基于数据驱动的快速路合流区加速车道长度的研究

设计长度合理的加速车道能有效地缓解快速路合流区频繁出现的交通瓶颈问题,因此采用数据驱动方法对快速路合流区的加速车道长度进行研究。利用无人机设备测取了快速路合流区的交通数据,从交通流特性及车辆汇入行为这两个角度对实测数据进行分析,得到了合流区车辆的驾驶行为;根据合流区交通流特点,对数据集进行聚类分析,使用生成对抗式网络训练不同合流区汇入行为车辆的跟驰换道模型,并与实测数据和SUMO仿真软件中内置模型进行对比分析;应用生成对抗式网络模型进行交通环境仿真,选取速度、交通密度、交通冲突率指标建立奖励评价函数,得出了加速车道长度设计的推荐值。研究结果表明:采用主线车辆提前减速和向内侧车道换道这两种手段,可实现协同换道避让匝道汇入的车辆;相比SUMO软件内置模型,生成对抗式网络模型更加贴近实际情况;仿真得出的单车道平行式加速车道长度分别在100、80、60 km/h情况下的推荐值为280、240、200 m。

考虑分心驾驶行为的高速公路合流区安全性评价方法

现有的公路项目安全性评价主要基于车辆运行速度的协调性,并未考虑交通状况和驾驶人可能出现的注意力不集中情况。考虑驾驶人分心驾驶和交通状况,提出一种高速公路合流区安全性评价方法:将驾驶行为、交通流及合流区几何设计等因素纳入到安全评价模型中,构建高速公路合流区的Vissim仿真模型,通过设置临时走神的持续时长和发生概率这两个参数实现对分心驾驶行为的模拟;采用灰色聚类方法综合评价高速公路合流区的交通安全性,构建入口匝道合流区的风险预测模型,并应用该模型预测依托工程高速公路入口匝道合流区的交通安全风险。研究发现入口匝道合流区的风险预测值符合多元线性回归,在相似的交通流状态下随着走神时间、走神概率的增加而单调递增。除了驾驶行为因素,交通量、主线与匝道运行速度差是影响合流区交通安全的另外两个主要因素。当高速公路主线交通量较大时,合理的限速可以降低合流区的风险水平。提出的考虑分心驾驶行为的安全性评价方法可快速、全面地评价合流区的风险水平,为制定合理的交通管制措施、改善公路合流区交通安全提供理论依据。

互通式立交合流区识别视距分析

为合理确定高速公路互通式立交合流区识别视距,参考国内外设计资料,并结合国内高速公路互通式立交汇入口车辆行驶特征,明确合流区识别视距的确定方法;并以某高速公路互通式立交为例,对其汇入口合流区识别视距进行计算与验算。结果表明,互通式立交入口合流区识别视距在公路路线设计时很容易被忽视,在设计时除应加强对识别视距的重视外,还应针对凸形竖曲线周围入口匝道识别视距展开验算,并进行主线纵面指标的合理选用,确保相关设计符合规范视距长度要求。

基于雷视融合的合流区预警系统应用设计

为有效提升高速公路合流区行车安全,针对合流区相对复杂的交通运行状态,提出了基于雷视融合的合流区预警系统。方案通过交通运行状态感知、协同边缘计算、联动预警信息发布等方式,对合流区主线和匝道车辆进行行车安全预警,从而减少高速公路合流区交通事故和拥堵事件的发生。

基于操纵量指标的合流区危险驾驶行为谱研究

公路立交合流区交通环境复杂,交织比例和换道频次高,危险系数大。为描述合流场景下危险驾驶行为的主要表现形式,同时,量化其危险程度,提出操纵量指标表征立交合流区危险驾驶行为,构建基于车辆轨迹数据特征参数的驾驶行为谱;运用风险度量法量化4种危险驾驶行为,即急打方向、猛踩踏板、危险跟驰和危险换道。结合四分位差法和CRITIC(Criteria Importance Though Intercrieria Correlation)法确定危险驾驶行为特征参数阈值和权重,并综合计算危险驾驶行为谱特征值;结合危险点空间分布及相关研究验证操纵量指标的有效性。研究结果表明:4种危险驾驶行为相关系数均小于0.2,不存在共线性;4种危险驾驶行为中,急打方向权重占比最高,为0.405,对合流区行车安全影响最大;操纵量指标危险点空间分布与现有研究合流区交通冲突点吻合。上述结果证明:采用操纵量指标建立的危险驾驶行为谱可以客观实时的结合车辆轨迹数据辨识合流区危险驾驶人,为公路立交合流区主动安全防控提供依据。

