1.西安建筑科技大学土木工程学院 陕西西安 710055；2.华北理工大学轻工学院建筑工程学院 河北唐山 063000；3.西北工业大学明德学院电子信息工程系 陕西西安 710100）
摘要：为研究草原公路纵坡下坡路段驾驶员心电特性，通过实车试验，采集驾驶员在草原公路行车过程中的心电数据，利用偏相关理论分析驾驶员心率增长率与坡度及坡长的关系，确定影响驾驶员心率增长率的线形因素为坡度，建立了驾驶员心率增长率与坡度之间的关系模型。当坡度为2.5%，驾驶员心率增长率达到最大值。
关键字：草原公路；纵坡下坡路段；心率增长率
0 引言
与其他公路相比，草原公路具有交通量少、纵坡度小、圆曲线半径大、线形变化小、长直线多以及景观单一等特点[1]，驾驶员在这样的道路上行车容易产生疲劳、心理烦杂等一系列不利于行车安全的生理和生理变化，从而导致事故的发生。据资料表明，约94%-95%的交通事故与人的因素有关，且由驾驶员直接负责任的事故占81%左右[2]。驾驶员是构成公路交通环境系统的主体，但目前我国现行的公路线形设计理论主要是以汽车行驶理论为依据，尚未充分考虑用路者的生理特性和心理需求[3]。
近年来，国内许多学者对草原公路路段上行车时驾驶员心理、生理的特性展开了研究。李香红等人对驾驶员在限速试验和非限速路段上的心率变化趋势和车速进行了研究，结果表明过低或过高的车速均可导致驾驶员长时间疲劳驾驶[4]；霍月英等人对草原公路直线段和一般段上驾驶员行车过程中的心率变异指标进行研究发现，驾驶员在直线段上的注意力较在一般段上的注意力分散[5]；解松芳等人研究了驾驶员在草原公路直线路段不同景观下行车时的眼动特性，不同景观环境对驾驶员的注视持续时间、眨眼持续时间、扫视幅度的影响没有显著差异，而对驾驶员的瞳孔直径的影响有显著差异[6]；张捷等人通过实车试验采集了驾驶员在6条不同长度的草原公路直线路段上的心电数据，分析了心率变异指标SDNN值和LF/HF值与直线段长度的关系[7]；冯尚乐等人对驾驶员在草原公路上坡路段的心率增量与坡度及坡长的关系进行了分析，建立了草原公路上坡路段坡度与驾驶员心率增量的关系模型[8]。以上研究既有对草原公路直线路段和曲线路段的研究，也有对纵坡路段的研究，但就纵坡路段而言，对草原公路纵坡下坡路段的研究却很少。鉴于此，本文以草原公路纵坡下坡路段为研究对象，通过实地行车试验，采集驾驶员在行车中的心率，分析驾驶员心率增长率与坡度及坡长之间的相关性，并建立相关回归模型，以期为草原道路的线形设计理论依据。
1 试验设计
1.1 试验路段
试验道路选取内蒙古境内省道S101一段150km的草原道路，该道路公路设计等级为二级，设计时速80Km/h。其中，坡度变化较小，多集中在0—1%之间。试验路段交通量较少，干扰少，线形变化简单，景观单调。选取试验中车辆自由流条件下的纵坡下坡路段，且纵坡路段的平面线形均为直线，排除其他线形因素对于纵坡路段驾驶员心电指标的影响。
1.2被试者及设备
选择5名身体健康且驾车技术娴熟的驾驶员作为被试者，所有驾驶员及其直系亲戚均没有神经病和心脏病史，每位都拥有法定的驾驶执照；试验车辆选用本田思域车型；多导生理测试仪驾驶员每一时刻的心电数据；动态GPS主要用于采集行车过程中车辆的运行车速。
1.3 心电指标的选取
鉴于不同驾驶员之间的个体差异性，选用心率增长率来表征驾驶员在行车过程中的心率变化。与心率相比，心率增长率更能有效反映驾驶员行车过程中心率的变化幅度，同时，可以排除驾驶员之间的个体差异性，反映道路纵断面线形对驾驶员心理反应的影响。其计算公式为
（1）
2 数据分析与处理
2.1 驾驶员心率增长率与坡度及坡长偏相关分析
分别控制坡度、坡长中的任意一个因素，分析另外一个因素与驾驶员心率增长率的偏相关性，利用统计分析软件SPSS对试验的数据进行分析得到表1。
2.2驾驶员心率增长率与坡度的关系研究
绘制驾驶员心率增长率与坡度之间关系的散点图，如图1所示。
对式（2）求导分析可知，在坡度为2.5%时，心率增长率达到最大值，驾驶员在此坡段心率增长率达到了11.26%，驾驶负荷最大，精神最为紧张。当坡度小于2.5%时，驾驶员心率增长率随坡度的增大而增大；坡度大于2.5% 时，驾驶员的心率增长率随坡度的增加呈递减趋势。
3 结论
通过实地行车试验，采集驾驶员在草原公路纵坡下坡路段行车过程中的心电数据，；利用偏相关理论分析驾驶员心率增长率与坡度及坡长之间的相关性，确定出在草原公路纵坡下坡路段影响驾驶员心率增长率的线形因素为坡度，并建立了心率增长率与坡度的关系模型；根据关系模型得出坡度在2.5%时驾驶员心率增长率取得最大值。
参考文献:
[1]姚娜. 基于驾驶员心理与生理反应的草原二级公路交通事故分析[D]. 呼和浩特:内蒙古农业大学，2006.
[2]李香红，朱守林，戚春华. 草原道路环境对驾驶员心率影响实验研究[J]. 内蒙古农业大学学报，2009,30(4):197-200.
[3]关鹏，戴永洁. 沙漠道路曲线对非专职驾驶员心率的影响[J]. 中国安全科学学报，2016,26(2):1-5.
[4]李香红，朱守林，戚春华. 草原道路行车速度对驾驶员心率影响的实验研究[J]. 内蒙古农业大学学报，2010,31(1):171-176.
[5]霍月英，朱守林，戚春华. 草原道路直线段驾驶员心率变异指标研究[J]. 内蒙古农业大学学报，2010,31(2):228-231.
[6]解松芳，朱守林，戚春华，等. 草原公路路侧景观对驾驶员眼动特性影响研究[J]. 中国安全科学学报，2014,24(8):62-67.
[7]张捷，任作武，朱守林. 草原公路直线段长度对驾驶员心率变异性的影响研究[J]. 科学技术与工程，2014,24(2):62-67.
[8]冯尚乐，戚春华，朱守林. 草原公路纵坡上坡路段驾驶员心电特性的影响研究[J]. 内蒙古农业大学学报，2012,33(5-6):187-191.
作者简介：姓名：朱文强 (1991.10--) ，男，陕西省咸阳市人，硕士，专业：交通运输工程。
论文作者:朱文强1,朱文邦2,朱文敏3
论文发表刊物:《防护工程》2017年第23期
论文发表时间:2018/1/10
标签：驾驶员论文; 心率论文; 坡度论文; 草原论文; 增长率论文; 公路论文; 线形论文; 《防护工程》2017年第23期论文;