（森林工程专业论文）基于驾驶员心理与生理反应的林区公路纵坡研究.pdf

摘要 随着我国公路等级的不断提高和汽车工业的迅猛发展，在考虑行车安全性的同 时，行车舒适性已越来越受到人们的关注。传统的公路线形设计主要是以汽车行驶理 论为依据，只考虑了汽车的爬坡性、制动性和操纵稳定性等要求，很少考虑道路使用 者的感受。而公路的使用者是驾驶车辆的人，公路线形设计的好坏会对驾驶员产生直 接影响，进而影响到汽车行驶的安全性和舒适性。因此，从驾驶员的心理与生理反应 角度去考虑道路线形的设计，对于减轻驾驶员心理负担，减少交通事故的发生，提高 公路服务性能至关重要。 本文以林区公路为研究对象，以大量行车实验数据为基础，通过对驾驶员行车紧 张性和心率变化关系的分析，确定选用心率增长率作为研究林区驾驶员心理和生理反 应的指标。通过偏相关分析，建立林区驾驶员心率回归模型，分析不同情况下驾驶员 心理紧张性与坡度、坡长以及行驶速度的关系。通过验证说明，这些模型能够反映林 区驾驶员在不同状况下实际行驶过程中的心率变化情况。 初步实验表明，驾驶员在下坡行驶时要比上坡时紧张，且驾驶员重载行车时的心 理负担大于空载时，心理更加紧张。 通过偏相关分析发现，驾驶员在空载直线上坡和下坡时，纵坡坡度和行驶速度会 对驾驶员的心率变化产生影响，并且坡度对心率的影响大于速度。坡度越大，速度越 快，驾驶员心理会越紧张，越容易发生交通事故。此外，驾驶员上坡行驶时还会受到 纵坡坡长的影响，但影响程度要比坡度和行驶速度小。另外，驾驶员重载上坡和重载 下坡时，只有坡度和速度对驾驶员的心理产生影响。坡度越大、行驶速度越快，驾驶 员越紧张，心理负荷越大。与空载行车不同的是，速度对心率变化的影响程度要比纵 坡坡度大。 、 关键词：林区公路：驾驶员心理与生理反应；纵坡；心率变化率 r e s e a r c ho nl o n g i t u d i n a ls l o p eo ff o r e s tr o a db a s e do n d r i v e r sp s y c h o l o g i c a la n dp h y s i o l o g i c a lr e f l e c t i o n a b s t r a c t 晰也t h ec o n s t a n ti m p r o v e m e n to fo u rh i g h w a y 础a n dt h er a p i dd e v e l o p m e n to f a u t o m o b i l ei n d u s t r y , c o n s i d e r i n g 嘶v i n gs a f e t y ，p e o p l eh a v ep a i dm o r ea n dm o r ea t t e n t i o n t od r i v i n gc o m f o r t n l et r a d i t i o n a lh i g h w a ya l i g n m e n td e s i g nt a k e sv e h i c l ed r i v i n gt h e o r y a sab a s i s ，i to r g yc o n s i d e r st h es l o p ec l i m b i n gc a p a b i l i t y , b r a k i n gp e r f o r m a n c ea n d h a n d l i n gs t a b i l i t yo fc a r s ，d o e sn o tt a k ea c c o u n tf o ru s e r s p e r c e p t i o n s t h eu s e ro far o a di s t h ep e o p l ed r i v i n g ；t h eq u a l i t yo fh i 曲w a ya l i g n m e n td e s i g nc a n d i r e c t l ya f f e c td r i v e r s ，a n d t h e ni n f l u e n c et h ed r i v i n gs a f e t ya n dc o m f o r t t h e r e f o r e ，i ti sv e r yi m p o r t a n tt oc o n s i d e r t h eh i g h w a yl i n ed e s i g nf r o mt h ed r i v e r sp s y c h o l o g i c a la n dp h y s i o l o g i c a lm a c f i o ni no r d e r t or e l i e v i n gt h ed r i v i n gf a t i g u e ，r e d u c i n gt h