面向安全的高速公路分岔口限速标志设置研究

针对高速公路分岔口相关区域交通安全问题,从分岔口相关路段车辆标准速度差入手,首先对应高速公路分岔口关联区域车辆跟车、换道行为建立相应的元胞自动机模型,进而对不同参数设置下交通流演化过程进行数值分析.结果表明,路段车流密度及驶出分岔口车辆的比例的变化会对该路段车辆标准速度差产生重要影响;根据交通流情况,在高速公路分岔口上游设置限速标志并确定合理的限速值,有利于提高高速公路分岔口处交通安全.     

基于改进PFV策略的双车道连续元胞自动机模型

根据道路实际情况,提出考虑多车信息的改进PFV策略,并进行参数标定;将跟驰策略和换道规则相结合,建立双车道连续元胞自动机模型,采用周期边界式条件进行模型仿真,比较不同密度下双车道交通流变化情况和车辆换道行为,通过仿真结果的时空图显示车辆换道造成的系统速度延迟,通过比较双车道系统的交通流密度-交通流量、交通流密度-行驶速...     

基于安全参数的双车道元胞自动机交通流模型及两种交通规则下的模拟分析

提出了基于安全参数的双车道元胞自动机交通流模型,该模型主要在车辆确定性减速的过程中考虑驾驶员对前方车辆下一时间步速度的预估,安全参数代表驾驶员驾驶心理的冒险程度;基于不同安全参数,在双车道自由换道超车和禁止换道超车两种交通规则下,通过MATLAB数值模拟仿真得到车流量和车流密度之间的关系曲线,结果表明安全参数的增大可获得更大的交通量,道路上车辆较少时禁止换道超车也可增加交通流量,随着车辆的增加自由换道超车可提高道路利用率,随着车辆的进一步增加两种交通规则下的车流量基本一致。     

不同流量条件下车道利用率的仿真研究

车道利用率反映的是单一方向路段交通量在不同车道上的分布情况,它影响交通流的稳定性,是道路通行能力和交通安全的重要影响因素。针对不同流量条件下车道利用率的不确定性和现场数据采集困难等特点,应用车辆跟驰、车道变换等微观交通流仿真模型在一体化仿真环境下进行模拟研究,得到双车道和三车道路段流量换道次数以及流量车道利用率关系的基本规律。     

基于换道起点和终点混合搜索算法的轨迹与行为特征研究

在交通流理论中的车辆换道特征研究领域,基于高精度交通流数据的车辆换道过程搜索算法是准确有效发挥高精度交通流数据价值的关键。依托NGSIM项目的高精度交通流数据,提出了基于车辆横向位移与速度的换道起点和终点混合搜索算法,并通过可视化对比进一步验证了该算法与已有算法在准确度上的优越性。对新算法所得的车辆换道过程进行了交通流特征参数分析,研究结果表明:以往研究低估了车辆实际换道持续时间;车辆换道持续时间受道路路段车流饱和度的影响;根据算法将车辆换道过程分前中后三段,前段持续时间和后段持续时间相对稳定;以车道线为界,车辆在跨越车道线前后的纵向位移之比大于1,且受道路路段车流饱和度影响。     

高速公路施工区自动车辆行驶轨迹优化方法

为改善高速公路施工区路段车辆运行状态,建立了一种集合优化换道比例和可变跟车时距的换道控制策略.通过引入交通运行效率和冲突风险目标函数并进行在线求解,从而对施工区车辆行驶轨迹进行优化,提高了车辆的平顺性.在网联自动车环境下,以施工区上游路段车辆平均速度为目标函数,借助遗传算法遍历交通流状态集合,求解换道比例,以此调整施工区上游车辆分布.以施工区汇入路段车辆交通效率和冲突风险为可变跟车时距模型的目标函数,调用CPLEX/Matlab求解器得到汇入路段可变跟车时距.为了在线计算和可视化建立了Matlab/Vissim_COM的仿真平台,通过Matlab编程技术以单步仿真的方式提取Vissim车辆信息,将CPLEX求解器和Vissim的封装环境以函数调用的方式与遗传算法结合,对车辆信息进行优化计算和参数反馈.在总仿真次数达到400次时,模型控制得到最优.结果表明,与未实施控制相比,在最优控制中,当仿真时长达到800 s时,每条车道交通量输入达到700 veh/h,优化效果较为明显,即全局车辆在汇入路段"曝光"次数减少,车辆行驶轨迹变的"平滑",全局运行速度提高了48%,速度标准差的变化幅度降低,全局车辆的速度离散性得到改善,以后侵入时间表征冲突风险,冲突次数降低了39%,高速公路施工区车辆运行状态得到了改善.      

