基于随机效用理论的城市道路车辆自由换道行为研究

为深入分析城市道路驾驶员换道行为的影响因素，基于大连市西南路路段的车辆运行轨迹 数据，引入随机效用理论，建立了城市道路车辆自由换道模型，并对模型进行了标定和验证，且 应用弹性理论定量分析了换道概率对不同因素的敏感度。结果表明，所建模型可以较好地预测车 辆的自由换道行为；驾驶员换道决策对本车与当前车道前方车辆之间的车头间距最为敏感；相对 于当前车道前方空隙的刺激，相邻车道驾驶环境的诱惑对驾驶员换道决策的影响较小，说明在前 方无不利刺激（狭小的驾驶空间或加速空间） 的情况下，驾驶员在行驶过程中倾向于保持在当前 车道。该研究结果可进一步应用于城市道路换道行为的微观仿真研究中，以提高其仿真精度。     

高速公路车辆换道行为风险研究

换道作为车辆的基本驾驶行为之一,对道路上车辆的运行安全有着至关重要的影响.针对高速公路上换道行为导致事故频发的现状,通过对换道车辆及其相邻车辆在换道过程中的运行特征及位置、速度关系进行分析,构建车辆安全换道模型.研究结果表明:通过对不同换道特征的换道行为进行MATLAB仿真,可确定车辆之间的不同速度、加速度情况及驾驶员反应时间下的动态安全距离,以此来确定换道安全和风险的动态临界阈值,为自动驾驶换道预警系统提供理论上的支撑.     

基于社会力的驾驶员换道决策行为建模

为建立更加简单的换道决策模型和考虑换道车辆和目标车道车辆间的相互作用,在换道效用和安全间隙选择的传统方法基础上,将社会力跟驰模型与换道模型相结合,提出了一种基于社会力的驾驶员主动换道决策行为模型.首先,以社会力模型中跟驰力作为各车道运行效用函数,构建换道目标车道选择效用模型;其次,考虑换道过程车辆纵向安全性,利用跟驰力搭建换道车辆和目标车道车辆间相互作用效用模型以对安全间隙选择进行约束;最后,对所建立的模型利用NGSIM（next generation simulation）数据和MATLAB遗传算法工具箱中genetic algorithm函数对多车道下驾驶员换道决策行为（不换道、向右换道、向左换道）进行标定和验证.研究结果表明:基于社会力的主动换道决策模型能够很好地识别出驾驶员的换道决策行为,最优参数在标定数据中对不换道、向右换道、向左换道的识别率分别达到了93.44%、93.14%和90.77%,验证数据中换道决策行为识别率分别达到了86.16%、80.00%和80.27%;标定和验证的单个识别率都在80.00%以上,整体识别率分别达到92.66%和83.28%.      

强制性换道的空间特征对分流区交通流的影响

为研究车辆在多车道分流区的跟驰换道行为，将强制性换道划分为激进型和保守型.在考虑驾驶员换道需求与空间位置关系的基础上，量化两种强制性换道行为的转换条件，并给出车辆强制性换道规则；对跟驰模型中的减速度参数进行优化，建立多车道下分流车辆的跟驰换道模型；采用实际数据标定模型中关键参数，并验证模型的可行性.仿真结果表明：分流车辆的横向空间分布对交通流的干扰具有显著性影响；当分流车辆集中在最左侧车道时，中间2车道的运行速度波动明显，折减量最大时达到51.4%，恢复稳定所需时间更多；通过 4组实验场景发现，分流车辆的合理空间分布对交通流运行速度有较大的改善作用.     

