第３４卷　第５期　２０１０年１Ｏ月　武汉理工大学学报（交通科学与工程版）　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｗｕｈａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　（Ｔｒａｎｓｐｏ　ｒｔａｔｉｏｎ　Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｊ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）　Ｖｏ１．３４　Ｎｏ．５　ｏｃｔ．２Ｏ１０　

不良天气条件下的驾驶行为研究＊　

祝站东Ｄ　荣　建”　周　伟。’　

（北京工业大学交通工程北京市重点实验室”　北京　１００１２４）　（交通运输部公路科学研究院　北京　１０００８８）　

摘要：以往研究表明，不良天气条件下的交通安全事故数量显著增多．不同天气条件下的行驶速度　相差很大，晴天条件下车辆的行驶速度最高，依次是中雨、大雨及雨雾天．驾驶员心理反应在各种　天气条件下差异也很大，中雨条件下的心率最大，接下来依次是晴天、大雨及雨雾天气．心率的标　准差由大到小依次为中雨、雨雾、大雨以及晴天．文中对影响驾驶员驾驶行为的因素进行了分析得　出，不同天气条件下的平均速度与能见度密切相关，驾驶员心率与车辆行驶速度以及驾驶员的紧　张程度相关．　关键词：驾驶模拟舱；心率；呼吸率；驾驶行为；生心理反应　中图法分类号：Ｕ４９１　ＤＯＩ：１０．３９６３／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６—２８２３．２０１０．０５．０４４　

为预防不良气候条件下的安全事故，很多学　

者从车辆方面考虑，利用传感器技术、红外或者激　光探测技术，开发了雨、雾、雪等天气条件下的事　

故预防系统［１　］．然而在野外进行不良天气条件下　

的驾驶行为研究是不现实的，一方面不良天气的　

发生是随机的、相对稀少的，另一方面安全性得不　到保证，因此以往的相关研究很少能得到数据支　

持与理论依据　］，说服力不够．本文应用驾驶模拟　

舱以及心电仪，针对不同的天气状况，通过模拟试　

验，研究驾驶员的驾驶特性，为不良天气条件下的　道路管理提供依据．　

１　实验仪器与实验方法　

驾驶模拟舱为挪威ＡｕｔｏＳｉｍ　ＡＳ厂家生产，　包括驾驶操作系统、视距系统、音频输出、控制中　

心等，可以模拟不同道路线形、天气条件、交通流　

条件等道路环境，检测与研究驾驶过程中的行车　

速度、加减速特征、跟驰特性等驾驶行为，也可以　

检测驾驶员的生理指标和心理指标（如心率、呼　吸、血压、脑电、皮肤电等）的变化情况，是一个综　

合的驾驶行为模拟平台．　

收稿日期：２Ｏ１Ｏ一０５—１８　祝站东（１９７７一）：男，博士生，主要研究领域为交通安全　西部交通建设科技项目资助（批准号：２００７３１８２２３２５）　“ＫＦ２型动态多参数生理检测仪”是由北京　保迈科技有限公司研制的一种先进装备，用于长　

时间检测受试者在各种状态（运动、睡眠等）下的　生理参数（心电、呼吸等）．　

１）实验场景设计　本实验选取高速公路上　的直线路段，路线坡度均小于３　，变坡点以竖曲　线相连，设计速度８０　ｋｍ／ｈ，双向４车道，交通条　

件为自由流，实验车辆为小客车．采用ＭｕｈｉＧｅｎ—　Ｃｒｅａｔｏｒ软件按照以上条件对公路路线（长度８．０　

ｋｉｎ）进行建模，导人到驾驶模拟舱的操作系统，建　立实验所需的公路场景．　不良天气条件对驾驶员的影响主要体现在３　个方面：（１）降低车辆与道路之间附着力或者说是　摩擦系数；（２）降低了道路的能见度；（３）改变了汽　

