1交交 通通 流流 理理 论论山东科技大学 管德永0532-860578782第四章第四章 驾驶人行为特性驾驶人行为特性n交通事故统计表明，在发生车祸的直接或间接原因中，有80%-90%与驾驶员有关系。n因此道路交通系统中的各种要素都是围绕着这个“特殊的”要素进行设计和运作的。例如，汽车的结构、仪表、表号、操纵系统应当适合驾驶员的驾驶，交通标志的大小、颜色、设置地点应考虑驾驶员的视觉机能，道路线形的设计要符合驾驶员的视觉和交通心理特性，制定的交通法规、条例应合情合理等。n尽管驾驶员的交通特性具有随机性，但对其主要特征进行研究有助于建立交通流模型，同时它也是智能运输系统(ITS)的一项基本研究内容。 1、概述2、离散驾驶行为3、控制转移时间4、交通安全设施的识认5、其它车辆的动态特性6、障碍和危险物的察觉、识别与确认7、驾驶行为差异8、连续驾驶模型9、车辆制动模型10、速度与加速度控制11、间隙接受与合流12、停车时距13、交叉口视距14、其它特性1、驾驶任务2、离散驾驶行为3、连续驾驶模型4、驾驶员交通特性的应用5、其他人员行为特性5第四章第四章 驾驶人行为特性驾驶人行为特性6第四章第四章 驾驶人行为特性驾驶人行为特性一、驾驶任务分解1、驾驶员的三个层次（1）控制 驾驶员和车辆之间的信息交换和控制，是驾驶任务层次中的基本层次，主要是指驾驶员对车辆的操作，比如：启动、加速、减速、转向、制动等。（2）引导 基于规则的引导层，包括维持安全的速度、根据道路和车辆周围的环境选择合适的道路，引导层对系统的输入是根据周围环境变化的动态的速度和道路，这些随着车辆沿道路的变化而连续变化。 控制（控制（control）引导（引导（guidance）导驶（导驶（navigation）（3）导驶 第三层也是最高层，在该层次，驾驶员是一个管理者。例如：联系地图上的方向和道路上的引导标示，在途中作出行驶计划和引导。该层被称为基于知识的行为，在 ITS 中基于知识的行为将变得极其重要。随着技术的发展驾驶员将越来越变得是一个管理人员，如：驾自动变速、驾驶员辅助系统、驶员信息系统、自动驾驶等。本教材研究的驾驶行为是普通环境中的驾驶员行为。 2、人车路系统作用图在1976年Weir提出了一个人-车-路的系统结构图，该图成为研究驾驶员行为的基础（包括连续和离散驾驶行为）。 图4-1 驾驶中人车路系统作用框图二、离散驾驶行为1、感觉反应时间（perception-response time，PRT）（1）定义 人的机体接受刺激，认识到这种刺激，并尽快作出反应所需要的时间，称为反映时间（T）。（2）模型 线性反应时间模型（海曼定律）： TabHT：反应时间（s）H：信息量a：对刺激进行感觉 大脑，中枢神经编码 至效应器官进行反应的时间b：中枢神经辨别、选择加工的时间，信息加工的速度传入神经传入神经传出神经传出神经（3）Hooper and McGee (1983)对于制动反应时间提出了一个模型：（4）感觉反应时间概率分布不）感觉反应时间概率分布不是正态分布而是对数正态分布是正态分布而是对数正态分布（5）对数正态分布计算公式： P73 公式42到66 感觉反应时间T服从对数正态分布，Ln（T）服从正态分布（6）Lemer（勒纳）对制动反应时间分两种情况进行研究，结果如表：（7）1994年 Fambro（凡波）的研究： 分成两组，每组年龄不同，older：55岁以上，yong：18到25岁 在驾驶员行驶中的车道上意外人为的给出一个路障，观察驾驶员的反应，分成3种情况：case1：26人中有2人没有成功，case2：12人中2人没有采取措施case3：12人中1人失败（没有采取制动措施） 对研究的结果总结后得到表4-2 P74（8）对远处喇叭声音的感觉反应时间（9）不同类型的道路感觉反应时间不同（10）感觉反应时间与驾驶员自身的情况有关2、移动时间（control movement time，MT） 驾驶员的制动反应：制动反应时间（PRT）和移动时间（MT）（1） Fitts费茨定律1954年费茨对各种反应的移动时间进行建模 a:最小的反应时间延迟；b：斜率，由经验确定 A：移动的幅度，或移动起点到终点的距离 W：沿移动方向的控制设备的宽度（车辆的宽度）（2）变异的Fitts定律1994年Berman提出，对于简短迅速移动（3）Fitts 定律及其变异可以应用与人的手、脚、腿等的反应的移动时间，而且经（Drury）研究发现其更加适合于脚的反应的移动时间。