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。     

交叉口车辆跟驰换道模型构建及仿真

为了提高城市交叉口的通行能力、保障交通安全、研究车辆行驶规律,提出了一种新的与跟驰结合的换道概率实时判断模型。首先,从车辆运行状态出发,将交叉口车辆行驶过程分为跟驰-换道-再跟驰3个阶段;然后,在全速差跟驰模型(Full Velocity Difference Model,简称FVD模型)的基础上,将跟驰与换道模型相结合,根据3阶段建立换道概率模型,并利用实测数据进行参数标定;最后,通过模拟仿真交叉口路段,对模型影响因素进行分析。仿真结果显示,在靠近交叉口停车线过程中,车流速度浮动会趋于平稳;当离交叉口停车线距离、车辆分布情况均相同时,相同道路环境下,前方车辆中大型车辆的比例越高,车辆换道概率越大,大型车辆比例上升20%,车辆换道概率上升3%;当前方大车比例、车辆分布情况相同时,离停车线距离增加100m,车辆换道概率增加10%。这符合实际运行中车辆运行规律,可为探究其他影响因素提供参考。     

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.     

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。     

基于元胞自动机的高速公路临时瓶颈交通流仿真

为研究强制换道及冲突点分布对高速公路临时瓶颈交通流的影响,在NS(NaSch)模型和STCA(symmetric two-lane cellular automata)模型的基础上,引入强制换道规则,根据瓶颈口上游驾驶员心理状态的变化,建立高速公路瓶颈交通流模型.在开口边界条件下,针对不同的安全换道概率、强制换道概率、冲突点距离和冲突区间长度参数,模拟得到瓶颈交通流量和换道频率与车辆到达率的关系.仿真结果表明,安全换道行为对系统流量影响小;强制换道行为是降低瓶颈系统最大流量的主要因素,当安全换道概率为0.5时,强制换道概率从0.0增加至0.1,最大流量下降了17%;冲突点距离的增加缓解了交通拥堵程度,当冲突点距离从1 cell增加至4 cell时,临界车辆到达率上升了4%;冲突区间长度对交通事故风险的影响较大,最大强制换道频率随冲突区间长度的增加而增加.      

考虑与跟驰模型结合的自由换道模型及仿真

考虑跟驰过程与换道过程的结合,在车辆换道过程的具体实施过程中引入跟驰模型,以全速度差模型为基础,对换道过程中的换道加速度进行确定,并通过对天津市视频录像换道时间的统计分析,建立了换道距离与换道时车头偏角之间的关系.最后利用Netlogo平台对模型进行了实现与仿真分析,结果表明:该模型很好地体现了实际换道的特点.     

基于车头时距模型的高速公路出口换道距离研究

高速公路出口的车辆换道行为是产生高速路行车安全问题的重要原因.为研究高速路出口车辆换道的平均距离,选取西安绕城高速未央立交八车道出口的路段拍摄视频,提取车速、车头时距等参数,拟合选取车头时距分布模型,结合间隙接受理论和概率分布模型,建立换道距离计算模型,结果表明:在单车道交通量为650 veh/h至900veh/h的情...     

基于运动学的换道安全间距研究

通过建立基于运动学理论的换道模型并分析主车与原车道前车及目标车辆前后车的速度、加（减）速度及安全距离,研究车辆换道行为的安全性。研究结果表明：车辆在进行换道过程中,换道时间由车道及车辆的宽度、驾驶速度、纵向加速度及驾驶员的特性有关系。研究结果可为车辆安全换道决策提供重要依据。     

基于强化学习与安全约束的自动驾驶决策方法

在自动驾驶决策场景下,为解决强化学习算法安全性差、学习效率低的问题,提出一种在算法的训练阶段添加基于价值的安全约束和虚拟奖励的方法。首先,利用状态、动作价值函数和安全判断规则,对智能体执行的动作进行基于价值的安全约束,选择价值高且安全的动作。然后,向回放池添加包含虚拟奖励的预测轨迹数据,以补充由于约束而未能获取的试错动作信息和相应的状态、奖励信息。最后,为进行加减速和换道决策实验,基于修改后的高速公路仿真环境highway-env搭建了3车道高速公路场景,并以深度Q网络（Deep Q Network, DQN）算法为基础,分别训练和测试了无安全约束的算法、拥有基于规则的安全约束的算法和拥有基于价值的安全约束的算法。结果表明,考虑加速、减速、保持车速和车道、向左换道、向右换道共5种动作时,基于价值的安全约束算法的成功率比无安全约束的算法高3倍以上,平均回报提升28%;仅考虑向左换道、向右换道、保持车道这3种换道动作时,基于价值的安全约束算法的成功率比基于规则的安全约束算法高0.11,平均回报提升6%;都添加基于价值的安全约束时,考虑5种动作的算法相较于考虑3种动作的算法成功率低0.06但...     

