可变临界间隙条件下的加速车道车辆汇入模型

考虑驾驶员在入口匝道加速车道上行驶过程中车辆汇入的临界间隙变化的情况,应用微分法推导求得加速车道上车辆的汇入概率模型。该模型更好地考虑了道路物理特征和主路交通状况对驾驶员汇入行为的影响,并揭示了加速车道长度、主路外侧车道车流量对于车辆汇入概率的影响规律。结果表明:当主路外侧车道流量较低时,车辆在加速车道始端较近距离内就可以寻找到可汇入间隙;而当主路流量较大时,车辆在加速车道始端汇入主路的概率大大降低。另外,随着加速车道长度的增加,驾驶员在加速车道上的汇入紧迫感下降,会导致相同位置汇入概率的降低。     

隧道与互通出口小净距路段换道可靠性研究

为分析高速公路隧道与互通出口小净距路段在不同交通流状况下的车辆驶出概率,提出了基于交通仿真的安全换道概率模型。首先,采用VISSIM标定仿真模型并进行正交试验,获取小净距路段在不同净距长度、交通量、驶出比例、大型车比例下的交通数据,在此基础上确定瞬时交通流密度及相应车流平均速度的计算方法,构建相应的分布模型,通过K均值聚类算法研究不同速度下的瞬时交通流密度大小和出现概率;同时引入可靠度方法并利用微分法来构建车辆安全换道概率模型,综合考虑车速、车流密度、目标车道临界可插入间隙等因素的不确定性,应用蒙特卡罗仿真法搭建求解概率模型的算法,并通过MATLAB对模型进行求解;针对分流车初始位置的不同,分别得到了不同交通量、大型车比例、净距长度下的换道驶出成功率,进而研究不同交通流状况组合下的净距长度。结果表明：交通量、大型车比例、净距长度对净距路段内侧车道车辆换道驶出成功率有显著性影响,研究结果可为规范的进一步完善提供参考。     

左进地下快速路合流区交通流特征研究

分析左进快速路合流区交通流特征,对于城市交通有效管理有着重要的意义.在实测数据基础上,对比了左进与右进快速路合流区的交通流基本图,分析了两者在通行能力、临界占有率、自由流车速等方面的差异.采用车速标准差作为指标分析两者的车速离散性,对比了车道利用情况.结果表明,左进快速路合流区的通行能力、临界占有率分别为5 250 veh/h,0.18,明显低于右进快速路合流区的值6 210 veh/h,0.27;在不同占有率下,左进快速路合流区车速离散程度高于右进快速路合流区,当占有率达到0.18时,车速标准差值增大至11.47,即行车安全性显著降低;在车道利用情况上,左进快速路合流区中间车道利用率的增加,使匝道车流汇入难度加大.对左进快速路合流区的交通管控应与右进快速路合流区有所区分,合理设置交通控制参数,加强安全管理,提高行车安全.      

综合客运枢纽车道边通行能力分析

基于对南京火车站车道边出租车流、社会车流的调查,通过分析车道边交通流特性,运用交通流理论建立一定条件下的车道边通行能力计算方法.提出了车道边基本通行能力的定义,分析调查数据获得车辆落客时间的统计分布规律,运用可接受间隙理论计算车辆汇入等待时间,完成对车辆占用停车位时间的调整;接着考虑停车及入口选择行为的影响,对车道边通行能力计算公式进行修正,并将其应用于郑州市综合客运交通枢纽车道边的规划设计.结果表明,当枢纽车道边到达车流服从泊松分布时,方法能够有效定量的计算综合客运枢纽车道边的通行能力.     

高密度瓶颈交通流主动-回应汇入行为定义与建模

汇入行为是导致高速公路、快速路汇入区瓶颈失效的根本原因,也是引发车辆冲突、交通事故的重要诱因。基于上海虹许路汇入区高精度轨迹数据,在经典的3类汇入行为(自由、协作、压迫)分类基础上发现并定义了一类新的汇入行为:主动-回应汇入,即在目标车道插车间隙不足的条件下,汇入车辆通过横向偏移主动表达汇入意图,引发后车合作让行,从而实现汇入。由于传统的换道类型划分方法已不适用于描述瓶颈区汇入过程的复杂交互现象,因此根据汇入车辆的横向位置将汇入过程划分为4个时段,以目标车道后车让行的时段不同对4类汇入行为进行了重新划分。基于此对虹许路汇入区轨迹数据中的汇入行为进行分类,并比较主动-回应汇入行为与经典的3类汇入在汇入位置与汇入间隙变化分布的差异。进一步,采用风险空间理论判断目标车道间隙的可汇入程度,并结合混合高斯-隐马尔可夫模型实现对后车的让行意图识别,建立了主动-回应汇入模型。最后构建了瓶颈交通流仿真原型系统以验证模型有效性。结果表明:在宏观交通流层面,主动-回应汇入行为在汇入位置、速度和间隙的分布上与实证数据一致,均值没有显著差异;在个体行为层面,也能再现定义描述的"主动试探-两车博弈-回应让行"的过程。该研究成果对解析瓶颈交通流早发性失效机理、揭示汇入风险变化过程以及设计符合人类驾驶人交互特征的自动驾驶汇入策略均具有重要的指导意义。     