数据驱动下的快速路合流区交通流建模

为研究合流区侧向车辆换道行为对车辆跟驰行为的影响,融合协同跟驰模型(Cooperative Car-Following Model, CCFM)和长短时记忆网络模型(Long Short-Term Memory,LSTM),构建了一种交通流预测模型.首先,选用符合场景的原始数据,对突变数据进行剔除和平滑过渡,进而,将合流区划分为2个区域,依据汇入车辆受到的3种驾驶条件约束,以及主路车辆可能采取的3种应对策略,基于协同跟驰模型构建两个区域的跟驰模型.其次,基于换道意图、换道利益和安全条件3方面,制定了2个区域的换道规则和换道模型,从而构建出合流区微观交通流模型.根据合流区交通流数据的长时间序列特性,以及目标车辆行驶行为的影响因素,构建LSTM单元和车辆信息编码器,开展车辆跟驰行为预测.然后,构建了CCFM-LSTM融合预测模型,分主路车辆换道和不换道两种情况,以合流区影响区和下游区主路车辆5s内的跟驰行为数据为输入,以合流区上游区主路车辆3 s内的跟驰行为数据为输出.最后,利用无人机采集的快速路合流区数据进行验证.研究结果表明:在加速度预测中,CCFM-LSTM的残差平方和较小,拟合优度相比原CCFM模型至少提高0.094 4;在速度预测中,除161号车外,CCFM-LSTM的残差平方和较小,拟合优度相比原CCFM模型至少提高0.097 4.

车联网环境下高速公路合流区换道协调决策与控制系统设计

为了降低高速公路合流区车辆换道碰撞风险、提高道路通行质量,在车联网环境下,优化设计高速公路合流区换道协调决策与控制系统;通过安装车联网终端芯片、改装协调控制器,完成硬件系统的优化;根据高速公路合流区的物理结构,设置换道区域约束条件;在车联网环境下采集高速公路合流区车路信息,根据换道紧迫程度、跟随车辆换道行为、车间距离安全性的计算结果,作出换道协调决策;规划合流区最优协调换道轨迹作为系统控制目标,最终计算位置、速度控制量,在控制器支持下,实现高速公路合流区换道协调控制功能;通过系统测试得出结论:所设计系统的车辆换道碰撞概率和道路拥塞程度分别为0.15%和0.20%,道路车流量得到明显提升,车流量的平均值为356 pcu/d;车辆速度控制误差为0.05 km/h,实验结果表明所设计系统在决策与控制性能方面具有明显优势。

大交通量高速公路互通合流区交通冲突分析

为了研究涉路施工大交通量高速公路互通合流区交通冲突特性,为涉路工程建设交通动态管控提供技术支撑,以浙江甬台温(宁波-台州-温州)高速公路温州南互通为研究对象,采用交通仿真方法,基于车辆距离碰撞时间TTTC和后侵入时间TPET划分冲突类别并采集交通冲突次数等数据,分析道路和交通参数对合流区交通冲突的影响,建立不同影响因素与严重冲突次数关系模型。结果表明,对合流区冲突次数的影响程度从高到低依次为匝道交通量、加速车道长度、主线与匝道的限速差、主线货车比例;匝道交通量增加对冲突发生概率的影响最大,匝道交通量由200 veh/(h·ln)增大到1 200 veh/(h·ln)时,冲突概率增加182.77%,严重冲突占比由14.54%上升至20.92%;随着主线货车比例的增加,严重冲突占比由15.55%下降至11.47%;加速车道长度由100 m增加至350 m,发生换道冲突的概率降低48.48%,发生追尾冲突的概率增加23.88%;主线与匝道的限速差为50 km/h时,发生严重冲突的概率增加71.10%。

