CN105181000A - 环境因素对隧道运营安全性影响的测试方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的环境因素对隧道运营安全性影响的测试方法及装置，本发明利用虚拟现实技术，无需到实际运营的隧道中对不同环境病害进行直接测试，并且能够提高运营隧道不同环境分级及对行车安全性影响评估的效率，实现了在虚拟运营隧道场景中定量测试不同环境量对隧道运营功能性和安全性的影响，为运营隧道不同环境分级评价提供了一种高效、节能的新方法，大大减少了人力和物力成本，提高了测试的准确性。

Description

环境因素对隧道运营安全性影响的测试方法及装置

技术领域

本发明涉及隧道工程，尤其涉及一种环境因素对隧道运营安全性影响的测试方法及装置。

背景技术

随着我国经济水平的不断提高，汽车行业发展迅猛，车辆密集化、行车高速化、轿车家庭化和驾驶员非职业化已经是发展的必然趋势。但是由于车辆数量和驾驶人数的迅速增加，交通事故率逐年上升，行车安全问题已经得到了人们的广泛关注。隧道作为埋置于地层内的工程建筑物，是人类利用地下空间的一种形式，隧道为人们带来交通便利的同时，如何安全管理好隧道，充分发挥隧道的经济效益与社会效益,这一问题已明显的摆在了隧道营运管理者面前。

在隧道内，任何一个元素都可能会影响隧道的正常运营，如隧道内渗水、衬砌掉块、机电设施脱落和不同照明度等因素，现有的技术手段难以测试这些环境因素对隧道运营功能性和安全性的影响，传统的运用数学模型方法对交通行为进行理论分析存在很大的难度，而现场实证，又受到实际场景的条件限制且存在安全问题。因此，亟需一种新的测试手段，来尽可能的避免隧道内事故发生，保证隧道内的安全，保障过往司乘人员的生命安全，减少国家财产损失。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种环境因素对隧道运营安全性影响的测试方法及装置，以解决上述问题。

本发明提供的环境因素对隧道运营安全性影响的测试方法，包括

a.构建隧道内不同环境条件下的汽车驾驶的虚拟环境，

b.采集处于对应的环境因素条件下的虚拟环境中进行模拟驾驶的驾驶员的行为信息，

c.通过对采集信息进行分析评价，判定隧道内不同环境因素对隧道功能性和安全性的影响。

进一步，步骤c还包括：

c1.统计驾驶员在不同环境条件下的行为信息，并将行为信息分为不同的等级；

c2.统计虚拟的隧道环境中的不同环境因素信息，根据环境因素进行分级；

c3.将行为信息等级和环境因素等级匹配对应，确定隧道虚拟环境的行车功能性和安全性，其中，行车安全性也具有不同的安全等级。

进一步，所述环境因素包括隧道内渗漏水、衬砌掉块、机电设施脱落和不同照明度。

进一步，步骤b中所述的驾驶员的行为信息包括驾驶员的注视信息和驾驶员的动作信息。

进一步，所述驾驶员的注视信息包括注视持续时间、注视时间百分比、平均注视时间、注视次数百分比、扫描眼动平均速度和瞳孔面积大小；所述驾驶员的动作信息为驾驶员改变车辆行驶状态的操作信息。

进一步，所述虚拟环境包括虚拟视景、场景音效和车辆运动仿真。

一种环境因素对隧道运营安全性影响的测试装置，包括输入单元、输出单元、主控单元、用于模拟出不同的隧道内不同环境的虚拟环境的虚拟环境呈现单元和用于采集驾驶员行为信息的采集单元，主控单元通过对采集单元的采集信息进行分析评价，判定隧道内不同环境因素对隧道功能性和安全性的影响，

所述虚拟环境呈现单元和采集单元分别于主控单元连接，所述输入单元与主控单元的输入端连接，所述输出单元与主控单元的输出端连接。

进一步，所述虚拟环境呈现单元包括立体折幕和视频头盔，所述立体折幕和视频头盔分别与主控单元连接。

进一步，所述采集单元包括用于采集驾驶员注视信息的眼动仪和用于采集动作信息的传感器组。

进一步，还包括用于驾驶员与虚拟场景进行交互的交互单元，所述交互包括光学位置追踪器、手持终端和驾驶模拟器。

本发明的有益效果：本发明利用虚拟现实技术和眼动仪的结构原理，建立了测试运营隧道内不同环境病害对行车安全性影响的虚拟现实实验平台，无需到实际运营的隧道中对不同环境病害进行直接测试，并且能够提高运营隧道不同环境分级及对行车安全性影响评估的效率，实现了在虚拟运营隧道场景中定量测试不同环境量对隧道运营功能性和安全性的影响，为运营隧道不同环境分级评价提供了一种高效、节能的新方法，大大减少了人力和物力成本，提高了测试的准确性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1是本发明的原理示意图。

图2是本发明的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：图1是本发明的原理示意图，图2是本发明的流程示意图。

