一、选题背景和意义：随着我国经济不断发展和交通运输需求水平的不断提高，地下公路隧道正在快速发展，以减轻地面运输的压力并创建新的道路网络。如今，中国已成为世界上最大的公路隧道建设者。可以说，隧道交通在我国道路交通中占据了举足轻重的位置。而隧道运行安全则日趋成为公路从业者关注的重点问题。对于公路一般路段的线形设计，我国已有较为统一和完善的规范，但隧道路段运行条件复杂、影响因素较多。公路隧道由于其特殊的管状结构而成为半封闭的空间，当白天驾驶员从外部环境进入隧道时，隧道的这种特征导致“明-暗-亮”的变化过程，并导致其出现眼睛出现不适应的情况，从而影响驾驶表现进而引发交通事故。同时由于其特殊的结构，导致驾驶员在有限的内部空间和隧道内部低能见度的环境下出现心理恐慌。所有这些都极大增加了隧道交通出现事故的几率。尽管一些研究表明，与外面宽敞的道路相比，隧道内部发生的事故更少，但发生事故的严重性却比外部道路更高。因此，研究和分析驾驶员在隧道内行车安全性对制定安全驾驶和减少交通事故的策略具有重要意义。由于驾驶员在驾驶时获取信息的主要手段是视觉，因此本文会基于视觉特性对此进行研究。
二、课题关键问题及难点：在正常驾驶过程中，驾驶员会通过后视镜和扫视获得几乎所有与驾驶安全有关的信息。因此主要要弄清楚驾驶员的视觉基本特性，视觉与驾驶控制的基本关系。在此基础上探讨视觉特征与驾驶安全的关系。而驾驶员眼部动作通过眼动速度和加速度分为注视（眼动速度lt;30°/ s和加速度lt;8000°/ s2），扫视（眼动速度） gt; 30°/ s或加速度gt; 8000°/ s2）和眨眼，由于驾驶员的眨眼行为与注视和扫视相比提供的信息相对较少，因此在研究视觉特征时主要研究注视与扫视。而收集驾驶员在行驶过程中的眼动数据及其后处理则成为关键，也直接影响了研究的结果。在测量数据时要综合考虑天气，光亮及周围环境的影响，同时也要剔除错误的数据。除了实地测量外，还需要利用BIM与UC-Win/Road等软件建立隧道模型，进行驾驶员室内仿真驾驶试验，获取驾驶过程中的驾驶员的生心理及眼动参数，通过试验数据的对比分析室内外试验的一致性。对于UC-Win/Road 虚拟驾驶平台BIM revit建模软件学习及使用也是难点之一。现在受到疫情影响，实验可能难以进行，需要找到代替实验的方法。同时由于难以得到准确的数据，故对于隧道内行车安全性的研究可能不够深入，故对于进隧道前和出隧道时的眼动特征也给予考虑，以扩大研究面来弥补研究点不够深入的缺陷。
三、文献综述（或调研报告）：概括的说，公路隧道的不安全因素有两个方面，即火灾和交通事故，及由此产生的二次灾害。而火灾主要是由于交通事故或车辆起火引发的，如果研究隧道行车安全，揭示隧道交通事故规律，必然会减少事故的发生，相应的也会降低火灾的发生。由于视觉信息对驾驶的重要性及其与事故的因果关系，现在已经有大量对驾驶者的眼动特性的研究，而这些特性恰恰与驾驶安全性有关。很多研究通过眼动数据的分析来研究新，老驾驶员之间的差异，结果表明，新手驾驶员的视线范围较窄，往往只会注意车辆前方，而有经验的驾驶员往往会注意前后左右车辆及环境的变化。还有的研究把重点放在道路状况与驾驶员眼睛运动的关系上，他们在昏暗的房间中设计了一个用计算机模拟隧道的实验，以研究驾驶员在直线段和转弯时眼睛运动的变化。结果表明，扫视的次数与隧道转弯数成正相关，转弯期间与隧道直线段相比扫视的次数大大增加，而注视的次数减少。此外，有关驾驶员进入隧道时眼动行为的研究主要有两种。第一种将在驾驶模拟器或其他模拟环境中进行的研究。第二种则是在真实道路环境中进行的研究。与在实际道路上进行的实验相比，在驾驶模拟器中进行的实验更便宜，更容易实现并且风险更低，但由于驾驶员的行为可能与实际道路上的行为有所不同，因此它们存在局限性。而在真实道路环境中的实验，虽然可以收集到最真实的数据，但花费较大，安全性存在隐患，尤其是在夜晚，所以一般实地实验都在白天进行。除了上述研究，由于公路隧道结构和环境的特殊性,不可避免存在空间封闭、照度低、环境单调等问题。这种特殊环境必然会影响驾驶人的心理和生理状态,进而影响驾驶行为。车辆在行驶过程中，驾驶人不断釆集道路环境信息，以做出判断、决策，不断修正驾驶行为。但由于公路險道封闭、管状且空间狭小、造成内部环境单调、光照度、温度、湿度等内外差异较大。