柯秋雨 何濤 劉洋章 劉斯奇

摘 要：本研究在山區(qū)干線公路長大下坡段進行實車試驗，采集駕駛員心率、行車速度、坡度及坡長，并運用偏相關(guān)性分析得出，心率增長率與行車速度、坡度、坡長具有相關(guān)性。在此基礎(chǔ)上通過SPSS建立長大下坡駕駛員心率增長率模型。標(biāo)定駕駛員心率增長率達到39%時心理恐懼失措容易發(fā)生安全事故，運用模型對各坡度對應(yīng)最大坡長進行修正，以期對山區(qū)干線公路長大下坡坡長設(shè)計作參考。

關(guān)鍵詞：山區(qū)干線公路;心率增長率;長大下坡;最大坡長;安全性

0 引言

山區(qū)干線公路受到地形限制，導(dǎo)致建成后出現(xiàn)較多長大下坡路段。而長大下坡路段往往潛伏著重大安全隱患。據(jù)2008年事故白皮書[1]統(tǒng)計，發(fā)生在陡坡、連續(xù)下坡的交通事故死亡率約為事故平均死亡率的2倍。導(dǎo)致事故的原因多為下坡時，汽車制動較為頻繁，制動器的摩擦片溫度過高而導(dǎo)致剎車失靈，進而發(fā)生嚴(yán)重交通事故。

由于長大下坡路段交通事故頻發(fā)且后果嚴(yán)重，近年來，國內(nèi)外學(xué)者對山區(qū)公路長大下坡安全性進行了深入研究。[2]Miaou利用猶他州6 680起交通事故，研究得出當(dāng)縱坡減少1%時，交通事故次數(shù)減少約8.1%。國內(nèi)的喬建剛[3]教授研究山區(qū)雙車道上駕駛員行車心率增長率18%、27%、39%分別對應(yīng)的是理論舒適、緊張、恐懼閾值。馬耀宗[4]等人通過實車試驗采集數(shù)據(jù)建立以累計坡長和曲率為自變量的預(yù)測模型，得到心率增長率對應(yīng)縱坡路段安全性。

本文從長大下坡縱斷線形設(shè)計考慮，通過研究駕駛員在長大下坡路段心率、行駛速度、坡度、坡長關(guān)系，建立長大下坡心率增長率模型，對長大下坡路段最大坡長進行修正，以減少長大下坡路段交通事故發(fā)生。

1 試驗設(shè)計

1.1 試驗路段

選擇山西境內(nèi)某條干線公路K59+950-K74+800下行路段進行數(shù)據(jù)采集試驗，該路段為典型山區(qū)雙車道公路，設(shè)計速度40 km/h。

1.2 實驗儀器及布設(shè)

使用TLC5000十二導(dǎo)聯(lián)體系動態(tài)心電圖儀記錄駕駛員心率，在實驗車上安裝VBOX數(shù)據(jù)采集器記錄行駛速度及距離。

1.3 試驗人員及樣本量確定

為了確保行車安全，選擇年齡在25～40周歲、具有5年以上實際駕齡的駕駛員參與數(shù)據(jù)采集實驗。為了保證數(shù)據(jù)精度，本文將車輛運行速度確定為必須精準(zhǔn)的參數(shù)，最小觀測駕駛員的樣本量在理想狀態(tài)下可由下式計算得到：

式（1）中：

n為最小的樣本量;S為樣本的標(biāo)準(zhǔn)差，假設(shè)速度標(biāo)準(zhǔn)差5 km/h～10 km/h，山區(qū)雙車道公路取5 km/h;K為置信度水平系數(shù)，一般多取95%的置信度水平，即K取1.96;E為容許誤差，速度容許誤差為2 km/h～5 km/h，山區(qū)雙車道公路取2 km/h。計算出最小樣本量n≥24.01，即實驗樣本量應(yīng)大于等于25，本研究選25名司機作為數(shù)據(jù)采集的對象。

1.4 試驗車

通過實地調(diào)研，山區(qū)干線公路上以大型貨車為主，故選用大型貨車作為實驗車。

2 心生理評價理論介紹

2.1 心生理評價方法介紹

心率是駕駛員心理變化的一個重要指標(biāo)，但在相同情況下心率可能不同，故不能準(zhǔn)確反映縱坡線形對心率的影響。本文引入心率增長率[3]，它用來描述人在靜止?fàn)顟B(tài)下的心率與非靜止?fàn)顟B(tài)下的心率數(shù)之差值絕對值與靜止?fàn)顟B(tài)下的心率之比的百分?jǐn)?shù)，使用心率增長率可以較為準(zhǔn)確的反映駕駛員的心理變化情況[5]。

2.2 模型分析方法介紹

長大坡度路段對駕駛員心理影響的主要因素為坡度、坡長、行駛速度等，由于影響因素有三個，故對心率增長率、坡度、坡長及速度進行偏相關(guān)性分析。偏相關(guān)性系數(shù)計算公式如下：