临近交叉口的车辆跟驰换道行为研究

临近交叉口的车辆往往呈现出复杂多样的跟驰换道行为.基于二维最优速度(OV)交通流模型,本文构建了一个改进的双车道车辆跟驰换道模型,以刻画交叉口前路段上的车辆跟驰换道机制及车流宏观特征.借助模型分析了换道车辆比例、换道期望参数和跟驰安全距离等对交通流宏观特征的影响.结果表明:换道车辆比例对通过停车线的进口道流量有负面影响,换道行为越多,进口道流量越小.换道期望参数越大,换道成功率越大;当道路拥堵时,增大换道期望会减少进口道流量.增大安全距离,容易提升换道成功率但会减小进口道流量,同时促使拥堵发生.     

基于换道概率分布的多车道交织区元胞自动机模型

交织区是快速路系统的重要组成部分，由于车辆频繁换道、相互作用复杂，容易造成交通瓶颈。本文提取城市多车道交织区时间分辨率为0.1 s、空间分辨率为0.1 m·px-1 的高精度车辆轨迹，分析交织区及相邻路段的交通流和车辆行为特性，提出分区元胞自动机模型。在上游和下游换道模型中，建立基于速度差、车辆间距的换道动机规则、间距规则及Logistic换道概率规则。对于交织影响区，建立考虑速度、间距及路径转换需求的换道动机规则，根据安全风险构建换道时机的多步决策规则，提出基于换道频率Gaussian分布模型的换道概率规则，并对主要参数进行灵敏度仿真测试分析，模型具备评估交织区不同换道状态的实际应用潜力。仿真与实测显示，本文 模型流量、速度、密度及换道分布等特性与实际相符，能有效反映车辆在不同位置的换道需求与强度差异性，刻画多车道交织区复杂的换道行为。     

基于元胞自动机的竞争型换道模型

为研究车辆在换道过程中存在的互不相让、相互竞争的现象,运用元胞自动机理论,提出一种竞争型的换道模型。首先,将换道分为换道需求判断和换道实施过程两部分;然后,在需求判断中引入邻车道速度累积优势,在换道实施过程中引入竞争程度定义换道新规则;最后,在不同交通密度下对竞争换道模型进行仿真,并与自由换道和协作换道进行对比分析。结果表明：不同密度下协作换道模型得到的车流量和车辆平均速度均高于其他换道模型;在一定密度范围内,竞争换道得到的车流量和车辆速度比自由换道高;但当密度较高时,竞争换道对车辆的速度以及交通密度可能产生负面影响。这说明协作换道能提高车辆速度,有效缓解交通阻塞;而竞争换道对车辆速度的提升不明显,并且采用竞争换道对交通流有影响,有时可能会降低道路的通行能力。     

基于分子动力学的车辆换道交互行为特性及其模型

传统换道模型中,把前后临界空隙作为参数固定数值,忽视了车辆和车道间的动态交互作用等因素.从分子动力学角度,系统考虑跟驰需求安全特性,从动态的需求安全距离角度研究车辆在“跟驰-换道-跟驰”过程中的行驶状态转换.确保在换道完成时,换道车辆和目标车道后车能以需求安全距离进行跟车行驶,建立了模拟分子动力学的期望安全间距模型,并对模型进行了仿真分析.结果表明,分子动力学特性模型可以把跟驰行为和换道行为很好地结合起来.研究成果为分析车辆运行交互特性,车辆可变限速技术,自适应巡航控制技术等提供理论依据和技术支撑.     

高速公路隧道临近段车辆换道持续时间生存分析

为研究高速公路隧道临近段车辆换道行为,提高隧道路段行车安全水平,在广东省的3条高速公路隧道临近路段开展自然驾驶试验,采集换道车辆的行车轨迹以及周围行车环境等数据。基于采集到的车辆换道数据,采用生存分析的全参数估计方法,考虑不同驾驶人换道风险感知水平的异质性,构建随机参数加速失效时间(AFT)模型,分析隧道临近段行车环境、车辆运行状态等潜在因素对车辆换道持续时间的影响。研究结果表明：相较于固定参数AFT模型,随机参数AFT模型具有更好的拟合优度;至隧道进口的距离、起始车道前车的车速差、换道方向和至目标车道前车距离会对高速公路隧道临近段车辆换道持续时间产生显著影响;车辆换道位置距离隧 道进口越近,至目标车道前车的距离越近,换道持续时间越短;相较于换道车辆车速大于起始车道前车的情况,换道车辆处于非跟驰状态和车速小于起始车道前车时,换道持续时间分别增加 7%和20%。研究结果可为高速公路隧道临近段交通安全设施改善和微观驾驶行为模型构建提供理论依据和方法指导。     

