变道约束下近邻交织区交通均衡组织方法

针对相邻较近的交织区车辆持续交织运行特点,以提高交织区通行效率及交通安全为目标,提出一种基于变道约束下近邻交织区交通均衡组织方法,旨在计算不同时段交通量所对应近邻各交织区的最佳提前变道诱导距离,以减少近邻交织区车辆相互干扰,降低平均交通延误,提高道路通行效率.对重庆市海峡路两段近邻交织区的日均交通量(4 092 pcu/h),早高峰时段交通量(5 340 pcu/h),晚高峰时段交通量(4 596 pcu/h),以及年均交通量(3 276 pcu/h)进行仿真建模分析.实验选取近邻交织区内累计平均延误作为近邻交织区的评价指标,利用仿真软件(Vissim 4.3)持续仿真 40次.结果表明,最佳提前变道约束距离为交织区长度的 60%,其相应的平均交通延误分别降低了57%、73%、63%和72%.     

车速对交通事件影响区安全与通行效率的影响

选取高速公路交通事件下交通冲突率和车速标准差作为安全表征指标,车辆排队长度为效率表征指标,通过对交通事件下车辆跟驰、换道安全间隙和车速标准差与事故率关系的分析,建立VISSIM仿真模型,分析车速对事件上游影响区运行安全的影响,并根据交通流理论分析车速对通行效率的影响。研究结果表明:事件影响区冲突率和警告区冲突率随车速增加而增加;上游过渡区冲突率在交通量较小时(1 800 pcu/h≤Q≤2 100 pcu/h)随车速的增加而增加,在交通量较大时(2 100 pcu/h≤Q≤2 400 pcu/h)受车速影响较小;车速标准差和事故率随车速和交通量的增加而增加;事件上游影响区内运行效率随车速的增加先增大后减小。     

高速公路收费广场车道合理化配置研究

为评估ETC使用率提升后对收费广场通行效率的影响，并提出合理车道配置方案，依托深圳机荷高速福民收费站车道布设和收费数据，建立包含跟驰和换道行为的收费广场交通行为模型，开发收费广场交通运行微观仿真平台。分别针对平、高峰时段，以ETC车道数及使用率为变量设计80组仿真方案，综合评价不同方案下收费广场通行效率。与实测结果的对比表明：仿真平台对平、高峰时段交通量误差仅为3.46%和6.45%，为收费广场车道配置仿真分析提供了准确、可靠的实验平台；未来ETC使用率提升至90%时，福民收费站最优车道配置方案为“4条ETC车道加 5条ETC/MTC混合车道”，此时高峰时段单车平均延误可降至2.93 s·veh-1，较目前的60.23 s·veh-1 降低95%。结合交通量、交通组成及ETC使用率开展收费广场车道合理化配置研究，可为收费广场设计、运营提供关键技术支撑。     

干道交织区通行能力最大化的合流车道控制

城市干道交织区内大量的车辆交织将严重降低道路的通行能力,本文根据车辆交织行为及各汇入车道交通量的不均衡性,提出了交织区合流车道信号控制方式.采用交织折减系数,建立了车道控制下的交织区实际通行能力计算模型;随后,以交织区内实际通行能力最大为目标函数,交织区内交织比例和相位控制方案为约束条件,提出了合流车道最优信号配时模型;最后以实际数据进行验证,汇入控制的实际通行能力与模型计算结果的误差仅为2.44%,验证了通行能力计算模型的有效性.模型计算结果表明：随着高峰期间汇入交通量的增加,交织区内存在大幅度的通行能力骤减,采用分车道信号控制后,交织区的实际通行能力与实际过车数得到明显提升.     

信号交叉口左转车道外置的影响因素仿真研究

为了探究信号交叉口左转车道外置的适用条件,开展影响因素仿真研究.借助Vissim软件,构建了不同几何条件的交叉口仿真模型.通过输入不同的交通量与交通组成参数并进行仿真实验,对比分析了左转车道内置与外置的延误指标.得到了不同的进口道车道数、交织段长度、直行车辆数、外侧车道左转车辆数与左转大车率等因素对左转车道内外置延误的定量影响关系.针对两个城市的四个交叉口开展了道路交通调查与仿真实验,定量分析了在这些交叉口左转车道外置的延误降低效果.研究表明,在其他条件相同的情况下,外侧车道左转车辆数或左转大车率越大、直行车辆数越多、交织段长度越短,左转车道外置的延误降低效果越明显.     

