城市连续隧道交织区主线交织车辆换道点选择行为研究

基于城市连续隧道交织区分析主线交织车辆换道点选择行为,以实地采集的车行轨迹数据为基础,利用随机森林模型分析主线车辆换道点选择行为特征及影响行为决策的影响因素,而后分别采用支持向量机模型与随机森林模型进行换道点选择行为决策建模和对比分析。研究结果表明:影响主线交织车辆换道点选择的主要因素为目标车辆状态以及本车道的后车状态,且经特征筛选之后建立换道决策模型的精度更高,其中支持向量机模型可以较好的刻画换道行为,模型的预测精度不低于85%。研究成果有助于在仿真模型中更准确描述换道点选择行为,同时为城市连续隧道交织区的优化和辅助驾驶策略制定提供支撑。

基于行车风险场的快速路短交织区车辆交互风险识别

为更加准确和直观地识别快速路短交织区行驶车辆之间的交互风险,解决传统风险识别模型无法连续识别换道时车辆间交互风险的问题,本文利用无人机采集快速路短交织区内车辆轨迹数据,并利用Tracker进行读取,筛选跟驰车辆对和换道车辆对,在现有行车风险场理论的基础上,综合考虑车辆面积、车辆前进时前后方风险差异、转弯时左右方风险差异以及车辆之间横向距离,适应性改进现有行车风险场模型DRF(Driving Safety Field),利用遗传算法和波良可夫模型标定模型参数。对比改进后行车风险场模型、车头时距倒数(THWI)、碰撞时间倒数(TTCI)对车辆间跟驰交互风险与换道交互风险的识别情况,验证该模型的有效性。结果表明,本文模型较THWI和TTCI更符合驾驶员的驾驶心理,且感知风险变化先于驾驶员,对车辆换道交互风险的识别率较THWI提升52.45%,较TTCI提升83.66%,本模型在换道交互风险的识别性能上表现的更加优越。基于本文模型对短交织区区域内多车共同作用产生的风险进行可视化,可辅助交通管理部门确定需要精细化组织的关键区域,也可作为评价管理措施改善效果的可视化手段。

基于迁移学习的高速公路交织区车辆轨迹预测

高速公路交织区复杂场景下的车辆轨迹预测对智能汽车的决策与控制具有重要意义.为应对交织区复杂交通流带来的轨迹预测实时性与精确性等挑战,提出一种基于迁移学习的车辆轨迹预测方法,利用已有的高速公路直线段轨迹预测模型进行迁移学习训练,从而实现在交织区场景中更快速精准地轨迹预测.使用NGSIM(next generation simulation)数据集中的交织区轨迹数据,采用长短时记忆神经网络模型,在已充分训练的高速公路直线段模型基础上对交织区进行迁移学习,并采用时间序列滚动预测法逐帧精准预测轨迹.实验结果表明,横向和纵向行为预测准确率可达98.35%和93.01%,轨迹预测值的均方根误差为2.04 cm.交织区迁移学习能够缩短61.1%的模型训练时间,同时提高预测准确率和模型泛化能力.

主线侧合分流连结部的交织区研究

结合某高速公路工程,研究了交织区的类型和影响因素参数,通过计算法确定交织区的交织强度系数、交织与非交织速度、交织车道数、交织区平均速度和车流密度等因素指标,进而判定交织区的运行状态和服务水平,估算通行能力。研究发现,总交通流率、交织流量比和交织比较小时,虽然主线侧合分流连接部的辅助车道长度不满足规范规定的极限值要求(800 m),但交织区远期实际运行状态良好,满足新建工程的服务水平和通行能力的要求,可为互通匝道布置方案的可行性和优化设计提供可靠的理论和数据支撑。