et r a l 匝ca c c i d e n t sa n di m p r o v i n gt h eu s i n g q u a l i t yo f r o a d t h i sp a p e rt a k e sf o r e s tr o a da st h es t u d yo b j e c t ，a n dt a k e sal a r g eq u a n t i t yo f e x p e r i m e n t a ld a t aa sb a s i s ，i tm a k e sc h a n g er a t eo fh e a r tr a t ea st h ei n d e xo ft h es t u d yo n d r i v e r sp h y s i o l o g i c a la n dp s y c h o l o g i c a lr e f l e c t i o ni nf o r e s tr e g i o nb ya n a l y z i n gt h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e nd r i v i n gt e n s i t ya n dt h ec h a n g eo fh e a r tr a t e ns e t su ph e a r tr a t e r e g r e s s i o nm o d e l sb a s e do np a r t i a lc o r r e l a t i o na n a l y s i s ，a n da n a l y z e st h er e l a t i o n s h i p b e t w e e nd r i v e r sp s y c h o l o g i c a lt e n s i t ya n ds l o p eg r a d e ，s l o p el e n g t h , d r i v i n gs p e e du n d e r d i f f e r e n tc o n d i t i o n s 1 1 1 ev e f i f i c a t i o ns h o w e dt h a tt h e s em o d e l sc o u l dr e f l e c tt h ea c t u a l s i t u a t i o n so fd r i v e r sh e a r tr a t ec h a n g ei nf o r e s tr e g i o n t h ei n i t i a le x p e r i m e n ts h o w e dt h a tt h ed r i v e rw h ow a sd r i v i n gd o w n s l o p ew a st e n s e r t h a nd r i v i n gu p s l o p c ，a n dt h ep s y c h o l o g i c a lb u r d e no fw h i c hw a sd r i v i n gu n d e rh e a v yl o a d i sb i g g e rt h a nd r i v i n gu n d e rn ol o a d i tw a sf o u n db yp a r t i a lc o r r e l a t i o na n a l y s i st h a tb o ms l o p eg r a d ea n dd r i v i n gs p e e d w i l la f f e c tt h ec h a n g eo fh e a r tr a t ew h e nt h ed r i v e rw a sd r i v i n gu p s l o p ea n dd o w n s l o p e ， a n dt h es l o p e g r a d eh a sm o r ei n f l u e n c eo nh e a r tr a t et h a nd r i v i n gs p e e d t h es t e e p e ras l o p e i s ，a n dt h ef a s t e ras p e e di s ，t h et e n s e rad r i v e rb e c o m e ，t h ee a s i l i e rat r a 伍ca c c i d e n t h a p p e n i na d d i t i o n , t h es l o p el e n g t hw i l la f f e c td r i v e r sh e a r tr a t ew h e nh ew a sd r i v i n g u p s