车的受力状态，例如大风容易造成行车过程中的　侧向失去平衡，导致侧翻．本次实验不考虑汽车的　受力状态变化．　

实验过程中的天气条件依次采用晴天、中雨、　大雨以及雨雾天气；其对应能见度分别采用不限，　１５０，１００，５０　ｍ，对应的路面摩擦因数分别采用　

０．８，０．５，０．３，０．３．　２）实验人员　在预备实验中发现女性以及　

年龄较大的男性在模拟舱中驾驶容易出现晕车现　第５期　祝站东，等：不良天气条件下的驾驶行为研究　・１０４１・　

象，因此在正式实验时，选择年龄２５～４Ｏ岁的男　性驾驶员１２人，驾龄均在５　ａ以上，驾驶员气质　

以偏内向（驾驶偏保守）为主．　３）实验过程　在正式进行实验之前，每个驾　

驶员都要进行试驾驶，以适应模拟舱环境．然后驾　驶员依次在晴天、中雨、大雨以及雨雾天气４种公　

路场景下驾驶，为避免不同场景之间的干扰，要求　每个场景结束后驾驶员要静待３　ｍｉｎ才能重新开　始下一次实验．实验过程中，记录车速数据以及驾　

驶员的心率、呼吸率数据．　

２　实验数据分析处理　

为了驾驶员加减速以及其他因素的影响，实　验数据仅选择驾驶员达到稳定速度后的实验数　

据，实验过程中每个驾驶场景的前２　ｒａｉｎ（处于加　速过程）以及最后ｌ　ｒａｉｎ（处于减速过程）的数据　

均舍弃，驾驶过程中不允许超车．每个场景取２～　３　ｍｉｎ的连续稳定状态数据．　２．１驾驶员车速数据分析　

驾驶模拟舱的数据以３Ｏ组／ｓ的速度刷新，　从每个驾驶员驾驶数据中摘录符合条件的３　ｍｉｎ　

数据并进行统计，结果如表１所列．从中可以看　出，驾驶员的平均速度与天气变化密切相关，行车　

速度从大到小依次为晴天、中雨、大雨、雨雾天气，　这与我们的直观感觉是一致的．通过对前三个驾　

驶员的统计发现，晴天、中雨、大雨、雨雾条件下的　速度标准差分别为８．７，７．８，５．５，４．３，说明在晴　天条件下，驾驶员的驾驶自由度最大，驾驶员可以　

根据自己的感觉自由选择行车速度，而在雾天条　件下（能见度５０　ｍ），驾驶员的驾驶行为受环境限　

制，速度的变化幅度非常小．从不良天气对行车速　度的影响来看，与晴天相比较，中雨、大雨以及雨　雾天气条件下速度分别下降１８．９　，３０．５　，　

４５．１　．因此，可以近似认为，能见度每减少５０　ｍ，平均行车速度大约下降１５　．　

表１不同天气条件下的平均速度　ｋｍ／ｈ　

天气　驾　驶员　４　５　６　７　２　３　晴天　中雨　大雨　雨雾　９３．６７　７８．４９　６７．８２　５３．５５　９４．１６　８０．２４　６８．Ｏ３　５５．２２　９４．５６　７７．５８　６６．７８　５１．４３　９７．９８　７９．１　６５．１８　５３．３２　１ＯＯ．１５　８Ｏ．８４　６８．４５　５２．７９　９４．７６　７８．６９　６４．８２　５３．６８　９５．７４　８２．４１　６５．４４　５２．６２　天气　驾驶员　８　９　１Ｏ　１１　１２　平均　下降比例　

晴天　中雨　大雨　雨雾　９６．４９　８１．１４　６９．２６　５２．４８　９４．５７　７８．２１　６５．５９　４９．８２　９５．６１　８１．９５　６７．３８　５４．２４　９８．９８　８Ｏ．２５　６６．１９　５３．３６　９７．２８　７９．５６　６７．４２　５１．４９　９６．１６　７９．８７　６６．８６　５２．８３　Ｏ　Ｏ．１８９　Ｏ．３Ｏ５　Ｏ．４５１　２．２驾驶员心率、呼吸率变化　将每个驾驶员的心率、呼吸率数据以１０　Ｓ为　

