城市快速路交织区控制策略研究综述

由于快速路交织区及其影响范围内存在大量不同流向车辆的换道行为,导致交织区成为快速路的交通瓶颈。为保障交织区交通高效安全运行,文中在综合分析交织区运行特性和安全特性的基础上,综述交织区匝道、主线等控制策略,建立快速路交织区及影响区域交通运行协同控制框架,考虑车辆行驶行为因素,分别对主线、匝道和交织区的拥堵情况、紊乱程度、排队溢出等交通状态进行识别和预测,建立涵盖匝道控制、可变限速、车道信号、定向车道、标线诱导、实体隔离等方案的协同控制策略,并进行预评估与反馈校正,实现交织区从信息采集、预测控制、策略执行的全链条反馈校正流程;最后提出交织区交通控制面临的挑战和研究方向。     

干道交通状态识别及演变机理研究

为减少城市交通拥挤、避免交通瘫痪、保障出行安全,在综合分析交通信息采集技术、交通状态识别、交通状态演变研究现状的基础上,对干道交通状态识别及演变机理进行分析,建立适用于精细化交通管控的城市道路交通状态识别及预测框架,主要包括基于深度学习结合视频跟踪算法提取交通参数、基于路段单元运用堆叠式稀疏自编码结合K-均值聚类对车道和路段交通状态进行精准判别、基于LSTM循环神经网络与3D-CNN卷积神经网络对交通状态进行预测;最后提出干道交通状态识别与预测面临的挑战和研究方向。     

基于形态检测与深度学习的高空视频车辆识别

为了准确提取广域场景道路交通信息,本文融合形态检测与深度卷积网络,提出了无人机视频车辆定位及车型识别方法. 首先,基于形态检测建立候选目标提取算法,并构建了含244 520 个无人机视频车辆样本的深度学习图像基准库;然后,通过增加卷积层、池化层及调整网络参数等方法对AlexNet 进行重构,提出了改进模型AlexNet*;最后,建立了基于候选目标提取算法与AlexNet*的车辆识别方法. 验证分析显示：AlexNet*的图像分类F1 均值达 85.51% ,优于AlexNet(82.54% )、LeNet(63.88% )、CaffeNet(46.64% )、VGG16(16.67% ) 及 GoogLeNet(14.38%);本文车辆识别方法对小汽车及公交车的正检率、重检率和漏检率均值分别达94.63%、6.87%、4.40%,可有效识别无人机视频目标.     

考虑智能网联近邻车辆信息的交织区换道风险预警

面向车辆换道风险预测时特征差异大、样本不均衡、参数调优时间久的问题，将高精度微观车辆轨迹数据与超参数优化机器学习方法相结合，提出了一种可应用于智能网联车辆(ICV)的交织区换道风险识别与预警方法；基于无人机航拍视频，从广域视角提取了城市快速路交织区时间精度为0.1 s、空间精度为每像素0.1 m的换道轨迹，测算了车辆间距、矢量速度、加速度、接近率、速度角度等换道风险感知信息；引入考虑近邻车辆信息的换道TTC模型，以反映车辆汇入或汇出主线的迫切需求，描述其在不同位置的换道行为差异性；结合15分位数法和四分位差法，划分了换道风险预警等级；基于准确率、真阳性率、灵敏度等多项评价指标，遴选并对比了线性分类器、支持向量机、K近邻以及RUSBoost模型换道风险预测结果，得出交织区换道风险实时预警优选模型，针对优选模型进行了超参数优化与验证。研究结果表明：RUSBoost模型为优选模型；超参数优化机器学习方法迭代至第24次时，RUSBoost具有最小误差与最佳点超参数；RUSBoost、BRUSBoost优化模型预测准确率分别为91.40%、99.80%,AUC分别为0.96、0.99;BRUSB...     

基于形态检测与深度学习的高空视频车辆识别

为了准确提取广域场景道路交通信息,本文融合形态检测与深度卷积网络,提出了无人机视频车辆定位及车型识别方法. 首先,基于形态检测建立候选目标提取算法,并构建了含244 520 个无人机视频车辆样本的深度学习图像基准库;然后,通过增加卷积层、池化层及调整网络参数等方法对AlexNet 进行重构,提出了改进模型AlexNet*;最后,建立了基于候选目标提取算法与AlexNet*的车辆识别方法. 验证分析显示：AlexNet*的图像分类F1 均值达 85.51% ,优于AlexNet(82.54% )、LeNet(63.88% )、CaffeNet(46.64% )、VGG16(16.67% ) 及 GoogLeNet(14.38%);本文车辆识别方法对小汽车及公交车的正检率、重检率和漏检率均值分别达94.63%、6.87%、4.40%,可有效识别无人机视频目标.     

基于3DCNN-DNN 的高空视频交通状态预测

为使用高空视频识别和预测道路交通状态，提出基于三维卷积神经网络-深度神经网络(3DCNN-DNN)的交通状态预测方法. 将道路切分为D 个路段，每个路段视频片段时长 m s，基于典型3DCNN结构C3D识别路段视频片段交通状态；建立道路? 个历史时段、D 个路段的交通状态矩阵Φ ，将道路交通状态预测问题转化为以Φ 为输入，有限交通状态为输出的分类问题，构建基于DNN的短时交通状态预测模型原型；建立交通视频数据集，对DNN预测模型原型的隐藏层数量、神经元数量及训练批大小进行测试优化，提出有4 隐藏层，各层神经元数量为64/128/128/64，训练批大小为64 的优化模型DNN*.测试结果表明：C3D视频交通态识别平均F1 值为95.71%，DNN*道路交通状态预测准确率为91.18%，比DNN线性分类、KMeans 、KNN、SVM和线性分类分别高6.86%、57.85%、62.26%、26.47%、43.14%；C3D能提供准确的交通状态矩阵，3DCNN-DNN可有效识别和预测道路视频交通状态.     

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.     

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。     

多车道交织区车辆跟驰行为风险判别与冲突预测

车路协同系统(IVICS)是保障安全高效出行的新兴技术之一,将高精度车辆轨迹数据与机器学习方法相结合,提出一种可应用于 IVICS 的多车道交织区的潜在风险判别与冲突预测方法。首先,基于无人机视频,从广域视角提取交织区交通矢量位置、速度等信息,并划分上下游、交织影响区等多个分区;然后,考虑决策行为(车车边缘距离、接近率)与车辆行为(横纵向速度、加速度、速度角度)构建风险判别模型,以单位面积冲突次数、持续时间、冲突密度等指标评估风险;最后,基于朴素贝叶斯模型与logistic回归模型分别进行交通冲突预测,与实测数据相比,预测准确率分别为74.86%、87.10%,Area Under Curve分别为0.84、0.88,表明logistic回归模型具有更好的预测性能。研究成果有助于交管部门制定与优化交通管控方案,可应用于IVICS动态预警。