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.     

计及安全性与舒适性的智能车辆换道轨迹规划研究

针对当前智能车辆在换道过程中的安全性以及乘员舒适性问题,本文提出一种基于风险场评估轨迹的二次筛选方法。首先,在Frenet坐标系下,将车辆运动解耦为横向和纵向两个维度,基于五次多项式生成所有横向d-t曲线簇和纵向s-t曲线簇;其次,由车辆的动力学特性和三圆碰撞模型设计轨迹初筛评价函数,选取合格轨迹作为候选轨迹;最后,参考人工势场理论的思想,引入行车过程中风险场的概念,根据换道效率,换道风险值和横、纵向冲击度建立总损失函数评价候选轨迹以进行二次筛选,选取最佳轨迹并完成可视化。为检验算法的可行性,通过搭建双车道的道路环境,设计障碍车不同速度和加速度的多场景进行弯道换道的仿真验证。研究结果表明,本文所提算法能够满足换道的安全性和舒适性需求。同时,在正常换道场景下,乘员在换道过程的97.5%时间处于舒适状态,在紧急避障场景下也能达到平衡安全性与舒适性的目标。     

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。     

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.     

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.     

车路协同环境城市快速路分流区通行能力提升策略

根据车路协同环境城市快速路分流区不同车型的自动、人工驾驶混合车流特征,引入动态加速度、可变换道概率改进元胞自动机模型车流运行规则;设计了考虑主路自动驾驶渗透率、大型车混入率、驶出自动驾驶渗透率、驶出车流率、出口匝道车道数、换道决策点距离等因素耦合作用的分流区换道仿真试验;对比分析了多因素耦合作用下驶出车辆自由换道率、平均换道距离等指标影响程度,研究了城市快速路分流区道路通行能力变化规律;提出了基于可变换道决策点距离的分流区道路混合车流通行能力提升策略。研究结果表明：分流区驶出车辆自由换道率越高,道路通行能力越大;主路车流自动驾驶渗透率对通行能力的影响最为显著,自动驾驶环境可达到人工驾驶环境道路通行能力的2倍;出口匝道车道数对通行能力的影响不显著,2条出口匝道比1条出口匝道的通行能力提升约3%;换道决策点距离对通行能力的影响较为显著,车辆换道决策点距离从100 m增加到150 m时,分流区道路通行能力可提高9.6%～10.6%。可见,可借助移动式交通标志提前引导车辆换道决策,显著提高分流区道路通行能力。     

基于元胞自动机的城市道路偶发性拥堵交通行为模拟

以元胞自动机模型为基础,在传统的车辆换道规则上,引入驾驶人行为因素,根据不同区域交通流特点和驾驶行为特点,给出了不同的车辆换道规则,建立了一种适用于城市道路偶发性拥堵交通流行为分析的元胞自动机改进模型。并利用该模型,模拟分析了偶发性拥堵发生时不同车流密度的车辆排队和平均车速情况。     

停靠站附近间歇式公交专用道适用条件探究

基于STCA模型和公交优先权的概念,结合直线式公交停靠站附近的交通流运行特性,在优化车辆跟驰规则和换道规则的基础上,建立三车道元胞自动机车辆换道模型。运用建立的模型,分别对设置完全式公交专用道(DBL)和间歇式公交专用道(IBL)的道路交通运行情况进行局部仿真。考虑车辆换道率和公交发车频率,从基本图、时空图、平均速度和速度稳定性方面对比分析,进一步探究IBL策略的适用条件。结果表明,当车辆密度大于20 veh/km且公交车辆发车频率小于200 veh/h时,IBL策略较DBL策略效果更好。此时允许部分社会车辆进出公交专用道,虽然车辆换道率更高,但并不会对路段交通流造成负面影响,反而能提升车辆通行效率和道路资源利用率,减轻交通拥堵。     

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。     

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。     

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.