基于稳定流态下隧道与主线出入口最小净距研究

对地形及设计条件受限的山区高速公路而言,容易产生隧道出入口与主线出入口小净距路段,小净距路段的事故发生率远高于主线其他路段,成为高速公路运营管理的安全痛点。该文根据不同交通断面流率下的车头时距模型,深入研究稳定流态下车辆等待可插入间隙的行驶距离,量化净距的直接影响因素,构建车辆变道模型,进而建立隧道与主线出入口最小净距模型。最后通过VISSIM仿真建模测试,验证了研究结果的准确性和合理性。     

高速公路合流区上匝道混合车流通行能力经验计算法

研究高速公路合流区上匝道混合车流的通行能力的计算问题。利用已有的高速公路合流区外侧车道交通特征分析结论,推求在外侧车流不同车头时距分布特征下的上匝道混合车流汇合概率模型。运用回归技术和统计方法,建立了加速车道合流点分布概率的实测经验模型。对可接受间隙理论的原型进行了形式上的修正,最终建立高速公路合流区上匝道的混合车流通行能力经验模型,它是主路交通量、匝道交通量、加速车道长度、匝道混合车流比例以及各自的临界间隙和随车时距的函数。最后结合实例介绍经验模型的数值积分求解方法,并证实该经验计算方法具有较高的实效性和可操作性。     

基于交通流稳定距离的多车道信号平交口安全间距分析

在分析多车道公路信号平交口间路段交通流运行特征的基础上,提出了基于交通流稳定距离的平交口安全间距分析方法。利用交通冲突率在路段上的分布趋势,验证了以CV(车速标准差变异系数)值作为间接安全评价指标的有效性;在仿真环境下,分析了交通量、信号周期、转向交通量比例、货车比例对CV值分布的影响;对典型环境下CV值的分布进行了曲线拟合,从而确定了各接入类别多车道公路的交通流稳定距离;结合平交口上游功能区的长度,给出了信号平交口最小安全间距的推荐值。结果表明:从交通流角度分析平交口间距是可行的,多车道公路信号平交口最小安全间距可表示为交通流稳定距离与平交口上游功能区长度之和。     

基于元胞自动机的破损路面车辆换道仿真

针对路面破损条件下,驾驶员为获得更高行驶效益而进行车道变换的现象,以元胞自动机Na Sch模型为基础,引入慢启动规则和换道规则,建立路面破损条件下双车道车辆微观换道模型。以换道需求、车道选择、间隙检测和换道执行4个过程确立仿真流程,对不同路面破损条件下的驾驶员特性、交通流特性和车辆换道特性进行仿真分析。从车辆运行角度对路面破损等级进行划分,依据效用理论计算车辆在不同车道上的行驶效益,建立车辆车道选择模型,并定义换道系数,分析单块路面破损对车辆换道行为的影响。基于驾驶员的行为差异,在仿真过程中将驾驶员分为冒险型、机敏型、谨慎型和迟缓型4类,通过设置仿真参数,对不同类型驾驶员在路面破损条件下的行为特性进行分析。结果表明:换道系数随路面破损等级的增加而不断增大,破损等级越高,车辆在破损路段行驶的效益越低,进一步增大驾驶员进行车道变换的概率,能够很好地模拟路面破损对车辆换道行为产生的影响。冒险型驾驶员在中密度区的换道率最高,随着路面破损程度的增加,车辆换道率和行驶速度方差随之增大,说明破损路面会降低车辆行驶效益,加剧换道行为的产生,同时增加车辆行驶速度的波动性,对交通流正常运行产生一定干扰,不利于行车安全。     