城市快速路互通立交交织区长度可靠性设计

城市快速路中互通立交交织区长度的合理设置将对整个城市快速路系统的服务水平、通行能力、行车安全的提高起到关键作用,有必要对互通立交交织区长度的取值进行科学合理的计算。基于《公路通行能力手册》交织区中的相关方法建立交织区长度的计算模型;以该模型为依托结合可靠度理论,建立最小交织区长度可靠度功能函数,对交织车辆区间平均速度、交织区基本路段的平均自由流车速等随机变量的随机性及其分布规律进行分析。利用蒙特卡罗法讨论现行规范中最小交织区长度设计取值的安全可靠性,用失效概率及可靠指标进行评价。参考《公路工程结构可靠度设计统一标准》中城市快速路对应安全等级的可靠度要求,计算不同设计速度下的交织区长度,并结合实例验证,其计算结果具有较高安全性。研究表明:以150 m作为互通立交交织区长度应用于快速路设计,其失效概率较大且安全性较低;通过以满足一级安全等级条件的目标可靠度反算,推荐在100、80、60 km/h共3种设计速度下,互通立交交织区长度分别取400、370、350 m,可提高整个城市快速路系统的高效性和安全可靠性。

基于动态行车安全间距的交织区换道模型

为模拟城市快速路交织区复杂换道决策行为,提升交织区运行安全性,基于微观车辆轨迹数据,构建考虑动态行车安全间距的交织区元胞自动机换道模型。首先,利用高空视频提取高峰时段交织区车辆换道间距信息,提出换道间距与换道次数关系式;然后,根据交织区不同车道换道差异,分别构建主线车道、集散车道换道行为模型;最后,采用流量、密度、换道类型等参数对模型进行评价。结果表明,相比经典换道概率分布模型,模型可更有效模拟交织区瓶颈现象和运行风险,反映真实换道需求,描述实际运行状态。

考虑天气影响的高速公路交织区交通运行状态识别

为精准识别不利天气下高速公路交织区的交通运行状态,在传统交通流指标上引入天气因素,建立改进的k-prototypes交通运行状态划分方法。本方法通过分析在不同等级的降雨、能见度、风速下交通流特性的变化特征,确定天气对交通流状态的影响;利用随机森林模型选择交织区各车道交通流运行状态的影响变量;为提高模型精度,引入信息熵衡量k-prototype算法的相异性,并提出聚类效果评价指标衡量状态的有效性。结果表明:考虑天气及交通流特征的高速公路交织区各车道运行状态划分为7类最佳,分别对应《道路通行能力手册》中的各级服务水平。在恶劣天气影响下,交织区各车道服务水平均下降明显,车道1、3平均下降4个等级,车道2、4平均下降3个等级;在中度天气影响下,各车道下降2~3个服务水平。在同一服务等级下车道1、3车流运行最小速度下降范围在11.2~17.4 km·h^(-1),而车道2、4在21.2~27.4 km·h^(-1)。研究成果可为恶劣天气影响下更精细化的交通管理以及提高高速公路交织区服务水平提供理论基础。

尖点突变理论在近邻交织区交通状态判别中的应用

为了提高近邻交织区的通行效率,探究近邻交织区交通流的运行状态及其变化规律,提出了一种结合尖点突变理论与高斯混合模型的自适应交通状态判别方法。该方法以快速路近邻交织区为研究对象,通过研究不同间距条件下平均速度和时间占有率的高斯混合分布,利用尖点突变理论剖析近邻交织区交通状态变化趋势,为交织区交通管控提供必要的理论与技术支撑。实验中选择重庆市海峡路与四公里互通处近邻交织区为例,以VISSIM交通仿真软件对实际调查数据进行仿真效果验证。实验结果表明:近邻交织区交通流在不同状态间转变时,存在一种临界状态,随近邻交织区不同间距变化,当近邻交织区间距小于150 m时临界拥挤流速度变化显著,大于150 m时趋于稳定;当近邻交织区间距小于200 m时临界拥挤流占有率变化显著,大于200 m时趋于稳定。研究成果对于近邻交织区的交通管控以及交通流研究都奠定了很强的理论基础。