考虑车辆交互信息的高速匝道合流区车辆加减速行为研究

为了研究车辆微观运行参数与车辆运行状态的关系,以交通环境复杂的匝道合流区为例,分析了二者之间的关系,并以此为依据对车辆运行状态进行了预判。采用自然驾驶数据集,提取出不同场景下的车辆交互信息,分析了各场景间的差异性及其与车辆加减速行为的相关性,将车辆运行状态分为三类并对典型场景分别利用k-means和高斯混合模型(GMM)两种方法进行了对比聚类分析。结果表明,不同场景情况下的车辆微观运行参数与加速度的相关程度存在着明显的差异;从聚类的结果中可以看出,在典型场景下GMM的聚类结果优于K-means,且仅靠微观运行参数不能完全地反应车辆运行特性。

基于生态驾驶的道路合流区车辆运行状态估计

针对城市道路合流区生态驾驶策略的研究,需考虑真实场景车辆运行车速特性。通过分析车速的累积频率、分布趋势、特征百分位值等统计特性,得出平/高峰时段下合流区车速的差异性及高峰时段下合流区车速及加速度的运行特性。结果表明:高峰时段交织区车速分布为相对集中的左偏分布,平峰时段交织区车速基本符合Gaussian分布;高峰时段合流区车速紊乱分布于[0,20.0]km/h,平峰时段合流区车速有序分布于[7.5,45.0]km/h;高峰时段合流区纵向加速度与车速关系的散点分布呈不等腰三角形,而纵向减速度与车速关系的散点分布呈直角三角形;高峰时段合流区纵向加速度分位值折线图呈现M形,纵向减速度分位值折线图呈现出明显的上升趋势。该车速状态估计模型拟合程度指标达79%以上,精度满足要求,可为生态驾驶车速估计研究提供一定理论参考。

基于车路协同的高速公路合流区管控

针对现有技术的不足,提出了一种基于车路协同的高速公路合流区管控方法,该方法能够兼顾合流区的事件检测及安全预警,采用车路协同及高精度感知数据,实时获取车辆的连续轨迹数据,并在此基础上提升交通事件检测的实时性、精度、空间覆盖率,并将事件检测结果与安全预警有机结合,提高预警的准确性。从而达到高可靠性、高精度、全天候保障合流区安全运行的目的。最后,在仿真中对方法进行测试。结果表明,事件发现率达100%,延迟小于100 ms,能够克服TTC、安全距离预警存在的问题,进行有效预警。

高速公路合流区1车道车头时距分布特征

为揭示高速公路合流区 1车道上车辆的运行规律 ,利用摄像机于 2 0 0 0年在江苏、山西、河北、北京、天津、广东等地对高速公路合流区 1车道上车辆的车头时距数据进行大量调查 ,运用AutoScope2 0 0 4图像处理系统对大量调查数据进行分析处理。在此基础上 ,运用数理统计方法提出 1车道车头时距分布为变化阶数的Erlang分布的分布特征 ,运用拟合分析及 χ2 检验技术对提出的分布特征进行了检验。该分布特征为合流区通行能力分析。

考虑驾驶员特征的快速路合流区间隙接受模型构建

针对现有驾驶员行为模型对驾驶员特征因素考虑较少的不足,以快速路合流区为研究对象,运用模糊聚类方法与K-S检验法构建连续的驾驶员类型整合模型。在合流区换道过程中引入相互协作机制,并考虑驾驶特征差异对驾驶行为的影响,建立车道变换间隙接受模型。最后,以微观交通仿真系统MTSS为仿真平台,建立快速路合流区仿真模型,并进行了仿真验证,结果表明:仿真值与实测值的误差小于10%,表明构建的模型可以较好地表示驾驶员类型对驾驶行为的影响。

城市快速路匝道合流区车速限制研究

为了明晰城市快速路匝道合流区交通运行最有利的车速限制策略,基于匝道合流区限速原则,采用快速路实测数据和数理统计分析方法,研究匝道车辆车速分布、流量与车速关系以及车道位置、车型和车道宽度对匝道合流区的合理限速值的影响.分析表明:车速随车道位置由内至外依次降低,车道宽度虽与车速呈正比,但影响并不大,车速主要受流量影响,与其呈正比.城市快速路匝道合流区与基本路段的车速特征差异较大,应分别制定限速策略,匝道合流区限速值应根据车道位置、车道宽度和流量情况综合进行考虑.