人机混驾交通流交织区换道模型切换控制策略

因交织区的强制换道存在紧迫性, 车辆换道行为在交织区后半段会出现因换道意愿强烈而产生的激进换道行为, 这种微观的换道行为将给交通流带来一定影响; 在人机混驾情形下, 不同类型换道切换控制模型同样可能影响交织区通行能力。在分析人机混驾交通流交织区换道行为特性的基础上, 将换道类型分为保守型换道和激进型换道; 在可接受安全间隙模型的基础上结合自动驾驶车辆间的协同行为, 构建自动驾驶车辆在保守状态下的协同换道模型; 以及在激进型状态下考虑目标车道后车类型影响下, 构建激进型换道模型。通过分析津保立交桥实地调研轨迹数据和NGSIM中US-101交织路段轨迹数据, 分别拟合了保守型、激进型换道模型切换点分布函数; 考虑不同车辆驾驶行为特性及其相互作用, 提出人机混驾条件下换道模型切换控制逻辑决策。以SUMO仿真软件搭建实验平台, 考虑人工驾驶车辆换道模型切换点分布特性, 以优化最大流率、交织区整体车辆运行速度、换道车辆速度等为目标, 确定不同自动驾驶车辆渗透率下自动驾驶车辆的最佳保守型-激进型换道模型切换点。仿真结果显示: 在交织区长度为250 m, 自动驾驶渗透率分别为0.2, 0.5, 0.8时, 自动驾驶换道模型切换点分别在180, 80, 50 m处达到最佳, 即随着自动驾驶渗透率的提高, 换道切换点最佳位置将向交织区入口处逐渐移动, 且在自动驾驶渗透率较低时这种换道切换点的变化较为明显; 在较高渗透率下, 由于协同换道出现频率增高, 自动驾驶强制性换道行为比例降低, 换道模型切换点对交织区通行能力的影响逐渐变小。本项研究对人机混驾条件下高速公路交织区自动驾驶车辆的换道控制提供决策依据      

高速公路养护工程安全变道控制距离研究

为探究高速公路养护工程安全变道概率条件下车辆行驶的控制距离，对变道过程中车辆跟驰行驶安全约束条件进行分析，并运用概率论与交通流理论研究车辆变道概率组合特性，推导出安全变道控制距离与成功变道概率之间的关系。结合实例计算，对推导模型与规范中的建议值和计算值进行吻合性验证。     

快速路车路协同场景交通流运行效率仿真评价

为研究车路协同系统在不同车间信息交互水平下对快速路交通流的影响,采集并提取北京市四方桥快速路段早高峰交通流轨迹,同时分析车路协同场景下快速路车辆运行特征,实现对常规驾驶场景和信息交互场景的车辆行驶模型标定。选取期望速度行驶车辆占比、横向车距收缩比、纵向车距收缩比、通行能力拓展比对车辆运行效率进行评价,提出车辆横向偏移距离缩小比用以评价车辆空间占用状况;搭建仿真模型并进行仿真试验,分析不同信息交互水平对交通的影响程度。结果显示,车辆运行效率随信息交互水平的提升而提升,其中通行能力的提升幅度最为显著,车路协同场景下信息交互水平从4级提高到1级,道路通行能力较常规驾驶场景分别拓展了19.42%,28.06%,46.48%,74.62%,仿真时段内其余指标值提升幅度较小。车间信息交互场景下车辆行驶的横向偏移幅度缩小,且在高水平信息交互下缩小比例达到17.33%,表明相同车道宽度下车辆行驶的横向安全性提升。      

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。     

智能网联环境下基于安全势场理论的车辆换道模型

为有效刻画未来智能网联环境下车辆在换道过程中面临的驾驶风险,保证车辆执行更加安全的换道决策,建立基于安全势场理论的车辆换道模型。首先针对车辆换道过程中所遇到的驾驶风险进行评估,利用势场理论给出车辆行驶过程中不同运动状态下安全势场的空间分布。其次根据换道过程中相关车辆不同安全势场分布情况计算出换道结束时的车间临界距离,相比于传统的车间临界距离计算模型,提出方法能够动态刻画出车辆在不同速度、加速度条件下临界距离的变化趋势,并且能够根据车辆不同的运动状态,动态表达出车辆间临界距离的变化。在此基础上,根据智能网联环境下车辆各类运动状态能够被实时感知的特点,总结出车辆各类运动状态下需要的换道安全临界时间,最终建立基于安全势场理论的最小安全距离换道模型。最后,对模型进行数值仿真分析,仿真结果表明：车辆换道所需要的最小纵向安全距离与换道车辆以及其周围车辆的运动状态有着直接关系。在今后趋于成熟的智能网联环境下,该模型可以进一步进行扩展,利用安全势场的分布情况,对车辆换道过程进行动态实时干涉,能够为今后智能网联环境下车辆协同换道、车辆自动驾驶以及车辆群体优化控制等相关研究提供一定的理论支撑。     