（4）对制动反应移动时间的研究 1988年Brackett和Koppa研究发现制动和加速踏板的举例在10-15cm，高度相差较小的情况下，控制移动时间为，当制动踏板比加速踏板高出5cm后，移动时间将明显增加。 1991年Hoffman研究发现驾驶员脚的移动轨迹是抛物线形，这对A的影响较小，对于MT影响较大。 其他的一些相关研究（教材表3-4等）（5）移动反应时间与感觉反应时间无关3、对交通控制设备的反应时间和距离 Traffic Control Devices，TCD 感觉器官提供给驾驶员信息的比例：视觉占80听觉占14，触觉占2，味觉占2，嗅觉占2。 视觉是最重要的 ，其中交通控制设备是影响驾驶员也是交通流研究的一个重要方面，与TCD相关的视觉方面的问题都与其距离有关，这主要包括： a：在视觉中作为目标被发现； b：确认为TCD； c：清晰且易于辨认和理解交通控制设备信息处理过程（1）交通信号的变化 驾驶员对交通等信号变化的反应。平均反应速度为1.33秒。（2）标志的可见度和易读性视觉的形成：外界光线经过刺激视觉器官在大脑中所引起的生理反应。视觉敏锐度：分辩细小的或遥远的物体或物体局部的能力。视觉敏锐度与锥体角度的关系：水平面与垂直平面视觉敏锐度：辨认交通标志上字母的能力：驾驶员年龄对视觉敏锐度的影响：（3）实时显示交通标志牌、交通情报板等（4）视认时间要求交通标志能在很短的时间内被看到、认识，并完全明白其含义，以便采取正确的措施。 对于文字读取的时间（5）视认距离图案、符号、文字的大小应该满足必要的距离条件，并据此决定标志牌的尺寸，此距离即为视认距离。汉字的高度与行车速度的关系表（6）交通标志的三要素颜色、形状和图形符号 颜 色：最先引起驾驶员的视觉敏感，交通标志多用：红、黄、绿、蓝、黑、白等。 形 状：经研究发现在同样条件下(面积大小、明亮度、颜色等)以三角形的辨认效果最好，其次是菱形、正方形、圆形、六角形、八角形等。 图形符号：主要考虑图形的直观性、图形的大小以及符号中的重要细节最小尺寸等 4、其他车辆的动态特性其他车辆的速度和加速度变化会被相邻车辆驾驶员感受到，从而采取相应措施。其中前导车和侧向车的影响最明显。（1）前导车（2）侧向车辆5、障碍和危险的觉察、识别与确认（1）障碍和危险的觉察将6个不同物体放于道路，对觉察和视认距离进行观测和记录，表4-5。结论： 平均的觉察视觉角度变化从黑色玩具狗最小1.8弧分到树枝最大4.91弧分； 同样对比度下晚上的视觉角度是白天的约2.5倍。（2）障碍和危险的识别与确认对道路上的物体进行觉察后，接着就是识别和确认。 15cm高、60cm高6、驾驶行为的个体差异（1）性别（2）年龄 视觉变化：视觉敏锐度、光损失和散光、炫目等 认知行为变化：信息过滤、公路上的被迫跟随、时代的变化（3）驾驶员的伤害三、连续驾驶模型驾驶过程是一个连续过程1、驾驶行为分析驾驶员可以看作是一个线性的闭环控制系统。1）驾驶传递函数驾驶活动中的两个输入：驾驶员期望的路线车辆当前行驶的方向和路线图中的模型可以用公式来表示：其中：K为增益，exp（-ts）是反应时间，T由特定的控制状态下由实验得到。该模型为建立驾驶员驾驶模型的基本方法。驾驶行为分类：修正的跟踪模式驾驶；跟踪驾驶；有预见性的驾驶这可从表4-6得出。2、车辆制动特性（1）开环制动。 