如图1、2所示，本发明中的环境因素对隧道运营安全性影响的测试方法，包括

a.构建隧道内不同环境条件下的汽车驾驶的虚拟环境，

b.采集处于对应的环境因素条件下的虚拟环境中进行模拟驾驶的驾驶员的行为信息，

c.通过对采集信息进行分析评价，判定隧道内不同环境因素对隧道功能性和安全性的影响。

本发明利用虚拟现实技术，构建用于汽车驾驶的虚拟环境和用于驾驶的车辆，产生“汽车-驾驶员-隧道”的闭环系统，在这一闭环系统中驾驶员模拟驾驶汽车，可根据运营隧道场景中出现的不同环境的虚拟视景、场景音效和车辆的运动仿真等虚拟环境，使驾驶员沉浸到这一环境中，并根据虚拟场境中产生的触觉，听觉和视觉，变换相应的驾驶动作，使得虚拟驾驶车辆的位置在行驶环境中不断变化，以产生驾驶员和虚拟环境的交互，通过对驾驶员行为信息和车辆的运动情况，实现研究运营隧道内不同环境对行车安全性影响的评估。

在本实施例中，步骤a还包括通过虚拟环境呈现设备构建汽车驾驶的虚拟环境，通过虚拟环境模拟出隧道内不同的环境因素，如隧道渗水、衬砌掉块、机电设备脱落和不同照度等环境，所述虚拟环境包括虚拟视景、场景音效和车辆运动仿真。所述虚拟呈现设备用于模拟出隧道内不同环境的虚拟环境。本实施例采用Unity3D软件平台，用于隧道内不同环境的虚拟场景的设计，人与虚拟环境进行交互等应用开发，与虚拟现实外围设备的通信和控制，虚拟呈现设备主要包括立体折幕和视频头盔，通过虚拟呈现设备构建一个3D虚拟环境。

在本实施例中，步骤b中所述的驾驶员的行为信息包括驾驶员的注视信息和驾驶员的动作信息。基于隧道路段环境特点、事故特征以及驾驶员动态视觉特性，利用眼动仪记录驾驶员眼动数据，通过对眼动行为的分析，有效量化驾驶员的眼动行为，有利于找到驾驶员的行为规律，再结合驾驶员做出相应眼动时隧道内的虚拟环境，并以此为运营隧道内不同环境病害对行车安全影响评估提供了新的实验方法。具体地，驾驶员的注视信息包括注视持续时间、注视时间百分比、平均注视时间、注视次数百分比、扫描平均速度和瞳孔面积大小；所述驾驶员的动作信息为驾驶员改变车辆行驶状态的操作信息。

在本实施例中，步骤c还包括

c1.统计驾驶员在不同环境条件下的行为信息，并将行为信息分为不同的等级；

c2.统计虚拟的隧道环境中的不同环境因素信息，根据环境因素进行分级；

c3.将行为信息等级和环境因素等级匹配对应，确定隧道虚拟环境的行车功能性和安全性，其中，行车安全性也具有不同的安全等级。

本实施例中，将行为信息分为：轻微行为信息、一般行为信息、严重行为信息以及特别严重行为信息，各等级的行为信息是注视信息和动作信息的变化量作出的，比如，将油门、刹车以及方向盘的变化量和注视信息变化量分为四个区间段，即A-B,B-C,C-D以及D-E，其中，A＜B＜C＜D，将不同的环境因素也分为四个等级，包括环境良好、环境一般、环境恶劣以及环境特别恶劣。当环境良好时，行为信息位于区间A-B，那么此时行车为安全，一般A取值为0；当环境一般时，行为信息位于区间B-C，那么此时行车为较为安全，但是需要驾驶员注意；当环境恶劣时，行为信息位于区间C-D，那么此时行车危险，需要立即终止隧道运营；当环境特别恶劣时，此时行为信息的区间为D-E，则此时行车极为危险，需要立即终止隧道运营，并立即对隧道进行抢修，以免出现塌方等恶化事故。由于在模拟环境中，没有其他车辆的影响，因此，行为信息与环境因素具有一一对应关系，从而能够准确反映隧道内环境因素对行车安全性和功能性的影响。判断环境因素分级需要综合考虑隧道内的各种影响汽车行驶安全的因素，如渗水、衬砌掉块、机电设施脱落和不同照度，针对渗水情况，需要考虑渗水的位置和渗水的密集程度，针对衬砌掉块需要考虑掉块的位置和掉块的大小、频率，针对机电设施脱落，需要考虑机电设施处于掉落状态，还是即将掉落状态，以及掉落后设施在地面碎片的影响，针对照明需要考虑照明的覆盖区域以及不同覆盖区域内的亮度情况，由于在不同的覆盖区域对驾驶员的影响也会不同，例如入口处、隧道中段和出口处对照明的亮度需求是不同的，需要综合考虑位置对驾驶员的视力影响。将每种环境因素对行驶安全的影响分别分级，然后再综合隧道内的状况，考虑各因素之间的联系划分合理的安全级别，例如，根据各环境因素对应发生的位置，如果在照明亮度低的区域出现机电设施脱落或渗水，这种多个因素在同一区域互相重叠的情况，会使驾驶员注意力受到严重影响，导致隧道内更容易发生事故，所以需要划分合理的安全级别。通过上述方法为运营隧道内不同环境病害对行车安全影响评估提供了一种新的实验方法，为研究预防和减轻交通事故提供了新的手段。