l o p e ，b u ti th a sl e s si n f l u e n c et h a ns l o p e g r a d ea n dd r i v i n gs p e e d f u r t h e r m o r e ，o n l y s l o p e g r a d ea n dd r i v i n gs p e e da f f e c td r i v e r sp s y c h o l o g yw h e nt h ed r i v e rw a sd r i v i n g u p s l o p ea n dd o w n s l o p eu n d e rh e a v yl o a d t h es t e e p e ras l o p ei s ，a n dt h ef a s t e ras p e e di s ， t h et e n s e rad r i v e rb e c o m e ，t h eb i g g e rad r i v e r sd r i v i n gf a t i g u ei s d i f f e r e n tf r o md r i v i n g u n d e rn ol o a d ，t h ed r i v i n gs p e e dh a sm o r ei n f l u e n c eo nd r i v e r sh e a r tr a t et h a ns l o p e g r a d e k e yw o r d s = f o r e s tr o a d ；d r i v e r sp s y c h o l o g i c a la n d p h y s i o l o g i c a lr e f l e c t i o n l o n g i t u d i n a ls l o p e ；c h a n g er a t eo f h e a r tr a t e d ir e c t e db y ：p r o f 0 ic h u n h u a a p p lic a n tt o rm a s t e rd e g r e e ：w ur i n a ( f o r e s t e n g i n e e r i n g ) ( c o l l e g eo f f o r e s t a , ye n g i n e e r i n gi n n e rm o n g o l i a a g r i c u l t u r a lu n i v e r s i t y h u h h o t0 1 0 0 1 8 ，c h i n a ) 插图和附表清单 1 图1 技术路线8 2 图2s 8 1 0 i 型p o l a r 心率表1 5 3 图3 心率传输带1 5 4 图4 实验用车( 重载) 1 6 5 图5 实验用车( 空载) 1 6 6 图6o l 号驾驶员空载行驶心率变化原始曲线1 7 7 图70 1 号驾驶员空载行驶心率变化修正曲线1 8 8 图80 1 号驾驶员实验时部分心率原始数据1 8 9 图9 空载上坡心率变化图2 2 1 0 图1 0 空载下坡心率变化图2 2 1 1 图1 1 重载上坡心率变化图2 2 1 2 图1 2 重载下坡心率变化图2 3 1 3 图1 3 空载上坡实测心率增长率与模型计算心率增长率对比4 0 1 4 图1 4 空载下坡实测心率增长率与模型计算心率增长率对比，4 l 1 5 图1 5 重载上坡实测心率增长率与模型计算心率增长率对比j 4 2 1 6 图1 6 重载下坡实测心率增长率与模型计算心率增长率对比4 3 1 7 表l 纵坡与事故的关系1 1 8 表2 林区公路坡度限制2 1 9 表3 林区公路坡长限制2 2 0 表4 实验驾驶员信息表1 6 2 1 表5 驾驶员安静时的平均心率值。1 7 2 2 表6 空载直线上坡心率模型数据表2 5 2 3 表7r 空载直线上坡各变量统计值：2 5 2 4 表8 空载直线上坡心率增长率和坡度的偏相关系数2 6 2 5 表9 空载直线上坡心率增长率和速度的偏相关系数2 6 2 6 表1 0 空载直线上坡心率增长率和坡长的偏相关系数2 6 2 7 表1 1 空载直线下坡心率模型数据表2 7 2 8 表1 2 空载直线下坡各变量统计值2 7 2 9 表1 3 空载直线下坡心宰增长率和坡度的偏相关系数2 8 3 0 表1 4 空载直线下坡心率增长率和速度的偏相关系数2 8 3 1 表1 5 空载直线下坡心率增长率鄹坡长的偏相关系数2 8 3 2 表1 6 重载直线上坡心率模型数据表2 9 3 3 表1 7 3 4 表1 8 3 5 表1 9 3 6 表2 0 3 7 表2 1 3 8 表2 2 3 9 表2 3 4 0 表2 4 4 1 表2 5 4 2 表2 6 4 3 表2 7 4 4 表2 8 4 5 表2 9 4 6 表3 0 4 7 表3 l 4 8 表3 2 4 9 。