没有ABS（Antilock Brake System）（2）闭环制动。 有ABS（3）最佳制动减速度。 -0.3g,-3m/s23、速度与加速度控制 （1）稳态速度控制 （2）加速度控制舒适的加速度范围0.6-0.7m/s2四、驾驶员交通特性的应用1、交通流中的追赶与超车交通工程学会提供的资料：（1）高速公路上，超越一辆客车的加速度约1m/s2（2）坡道上的加速度近似计算公式（3）客车从0到稳态速度的变化过程中，加速度可以从最大3m/s2到2m/s2，大型货车或拖车起到时其加速度较小。（4）美国各州公路工作者协会几何设计规范给出了加速度的一个参考56km/h时0.63m/s2，70km/h时0.64m/s2，100km/h0.66m/s22、可插车间隙和合流1）可插车间隙（Gap Acceptance）(1)间隙：连续车辆到达某一点的时间间隔。(2)临界间隙：驾驶员试图汇入或通过连续车流时间间隙的最小值。(3)有5种不同的可插入间隙情况：1左转通过对向交通，无交通控制2左转通过对向交通，有交通控制3从停车或让路控制交叉口左转到横向车流4从停车或让路控制交叉口穿过横向车流5从停车或让路控制交叉口右转到横向车流 停车交叉口和让路控制交叉口属于优先控制交叉口管理内容优先控制：相交的两条道路中，常将交通量大的道路称主路或干路，交通量小的称次路或支路。规定主路车辆通过交叉口有优先通行权，次路车辆必须让主路车辆先行。这种控制方式称为。 停车标志控制:停车标志控制按相交道路条件的不同分有单向停车控制和多向停车控制。 让路标志控制:让路控制交叉口又称减速让行控制，是指进入交叉口的次路车辆，不一定需要停车等待，但必须放慢车速了望观察，让主路车辆优先通行，寻找可穿越或汇入主路车流的安全空当 机会通过交叉口。让路控制与停车控制差别在于后者对停车有强制性。（4）道路通行能力手册（1985）提供了各种情况下的设计数据2）合流（merging） 如果车辆以相同或大约相同的速度行驶，要想从一个车道合到另外一个车道，大约3辆车的长度为可接受的最小间隙。3、停车视距（Stopping Sight Distance，SSD）1）概念：停车视距是指在汽车行驶时，驾驶员发现前方障碍物，经判断决定采取制动措施到汽车在障碍物前安全停住所需的最短距离。2）停车视觉至少应该满足“平均水平一下”的驾驶员或车辆在该距离内能够停车。3）停车视距的计算公式S=S1+S2 其中：S1为感觉反应距离；S2为制动距离 4）举例：感觉反应视觉PRT：1.57s制动减速度：-0.37g车速：88km/h则停车视距为：S=S1+S2=1.5788/3.6+882/(257.90.37)=38.4+81.2=119.6 (m)4、交叉口视距1）不设管制主要在居民区或工业区，由于车速低，驾驶员对本地区情况熟悉，交叉口不设管制。总的反应时间一般在。2）让路控制应用于相交两条道路的优先控制，要求次要道路上的汽车进入交叉口时，对能否利用空档通过应预先估计。驾驶员往往在300米或更远处开始减速，感觉反应过程的持续时间通常在20s到30s。3）二路停车控制（单向停车） 应用于相交两车道优先控制，为保证主干道畅通，支路车辆停下来等待主路车流有空隙时穿过。5、驾驶员其他行为特征1）速度错觉（1）持续高速行车之后对速度降低估计不足；（2）从城外干道驶入城市入口道路时，不能及时根据变化的交通条件改变速度；（3）从低速到达高速时，也会对速度估计不足。2）信息干扰事故多发地、商业区、活动区等对驾驶员的干扰。3）实时信息补充补充1-骑车人特性骑车人特性n自行车交通是目前我国城市交通的一大特自行车交通是目前我国城市交通的一大特点，除个别城市自行车不多外，大、中、点，除个别城市自行车不多外，大、中、小不同规模城市的出行方式构成中，自行小不同规模城市的出行方式构成中，自行车出行均占有很大的比例。一般大城市自车出行均占有很大的比例。