城市快速路互通立交合流区车头时距分布特性

为了分析城市快速路互通立交交织区对合流区车头时距分布的影响,根据广州市快速路半苜蓿叶互通立交的实测数据,研究了从交织区末端至合流区鼻端间的车头时距变化特性,以及城市快速路互通立交合流区的车头时距分布与高速公路合流区车头时距分布的差异,提出了用绝对值韦布尔函数模型拟合互通立交在交织区影响下合流区的车头时距分布特性的方法,通过图形模拟和数据检验,证明该模型的拟合效果良好.

高速公路入口匝道合流区的CP-CS融合模型

为有效地评估高速公路现有或预建入口匝道合流区的交通安全性,提出了一种综合考虑冲突概率(CP)与冲突严重性(CS)的CP-CS融合模型。首先,考虑车辆微观运行特征对交通冲突的影响,构建了冲突概率模型;然后,利用统计数据集成冲突概率与冲突严重性,建立了CP-CS融合模型;最后,结合实测交通数据,采用SSAM交通冲突仿真分析验证所建模型的有效性,并基于案例研究揭示合流区风险系数演变机理,明确不同优化方案下合流区的安全状态。实验结果表明:文中模型有助于提高现有或预建入口匝道的安全水平;当主线车流速度小于27m/s,每小时流量低于1000辆时,合流区具有较高的通行效率与安全水平。

城市快速路匝道合流区与基本路段交通流特征对比

基于快速路实测数据和微观仿真数据,从交通流基本图、交通流状态空间传播、匝道与主线流量关系和车道横向分布特征4个方面对比了匝道合流区与基本路段的交通流特征。结论表明:由于匝道车辆汇入的影响,匝道合流区与基本路段的交通流特征存在较大的差别,在城市快速路的规划、设计、管理和控制中都应该区别对待。

城市快速路匝道合流区拥阻机理及对策分析

城市快速路匝道合流区是拥阻高发区域。基于跟驰理论和交通波理论,通过对交通运行行为进行解析,明确了匝道车辆汇入主线产生的变道及由此导致的变速行为是匝道合流区通行能力下降的成因,并用上海市快速路匝道合流区实例对理论分析进行了印证;最后根据分析结论,提出防治匝道合流区拥阻的6条原则,并结合城市快速路的设计、管控和评价内容逐条进行了分析,提出了匝道合流区拥阻防治对策。

快速路合流区加速车道长度计算方法

为了克服现有合流区加速车道长度计算方法的缺点和合理设计快速路合流区,提出了一种新的合流区加速车道长度的计算方法.首先通过分析合流区交通流breakdown现象与加速车道长度的关系,建立了基于车辆占有率的合流区交通流breakdown事件发生概率模型.然后,利用合流区交通流breakdown事件发生的概率,建立了合流区加速车道长度的计算模型.最终实现了根据合流区主路与匝道交通量计算合流区加速车道长度的新方法.该方法不需要假设合流区主路外侧车道交通流车头时距的概率分布,克服了现有方法的不足.以北京市大羊坊的合流区为例,利用该方法绘制了不同主线交通量情况下合流区发生breakdown事件概率随加速车道长度变化的曲线,为合理设计合流区提供了依据.

高速公路互通式立交合流区安全视距分析

通过分析高速公路立交合流区的交通事故特点,从立交设计角度建立了立交合流区的视距模型,结合汽车理论及交通流特性,分析了主线车辆在不同驾驶行为条件下应保证的安全视距,构建了立交合流区视距三角形,研究表明:规范中规定的主线通视距离100 m,匝道通视距离60m的单一组合值欠妥,进而提出了立交入口通视三角形的合理取值。