表3 3 5 0 表3 4 5 1 表3 5 5 2 表3 6 5 3 表3 7 5 4 表3 8 5 5 表3 9 5 6 表4 0 5 7 表4 l 5 8 袭4 2 重载直线上坡各变量统计值2 9 重载直线上坡心率增长率和坡度的偏相关系数3 0 重载直线上坡心率增长率和速度的偏相关系数 重载直线上坡心率增长率和坡长的偏相关系数3 0 重载直线下坡心率模型数据表3 1 重载直线下坡各变量统计值3 l 重载直线下坡心率增长率和坡度的偏相关系数3 2 重载直线下坡心率增长率和速度的偏相关系数3 2 重载直线下坡心率增长率和坡长的偏相关系数3 2 回归模型l 的判定系数3 4 回归模型1 的方差分析表3 4 回归模型l 的回归系数3 4 回归模型2 的判定系数3 5 回归模型2 的方差分析表3 5 回归模型2 的回归系数3 5 回归模型3 的判定系数3 6 回归模型3 的方差分析表3 6 回归模型3 的回归系数一3 6 回归模型4 的判定系数3 7 回归模型4 的方差分析表3 7 回归模型4 的回归系数3 7 空载直线上坡心率模型验证数据3 9 空载直线下坡心率模型验证数据4 0 重载直线上坡心率模型验证数据4 l 重载直线下坡心率模型验证数据4 2 心率模型平均误差值4 3 内蒙古农业大学 研究生学位论文独创声明 本人申明所至交的学位论文是我本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果据我所知，除了文中特别加以标注和致谢蚵 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，。也不包 含为获得我校或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料，与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说+ 明并表示谢意 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任 论文作者签名：兰雌日期：立坠幽 内蒙古农业大学研究生学位论文版权使用授权书 本人完全了解内蒙古农业大学有关保护知识产权的规定，印：研 究生在攻读学位期闻论文工作的知识产权单位属内蒙古农业大学本 人保证毕业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位为内蒙 古农业大学，且导师为通讯作者，通讯作者单位亦署名为内蒙古农业 大学学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电 子文档，允许论文被查阅和借阅学校可以公布学位论文的全部或部 分内容( 保密内容除外) ，采用影印缩印或其他手段保存论文 论文作者签名：玺旦塑e 指导教师签名：盈 日 期：盐舌互王 内蒙亩农业大学硕士学位论文 1 1 引言 1 1 研究背景及意义 公路线形设计是指依据一定的技术标准和规范要求对公路的空间形状进行综合 设计，使公路平面线形、纵断面线形和横断面的三维立体达到最佳组合。线形设计不 仅决定了行车的安全性、舒适性及经济性，还决定了公路的技术等级和规模。公路线 形设计包括平面线形设计、横断面线形设计和纵断面线形设计。其中纵断面设计是公 路线形设计关键的一部分。 纵坡的大小和长度不仅影响路线里程长短、工程投资规模、自然环境的破坏程度， 而且还影响汽车的行驶速度、公路通行能力、运输效益和社会效益。公路纵坡设计的 合理性，对于提高汽车行驶速度、缩短行驶时间、提高运输效率、降低筑路和运输成 本、保证行车安全、节约燃料消耗等具有重要的意义。从节约筑路经费的角度考虑， 公路的纵坡最好与地形的最大允许纵坡相配合。从提高运输效益的角度考虑，希望道 路尽可能平缓。汽车沿陡坡上行时，随着车速的降低，水箱会出现开锅、气阻等情况， 严重时，发动机熄火，从而影响行车的安全性；沿陡坡下行时，因制动次数多，容易 使制动失效引起车祸。纵坡度愈大，事故率愈高，关于交通事故与纵坡坡度关系的调 查研究表明： ( 1 ) 在单向行车的道路上，下坡方向的事故要比上坡方向多； ( 2 ) 纵坡度 6 时，行车事故数要超过事故平均数： ( 3 ) 在双车道上当纵坡度 4 时，行车事故数为纵坡度2 2 时的两倍。 纵坡度与事故的关系见下表： 裹1 纵坡与事故的关系 纵坡度( )亿车公里事故率 o 1 9 9 2 o 3 9 9 4 0 - - 5 9 9 6 0 8 o 4 6 5 6 7 2 1 9 0 o 2 1 0 5 世界各国交通管理部门和专家对交通事故产生的原因进行了大量研究：美国印第 安纳大学在一项对交通事故长达5 年的综合研究中，发现由人引起的交通事故占全部 调查事故的5 7 1 ，加上由人、车辆和道路共同引起的交通事故，有9 2 6 与人的因 素有关。