统计间隔，取平均心率以及平均呼吸率衡量驾驶员　的生心理指标变化情况．从统计结果来看，驾驶员　

的心率变化与天气变化表现出较强的相关性，不同　

驾驶员之间的心率变化较为一致，中雨天气的心率　均值最大，然后依次为晴天、大雨以及雨雾天气，说　明中雨时驾驶员的心理负荷最大，可能的原因是在　

中雨条件时，驾驶员不仅能见度受到限制，而且因　为道路摩擦系数的降低，驾驶员在操作过程需要更　

加专注，同时还要保持较高的行车速度．与其他比　

较，晴天时驾驶员平均速度最高，其对应的心率也　

较大．而在大雨以及雾天，外部环境限制很大，驾驶　

员属于被动行车，虽然道路条件比中雨时更为恶　劣，但因为行车速度可选择性很小，驾驶员的心理　负荷反倒不大．由此也可以看出，行车速度对平均　

心率影响应该是最大的．这与以往的研究成果是相　

一致的．　

驾驶员心率的标准差，大小依次为中雨、雨雾、　大雨以及晴天，说明在晴天时虽然驾驶员的心率均　

值较高，但心率变化最为平稳，驾车最为舒服．同　

时，也再一次表明，中雨条件下，驾驶员的心理负荷　最大，这种条件下驾驶员最为紧张．在大雨以及雨　

雾条件下，虽然平均速度下降很多，但由于能见度　的显著下降，驾驶员出现明显的烦躁感，心理也比　

较紧张，这与以往的研究也是一致的＿６］．从呼吸率　

来看，无论是均值还是标准差，统计结果均没有表　

现出规律性．图１～３为前３名驾驶员的心率、呼吸　

率变化图，表２为其对应的生心理指标统计表．其　余驾驶员的图例限于篇幅不再列出．

　・１０４２・　武汉理工大学学报（交通科学与工程版）　２０２０年第３４卷　

ｌ　００　９０　８Ｏ　＼　得　７Ｏ　、　６Ｏ　５０　

＼　锝　＼　鼹　整　营　

＼　瓣　蓉　齿　

＼　褥　

堂　ｔ／ｓ　图１　驾驶员１的心率呼吸率变化　

ｔ／ｓ　图２驾驶员２的心率呼吸率变化　

９０　ｒ　够　

６０｝　０　１　一晴天　＋中雨　一大雾　一雨雾　

ｒ／ｓ　图３驾驶员３的心率呼吸率变化　表２驾驶员的生心理指标　３　主要结论及建议　

实验基于驾驶模拟舱，通过分析驾驶员的行车　

速度与生心理指标数据，得出了以下的研究结论．　

１）驾驶员在晴天条件下可以自由选择行车速　

度．平均速度以晴天时最高，然后依次为中雨、大雨　

以及雨雾天气．　

２）首次定量研究了能见度对行车速度的影　

响，即在一定的范围里面，能见度每降低５０　ｍ，行　

车速度大约会降低ｌ５　．　

３）首次具体研究了驾驶员在各种天气条件下　

的生心理状况，在中雨条件下最为紧张，然后依次　

为雾天与大雨天，晴天条件下驾车最为舒适．　

４）驾驶员的呼吸率与天气条件之间没有发现　相关性．　

本次实验证明，基于驾驶模拟舱研究不良天气　

条件下驾驶员的生心理反应，进而研究其驾驶行为　

是可行的，这为不良天气条件下的驾驶行为研究提　

供了一个新的途径，然而，驾驶模拟舱与室外环境　

毕竟不同，能否通过对比分析消除二者之间的差　

别，本文在研究速度变化时并没有考虑这一点．另　

外在其他线形条件下，比如半径较小的圆曲线上或　

者纵坡路段，速度的变化是否还有相同的规律，这　

些都有待进一步研究．　

参考文献　

［１］牛仁臣．浅谈驾驶员恶劣气候条件下的安全行车ＣＪ］．　安全、健康和环境，２００３，３（６）：３８—３９．　Ｅ２３　ＵＳ．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｔｒａｎｓｐｏ　ｒｔａｔｉ。ｎ，Ｆｅｄｅｒａｌ　Ｈｉｇｈｗａｙ　Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ．Ａｎ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｔＯ　ｓｔａｎｄａｒｄｓ　ｆｏｒ　ｒｏａｄ　ｗｅａｔｈｅｒ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］．　Ｊ．　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　Ｒｅｓｅａｒｅｈ　Ｒｅｃｏｒｄ，２００２，１２（７）：２２０　２３５．　［３］Ｆｏｒｅｓｔｉ　Ｇ　Ｉ　．Ｍｕｌｔｉｓｅｎｓｏｒ　ｄａｔａ　ｆｕｓｉｏｎ　ｆｏｒ　ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ　ｖｅｈｉｃｌｅ　ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｒｉｓｋｙ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ　Ｖｅｈｉｃｕｌａｒ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００２，５１（５）：　１１６５一ｌ１８５．　Ｅ４３陈　勇．不良气候条件下道路交通安全事故预防系统　研究［Ｄ］．重庆：重庆大学自动化学院，２００７．　［５］骆勇，魏　朗．雾天与高速公路安全［Ｊ］．人类工效　学，１９９９，５（１）：３３－３５．　Ｅ６］郑柯．基于驾驶员心理生理反应的高速公路公路线　形研究［Ｄ］．北京：北京工业大学建筑工程学院，２００３．