基于航拍视频构建风险指数的交织区拥堵识别方法

为了实时识别快速路交织区拥堵瓶颈的形成及其诱发因素,基于无人机航拍视频构建车辆轨迹数据,提出一种融合交通流不稳定性分析的交织区拥堵识别方法。识别方法由车辆轨迹提取、扰动感知模型和拥堵风险指数构建3个阶段构成。首先,通过YOLOv4(You Only Look Once,Version 4)网络训练航拍小目标权重检测俯拍车辆,关联外观与运动特征以跟踪车辆轨迹,从而提取无人机航拍视频中的精细车辆轨迹。然后,通过提取车辆微观速度、变道、冲突信息建立车速扰动和变道交织扰动感知模型。最后,采用熵值法结合扰动信息与平均车速构建归一化的拥堵风险指数,根据交织流的拥堵风险指数识别拥堵。本文采集广州大桥数据进行案例分析与测试验证。研究结果表明:学习了小目标特征的网络在航拍场景测试的误检率和少检率均低于5%,所提取的车辆轨迹连续稳定;在交织区拥堵识别评价中,本文方法的F1值达到97.85%,明显优于基本参数识别方法,在各路段中具有较高的识别准确度和算法鲁棒性;相比平均速度指标,所提出的拥堵风险指数能够更精细灵敏地反映短时和局部的拥堵,并能够从平均车速、个体车速差异和变道交织3个维度中识别多种因素引起的交织区交通瓶颈。研究结果可为城市重点路段交通诱导与优化提供技术基础。

混合网联环境快速路交织区交通流特性分析

在混合人工驾驶车辆(human-driven vehicle, HV)与网联自动驾驶车辆(connected and autonomous vehicle, CAV)的交通流环境下,为提升快速路交织区的通行效率与行车安全性,深入分析了混合交通流的基本特性.首先,结合交织区通行能力计算模型,研究交织区域长度、交织交通量比和CAV渗透率等因素对交织区通行能力的影响;其次,推导混合交通流基本图模型,并在不同期望车头时距和CAV渗透率下对混合交通流基本图参数进行分析;最后,通过数值仿真实验,分别探讨在由车辆换道行为所产生的单一扰动和频繁扰动条件下,混合交通流行驶速度与车头间距的时空演化规律及交通流稳定性.结果表明:CAV渗透率的提升可以提高交织区通行能力以及混合交通流交通效率;交织交通量比的减小和交织区域长度的增大可提高交织区通行能力;提升CAV渗透率可以有效提高混合交通流的稳定性,但较小的车头间距也会造成一定的安全隐患.

交织区微观交通仿真模型参数敏感性分析

开展微观仿真模型参数标定是科学应用微观仿真技术的前提,也是开展快速路交织区仿真模拟,继而挖掘交通流运行规律的必要步骤。参数敏感性分析是筛选标定参数种类的核心步骤。研究开展了针对交织区不同流量状态下不同指标的参数敏感性问题。根据基本道路通行能力设定交织区仿真中低、中、高三种流量条件,在不同的流量条件下开展交织区的参数敏感性分析工作。同时考虑交织区交通运行特点,分别从速度、流量和延误几个层面选取六个校核指标作为微观驾驶行为参数敏感性的分析对象。以VISSIM为平台设计并开展微观仿真实验,实践全样本空间下机器学习方法开展参数敏感性分析的有效性。对比不同参数敏感性分析方法并综合实验结果从车辆运行特征角度解释不同流量状态、不同指标的参数敏感性结果,证明以延误为校核指标、以交通流近饱和状态为标定场景,可以获得更全面的标定结果。

基于WNN的隧道交织区车辆换道持续距离预测

车辆换道行为往往被当作瞬时交通行为而忽视其换道过程的行为特征。采用城市连续隧道交织区换道行为作为研究对象,探究其换道过程中换道持续距离的选择行为,提出了一种引入小波变换和人工神经网络的组合预测模型。首先,对提取到的换道数据进行一定程度的降噪处理,将影响换道持续距离的主要因素作为神经网络的输入变量,以南京市“九华山-西安门”连续隧道交织区轨迹数据为例,通过训练模型来提高对车辆换道持续距离的预测精度。结果表明:与机器学习模型和神经网络模型进行对比分析,发现所提出的小波神经网络模型具有较高的预测性能,对该交织段典型换道行为进行特征分析研究,可以为城市连续隧道交织区管理方案的制定奠定理论基础。

基于卷积神经网络的改进高速公路交织区速度预测模型

文中选取南通市竹行互通交织区为调查对象,采集不同交通流状态下交通运行参数,利用统计法分析主要交通流运行特性,基于实测数据,根据卷积神经网络进行速度曲线估算,利用均方根误差等作为每次拟合效果的评判依据,并对新建模型进行检验和敏感性分析.得到交织区的交织与非交织速度改进模型的平均相对误差均小于5%,说明该模型具有更好的预测精度.