自动驾驶汽车基础测试场景构建研究（双语出版）

针对L2/L3级自动驾驶汽车的仿真测试和封闭场地测试认证需求，结合现有L2/L3级自动驾驶汽车量产车型的主要功能特点，提出自动驾驶汽车基础测试场景群的构建方法。首先针对指定的道路交通环境，分析主车和周围交通参与者可能的相对位置和运动方向的组合，确定复杂场景群。其次分别以主车功能所确定的各个可能运动方向，依此与各干扰车辆的可能运动方向（包括任一干扰车辆不存在的情形）进行组合，组合时采用PICT组合测试工具，并添加必要的运动约束条件，选择参数组合覆盖标准自动生成全部的组合场景群。最后结合场景筛选规则，筛选出具有测试价值的覆盖各个层级及功能的基础测试场景群。采用场景构建方法，对于主车处于三车道中间车道的路段场景和无红绿灯的十字路口场景，分别构建62种和33种基础测试场景。根据驾驶人行为特性、交通规则、汽车在城市、郊区和高速公路工况下的典型车速、加减速度、横向加速度、交通事故和自然驾驶数据库的有关场景数据等，设计主车换道工况的测试用例。采用模型预测控制框架建立主车局部路径规划和控制仿真模型，并对主车危险换道场景进行仿真。研究结果表明：主车在邻车道前车大减速的情况下实现了减速换道并避免了与本车道前车和邻车道前后车的碰撞，同时跟踪到期望跟车间距，验证了该换道测试用例的有效性。     

高速公路作业区汇入提示标志设置研究

考虑驾驶员在作业区上游过渡车道上行驶的过程中,车辆可汇入相邻车道的临界间隙的变化情况,减少作业区警告区末端由于汇入产生的冲突,提出设置汇入提示标志。利用M3分布模型与间隙接受理论,通过微分方法得到次车道上车辆的汇入概率模型。利用该概率模型,得到了在不同交通流状态下的汇入提示标志设置距离,同时对影响汇入概率的交通流参数进行了分析。计算结果表明：当自由流比例及车速均相同时,设置距离随交通流量增大而增大;而当车速与交通流量均相同时,设置距离随自由流比例增大而减小;当自由流比例与交通流量均相同时,设置距离随车速增大而增大。因此应结合作业区的限速值进行汇入提示标志的设置。     

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。     

基于动态重复博弈的车辆换道模型

在对车辆换道行为分析的基础上,提出了一种应用动态重复博弈原理建立车辆换道模型的方法,对每个阶段车辆的博弈过程以及车辆行为策略进行了描述,并利用速度期望的值作为车辆不同行为决策概率,在此基础上,考虑影响车辆速度期望的各个因素来对车辆速度期望的获得进行了分析。通过对不同交通流条件下实际调查的车辆换道次数与仿真值进行比较,表明了所提出模型的有效性。     

公交与右转混合型专用道仿真分析及效益评价

为解决设置公交专用道所带来的道路资源利用率低，相邻车道交通压力增大，专用道分时段开启致使社会车辆行驶混乱等问题，基于车种分离思想，提出一种公交车辆与右转车辆混合专用道的组织方式，允许公交车辆与右转社会车辆共用一条车道，以寻求保持公交优先与减少对社会车辆影响的平衡点。为论证该方案的可行性，首先，针对所研究的道路环境，提出了基于流量生成模型与配时优化模型的车道组仿真流程；随后，在考虑红灯时右转车辆行驶特性的前提下，建立了人均延误和车均延误的双指标评价矩阵模型；最后，分别在MATLAB和VISSIM仿真平台上，实现了对传统车道组、公交与右转混合型专用道车道组和公交专用道车道组3种方案的效益评价，并对其中的关键影响因素进行分析。仿真结果表明：所提出的公交与右转混合型专用道车道组的总体车均延误与人均延误在大多情况下处于较低水平，而公交专用道车道组和普通车道组也具有各自的优势区域；公交与右转混合型专用道的车道组织方式可以在保证社会车辆延误不明显增加的情况下，有效确保公交车辆的优先性，在一定条件下具有适用性，在工程实践中可作为公交专用道的过渡或替代方案。