一般大城市自行车出行量占总出行量的行车出行量占总出行量的35%-55%；中等；中等城市占城市占45%一一65%；小城市更高，有的超；小城市更高，有的超过过80%。因此，研究自行车的交通特性，。因此，研究自行车的交通特性，对于治理城市交通，保障交通安全具有重对于治理城市交通，保障交通安全具有重要的意义。要的意义。一、自行车的交通特性一、自行车的交通特性n1短程性n2行进稳定性n3动态平衡n4动力递减性 n5爬坡性能 n6制动性能二、骑车人的速度特性二、骑车人的速度特性 n自行车的行驶速度同骑车人的体力、心情和意志的控制有关，同线路纵坡度、平面线形的车道宽度、车道划分、路面状况、交通条件有关，同有无与机动车道的分隔设施、分隔方式、行人干扰情况及交通管理条件有关，也同车型、动力装置、风向、风速等有关。n美国规定的自行车道路设计速度为20 mile/h（相当于32.18 km/h），大于7%的下坡路段推荐采用30 mile/h（相当于48 km/h），大于3%的上坡路段采用15 mile/h（相当于24 km/h）。n澳大利亚规定街道上自行车的正常行驶速度为km/h，并依此速度确定转弯半径和车道宽度。骑车人的速度特性骑车人的速度特性n交通工程手册建议独立专用自行车道设计车速采用30 km/h，有分隔带的专用自行车道采用30 km/h，划线分隔的自行车道路采用15 km/h，完全混行的自行车道则为10 km/h。n北京市观测数据显示，有分隔带主干道上行驶的8678辆自行车，其平均车速为16.28km/h，无分隔设施的20918辆自行车观测的平均速度为14.21km/h，对于通过交叉路口停车线的自行车，其平均速度为4.06km/h。南京市的观测数据表明，自行车的速度变化范围在540 km/h之间，在街道上多为525 km/h。三、骑车人空间需求三、骑车人空间需求 n高峰期间自行车流在交叉口排队时常会形成密度较大的集群，排队自行车的横向间距一般很小，根据对调查数据的处理，每辆自行车排队时横向占用宽度在0.6m左右。当绿灯起亮后，排队车辆依次启动加速驶出停车线。自行车起动后，尤其是在加速过程中，横向间距会增大，这就是自行车流释放时的侧向膨胀现象。当膨胀宽度过大时，容易出现绿初先驶出停车线的自行车流挤占机动车道的现象，对机动车流产生较大的横向干扰。 补充补充2-行人特性行人特性n一、行人速度特性一、行人速度特性n1行人步行速度特性n步行速度为行人单位时间内行进的距离，一般用m/s、m/min或km/h表示。步行速度的分布范围较宽从0.51.3m/s，成人一般集中在1.01.3m/s，水平路段步行速度一般在0.51.5m/s之间，中国现行规范采用1.01.2m/s。 行人过街时间调查数据(s) 人行横道长度：28m 人行横道宽度：4m行人交通特性行人种类男女青中老青中老过街时间21.221.925.423.12227.72行人过街速度特性二、行人步行幅度特性二、行人步行幅度特性行人类型步幅全体步幅男中青年0.670.62老年0.57女中青年0.620.58老年0.53儿童0.59中青年0.66老年0.55全体0.64三、行人空间要求三、行人空间要求n行人空间要求可分为静态空间、动态空间和心理缓冲空间。n行人静态空间主要指行人的身体在静止状态下所占的空间范围。n行人动态空间需求可分为步幅区域、感应区域、行人视觉区域以及避让与反应区域等。步幅区域平均为64cm，感应区域主要受行人知觉、心理和安全等因素影响。通常情况下行人视觉区域为2.1m，在此距离下视觉感到舒服也适合正常速度下人的步行（后脚不易被人踩到），步行者以常速行走时会在自己前面预留一个可见的区域以保证有足够的反应时间以便采取避让行为，这个区域可通过反应时间和正常速度相乘得出，约为0.480.60m。n心理学家所做的人类心理缓冲区域测量实验，确定了个人空间静态的最低要求范围约为0.220.26m2。