仿真求解城市快速路交织区合理长度

城市快速路交织区长度的合理设置对于提高交织区的通行能力和服务水平,减少对快速路非交织段交通流的影响具有重要意义。对菱形立交先入后出式出入口进行数据收集,利用该数据标定和验证VISSIM微观仿真模型,建立城市快速路交织区仿真模型。通过仿真试验结果分析,得出城市快速路先入后出式出入口交织区长度建议值。

快速路交织区标线设置分析及仿真

虚实标线结合方法在快速路交织区的应用研究较少,存在虚实标线结合方法作用不明、效果不清的问题。为此,在乌鲁木齐典型快速路交织区标线设置的基础上,利用VISSIM仿真软件对快速路交织区不同标线方案建立模型,厘清标线方案在选定评价指标下的统计学特性。仿真结果表明,虚线方案可以有效提高车辆行驶速度,减少匝道车辆的排队长度、延误,提高快速路交织区运行效率。虚实线方案可有效减少车辆在交织区的换道次数,减少因换道行为引发的交通事故,规范交织区车辆换道行为便于管理。

仿真求解快速路交织区通行能力

由于交织区通行能力的影响因素众多,没有所谓理想的道路条件,而现阶段在我国由于资金、技术等各方面的限制,不能够获得大量的实测数据,因此,用统计分析的方法确定其通行能力有很大的困难。用一个实例详细地介绍了用标定过的仿真软件CORSIM模型求解交织区通行能力的方法、步骤,其中,重点完成了模型freesim-setup中对通行能力有重要影响的8个参数的灵敏度分析,据此标定了仿真模型,然后通过实验方案设计,改变输入条件,得到了不同条件组合下的通行能力值。通过仿真结果与实测数据的对比,认为该方法是非常可行的,并且有一定的应用价值。

道路交织区运行分析研究进展

道路交织区运行分析在道路交通系统设计和交通组织管理中具有十分重要的作用。本文在收集国内外大量交织区研究文献的基础上,综述国内外道路交织区运行分析的研究过程和成果。

快速路交织区车头时距分布特征

针对快速路交织区中车流的频繁交织行为引发车头时距重分布现象,系统研究了快速路交织区车头时距分布的内在规律,得出了城市快速路交织区内车头时距分布随断面流率动态变化的结论。选择北京、上海、广州等7个典型城市的城市快速路系统为研究对象,利用数理统计方法对采集的代表性快速路中A类交织区中车头时距数据进行分车道分断面统计分析,拟合分析及x^2检验的结果表明断面流率小于250 veh/h时,车头时距服从负指数分布;当断面流率位于250～750 veh/h时,车头时距服从移位负指数分布,而当断面流率位于750～1500 veh/h时,车头时距则服从Cowan M3分布,为城市快速路交织区的通行能力分析、规划管理等方面的深入研究提供了理论依据。

快速路交织区运行分析研究

我国对于快速路交织区的分析一直沿用国外的公式和服务水平分级标准,然而,除了城市快速路的设计标准不同于高速公路外,车辆的运行特性、交通组成、驾驶员的总体特征也不同于国外,因此运行分析结果是否符合中国的实际情况、在多大程度上符合都有待于研究,用快速路实测数据重新标定的公式,是最有效、最科学的方法,本文利用北京、上海和广州的实测数据,重新标定了美国HCM2000交织区的运行速度公式。通过验证和算例分析认为,标定过的公式能客观地反映我国快速路的实际情况,有很好的应用价值。另外,通过全国几个大城市的走访调研,根据设施构造的不同对我国的快速路交织区进行了分类。

基于交通安全的高速公路交织区构型研究

针对现有8种高速公路交织区构型,通过对其重要因素如交织区构型、交织区长度、交织区宽度、交织流量等进行分析,建立其冲突因子模型,并利用模型对其进行重新划分,以为高速公路交织区的设计及管理提供借鉴。