铺设钢板对道路交通运行的影响分析

为保护地下施工作业面或维持路面破损区域车辆的正常通行,工程实践中常采用道路路面临时铺设钢板的措施。在钢板尺寸、铺设位置和类型等特征分析的基础上,研究了临时铺设钢板对城市道路交通流特征参数,如流量、速度、车头时距的影响。进而采用回归分析的方法,引入围挡方式、施工作业区长度、大型车比例和作业区可用车道宽度等变量,构建路面铺设钢板情况下的城市道路速度-流量模型。最后,通过郑州市5处铺设钢板的城市道路实例分析,验证了方法的合理性与可行性。研究结果表明:与正常道路相比,由于钢板厚度与翘曲变形导致的错台及振动作用,铺设钢板的城市道路路段行驶速度降低15%~30%,交通流量降低5%~34%,车头时距增大幅度为8%~61%。由速度-流量模型分析可知,施工作业区长度、钢板设置、大型车比例均对车辆的减速行为影响显著,标准化影响系数分别为-1.06、-0.60和-0.02;另外,当非机动车及行人干扰较小时,双侧施工作业区对道路交通运行起到一定的渠化效应,可减少车辆的并道和换道行为,对交通流运行产生积极影响。     

基于轨迹数据的地下快速路换道决策模型研究

为准确描述城市地下快速路换道行为特性,基于8自由度驾驶模拟试验,获取了不同交通流情况下,全时全员车辆高精度轨迹数据,并提取了471个自由换道和164个强制换道样本。分析主车与目标车道前、后车以及当前车道的前车间隙特征,选取车速为性能指标,均方根百分比误差为拟合优度函数,利用遗传算法对GIPPS模型进行参数标定及效果验证。结果表明:自由换道决策时,与目标车道前车的间隙远大于与目标车道后车的间隙,而强制换道决策更多受驾驶任务影响,周围车辆间隙大小无显著差异。自由换道间隙符合对数正态分布,强制换道间隙符合伽马分布。GIPPS换道决策模型在自由换道和强制换道行为样本的验证中,模型预测误差值不同,自由换道模型参数的误差更小。研究结果对于构建符合地下快速路环境特征的换道决策模型具有重要价值。     

山区公路爬坡车道的交通特性及驾驶安全性模拟评价

以山区公路上设置的某一爬坡车道为试验对象,利用驾驶模拟试验对其交通特性及驾驶安全性进行仿真。根据设计图和现场环境构建了三维虚拟试验场景,通过VISSIM生成试验路段交通流;32名受试者在4种交通条件下进行了驾驶模拟试验;模拟过程中记录车辆的速度、轨迹、加速度、制动力等数据;通过VISSIM仿真试验确定了该爬坡车道的交通量阈值。分析结果表明,在常规交通流情况下,该爬坡车道可提高主路上的车速及其平稳性,同时可减少来自对向车道的冲突;但随着交通流量趋于饱和,其有效性逐渐减弱甚至产生负面影响。     

设置间歇式公交专用道的道路路段通行能力

为了计算设置间歇式公交专用道的路段通行能力,在介绍间歇式公交专用道系统的基础上,应用移动瓶颈理论对路段通行能力进行了研究,给出了通行能力的计算公式;然后构建了设置间歇式公交专用道前后双车道元胞自动机交通流模型,对比了公式计算与模型模拟的结果。研究结果表明：通行能力随公交车运营车速的降低而下降;只有当发车间隔大于集结流的集结消散时间时,公交车的发车间隔才会影响路段的通行能力,此时通行能力随发车间隔的增大而增加。     

基于UCWin/Road仿真的高速公路出口预告标志前置距离研究

为了研究高速公路出口预告标志的前置距离,以驾驶心理学原理和驾驶人对标志的响应特性为基础,将驾驶人的驾驶操作行为过程分为5段,并建立了满足安全性和舒适性要求的高速公路出口预告标志前置距离计算模型,模型中采用了等待可插入间隙行驶距离模型和等速偏移正弦曲线车辆换道行驶距离模型。通过对标志牌的设置方式进行分析,提出了在不同道路条件、不同驾驶人特性条件下的出口标志合理设置距离建议值。运用UCWin/Road进行建模,Forum8驾驶模拟器进行仿真。仿真验证结果表明:仅双向四车道高速公路出口预告标志的设置距离与《道路交通标志和标线》规定值相接近,且设置距离较合理,双向六车道及以上,规定的设置距离偏小。     