式（2）中，是控制了變量條件下的，之間的相關(guān)系數(shù)，、、分別是變量，間、，間、、間的簡單相關(guān)系數(shù)。

在利用樣本研究總體的特征時，由于抽樣誤差的存在，樣本中控制了其他變量的影響，兩個變量間的偏相關(guān)系數(shù)不為0，不能說明總體中這兩個變量間的偏相關(guān)系數(shù)不為0，因此必須進行檢驗。檢驗的零假設(shè)：總體中兩個變量的偏相關(guān)系數(shù)為0。本文采用t檢驗方法，公式如下：

式（3）是對pearson偏相關(guān)系數(shù)假設(shè)檢驗的統(tǒng)計量的計算公式，其中，是對應(yīng)的偏相關(guān)系數(shù)，是觀測數(shù)量，是控制變量的數(shù)目，是自由度。當(dāng)t﹥，且P﹤0.05時拒絕原假設(shè)，否則接受假設(shè)，總體兩變量間偏相關(guān)系數(shù)為0。

3 長大下坡心率增長率模型建立

共采集45條有效試驗數(shù)據(jù)，使用統(tǒng)計軟件SPSS進行偏相關(guān)分析，得到如下部分結(jié)果見表1：

由SPSS偏相關(guān)計算可以得到，心率增長率與坡度間偏相關(guān)系數(shù)為0的概率P為0.001，小于0.05，拒絕原假設(shè)，即認為二者是相關(guān)的。同理心率增長率和速度間、心率增長率和坡長間偏相關(guān)系數(shù)為0的概率P為0.032和0.000，均小于0.05，拒絕原假設(shè)，即認為心率增長率和速度、心率增長率和坡長是相關(guān)的?；谏鲜龇治觯梢源_定影響駕駛員心率增長率的因素為坡長、坡度和速度。運用SPSS統(tǒng)計軟件建立坡長、坡度和速度的心率增長率模型，結(jié)果如表2、3所示：

由回歸分析得到模型公式：

式中為坡度，為速度，為坡長。經(jīng)t檢驗，查表得=2.018<11.774（計算值），通過相關(guān)性檢。

4 山區(qū)干線公路長大下坡最大安全坡長的修正

山區(qū)干線公路的設(shè)計速度一般為40 km/h，則可將模型簡化為：

規(guī)范中，設(shè)計速度為40 km/h不同縱坡對應(yīng)的坡長如下表所示：

當(dāng)心率增長率達到39%時，駕駛員心理會恐懼，危急時刻可能發(fā)生交通事故[3]。由模型計算可得，當(dāng)心率增長率為39%時，原坡長及坡度對應(yīng)心率增長率值如表5所示：

由表5可知，4%、5%、6%對應(yīng)最大坡長1 100 m、900 m、700 m的心率增長率均超過39%，表明駕駛員在這些路段上行駛時心理會非常焦慮，從駕駛員心生理角度考慮，這些坡長值安全性較低。為保證安全，將39%的心里增長率作為安全性閾值[5]，用模型對應(yīng)不同坡度可計算得到最大安全坡長修正值如表6所示：

表6中，模型4%至6%下坡度對應(yīng)最大安全坡長均比規(guī)范最大坡長短，而模型7%至8%下坡度對應(yīng)最大安全坡長比規(guī)范最大坡長，故規(guī)范中7%至8%下坡度對應(yīng)最大坡長有利于駕駛員安全行駛。

5 結(jié)論

（1）通過偏相關(guān)性分析長大下坡駕駛員心率、行車速度、坡長及坡度數(shù)據(jù)，研究得到駕駛員心率增長率分別與行車速度，坡長及坡度有相關(guān)性，并在此基礎(chǔ)上建立長大下坡駕駛員建立心率增長率模型，且通過相關(guān)性檢驗。

（2）控制行車速度上限為40 km/h時，標(biāo)定駕駛員心率增長率安全閾值為39%，運用長大下坡心率增長率模型對各下坡度對應(yīng)最大坡長進行修正，得到4%、5%、6%下坡度的最大坡長修正值分別為653.91 m、653.57 m、653.23 m，均小于規(guī)范中的最大坡長，而規(guī)范中7%、8%對應(yīng)最大坡長能滿足駕駛員心理緊張度。故從駕駛員心生理角度認為4%、5%、6%下坡度的最大坡長修正值更加安全。

參考文獻：

[1]中華人民共和國公安部.2008年全國道路交通事故白皮書[R].北京：公安部，2009.

[2]Harwood D W，Council F M，Hauer E，etal.Prediction of the Expected Safety Perfor mance of Rural Two-lane Highways[R].Kansas City：Midwest Research Institute，2000.

[3]喬建剛.基于駕駛員因素的山區(qū)雙車道公路關(guān)鍵參數(shù)研究[D].北京工業(yè)大學(xué)，2006.

[4]馬耀宗，王榮華，馮彩霞.基于駕駛員心率增長率的山區(qū)高速長大下坡安全評價[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），

2014，10（9）：314-316+320.

[5]柯秋雨.山區(qū)干線公路事故黑點辨別方法及防治技術(shù)研究[D].河北工業(yè)大學(xué)，2018.

[6]JTG D20-2017.公路路線設(shè)計規(guī)范[S].