在隧道环境中行车时，驾驶人生理和心理都会发生不同变化。这种变化不仅会影响驾驶人对周边环境信息的正确感知，且会直接影响驾驶人的驾驶行为。同济大学的潘晓东从医学和工程相结合的角度，以心率、血压为研究指标，研究了在山区道路上行驶时驾驶人心理、生理反应与道路平面线形的关系，并用其评价现有公路的行车舒适和安全性。运用相关结论，对低等级山区公路平面线形各项参数，提出了合理的取值范围。长安大学的丁光明研究表明驾驶人在长隧道及特长隧道入口前后区段，平均注视时间增加，注视次数逐渐减少，特别是隧道前注视次数减少明显；扫视幅度随着距隧道入口距离减小而减少，眼睛更加关注入口及周围较小范围内的信息；进隧道后瞳孔面积迅速增加，呈指数函数增长。驾驶人心率增量波动较大；在入口前呼吸率水平明显低于入口后，车辆在进入隧道前驾驶人会减速，以相对低的速度进入隧道，待基本适应隧道环境后，车速增加。而在长隧道及特长隧道出口段，注视时间逐渐降低，出隧道后变化平稳；注视次数呈上升趋势，隧道外高于隧道内。驾驶人心率增量在隧道出口段以小幅波动，并呈现出较为明显的上升趋势，心率增量变化峰值一般出现在隧道出口后处；呼吸率变化呈现出一致的“阶梯上升”趋势，上升过程出现在隧道出口至出口后区域。驾驶人自发现隧道出口起，会提高行车速度，以求尽快离开隧道环境。只有综合考量驾驶员眼动数据与驾驶行为及生心理指标的相关性，从而才能分析隧道内驾驶员行车安全性。
四、方案（设计方案、或研究方案、研制方案）论证：本文分析驾驶员的视觉基本特性，视觉与驾驶控制的基本关系，并针对隧道路段进行驾驶行为的视频记录/驾驶仿真和分析，探讨驾驶员视觉特征与驾驶安全的关系。对驾驶员视觉角度及凝视点进行标定，测得驾驶员的视野范围与凝视区域等,进一步研究驾驶员的视觉特性与生心理指标的相关性，分析隧道内驾驶员行车安全性并提出针对性安全保障措施。相关的研究在之前已有很多，理论基础也已经很明确，即驾驶员的驾驶表现与其生心理状况息息相关，而生心理状况的指标化则是其眼动数据和心率等。而本文的研究则是要对驾驶员的驾驶表现和其视觉特性及生心理指标做一个综合的考量，这也是创新点所在，之前的研究只停留在两者之间的关系，即驾驶表现与视觉特性或是驾驶表现与生心理指标，鲜有将三者统一起来的。而三者又是不可分割的关系，往往是牵一发而动全身，人生心理状况的变化影响视觉特性，从而反馈在驾驶表现上，而本文恰恰是来研究它们背后的关系。研究的思路在开头已经给出，但待解决的问题还有很多，比如眼动数据的收集中，如何使用BIM和UC-Win/Road等软件建立隧道模型来进行驾驶员室内仿真驾驶试验,实地实验时眼动仪的使用，模拟器和实地实验的数据是否一致，如何对数据中的错误数据进行排除以及异常数据的产生原因，最后又如何将其与驾驶员的驾驶行为相联系；还有应该选用什么指标来代替生心理状况的变化，又如何将这项指标与驾驶员的视觉特性相结合，结合之后又该如何对其进行建议。等等一系列问题都需要之后进行解决。原始的条件及数据包括相关参考文献；眼动仪 、多通道生物反馈仪 、驾驶仿真 UC-win/Road软件（电脑） 、脚踏板和方向盘 、行车记录仪 、照相机（存储卡） 、相机三脚架等。在测量中，我们主要对扫视和注视进行收集，而眨眼由于信息量太少不予与记录，扫视与注视的持续时间，扫视的范围即视野范围，注视点的区域即凝视区域，都是要观测的目标。至于驾驶员的生心理指标，可以选用瞳孔尺寸或者心率，考虑到仪器问题，还是以瞳孔尺寸来表示，人的瞳孔大小不仅可以调节进入眼睛的光量，还是映射精神负荷最普遍的眼动指标，也就意味着它不仅对亮度变化做出反应，还能反映认知的过程。通过已有的研究了解到，瞳孔大小与光线条件呈负相关，与问题难度成正相关，即，当亮度降低或问题难度增大时，观察到的瞳孔更大。当然，照明的变化是主要的影响因素。同时平均瞳孔大小与车辆速度之间呈负相关。意味着随着车速的增加，瞳孔尺寸减小，从而驾驶员的动态视觉效果也随之增强。瞳孔尺寸的减小旨在改善动态视敏度并提高识别目标的能力。因此选择瞳孔尺寸作为生心理指标。以上可知，对于主要数据的收集，现有的仪器是可以实现的。
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