智能网联环境下多车道异质交通流建模与仿真

为探究智能网联自动驾驶车辆(Connected and Autonomous Vehicle, CAV)与人工驾驶车辆 (Human Driving Vehicle, HDV)混合行驶的多车道异质交通流运行特征,本文剖析了异质交通流中不同类型车辆的跟驰模式,提出不同类型车辆双车道及多车道换道模型,进而构建了多车道异质交通流仿真模型,并分析了不同CAV混入率下的道路通行能力及换道行为特征。研究结果表明,随着CAV渗透率的提高,单车道通行能力由1678 pcu·h-1提升至4200 pcu·h-1,交通流临界密 度由25 pcu·km-1增长至35 pcu·km-1 ,同一渗透率下不同车道数的道路通行能力及临界密度值呈现显著差异性。异质交通流换道行为呈现三阶段特征：在低密度下,不同类型车辆均可自由行驶及换道;密度在20~100 pcu·km-1 时,车辆换道频率呈“上凸”状,CAV渗透率越高,HDV凸形峰值越大,而CAV峰值较低;在高密度下,受可换道空间的约束,不同类型车辆均无法完成换道。此外,进一步讨论了不同CAV渗透率及密度条件下的异质交通流仿真效益,包括交通量提升及秩序改善特征等。研究成果有助于理解智能网联环境下多车道异质交通流运行状况,为未来异质交通流管理提供理论参考。     

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.     

高速公路合流区可变限速和换道协同控制研究

针对高速公路合流区通行效率降低、车辆延误增加、整体服务水平下降等问题,提出了一种基于可变限速和换道控制的高速公路合流区车流密度优化模型.首先,换道控制通过预测瓶颈容量和交通需求为联网车辆(CAVs)提供变道建议,优化合流区上游的车流密度,减少瓶颈容量下降的影响;其次,基于换道控制下的合流区瓶颈容量以及匝道的交通流密度,确定修正前的可变限速值;再次,利用基于细胞传输模型的反馈进行变限速控制,实时控制交通瓶颈上游流量以保证换道区密度收敛到最优平衡点,得到修正后的可变限速值;最后,选择元胞传输模型作为基础交通流模型对合流区进行换道控制,采用中观多车道元胞传输模型模拟合流区主线换道行为及换道控制对合流区交通流运行的影响.仿真结果表明:与无控制方案和VSL控制方案相比,协同控制的平均旅行时间分别降低了58.55％、35.68％,平均流量分别提高了9.09％、2.35％,协同控制在通行效率、交通安全方面均有明显改善.     

提前右转组织方式及其影响分析

以可插车间隙理论和概率论为基础,建立了固定与可变交织区长度的提前右转组织方式下右转机动车通行能力计算模型与延长交织区所能够增加的通行能力的计算模型,提出了提前右转组织方式的适用条件。以平均延误为指标,对比分析了两种组织方式下右转机动车的运行效果,基于Webster信号配时方法,对实行提前右转方式的交叉口内直行和左转车流的通行能力进行了分析。分析结果表明:采用提前右转组织方式后交叉口直行和左转通行能力增加;在右转机动车提前右转能够满足通行能力时,提前右转可减小冲突区的面积,否则,可以通过延长交织区长度来增加通行能力,以减少右转车的平均延误。     

公路平交路口左转专用道设置阈值的仿真研究

公路平面交叉口左转专用道的恰当设置在提高交叉口安全性的同时,也是改善交叉口运行状况的一种有效手段,确定左转专用道的设置阈值成为一个重要问题.以二级公路典型无信号交叉口的行程时间、延误、服务水平及冲突次数为目标,运用交通仿真分析技术对交叉口设置左转专用道和直左混行车道进行对比仿真分析.结果表明,左转专用道的设置与进口道的交通量相关.其中设置左转弯车道与否的行程时间、延误、冲突都随进口道交通量的增加而增加,当进口道交通量大于600 veh/h时,设置了左转专用道的通行能力及安全性较优,当交通量大于1 000 veh/h时,设置左转专用车道的延误和冲突次数急剧增加,服务水平和平均速度降低,表明左转专用道的设置阈值为600～1 000 veh/h.     

