基于驾驶员脑认知特性的草原公路交叉口交通标志组合研究

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道路交叉口作为道路网的节点,是车辆转向和行人汇集的必经之地,交叉口交通状况的好坏是评价整条道路网的重要指标。受到地形地貌的影响,草原公路交叉口数量多,间距密,小型平面交叉口占绝大多数。前期研究发现,草原公路具有线形简单、景观单一、交通工程设施不完善等特点,驾驶员在这种环境下行车时行车速度易高于规定车速。同时,由于景观单调和交通工程设施不完善,容易使驾驶员行车专注力下降,在应对突发交通事故时的处理能力减弱,特别是在交叉口处行车,交通信息缺失、标牌信息量的不完善将严重威胁驾驶员的行车安全。因此,在无法改变草原公路交叉口现状的情况下,合理设置交通标志为驾驶员提供正确的指引信息及警示信息,在保证驾驶员安全行驶方面有较大的研究意义。基于此,本文通过对草原公路交叉口交通标志的组合形式进行负荷等级划分,利用ERP技术,从驾驶员脑认知特性出发,确定出适宜驾驶员认知的交通标志负荷等级,然后通过适宜交通标志负荷等级下的交通标志组合方案刺激,根据驾驶员的认知时间和脑电信号的变化规律,总结得出草原公路交叉口区域的交通标志组合最佳形式。该研究为草原公路交叉口区域交通标志的设置和优化提供参考,对提高道路交通安全,深入研究道路交通人机环境系统具有参考价值。本文主要研究结果如下:(1)通过对典型草原公路交叉口交通工程设施进行全面调查,分析总结出草原公路交叉口区域的交通标志设置形式按照交通标志设置的个数可以分为5类,并以此作为驾驶员认知负荷等级的划分原则。通过NASA-TLX量化表,从驾驶员主观负荷角度分析发现其等级划分符合驾驶员的认知特性,能反映道路信息对驾驶员认知影响的真实情况。(2)利用事件相关电位,分析在不同信息量负荷等级的交通标志刺激下,诱发产生的认知P300成分和注意力分配N200成分的潜伏期和波幅值的变化规律,可知在草原公路交叉口区域设置交通标志能够在一定程度上提高驾驶员的注意力,防止因驾驶员长时间行驶在草原公路单调环境下所引发的注意力下降,感知能力下降等情况产生;结合驾驶员对交通标志信息量负荷等级识别的认知成分和注意力分配成分的分析,C负荷等级和D负荷等级既能够保证交叉口交通标志信息量便于驾驶员认知,又能提高驾驶员的注意力。(3)结合驾驶员在C负荷等级和D负荷等级下交通标志组合方案的视认时间和脑电信号α波和β波的变化规律,确定出C负荷等级下方案10(警告标志+路面诱导标线+红白桩)和方案7(警告标志+限速标志+指路标志)的设置相较于其他方案,能够在一定程度上提高驾驶员的警觉性,缓解驾驶员的驾车紧张感,引起驾驶员交感神经张力的变化,促使驾驶员对交通信息进行识读和对交通环境进行判断。D负荷等级下交通标志组合方案在方案12(警告标志+限速标志+指路标志+路面诱导标线)和方案15(警告标志+指路标志+路面诱导标线+红白桩)可以有效地提高驾驶员的警觉性,使驾驶员能够准确的判断交叉口处的交通环境与信息,提早做出正确的驾驶反应,减少交叉口区域交通事故的发生。
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