摘要
铁路道口事故一旦发生，往往造成车毁人亡的惨剧，是铁路及道路运输系统中亟待解决的共同问题。机动车驾驶人作为复杂道口系统中的直接参与者，驾驶人的行为不当是引起铁路道口事故发生的最主要原因。铁路道口附近路段的交通标志和标线作为铁路道口组成的基本要素，其信息的有效传达是保障道口安全的基础。同时，主动预警技术的发展为提高道口安全性提供低成本的新方法。因此，本文提出适用于中国铁路道口的标志和标线优化方案，并在此基础上提出合理高效的预警系统设计方法，二者组成具有更高可靠性和实时性的铁路道口预警系统。依托驾驶模拟仿真平台，从人机工效学角度探究预警系统对驾驶人抵近行为的影响，研究成果为铁路道口标志和标线优化提供重要的理论依据，为智能预警技术提供有效的研发方向。本文的主要内容包含以下四个方面： (1)铁路道口标志和标线优化，以及预警系统设计方法研究。从道口控制方式和道口接近区域驾驶阶段两条线索出发，结合文献总结和问卷调查对国内外铁路道口标志和标线的设计与设置进行研究，澄清中国铁路道口标志和标线关键设计问题，最终对2种现有标志进行改进，补充1种禁令标志、7种警告标志、1种辅助标志和1种路面标线以完善中国铁路道口标志和标线系统。并基于铁路道口接近区域划分方法，对不同控制类型和特殊情况的铁路道口标志和标线提出相应设置要求。在此基础上，分别对减速让行标志控制铁路道口、停车让行标志控制铁路道口和信号灯控制铁路道口提出分阶段预警系统设计方法。预警系统将根据不同的接近区域驾驶阶段以及不同的火车状态确定不同的语音预警发布时机和发布内容，以提醒驾驶人采取相应的避撞措施。 (2)减速让行标志控制铁路道口预警系统效果研究。本实验考虑雾天因素和火车状态，从驾驶人抵近速度控制行为和减速行为两个方面，利用线性混合效应模型研究不同条件下标志和标线优化措施与两阶段预警系统对驾驶人行为表现的影响，最后对驾驶人实验后问卷调查结果进行分析。分析结果表明，标志和标线优化措施与预警系统均能够帮助驾驶人更早地采取减速措施并以更低的速度抵近道口，整个制动过程更加平稳，并且预警系统使得更多的驾驶人选择减速避撞操作。晴天时，预警系统对驾驶人的影响相对较小，而当雾天时，预警系统可以帮助驾驶人尽早地采取减速措施，极大程度上缓解驾驶人在雾天时的制动激烈程度，减速度增长率和最大减速度基本与晴天时持平。另外，对于不同性别的驾驶人，标志和标线优化措施对男性驾驶人和女性驾驶人的安全防护效果一致，预警系统对男性驾驶人的影响更加明显，并且预警系统能够缩小不同性别驾驶人之间的行为差异。而对于不同职业的驾驶人，两种安全对策对不同职业的驾驶人行为表现的影响相似。同时，实验后问卷调查结果表明，驾驶人对标志和标线优化方案以及预警系统设计方法的主观认可度较好，并且认为雾天时的帮助较晴天时更大。 (3)停车让行标志控制铁路道口预警系统效果研究。本实验中同样考虑雾天因素和火车状态，利用线性混合效应模型、分类树回归模型、二元logistics回归模型等方法，从驾驶人抵近速度控制行为、避撞行为和遵照行为三个方面研究预警系统对驾驶人抵近行为的影响。分析结果表明，标志和标线优化措施能够帮助驾驶人更早地作出减速决策，改善速度控制行为表现，然而对驾驶人的避撞模式、是否避让火车、遵照性等决策制定指标没有影响。预警系统可以显著改善驾驶人的速度控制、避撞决策和遵照行为，更大程度上降低了驾驶人的潜在风险，并且在雾天环境下对驾驶人的辅助效果更为明显，使驾驶人在火车状态为4s、7s和10s时的遵照率大幅度上升。对于不同性别的驾驶人，预警系统对男性驾驶人的影响效果更加显著，缩短与女性驾驶人之间的行为差异。另外，驾驶人在停车让行道口的完全停车比例和避让火车比例较减速让行道口更高，驾驶人对于两种道口控制的理解和行为有所区分。然而预警系统影响下的停车让行道口遵照率仅为57.25%，停车让行标志在铁路道口的应用仍需要进一步研究和考量。 (4)信号灯控制铁路道口预警系统效果研究。在本实验中共设计了五种不同的红灯触发时距和两种雾天因素。利用所得驾驶行为数据，提取动态抵近速度和遵照率两个用于评估信控道口安全性的典型行为变量进行分析。并结合认知心理学和行为学将抵近过程抽象为接近阶段、反应阶段和行动阶段三个阶段，对各个阶段的驾驶表现和停车行为进行分析。分析方法主要为线性混合效应模型、分类树回归模型和二元logistics回归模型等。分析结果表明，标志和标线优化措施对驾驶人的抵近行为影响有限，并且该影响仅限于接近阶段的速度表现，而不会影响驾驶人的停车决策和行动。预警系统可以帮助驾驶人更早地采取减速行为，缩短驾驶人的减速反应时间、降低最大减速度并增加其速度调整时间，从而进一步提高了驾驶人的遵照率和具体停车表现，使得整个停车制动过程更加平稳。雾天因素对遵照率并没有显著影响，但驾驶人在雾天制动时更加激烈，预警系统可以消除浓雾天气的不利影响。对于不同性别的驾驶人，男性驾驶人更有可能违反道口信号灯，尤其是在红灯触发时距较长时，性别是影响遵照率的关键变量，预警系统可以在一定程度上减少驾驶人行为中的性别差异。
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