相应的，本发明还提供了一种环境因素对隧道运营安全性影响的测试装置，包括输入单元、输出单元、主控单元、用于模拟出不同的隧道内不同环境的虚拟环境的虚拟环境呈现单元、用于采集驾驶员行为信息的采集单元和用于驾驶员与虚拟场景进行交互的交互单元。

所述虚拟环境呈现单元包括立体折幕和视频头盔，所述立体折幕和视频头盔分别与主控单元连接。

所述采集单元包括用于采集驾驶员注视信息的眼动仪和用于采集动作信息的传感器组。

所述输入单元包括方向盘、油门和制动器，所述输出单元包括六自由度运动平台用于还原虚拟环境中汽车的运动。

在本实施例中，所述驾驶员的动作信息包括改变行驶方向、车辆加速、车辆减速和驻车信息，通过传感器组分别采集上述信息，优选地，可以通过压力传感器采集刹车和油门踏板信息，通过位移传感器采集方向盘转动信息，并通过车载电脑中的车辆运行数据进行综合比较，本领域技术人员可以通过多种方法手段实现上述的采集目的，在此不再赘述。

所述交互包括光学位置追踪器、手持终端和驾驶模拟器。

本实施例中，可以实现在自主研发的虚拟运营隧道场景中定量测试不同环境因素对隧道运营功能性和安全性的影响，为运营隧道不同环境因素病害对行车安全性和功能性的影响评价提供了一种高效、节能的新方法。根据风险程度等级与隧道安全等级一一对应，即可完成对不同环境因素病害对隧道安全性影响的测试，也可以根据测试的结果，重新制定隧道不同环境因素情况的安全性评价标准或对现有的评价标准进行完善。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种环境因素对隧道运营安全性影响的测试方法，其特征在于：包括

a.构建隧道内不同环境条件下的汽车驾驶的虚拟环境，

b.采集处于对应的环境因素条件下的虚拟环境中进行模拟驾驶的驾驶员的行为信息，

c.通过对所述信息进行分析评价，判定隧道内不同环境因素对隧道功能性和安全性的影响。

2.根据权利要求1所述的环境因素对隧道运营安全性影响的测试方法，其特征在于：步骤c还包括：

c1.统计驾驶员在不同环境条件下的行为信息，并将行为信息分为不同的等级；

c2.统计虚拟的隧道环境中的不同环境因素信息，根据环境因素进行分级；

c3.将行为信息等级和环境因素等级匹配对应，确定隧道虚拟环境的行车功能性和安全性，其中，行车安全性也具有不同的安全等级。

3.根据权利要求1-2任一权利要求所述的环境因素对隧道运营安全性影响的测试方法，其特征在于：所述环境因素包括隧道内渗水、掉块、机电设施脱落和照明度。

4.根据权利要求3所述的环境因素对隧道运营安全性影响的测试方法，其特征在于：步骤b中所述的驾驶员的行为信息包括驾驶员的注视信息和驾驶员的动作信息。

5.根据权利要求4所述的环境因素对隧道运营安全性影响的测试方法，其特征在于：所述驾驶员的注视信息包括注视持续时间、注视时间百分比、平均注视时间、注视次数百分比、扫描眼动平均速度和瞳孔面积大小；所述驾驶员的动作信息为驾驶员改变车辆行驶状态的操作信息。

6.根据权利要求4所述的环境因素对隧道运营安全性影响的测试方法，其特征在于：所述虚拟环境包括虚拟视景、场景音效和车辆运动仿真。

7.一种环境因素对隧道运营安全性影响的测试装置，其特征在于：包括输入单元、输出单元、主控单元、用于模拟出不同的隧道内不同环境的虚拟环境的虚拟环境呈现单元和用于采集驾驶员行为信息的采集单元，主控单元通过对采集单元的采集信息进行分析评价，判定隧道内不同环境因素对隧道功能性和安全性的影响，

所述虚拟环境呈现单元和采集单元分别于主控单元连接，所述输入单元与主控单元的输入端连接，所述输出单元与主控单元的输出端连接。

8.根据权利要求7所述的环境因素对隧道运营安全性影响的测试装置，其特征在于：所述虚拟环境呈现单元包括立体折幕和视频头盔，所述立体折幕和视频头盔分别与主控单元连接。

9.根据权利要求7所述的环境因素对隧道运营安全性影响的测试装置，其特征在于：所述采集单元包括用于采集驾驶员注视信息的眼动仪和用于采集动作信息的传感器组。

10.根据权利要求6-9任一权利要求所述的环境因素对隧道运营安全性影响的测试装置，其特征在于：还包括用于驾驶员与虚拟场景进行交互的交互单元，所述交互包括光学位置追踪器、手持终端和驾驶模拟器。