基于分子动力学的车辆换道交互行为特性及其模型

传统换道模型中,把前后临界空隙作为参数固定数值,忽视了车辆和车道间的动态交互作用等因素.从分子动力学角度,系统考虑跟驰需求安全特性,从动态的需求安全距离角度研究车辆在“跟驰—换道—跟驰”过程中的行驶状态转换.确保在换道完成时,换道车辆和目标车道后车能以需求安全距离进行跟车行驶,建立了模拟分子动力学的期望安全间距模型,并对模型进行了仿真分析.结果表明,分子动力学特性模型可以把跟驰行为和换道行为很好地结合起来.研究成果为分析车辆运行交互特性,车辆可变限速技术,自适应巡航控制技术等提供理论依据和技术支撑.     

智能车辆自由换道轨迹规划研究

针对目前传统换道模型存在的两个缺陷:一是忽略了换道过程中前轮转向角为0的情况;二是存在侧向加速度过大、产生跃变或轨迹曲率不连续等问题。通过对其它车辆换道模型的比较,并结合等速偏移轨迹函数其侧向加速度恒为0的优点和正弦函数换道轨迹具有优异平滑性的特点,提出了一种新的换道模型,该模型能够较好的解决已有的一些车道变换模型存在的不足。并用MATLAB仿真实验对几个换道模型进行比较,证实所提出的换道规则的可行性和优势。     

城市干线短交织区元胞自动机多级换道决策模型

为探索城市干线短交织区交通运行特性，基于高精度车辆轨迹数据，提出细化元胞尺寸与步长的交织区元胞自动机多级换道决策模型.划分上下游、交织影响区等多个分区，独立设置变量与规则进行建模；考虑车辆换道速度差、间距及换道安全风险，建立上下游换道模型，交织影响区多级换道决策模型；对未分区换道模型(I)，分区STCA换道模型(II)，分区多路合流换道模型(III)，本文模型(IV)进行仿真验证.与实测数据相比，本文模型平均车道流量误差仅为 1.64%. 模型 I~IV 在交织影响区的平均速度误差分别为 98.35%、23.77%、16.46%、7.45%，换道次数误差分别为33.34%、97.75%、62.97%、11.85%.结果表明，本文模型能有效模拟短交织区复杂的换道行为及交通流特性.     

合流区竞争与协作换道判定方法与特性研究

为提高换道模型的精确性,基于接受间距、车头时距和碰撞时间三指标构建了竞争与协作换道行为的定量判定方法。首先,系统阐述了该方法的实施过程;然后,基于快速路合流区的车辆运行轨迹数据,通过实验验证了该方法的适用性;最后,对道路资源有限条件下的竞争与协作换道行为特性进行了统计分析,着重探讨了接受间距与相对速度关系、换道时间、后随车最大速度变化和加加速度等外显特征,并得到了不同接受间距下的竞争与协作换道概率。研究表明：所提竞争与协作行为的判定方法,能有效识别复杂环境中的换道行为类型;竞争与协作换道的接受间距均服从正态分布,在间距小于8m时,竞争换道发生概率随间距增大而增大,之后则随间距增大而减小;间距大于20m时,协作换道概率达到92.4%,竞争换道概率小于10%。     

基于车辆碰撞约束的换车道安全分析

车辆的行驶行为可分为自由行驶、跟车行驶和换车道行驶等三种不同行为。换车道行驶过程中,车辆容易发生侧刮、对向相撞、追尾等交通事故。根据车辆运动规律,提出了换车道过程中三个避免碰撞约束条件,选择运行速度和加速度为安全评价指标,通过二阶加法评价方法计算危险系数,确定了不同换车道危险系数的安全等级,并以某山区高速公路为例,阐述了换车道安全评价的分析与应用。     