高速公路施工区交通特性分析

对高速公路施工区的控制区进行了划分,明确了施工区各控制区的主要功能及特征。施工区车辆运行特性表现为合流车辆会造成施工区交通流重分布、超车道车辆优先通行以及合流的强制性等。在大量交通调查的基础上,对施工区行车道、超车道、合流车道的车头时距分布,各控制区的地点车速的频率分布、空间分布．车道占有率以及车辆汇入特征进行了深入分析。     

多车道高速公路路侧交通标志遮挡概率研究

为了计算不同交通量、不同运行车速情况下,多车道高速公路路侧交通标志视认中大型车对小型车的动态遮挡概率,将内侧车道小型车与外侧车道大型车车头间的垂直距离作为判断路侧交通标志遮挡的依据,根据视距几何关系确定多车道高速公路驾驶人在视认区域内视线被遮挡的最大和最小临界距离;建立路侧交通标志遮挡模型,根据视认距离确定内侧及外侧车道仿真路段长度,以0.1 s为仿真步长,借助VISSIM交通仿真软件获取车辆车头坐标、与前车跟车距离等动态基础数据,实现高速公路交通标志遮挡概率计算过程的动态化。结果表明：外侧车道的车型、交通量、视认距离以及大小车运行速度都对路侧交通标志遮挡率有一定的影响;在交通量一定的情况下,驾驶人视线被遮挡的概率随着外侧车道大型车数量的增加而增大;在外侧车道大型车数量一定的情况下,驾驶人视线被遮挡概率随着小型车数量的增加而增大;在小型车速度一定的情况下,驾驶人视线被遮挡概率随着大型车速度的增大呈降低趋势;小型车速度增大时,驾驶人视线被遮挡的概率会有所提高。     

大型综合客运枢纽送站坪的车辆延误（双语出版）

为了准确评估大型综合客运枢纽送站坪的服务水平,改善其交通秩序,提高管理水平,针对送站坪车辆的常规落客行为和违规行为造成的延误,进行了量化分析研究。在大量调研数据的基础上,提取车辆轨迹,通过虚拟线圈的方法获取车辆的运动参数和交通流信息,基于车辆运行特征和车流波动理论,提出了落客车辆汇入行车道时等待可穿插间隙的延误模型、行车道车辆受穿插车辆影响的延误模型以及违规行为造成的行车道车辆延误模型等,验证结果表明,延误模型计算结果与实测结果近似。针对客运枢纽常见的两车道送站坪的交通特性,将车辆在落客车道的行驶距离、落客时长、速度、加减速度等参数作为自变量,基于高峰期间车辆到达分布推导出了送站坪车辆的平均延误,在此基础上给出了送站坪车辆行程时间的理论推导模型和多元线性回归模型。实例验证结果显示：2个行程时间模型计算结果与实测数据基本吻合,平均误差均为13%,回归模型的拟合优度为0.868;减少模型变量,以车辆在落客车道的行驶距离和落客时长为自变量,拟合优度也达到了0.853,表明这2个变量对车辆在送站坪系统的总延误影响最大,它们的值可以基本反映出车辆在送站坪系统的总延误,研究结果可为仿真模型的构建及通行能力的研究提供理论基础。     

考虑服务交通量的加速车道长度设置方法

高速公路加速车道的设置长度不仅取决于主路及匝道的设计速度,还与主路及匝道的交通量有关。本文给出了不同主路服务交通量下的匝道通行能力,建立了在主路不同交通负荷下的匝道车辆可直接汇入的概率计算模型。最后给出了在一定的匝道车辆汇入概率和主路服务交通量下的加速车道长度设置方法,以及不同主路、匝道设计速度和服务交通量下的加速车道长度的推荐值。     

网联车辆并线预测与巡航控制的研究

为检测旁车道车辆驾驶员的并线意图,提升网联车辆巡航跟车的主动安全性,提出了一种基于NAR神经网络学习的迭代循环预测算法。NAR神经网络的训练样本由实际交通环境中的车辆并线数据获得,通过训练的网络预测未来一段时间内旁车的横向行驶轨迹,并根据划定的监控区域计算旁车的切入概率。同时,提出了一种考虑并线概率的跟车距离策略,并应用到网联车辆CACC系统中。结果表明,所提出的并线预测算法能精确计算出旁车的横向换道轨迹,所提出的跟车策略可提升车辆的跟车安全性。     