英国在一项长达四年的调查中，研究了2 1 3 0 起交通事故，结果表明由于驾 驶员和行人所引起的交通事故约占9 5 。在联邦德国1 9 6 2 1 9 7 3 年间发生的6 4 0 万 起交通事故中，由驾驶员造成的事故占7 7 。在日本1 9 6 9 一1 9 7 2 年的全部交通事故 中，也有6 6 是由驾驶员造成的。1 9 7 4 年，芬兰保险信息中心对1 1 9 3 起交通事故进 2 基于驾驶员心理与生理反应的林区道路纵坡研究 行分析，结果表明8 9 的交通事故与驾驶员有关。白俄罗斯对1 9 7 9 1 9 8 0 年度的， 结果表明9 2 的事故责任在于驾驶员。我国学者采用模糊识别方法和传统的单因素法 计算和分析了黑龙江省3 2 7 1 起道路交通事故中各影响因素所占的比例，得到了与国 外学者基本一致的结果，即在道路交通事故各影响因素中，人的因素所占比例超过了 9 0 口1 。这些交通事故统计资料表明：与道路交通事故的产生有关的众多因素中，人 的因素起着决定性的作用，大约有9 0 的交通事故与人的因素有关。 林区公路主要是为经营森林、采运木材而在林区修筑的道路。它是发展林区经济， 实现森林经营集约化、森林采运机械化的基本条件。通过对林区公路交通组成状况的 分析可见，林区现有公路运材汽车的比例较大，而且存在混合交通的状况。运输对象 主要以木材为主，具有道路等级低、建设投资少、运输量小、运输货流单向性等特点。 此外，林区公路还有营林、护林、防火、采伐、旅游以及沟通城乡交流等多方面、综 合的功能。随着我国经济的发展，林业建设必将走上一个新的台阶，林区公路的建设 也会越来越被重视。因此，面对林区公路所处地形、地貌、地质条件复杂，工程量巨 大，环境保护工作难度大等困难，如何结合林区自身特点达到安全、经济、舒适、美 观、利于环境保护的目的，纵断面的设计将起着举足轻重的作用。从交通安全性与经 济性出发，在设计林区公路纵坡时，合理地运用纵坡和坡长，是公路线性设计的一个 重要课题。我国林区公路路线设计规范对不同等级林区公路的计算行车速度、最 大纵坡指标以及纵坡大于4 时的坡长限制的具体规定分别见表2 和表3 ： 表2 林区公路坡度限制 随着我国公路等级的不断提高和汽车工业的迅猛发展，在考虑行车安全性的同 时，行车舒适性已越来越受到人们的关注。公路的使用者是驾驶车辆的人，公路的线 形好坏会对驾驶员产生直接影响，进而影响到汽车行驶的安全性和舒适性。我国现行 内蒙古农业大学硕士学位论文3 的 林区公路路线设计规范对纵坡指标值的确定是根据汽车的动力特性、道路等级、 自然条件以及工程、运营经济的分析等因素综合考虑的，对于纵坡的设计主要是以汽 车行驶理论为依据，只考虑了汽车的爬坡性、制动性和操纵稳定性等要求，对道路使 用者感受的考虑只是附属的、定性的，没有充分体现以人的心理、生理需求为主体的 原则。另外，随着社会经济的发展，车辆技术的进步对道路提出新的要求，以过去性 能偏低的代表车型为研究对象的公路设计规范中所采用的纵坡指标值已与现状不符。 纵断面设计的好坏，从使用者的角度来看，表现在经济性、快速性、安全性、舒 适性四个方面。对于行驶的经济性和快速性要求，在一般的技术规范中已有考虑。其 中安全性和舒适性给人的感觉最为直接，而如何从驾驶员生理和心理感受出发满足行 驶安全性和舒适性要求，正是人们目前所要考虑的问题。本文从驾驶员的心理与生理 反应角度去考虑林区公路纵坡的设计，对于减轻驾驶员心理负担，减少交通事故的发 生，提高公路服务性能至关重要。 1 2 国内外研究进展 1 2 1 国外公路纵坡设计研究进展 德国运用道路安全性综合评价体系，在关于事故与纵坡长度关系的调查研究中表 明：在单方向行车的公路上，下坡方向的事故数要比上坡多，而且当纵坡坡度大于 6 时，行车事故明显超出平均事故数。 美国a a s h t o 协会按照典型货车( 重量功率比为1 2 0 k g k w ) 的爬坡性能曲线， 根据公路功能的不同、设计速度的差别，分地形给出了全国性应用的最大纵坡控制值。 另外，根据公路运输的典型货车，研究了不同减速度下，纵坡坡度与坡长的关系。 日本在山区公路纵坡设计时特别规定允许采用绝对最大纵坡度。该绝对最大纵坡 度值比标准最大纵坡还可以再增大1 - - 3 。日本对绝对最大纵坡的采用还规定了一 个限制长度，当设计纵坡采用了绝对最大纵坡值，并且坡长已达到或超过坡道限制长 度，则除交通量很小者外，一般都需要考虑设置爬坡车道。 瑞典的h e b a n 从交通安全方面入手，认为坡度大于6 时，就会有较高的事故率： 坡度在2 5 - - - 4 0 0 , 6 之间的坡道比一般水平路段事故率要高出1 0 - - - 2 0 。 1 2 2 国内公路纵坡设计研究进展 张乃苍、张朴等人从汽车行驶理论入手，讨论了纵坡设计的基本原理和方法。 刘培裕在运材车速度与燃油消耗预测模型的基础上，分析了就运行时间与燃油消 耗而言的林区公路最佳坡度，以及就燃油消耗而言的运材车最佳速度m 。 