为什么要研究坡度和光照条件对水下隧道驾驶员行为的影响？
与公路隧道相比，水下隧道在隧道入口处具有长而陡的斜坡。加上狭窄的环境和光线波动，进一步危及水下隧道的驾驶安全。随着越来越多水下隧道的建成，研究坡度和光照条件对水下隧道驾驶员行为的影响是有必要的。
日前，一篇使用驾驶模拟器和驾驶人因设备研究照明和纵向坡度对水下隧道驾驶员行为影响的研究成果发表于隧道与地下空间技术（Tunnelling and Underground Space Technology）期刊，研究结果为运输管理机构提供指导，以减少水下隧道中的驾驶工作量和追尾事故的可能性。
研究简介
由于严重的碰撞后果和高昂的经济损失，隧道交通事故一直是交通部门关注的重点，与开放路段不同，隧道安全问题主要由光照条件突然变化和封闭环境引起。一方面，人眼对隧道环境的适应缓慢，大大增加了视觉需求，又是甚至会导致短暂性失明（(Du et al.,2014) 。另一方面，空间有限的侧壁会给驾驶员带来进一步的心理压力和焦虑。
与大多数超长的隧道一样，水下隧道在过去十年中发展迅速，水下隧道不同于普通公路隧道的独特之处在于，前者通常在隧道入口处有一个长而陡的向下的斜坡，这一特征被证明与水下隧道的碰撞频率呈正相关。加之狭窄的封闭环境和光线波动，斜坡可能使水下隧道的行车安全更加复杂。
许多研究人员已经从多种角度分析了隧道行车安全，然而，隧道设计、照明和道路线性的影响通常被单独研究，无法获取真正影响每个功能以及对驱动程序的交互影响。并且，关于封闭隧道环境和光照变化影响的研究结果往往混淆。此外，以往研究往往将隧道入口处脑力负荷的增加归因于亮度水平的快速变化，而忽略了隧道环境也对工作负荷产生影响的可能性。
因此，该研究的目的则是探索照明、纵向坡度和隧道环境对水下隧道驾驶员行为的精确影响和综合影响。
研究方法
01 参与者
通过互联网论坛和指定的驾驶机构招募了35名至少两年持有有效驾驶执照的参与者。实验过程中，除了一位的驾驶表现数据未能与生理数据同步外，所有参与者都完成了研究，没有出现任何模拟疾病，也没有观察到异常行为。因此，本研究共纳入了34名参与者（男性28名，女性6名），参与者年龄在22-49岁之间（平均28.4岁，标准差6.55岁），平均驾驶经验为6.66年，标准差为6.06年。
02 研究设备
图1.带隧道场景的驾驶模拟器（左）、带校准板的眼镜式眼动追踪系统（右上）和带传感器的生理测量仪（右下）。
如图1所示，实验在赢富仪器科技（上海）有限公司的驾驶模拟实验室进行，实验室配备了三自由度实车驾驶舱，SILAB驾驶模拟仿真软件，180°环幕投影，以及驾驶人因测试设备。
使用了采样率为60Hz的Dikablis眼动仪用于收集眼动追踪数据，可穿戴无线生理仪PhysioLab测量心电图（ECG）和皮肤电导水平（SCL）。所有数据都在D-LAB多模态心理人因同步软件中同步记录，以确保同步处理。
03 实验设计
共测试了12种驾驶场景（3个级别的亮度和4个级别的纵向坡度），每个场景包括开放路段和隧道路段，隧道断面的水平和纵向设计如图2所示。
图2.纵向(上)与水平(下)相对应的隧道断面试验设计
隧道驾驶模拟的重要部分是隧道出入口的光线光线过渡，为了模拟光线过度，在本研究中，采用了调整模拟器系统内部亮度级别的命令。
亮度级别的转变由模拟器系统从白天更改为夜间的事件触发，事件设置在隧道入口前方50m，当车辆到达指定位置时，系统事件将相应调整。当驾驶模拟器系统的时间为中午时，场景明亮清晰，通过将其转为夜景，驾驶模拟器可以从隧道灯具和车辆前大灯中产生光，提供相对真实的感觉与实际体验，选择了亮、微亮、暗三个级别的隧道照明，分别对应于系统时间的12点、20点和23点。需注意避免环境光的干扰。从开阔道路到隧道入口的亮度变化如图3所示。
图3.不同隧道照明条件下隧道入口处的亮度变化
通过对中国水下隧道线形的调查，纵向坡度（隧道段的前800m）在4个水平上变化，分别为2.5%、3.0%、3.5%和4.0%。
研究结论
研究旨在了解亮度、纵向坡度和隧道环境对驾驶员在水下隧道驾驶性能、眼睛活动和生理唤醒方面的影响。根据驾驶模拟器研究的结果，进行了跨场景和跨时间的比较，主要发现如下：
1) 在水下隧道入口处，驾驶性能主要受纵向坡度的影响，而眼球运动和生理唤醒主要受亮度的影响。
2）水下隧道入口亮度和坡度的组合结构对驾驶员瞳孔大小和心率变异性SDNN (Standard deviation of NN intervals，时域分析指标)，并且当斜率水平大于3.0%时会进一步增加。另一方面，在不同亮度下，对SDNN的交互作用并不明显，结果相互矛盾。
3）在暗光（亮度降低57.50%）和4.0%坡度水平下，水下隧道发生追尾事故的可能性要高得多。应避免这些情况，以降低水下隧道的碰撞风险。
4）在封闭的隧道环境中，即使没有光照的影响，仍然导致行驶速度、SDLP（standard deviation of lateral position，横向位置标准偏差）、瞳孔面积和SDNN发生显著变化，这些变化表明驾驶工作量有所增加。然而，未能根据这些指标的变化趋势来区分认知工作量和视觉工作量之间的类别。
研究结果可以为运输管理机构提供指导，以减少水下隧道中的驾驶工作量和追尾事故的可能性。
在隧道驾驶模拟器研究中，进一步研究心率变异性的可靠性似乎是必要的。此外，还需要对隧道环境所施加的工作量进行更集中的实验设计。
关于此论文的更多信息，如实验设计和实验过程以及数据分析和讨论等，您可以通过此链接：https://doi.org/10.1016/j.tust.2022.104367 完整阅读。
本研究中所使用的研究设备和部分技术支持由赢富仪器提供，如需获取相关设备方案及报价，欢迎致电4006-111-556详询！
