第 1章 绪 论
道路交通拥堵不仅会导致驾驶人的时间损失、社会资源浪费、城市环境污染等问题，还会增加驾驶人的心理、生理压力，进而引发驾驶人的疲劳感和焦虑感，影响驾驶人的感知、判断和操作行为，导致驾驶安全性下降，极端情况下甚至会诱发道路交通事故。受驾驶人个体特性、驾驶环境等诸多因素影响，交通拥堵所引发的驾驶人生理心理不适、不良驾驶行为、驾驶安全性隐患等问题较为复杂，目前国内外在此方面进行了一些研究，但尚处于起步阶段，未形成系统的理论体系和应用方法。 本文以揭示道路交通拥堵对驾驶人视觉特征、生理特性、换道行为的影响为目标，从交通工程学、生理学、行为学和人机工程学等角度，研究不同道路拥堵状态下驾驶人的生理反应及换道行为特性。从引入交通拥堵压力系数，提出基于驾驶人感受的交通拥堵状态划分方法入手，以实际调查数据为基础、多学科交叉理论为关键、实践应用为目的，研究内容涵盖道路交通拥堵状态表述、驾驶人视觉特征、心电特性、换道行为、PSR 模型等方面。研究成果客观的反映了城市道路交通拥堵对驾驶人眼动、生理和换道的不良影响，提出了一种及时预测高风险换道行为的方法(换道 PSR 模型)和危险换道行为的警示技术，可为评价城市道路交通拥堵对交通运行效率和安全的影响提供新的视角，并为城市制定严格的交通规划、设计和管理方案的迫切性提供了理论支撑。
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第 2 章 基于驾驶人感受的拥堵状态划分
2.1交通拥堵的描述及界定
虽然交通拥堵是交通流的一种客观状态，但每个驾驶人都对自己车辆的运动状态有着相对独立的期望，这种期望会随着出行目的、出行时间、出行路径等因素的变化而变化。由于不同驾驶人对车辆运动的期望不同，用客观参数描述的交通拥堵对驾驶人生理和行为的影响必然存在差异。 为了揭示这种差异性，必须从驾驶人主观感受的角度来提出道路交通拥堵的定义，并通过统计学方法将主观感受的交通拥堵与交通流的客观参数相联系。这种主观和客观相结合的方式一方面可以体现驾驶人的实际感受，另一方面可以从理论上研究交通拥堵压力对驾驶人生理和换道特性的影响。
2.2交通流状态对驾驶人心理的影响
关于城市道路交通拥堵的形成，国内外专家从交通工程学、系统工程学等领域进行了深入的探讨，此外，许多学者亦从经济学的角度探讨了城市交通拥堵的形成机理[18,19]。许薇和贾元华[149]利用博弈论中的哈丁模型对汽车拥有量增多与城市路网容量短缺进行了系统分析，认为城市道路交通拥堵产生的经济学根源之一是城市道路资源的公共物品性；谢建刚[150]利用经济学中价格机制的原理，运用博弈论建立由交通管理部门和多辆私人汽车组成的城市交通拥堵博弈模型，通过模型求解得到了交管部门在内城区的最优收费费率，每辆私人汽车在内城区的最优行驶里程等数据；贾子若和宋守信[151]认为城市交通拥堵问题的本质是“公共地悲剧”，构建了交通参与者出行方式选择的博弈模型和交通参与者抢行博弈模型，并从交通参与者教育、交通法规惩罚和公共交通建设的角度提出了相应的措施。总结现有研究成果，可以从驾驶人博弈的角度，引入经典的“公共地悲剧”博弈思想对城市道路系统中新建和改建道路快速出现交通拥堵现象的机理进行揭示。
第 3 章 拥堵状态下驾驶人特性的实验设计 .................. 25
3.1 实验总体方案 ............................. 25
3.2 驾驶人特性实测实验 ............................................ 29
第 4 章 拥堵状态下驾驶人的视觉特性 ..........................35
4.1 拥堵状态下驾驶人视觉特性指标 ........................ 35
4.2 拥堵状态下驾驶人的注视特性 ................................. 37
第 5 章 拥堵状态下驾驶人的心电特性 ................. 50
5.1 驾驶人的心电指标选取 ............................ 50
5.2 心率指标(HR)变化规律 ..................... 52
5.3 心率变异性(HRV)变化规律 ....................................62
第 7 章 拥堵状态下驾驶人换道的 PSR 模型
7.1驾驶人换道的 PSR 模式分析
论文第五章和第六章分别研究了不同交通拥堵压力系数下的驾驶人的心电指标和换道构成比例的变化规律，即分别构建了“压力系数-心率均值”、“压力系数-换道构成比例”关系模型，为本章的 PSR 模型构建奠定了基础。 根据驾驶人换道 PSR模型的定义和图 7-1中 PSR模型的基本模式，交通拥堵状态下的驾驶人 PSR 模式可以转化为“交通拥堵-心电变化-车道变换”的逻辑结构，具体如图 7-2 所示，该结构清晰表达了交通拥堵状态下驾驶人的换道行为是交通拥堵压力和驾驶人生理状态的联合作用结果，即交通拥堵压力系数和心率指标共同影响着驾驶人换道的构成比例。 驾驶人换道 PSR 模型的核心思想是“P 和 S 共同决定 R”，在该思想的指导下，求解交通拥堵条件下的驾驶人 PSR模型就是构建以“压力系数P和心率指标 S”为输入，以“换道构成比例 R”为输出的理论模型。
7.2基于 BP 神经网络的换道 PSR 模型构建
在输入和输出数据通过标准化处理后，基于 Matlab 分析软件，设计 BP 神经网络模型的训练程序。将实测实验采集的数据样本集导入 BP 神经网络进行训练，得到拥堵状态下驾驶人斜插型换道PSR模型的权重与阈值，分别见公式(7-2)至(7-5)。同时得到模型训练结束的状态参数如图 7-5 所示，模型回归参数的拟合优度如图 7-6 所示，模型训练的误差性能曲线如图 7-7 所示。从图 7-7 中误差性能曲线的变化，可知训练结束即达到设定的期望误差 0.0001，表明该模型的精度符合要求。
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结 论
在此基础上设计交通拥堵状态下驾驶人的视觉、生理和行为特性指标的测试实验；以实测数据为基础开展了交通拥堵状态下驾驶人的视觉特性、心电特性和换道行为研究；并构建了交通拥堵状态下驾驶人换道的 PSR模型，量化了交通拥堵压力系数和心率均值对换道构成比例的联合影响，提出了风险换道行为的警示思路。论文主要开展了如下研究工作：
(1) 城市道路交通拥堵状态界定及等级划分。区别于传统的分类方法，引入交通拥堵压力系数来表征城市道路的交通拥堵程度，并从驾驶人感受角度将城市道路交通流划分为通畅状态、轻度拥堵、中度拥堵及重度拥堵四个等级，基于实测数据标定了各种交通状态的压力系数分级阈值，为研究不同交通拥堵程度下驾驶人的视觉、生理和行为特性奠定基础。
(2) 驾驶人视觉、生理和行为特性指标测定。针对交通通畅和各种拥堵状态，设计实验测试方案，选定实验仪器和实验对象，测定拥堵状态下驾驶人视觉(注视、扫视、眨眼)特征、生理特征(心率、心率变异性)和换道构成比例数据，为拥堵状态下驾驶人的相关特性研究奠定数据基础。
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参考文献（略）