长安大学的石飞荣通过对车辆的运动方程、受力、动力性能分析，提出山区高速 公路上、下行最大纵坡及坡长限制的建议值：并结合建议值对道路的通行能力、爬坡 车道设置进行了分析，提出对道路通行能力的要求和爬坡车道设置的建议。他还提出 4 基于驾驶员心理与生理反应的林区道路纵坡研究 将最大纵坡分为理想最大纵坡、一般最大纵坡、极限最大纵坡三个等级，为纵坡设计 提供参考。 长沙交通学院交通设计研究所的李清波、谢珍以东风一q e 载重汽车为标准车型， 从汽车的牵引平衡方程入手，讨论了汽车在几种不同行驶状态下的理想纵坡和不限坡 长的最大纵坡参考值c s l 。 慕慧从汽车行驶理论入手，通过对汽车的动力性、制动性以及车辆在道路上的受 力情况、运动方程的分析，提出山区公路分离式断面最大坡长限制的建议值，并通过 实验验证了分析的正确性嘲。 牛兆霞在对汽车的力学性能和动力性能分析研究的基础上，确定了汽车竖向和轴 向加速度模型，并用两种模型确定的舒适性指标值来评价纵断面线形的舒适性m 。 裴玉龙，邢恩辉利用汽车行驶理论，依据车辆在公路上的理想行车速度、最低容 许车速，得出高等级公路理想的纵坡、不限坡长的最大纵坡和车辆在各种坡度坡道上 行驶的减速距离嘲。 1 2 3 国外基于驾驶员心理与生理反应的道路线形研究进展 国外在道路线形设计中考虑道路使用者的心理、生理反应特性，首先是从研究驾 驶员的交通心理学开的。 1 9 1 2 年，美国劳工立法协会委托在哈佛大学任教的心理学家闵斯特泼格 ( h m u n s t e r b e r g ) 通过测试驾驶员的心智能力研究电车发生事故的原因。该研究推动了 驾驶员适应性研究的发展。 1 9 1 9 年，格林伍德和伍兹( m g r e e n w o o d & h w o o d s ) 首先提出事故倾向性问题， 即在某个人身上存在着容易诱发事故的某些特性。 1 9 3 4 年，美国农业部的w h 西蒙森和r e 罗耶在一篇 0 表示两变量存在正的线性相关关系； r 0 8 时，视为高度相关； 当0 5 l r l 0 8 时，视为中度相关； 当0 3 i r l o 5 时，视为低度相关； 当i r l 0 3 时，说明变量之间的相关程度极弱，可视为不相关嗍。 第二，偏相关分析的显著性检验： ( 1 ) 提出零假设h o ，即两总体变量的偏相关系数与零无显著差异； ( 2 ) 选择检验统计量。偏相关分析的检验统计量为t 统计量( t 检验) ，它的数学 定义为： 一 旧、露n - q - 2 ( 3 ) 其中，r 为偏相关系数，i i 为样本数，q 为阶数( 控制变量的数目) 。t 统计量服从 n - q 2 个自由度的t 分布。 ( 3 ) 计算检验统计量的观测值和对应的相伴概率p 值。 内蒙吉农业大学硕士学位论文 2 5 ( 4 ) 决策。如果检验统计量的概率p 值小于给定的显著性水平q ( q = 0 0 5 ) ，应拒 绝零假设，认为两总体的偏相关系数与零有显著差异；反之，如果检验统计量的概率 p 值大于给定的显著性水平伍，则不能拒绝零假设，可以认为两总体的偏相关系数与 零无显著差异。 4 2 1空载直线上坡路段心率增长率与其影响因素的偏相关分析 在整个空载行程的实验数据中，截取驾驶员上坡时的心率变化值，求与不同坡度、 坡长值所对应的平均心率增长率和平均行驶速度( 具体数据见表6 ) 。使用数据统计 分析软件s p s s 进行偏相关分析，结果如下： 表6 空载直线上坡心率模型数据裹 袭7 空载直线上坡各变量统计值 基于驾驶员心理与生理反应的林区道路纵坡研究 表8 空载直线上坡心率增长率和坡度的偏相关系数 囊1 0 空载直线上坡心率增长率和坡长的偏相关系数 由表8 可以看出，当控制变量为坡长、速度时，心率增长率与坡度的偏相关系数 为0 8 0 9 4 ，t 统计检验的自由度为2 8 ，相伴概率p ( 0 o o o ) d , 于给定的显著性水平a ， 拒绝原假设，即心率增长率与坡度相关：由表9 可以看出，当控制交量为坡度和坡长 时，心率增长率和速度的偏相关系数是0 7 9 6 2 ，相伴概率“0 0 0 0 ) d , 于给定的显著性 水平a ，拒绝原假设，即心率增长率与速度相关：从表1 0 可以看出，在剔除坡度和 速度影响的前提下，心率增长率和坡长的偏相关系数是一0 4 2 9 5 ，相伴概率p ( o 0 2 1 ) d x 于给定的显著性水平a ，拒绝原假设，郾心率增长率与坡长相关。 内蒙古农业大学硕士学位论文 2 7 通过上述偏相关分析，比较各偏相关系数值的大小，得出以下结论：驾驶员在林 区公路空载上坡行驶时，心率增长率的主要影响因素为纵坡坡度、坡长和行驶速度。 坡度对驾驶员心理紧张的影响最大，坡长对其影响最小，速度对其的影响居中。 4 2 2 空载直线下坡路段心率增长率与其影响因素的偏相关分析 在整个空载行程的实验数据中，截取驾驶员下坡时的心率变化值，求与不同坡度、 坡长值所对应的平均心率增长率和平均行驶速度( 具体数据见表1 1 ) 。