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。     

考虑驾驶行为异质性的城市快速路合流区仿真模型

为研究城市快速路合流区车辆运行规律，基于车辆自然轨迹数据，提出考虑驾驶行为异质性的合流区元胞自动机仿真模型。模型将合流区分为上游区域、合流区域及下游区域，3个区域由11条路段组成。首先，利用Kalman滤波算法对自然轨迹数据进行降噪处理；然后，计算每辆车驾驶行为特征参数并进行K-means聚类分析，结合聚类效果评价指标Silhouette系数将驾驶行为分为：保守-谨慎型、激进-谨慎型、保守-轻率型及激进-轻率型这4种类型；最后，依据分类结果， 建立考虑加速度、随机慢化概率异质性的跟驰模型和考虑换道安全间距、换道决策的多级异质性换道模型。在各空间占有率的情境下，基于Matlab进行数值仿真，统计同质驾驶行为和异质驾驶 行为条件下，合流区域车道的流量、密度、速度、时空位置及换道频率等参数。仿真结果表明：在空间占有率为10%~20%时，同质交通流相比异质交通流更容易产生局部交通拥堵和交通流失效情境，并且同质交通流量峰值比异质交通量小27.1%；随着空间占有率的增加，同质车辆和异质车辆驾驶频率均呈现增加-稳定-下降的趋势，而异质驾驶行为换道频率的极大值比同质交通流高 20.74%。     

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.     

施工区混行车流跟驰及换道模型研究

为研究施工区网联车与普通车混行状态下的车流跟驰及换道行为,分析网联车的区域内通讯及更小安全车距等特性,改进普通车元胞自动机模型的减速规则和随机慢化规则,构建网联车跟驰模型。建立普通车和网联车在施工区不同区段的换道意向规则,基于车距采集和空位排序算法建立网联车在通讯区域的预期换道和施工区域的强制换道模型,结合普通车换道模型模拟施工区混行车辆的换道规则及车流分布规律。采用算例验证模型,运用MATLAB仿真,多次实验消除随机因素影响,结果验证了网联车对扩大通行能力,提高平均车速及降低走行时间的有效性;不同比例下的换道点分布显示,网联车比例越高,预期换道区的换道点越靠近强制换道区,且强制换道点越靠前;而普通车换道点分布受混行车流比例的影响较小。     

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。     

信控交叉口提前右转机动车与行人冲突特性

针对在信号交叉口提前右转且无信号控制的条件下,直右混行车道上右转车受直行车阻挡的问题,根据混行车道上交通流特性,确定了交叉口信号周期内提前右转机动车无法进入右转弯道的阻断时间,结合行人流上游所受的信号控制方式,解析了机动车与双向行人的冲突过程,计算了冲突中机动车与行人的通行时间,并在此基础上,建立了提前右转方式下右转车与行人的延误模型.案例计算与分析表明:模型计算值与实际调查值之间的相对误差在20%以内;当机动车流量小于350 pcu/h,机动车对行人通行影响较小,而当机动车流量大于350 pcu/h,行人与机动车的竞争冲突较为明显.      

基于车辆动力传动和转向系统的换道轨迹优化策略

现有的换道轨迹研究大多是将换道轨迹规划和换道轨迹跟踪进行相对独立的研究,这类轨迹在实施过程中将产生不可避免的误差。为了消除这一误差以及缓解或解决由于不当换道行为引起的交通问题,本文提出一种考虑车辆动力传动和转向系统的换道轨迹优化策略,用以指导或替代驾驶员的换道行为。首先,利用Next Generation Simulation (NGSIM)数据获得换道过程的主要驾驶任务,并用highD数据对其进行验证。其次,基于二自由度车辆模型分析车辆的换道运动特性,构建能够被动力传动系统和转向系统所实现的换道轨迹。结果表明,所提策略可以在保证驾驶安全性的前提下,实现经济、舒适和高效的换道过程。单独考虑经济、舒适和高效的优化策略,能够分别降低35.71%的单位路程燃油消耗,94.58%的前轮转角的角速度以及70%的换道所需时间。这说明所提的换道轨迹优化策略能够从微观角度缓解或解决由不当换道驾驶行为造成的交通问题,并为驾驶辅助系统提供理论依据和方法指导。     

基于元胞自动机的高速公路瓶颈交通演化仿真

为分析高速公路中道路瓶颈造成的堵塞现象,本文改进KKW (Kerner-Klenov-Wolf) 模型, 建立跟驰规则;综合考虑车间距和车速对车辆换道的影响,建立自由换道和强制性换道规则;并对高速公路中不同车流量条件下,道路瓶颈上游的堵塞区域分布、换道行为特征和车道上交通参数的变化情况进行仿真研究。结果表明：在给定的交通量条件下,汇流车道的拥堵区域长度处于动态平衡状态,不会随时间而变化,且道路瓶颈前的汇流行为会导致目标车道上严重的速度下降,汇流车道和目标车道上车辆速度变化趋同;从换道集群特征来看,道路瓶颈前因高交通流量形成的低速汇流车辆倾向于以小集团的方式统一进行换道,造成目标车道上剧烈的交通震荡;瓶颈消失后,交通恢复时间随进口交通流量的上升而线性增长。