基于“移动水坝”的高速公路雨天行车安全性研究

为了减少雨天交通安全隐患,保障高速公路行车安全,根据雨天高速公路实际行车状态、路面径流特点和车辆水膜相互作用探究雨天安全行车速度。首先,提出“移动水坝”概念,并分析“移动水坝”现象出现的原因和形成机理;依据水力学基本理论探究“移动水坝”现象中水膜厚度和车辆滑水限速值的变化规律;然后,利用Fluent软件仿真车辆对水流的阻挡作用,依据外侧车道大车行车间距的水压力探究连续“移动水坝”形成的条件,并确定外侧车道大车在不同行驶速度下相应的临界车头时距;最后,应用流体力学原理仿真分析车辆行驶速度和水膜厚度与轮胎受到的动水压力之间的关系,确定不同降雨强度下内侧车道小客车的滑水限速值。研究结果表明：雨天在高速公路外侧车道行驶的大车会对路面径流产生阻挡作用,出现“移动水坝”现象;“移动水坝”作用下水膜厚度较正常排水状态下增加,导致内侧车道行驶的小客车滑水限速值降低;设定试验条件下外侧车道大车间距40 m时,两车的水坝作用连续,增加大车车头时距可以减弱连续“移动水坝”作用;车辆行驶过程中轮胎受到的动水压力随水膜厚度及行驶速度的增加而增大,小客车在“移动水坝”作用下发生滑水的概率增加,根据轮胎动水压力值和滑水值确定不同降雨强度对应的临界滑水速度,可相应作为雨天高速公路小客车行驶速度限值。     

基于元胞自动机模型的路侧停车行为对交通流的影响研究

针对路侧停车带来的进出停车位排队延误、低速巡游降低通行效率、过量停车加剧交通负荷等问题,研究了路侧停车对路段动态交通流的影响分析方法。基于视频识别算法,提取路侧停车车辆在驶入车位过程中的运行轨迹和速度波动数据,解析路侧停车过程中的驶入行为特性,并按照行为差异将停车车辆停车全过程细分为进入路段、寻找车位、找到车位、驶入车位、静止停放、驶离车位、汇入路段和错失车位8类状态;分别依据停车车辆和通行车辆的实际驾驶行为,从跟驰特征、速度矫正、换道规则和位置更新等方面对路侧停车元胞自动机模型进行了改进;在选择目标车位时综合考虑了步行至目的地时间和驶入车位耗时2个要素。与常规通行车辆相比,深入分析了停车车辆提前换道和停车完后汇入路段行为对后车的影响。基于实际交通流数据对仿真模型进行参数标定,经验证,模型拟合度为77.6%;仿真分析了在差异化的停车需求强度下,巡游速度对道路通行能力和延误时间的影响规律。结果表明:固定的巡游速度和停车需求强度下,道路延误时间随道路交通量先增加后减少;在低停车需求强度下,巡游速度对道路通行能力影响微弱,在高停车需求强度下,当巡游速度从30 km/h降低至20 km/h,外侧车道饱和流量降低500 veh/h,最高延误时间增加105 s。      

Automated Vehicle Merging Maneuver Implementation for AHS

Summary This paper presents a real-time implementation of a general merging algorithm for automated highway systems. A merging control problem is proposed first. A real-time algorithm is then presented, which is used to calculate a smooth reference speed trajectory for the merging vehicle based on the speed of the main lane vehicle. This algorithm can also be applied even when the main lane vehicles change speed. To make the algorithm adapt to different road layouts and to increase safety, a concept of virtual platooning is proposed. It effectively shifts the time of platoon formation forward prior to the start of real merging. Aspects closely related to real-time implementation are discussed, such as the controller adopted, the use of magnetometer based distance measurement and information passing by communication from main lane vehicles. Test results are presented and briefly analyzed.     

车路协同无信号交叉口的矩形冲突检测及消解

针对车路协同环境下的冲突问题，建立了以系统反应时间代替驾驶员反应时间的自动驾驶车辆制动距离模型，以此作为安全距离改进了矩形冲突检测模型，并根据轨迹优化的研究思路，提出了以矩形冲突检测模型为基础的冲突消解算法，对非通行优先权车辆进行速度引导，避免车辆冲突。在车联网开源框架 Veins 的基础上，将交通仿真器 SUMO和网络仿真器 OMNeT++双向耦合，并对冲突检测模型与消解模型进行验证。仿真结果显示，该冲突检测及消解模型具有可行性，与传统无信号交叉口四路停车让行规则相比，模型中的速度引导方案能减少合流冲突车辆 8.6%的平均行驶时间，减少交叉冲突车辆 8.3%的平均行驶时间；合流冲突和交叉冲突中车辆的平均速度分别提高了61.4%和105.0%。在实际应用中，冲突消解模型可以为不同速度范围内的自动驾驶车辆提供速度参考，降低无信号交叉口车辆发生碰撞的概率，提高无信号交叉口的通行效率。