使用数据统计 分析软件s p s s 进行偏相关分析，结果如下： 表11空载直线下坡心率模型数据表 囊12 空载直线下坡各变量统计值 变量均值标准差样本量 心辜增长率 坡度 速度 坡长 1 9 9 2 1 3 4 4 1 8 4 4 8 1 6 6 6 9 5 9 5 8 l 2 8 3 9 2 1 5 0 7 6 7 4 2 l o 3 6 9 8 6 4 3 2 3 2 3 2 3 2 基于驾驶员心理与生理反应的林区道路纵坡研究 裹1 3 空载直线下坡心辜增长率和坡度的偏相关系数 心率增长率 速度 i 0 0 0 0 ( o ) p = 0 0 0 0 0 7 4 1 3 ( 2 8 ) p ：0 0 0 0 0 7 4 1 3 ( 2 8 ) p = 0 0 0 0 1 0 0 0 0 ( 0 ) 。p ：0 0 0 0 由表1 3 可以看出，当控制变量为坡长、速度时，心率增长率与坡度的偏相关系 数为- 0 7 7 8 3 ，t 统计检验的自由度为2 8 ，相伴概率p ( 0 0 0 0 ) 小于给定的显著性水平a ， 拒绝原假设，即心率增长率与坡度相关；由表1 4 可以看出，当控制变量为坡度和坡 长时，心率增长率和速度的偏相关系数是0 7 4 1 3 ，相伴概率p ( 0 0 0 0 ) 小于给定的显著 性水平a ，拒绝原假设，即心率增长率与速度相关；从表1 5 可以看出，在剔除坡度 和速度影响的前提下，心率增长率和坡长的偏相关系数是0 0 8 2 1 ，相伴概率p ( o 6 6 6 ) 大于给定的显著性水平理，接受原假设，l l p , l 二, 率增长率与坡长不相关。 内蒙古农业大学硕士学位论文 2 9 通过上述偏相关分析，比较各偏相关系数值的大小，得出以下结论：驾驶员在林 区公路空载下坡行驶时，心率增长率的主要影响因素为纵坡坡度和行驶速度，且坡度 对驾驶员心理紧张的影响程度大子行驶速度。 4 2 3 重载直线上坡路段心率增长率与其影响因素的偏相关分析 在整个重载行程的实验数据中，截取驾驶员上坡时的心率变化值，求与不同坡度、 坡长值所对应的平均心率增长率和平均行驶速度( 具体数据见表1 6 ) 。使用数据统计 分析软件s p s s 进行偏相关分析，结果如下： 裹16 重载直线上坡心率模型数据裹 2 7 4 0 2 5 9 3 2 6 5 4 2 7 1 5 2 5 3 0 2 5 6 6 2 2 3 7 3 3 鸺 2 9 5 9 3 1 5 0 3 0 8 l 4 0 3 0 2 5 06 0 o o 2 5 51 5 0 0 0 2 6 47 5 0 0 2 7 31 5 0 ，0 0 2 8 08 5 6 6 3 0 01 0 0 o o 3 1 29 5 o o 3 2 51 2 0 0 0 3 3 39 0 o o 3 3 52 0 0 0 0 3 4 05 0 0 0 3 4 0l l o 0 0 2 0 1 0 1 7 5 0 1 8 2 0 1 8 2 7 1 6 6 4 1 6 3 l 1 5 9 6 2 3 7 6 1 9 8 5 2 1 4 8 2 0 8 3 2 5 7 8 3 4 4 7 3 3 嬲 4 2 5 4 3 0 2 l 3 5 3 4 9 0 4 2 5 7 3 6 2 5 3 3 9 l 3 9 s 4 3 7 5 2 4 1 3 0 4 1 2 4 3 2 4 4 5 4 6 s 4 5 5 1 0 5 3 0 5 6 2 6 o d 6 2 0 6 3 5 8 0 0 0 7 5 0 0 7 5 0 0 9 d 1 7 0 0 0 即0 0 9 0 0 0 8 0 0 0 6 0 0 0 6 5 0 0 6 0 0 0 1 1 0 0 0 2 3 1 4 2 1 6 7 1 9 9 5 1 8 1 6 2 3 6 9 2 2 6 2 2 8 0 8 2 2 4 9 2 1 4 l 2 4 4 2 2 4 2 7 1 3 3 2 0 33 5 00 02 1 3 54 2 6 3 6 6 87 0 o o2 6 2 1 3 2 6 43 5 5 0 02 2 2 8衡4 57 0 01 4 0 0 02 0 6 2 3 9 2 53 7 8 1 2 0 o o2 0 8 0鹅7 47 2 d0 0z 2 1 3 器9 0 4 o o6 0 o o1 8 6 0瓠7 7 01 5 0 o o2 1 7 0 裘17 重载直线上坟各变量统计值 变量均值标准差样本量 心率增长率 3 3 7 0 4 75 7 1 9 33 2 坡度 速度 4 4 1 8 4 2 1 4 0 7 5 i 5 0 7 6 互8 2 8 旧 3 2 3 2 坡长9 5 5 9 8 1 3 6 9 8 6 43 2 基于驾驶员心理与生理反应的林区道路纵坡研究 襄1 8 重载直线上坡心率增长率和坡度的偏相关系数 由表1 8 可以看出，当控制变量为坡长、速度时，心率增长率与坡度的偏相关系 数为0 5 8 3 1 ，t 统计检验的自由度为2 8 ，相伴概率p ( o 0 0 1 ) 小于给定的显著性水平a ， 拒绝原假设，即心率增长率与坡度相关；由表1 9 可以看出，当控制变量为坡度和坡 长时，心率增长率和速度的偏相关系数是0 7 7 0 0 ，相伴概率p ( 0 0 0 0 ) 小于给定的显著 性水平d ，拒绝原假设，即心率增长率与速度相关；从表2 0 可以看出，在剔除坡度 和速度影响的前提下，心率增长率和坡长的偏相关系数是0 0 2 3 8 ，相伴概率p ( o 9 0 0 ) 大于给定的显著性水平q ，接受原假设，即心率增长率与坡长不相关。 