的试验来总结出直线路段上的行程时间和驾驶员疲劳程度的关系，并引入心电图测量方法。从道路使用者——驾驶员的角度进行量化研究，研究结果更符合实际、更人性化。

关键词：草原公路；公路直线段长度；心率测量；疲劳度

中图分类号：X734文献标识码： A 文章编号：

引言

交通工程心理学道路线形设计新理论以用路者的心生理反应特征作为道路线形设计的理论基础，力求设计的线形满足用路者的心理、生理需求。将线形设计新理论应用到草原公路的建设上，在一定程度上会降低草原公路的安全隐患，改善草原公路的交通安全状况。草原地区景观单调，颜色单一，草原公路线形单调，由交通工程心理学可知，驾驶员在这种单调的环境中很容易分散注意力，放松警惕，久而产生疲倦感。驾驶员的这种精神状态能引起其特定生理指标的变化，如心率变异、眨眼频率等。应用心率测量仪将这些生理指标的变化测量出。

在国内外的规范及成果中。我国现行《公路路线设计规范》（JTG D20-2006）对直线的最小长度，即同向平曲线及反向平曲线间的最小直线长度有具体规定。但对直线的最大长度没有规定，仅指出“直线的长度不宜过长”。前联邦德国和日本的经验值为20倍设计车速的长度，即72s的行程。前苏联和美国的规定偏长。前苏联规定最大直线长度为8km，速度按100km/h计，相当于80倍设计车速的长度，288s的行程。美国规定最大直线长度为3分钟设计车速行程，速度按100km/h计，相当于5km，即50倍设计车速的长度。

1、科学依据

我国目前在道路设计时一般参考前联邦德国和日本的经验值20倍设计速度的长度来进行设计。然而，由于驾驶员的精神状态受行驶速度的影响，因此从绝对长度的角度对最长直线长度进行规定不如从行程时间的角度进行规定更为合适。而且我国的国情与国外不同，再加上我国内蒙古东部地区草原地带的的特殊地形、地质及逐渐沙化的特殊情形。因此我国在进行道路直线路段的设计时仅仅参考国外的经验值进行设计是不合适的。另外，适宜的最大直线长度与道路交通环境的其他组成因素是分不开的。道路上车辆的多少、路侧景观是否单调、路面条件的好坏、行驶速度的快慢等都会对驾驶员的精神状态产生影响，从而影响平直路段上驾驶疲劳的形成时间。因此，对不同类型的道路，直线的最大设计长度也不宜规定统一的取值。

2、心电图测量方法

心肌的收缩与舒张和电位变化相关联。心肌舒、缩的同时有微量的电流产生，从心脏传到周围组织，使身体各部位在每一心动周期中产生电位的改变。以电位为纵轴、时间为横轴将心脏收缩时的电位变化以曲线的形式显示出来，即心电图（Electrocardiogram， ECG）。

一次完整的心跳包括P、Q、R、S、T五种波，如图2-2所示。其中，R波最为明显，所以心率的测量往往计数单位时间内R波的数量，也可以计数R波之间的间隔时间即心率周期。

图 2-2正常心电图波形

2.1 心电图变异系数测量指标

因为心电电极佩戴简单、对驾驶员的动作干扰小，在长时间测量时可靠性高，所以，心电图仍是常用的驾驶疲劳测量方法。由于心电图频域分析指标受分析时间段长短的影响很大，且HF、LF所代表的生理变化的实质有待进一步研究，所以本文还是采用时域分析指标——心率变异系数，并在其基础上依据驾驶疲劳的生成模型进行变换。该指标的推导过程如图2-3所示。

首先利用配套软件对采集到的原始心电图进行分析，得到整个测试过程的RR间期时间序列。

将该时间序列分段，计算每段内RR间期的标准差和平均值。将每个时间段内RR间期的标准差除以平均值就得到RR间期的变异系数，即RRCV。这就是本文提出的驾驶疲劳心电图变异系数测量指标。

图 2-3 驾驶疲劳心电图变异系数测量指标的推导过程

3、研究方案

本文将通过现场试验的方法，从避免驾驶员疲劳的角度出发来研究道路直线路段最大安全设计长度。主要包括以下两部分内容：

在测试路段上研究驾驶员的ECG（心电图）指标与疲劳程度的关系；

驾驶员的疲劳程度与直线行驶路段长度之间的关系。

本文拟解决的关键问题是驾驶员疲劳程度的测量。这是因为驾驶疲劳是不能被直接测量的，能测量到的只是驾驶员在心理上、生理上和操作上的外在表现。本文采用心电图实时测量驾驶员的心理、生理状态，那么如何根据测量到的数据分析得到驾驶员的疲劳程度是需要解决的关键问题。

4、技术路线

本次研究主要通过运用心电图的测量方法来计算出心率周期，并通过采用心率变异系数依据驾驶疲劳的生成模型进行变换，最终得到疲劳驾驶时间的最大阈值。通过这些数据得出合理的直线路线设计长度。

5、可行性分析

本文已经对利用心电图测量驾驶员的疲劳程度进行了一定的研究。由于心电图频域分析指标受分析时间段长短的影响很大，且HF、LF所代表的生理变化的实质有待进一步研究，所以本文将采用心电图时域分析指标——心率变异系数来衡量驾驶员的唤醒程度，并在此基础上依据驾驶疲劳的生成模型进行变换，从而衡量出驾驶员的疲劳状态。

6、结论

由于不同驾驶员的心率之间存在个体差异，为了使驾驶员之间的RRCV具有可比性，以便获得对所有驾驶员都适用的统一的阈值，本文将计算得到的RRCV数值都除以该段测试的初始值，得到每名驾驶员的RRCV相对变化率，本文将其称为驾驶疲劳度。绘制驾驶员疲劳度曲线，在曲线上找到疲劳驾驶时间的最大阈值，最后根据设计速度计算出直线段的最大长度。本文只是进行理论上的分析，还缺少草原公路试验段的具体试验数值对理论的完善补充。

参考文献

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