基于GMM-CHMM 的城市道路换道行为识别

高级驾驶辅助系统(ADAS)是提高车内乘员安全性的主动安全系统之一，将车载参数和车辆位置参数相结合，提出一种能够应用到ADAS的城市道路换道行为识别模型. 在西安城市道路环境中进行实验，采集18 位驾驶员的9 个车载实时参数数据，以及前后车辆间的相对速度、相对距离、相对角度，提取412 个换道行为单元和824 个车道保持行为单元，共 88 992 条数据. 运用数理统计方法分析表明，方向盘转角、转向角速度、相对安全距离比在换道行为和车道保持行为之间有显著性差异，在这3 个特征参数的基础上，建立混合了高斯混合模型(GMM)和连续型隐马尔可夫模型(CHMM)的识别模型，用部分样本对模型效能评价. 结果表明，混合模型对换道行为的识别精度为93.6%，具有良好的识别效果，可以很好地应用到 ADAS.     

基于Stackelberg 博弈理论的自主性车道变换模型

本文提出了一种基于Stackelberg 策略的自主式车道变换模型.车道变换是一种 非常复杂的决策过程,很多因素会影响驾驶员做出变换车道的决策.本文关注自主式车道 变换情况,在自主式车道变换中驾驶员希望通过车道变换来得到更好的驾驶环境,例如 更高的速度或者更大的车头时距等.车道变换是一个决策的过程,在这个过程中驾驶员会 权衡诸多的因素并做出决策.在车道变换过程中目标车辆和在目标车道上的后随车辆会 相互产生影响.另外不同的驾驶员有不同的特点,即便在相同的交通环境下也会做出不同 的决策.我们利用Stackelberg 策略理论对驾驶员的车道变换决策行为进行建模,并利用仿 真对所提出的模型进行验证.     

考虑排队阻滞和换道的改进宏观交通流模型

考虑路段上车辆换道及交叉口处排队阻滞作用,对交通流宏观演化模型进行改进.首先在排队中考虑不同车道的速度、密度差异,建立了换道模型;然后在交叉口内部划分各流向排队车辆的累积路径,分析不同的排队溢出位置对其他车流的阻滞影响;综合考虑车辆换道及交叉口处阻滞影响,建立了改进的车道组宏观交通流模型;最后设计仿真实验对模型进行验证.结果表明,在高流量需求下,本文模型能够模拟出下游的排队溢出对其他车流的阻滞影响;且在低中高3种不同的流量需求下,改进模型计算结果与仿真输出的驶离流量基本相符,与原有模型相比精度更高;由此证实了改进模型的准确性.     

换道过程中驾驶人感知操作的模式发现与规则挖掘

为发现高速公路下自由换道过程中眼睛感知-手脚操作之间的时序关联性，探索感知与操作相互作用的内在机理，采用驾驶模拟舱进行高速公路驾驶实验，采集眼动数据和车辆运行数据；分别提取换道瞬时和换道全过程的眼睛感知-手脚操作的特征；采用Aprior算法从换道瞬时和换道全过程两个角度发现眼睛感知-手脚操作的频繁模式，挖掘它们的关联规则。对于瞬时感知-操作，左换道发现13种频繁3项集模式，右换道发现18种频繁3项集模式；对于全过程感知- 操作，左换道发现4种频繁模式，右换道发现3种频繁模式。左右换道各自挖掘到6条有实际价值的关联规则。对频繁模式和规则分析发现：右换道比左换道需要较多的感知时间、较复杂的手脚操作行为。发现的频繁模式和挖掘的关联规则描述了自由换道过程中感知操作的特征和它们之间的关联性，能够为安全换道提供参考，为无人驾驶换道操作提供支撑。