内蒙古农业大学硕士学位论文3 l 通过上述偏相关分析，比较各偏相关系数值的大小，得出以下结论：驾驶员在林 区公路重载上坡行驶时，心率增长率的主要影响因素为纵坡坡度和行驶速度。与空载 上坡不同的是，行驶速度对驾驶员心理紧张的影响要大于坡度。 4 2 4 重载直线下坡路段心率增长率与其影响因素的偏相关分析 在整个空载行程的实验数据中，截取驾驶员下坡时的心率变化值，求与不同坡度、 坡长值所对应的平均心率增长率和平均行驶速度( 具体数据见表2 1 ) 。使用数据统计 分析软件s p s s 进行偏相关分析，结果如下： 裹2 1 重载直线下坡心率模型数据裹 裹2 2 重载直线下坡各变量统计值 3 2 基于驾驶员心理与生理反应的林区道路纵坡研究 表2 3 重载直线下坡心率增长率和坡度的偏相关系数 由表2 3 可以看出，当控制变量为坡长、速度时，心率增长率与坡度的偏相关系 数为0 7 0 1 0 ，t 统计检验的自由度为2 8 ，相伴概率p ( 0 0 0 0 ) 小于给定的显著性水平a ， 拒绝原假设，即心率增长率与坡度相关：由表2 4 可以看出，当控制变量为坡度和坡 长时，心率增长率和速度的偏相关系数是0 7 3 5 0 ，相伴概率p ( o 0 0 0 ) 小于给定的显著 性水平a ，拒绝原假设，即心率增长率与速度相关：从表2 5 可以看出，在剔除坡度 和速度影响的前提下，心率增长率和坡长的偏相关系数是- 0 1 8 0 7 ，相伴概率p ( o 3 3 9 ) 大于给定的显著性水平q ，接受原假设，即心率增长率与坡长不相关。 内蒙古农业大学硕士学位论文 3 3 通过上述偏相关分析，比较各偏相关系数值的大小，得出以下结论：驾驶员在林 区公路重载下坡行驶时，心率增长率的主要影响因素为纵坡坡度和行驶速度。与空载 下坡不同的是，行驶速度对驾驶员心理紧张的影响要大于坡度。 4 3 心率模型的建立 由于回归方程是在样本数据基础上得到的，回归方程是否真实地反映了事物总体 间的统计关系以及回归方程能否用于预测等都需要进行检验，该检验包括回归方程的 拟合优度检验、回归方程的显著性检验、回归系数的显著性检验等。本文使用数理统 计软件s p s s 建立多元回归方程，同时进行该三项显著性检验： ( 1 ) 拟合优度检验： 回归方程的拟合优度检验就：是要检验样本数据聚集在样本回归线周围的密集程 度，从而判断回归方程对样本数据的代表程度。对于多元回归方程的拟合优度检验一 般用判定系数r 2 的调整值芹实现。o - 2 l ，- 2 越接近1 ，拟合程度越高；反之， 页。越接近0 ，拟合程度越低。 ( 2 ) 回归方程的显著性检验( f 检验) ： 回归方程能够较好地反映因变量和自变量之间统计关系的前提是因变量和自变 量之间确实存在显著的线性关系。回归方程的显著性检验是对因变量与所有自变量之 间的线性关系是否显著，用线性模型来描述它们之间的关系是否恰当。回归方程的显 著性检验一般采用f 检验。f 统计量服从第一自由度为k ，第二自由度为n - k 1 的f 分布( 其中n 表示样本数，k 表示自变量个数) 。若f 统计量所对应的相伴概率为p l ， 给定的显著性水平为a l ( 一般取值为o 0 5 ) ，当p l a l 时，认为自变量与因变量之间存 在显著的线性关系，回归方程显著，可以用线性模型描述和反映它们之间的关系；反 之，当p l l 时，则认为自变量与因变量之间不存在显著的线性关系，回归方程不显 著，用线性模型描述和反映它们之间的关系是不恰当的。 ( 3 ) 回归系数的显著性检验( t 检验) ： 回归系数的显著性检验的主要目的是研究回归方程中的每个自变量与因变量之 间是否存在显著的线性关系，也就是研究自变量能否有效地解释因变量的线性变化， 它们能否保留在线性回归方程中。回归系数的显著性检验一般用t 检验。t 统计量服 从自由度为n k 1 的t 分布( 其中n 表示样本数，k 表示自变量个数) 。如果t 统计量 所对应的相伴概率为p 2 ，给定的显著性水平为a 2 ( 一般取值为0 0 5 ) ，当p 2 a 2 时，则认 为该自变量与因变量不存在显著的线性关系，应剔除出回归方程。、 4 3 1 空载直线上坡路段心率模型的建立 使用数理统计软件s p s s 进行多元回归分析，结果如下： 基于驾驶员心理与生理反应的林区道路纵坡研究 裹2 6 回归模型1 的判定系数 表2 8 回归模型1 的回归系数 根据上面的回归分析，得到空载直线上坡时的心率变化回归方程： i =