车联网环境下匝道汇入区瓶颈换道优化

高快速路汇入区(即合流区)瓶颈是交通流运行的咽喉,汇入瓶颈交通流失效会加剧拥堵,诱发交通振荡以及事故率上升等一系列问题。与现有研究大都通过调节匝道汇入车辆行为或主线车辆速度进而试图改善汇入区交通流问题不同,该研究聚焦于瓶颈汇入区上游主线车辆,通过动态调节汇入区上游主线车道车辆分布,提升汇入区通行能力。具体而言,研究提出一种可以对网联车(CV)进行双向换道建议的混合整数线性规划模型,该方法不依赖于交通流基本图设定的临界密度,通过实时计算每一辆个体CV的向左、向右或保持车道决策以优化车道流量分布,减少汇入车辆干扰,提升汇入效率。基于VISSIM交通仿真软件,通过二次开发搭建了汇入区瓶颈换道优化实时仿真评估系统,并对该方法进行了验证,测试不同流量组合和不同CV渗透率下算法的有效性。各车道时空轨迹表明该换道建议优化方法可以有效减小汇入车辆冲突,车均延误分析结果表明在单车道平均流量1550~1800 veh·h^(-1)区间,即汇入瓶颈失效关键流量区段,换道建议优化方案相比原方案能显著改善汇入区的运行效率,车均延误可降低10%~50%左右。CV渗透率敏感性分析表明,在较低的0.2~0.5渗透率下即可达到减小延误的目标。

快速路汇入区瓶颈交通流早发性失效研究(第2部分):致因分析

快速路汇入区是典型的常发性瓶颈区域,其交通流失效严重制约通行效率,影响交通安全。现有研究实证发现,大量汇入瓶颈存在早发性失效现象,这进一步加剧了瓶颈的制约作用,而目前尚未有理论方法对这一独特现象进行建模仿真与致因分析。本系列研究的第一部分定义并建模了3类新的汇入行为,并与汇入区跟驰和换道模型整合,构建了瓶颈交通流高精度仿真系统。作为系列研究的第二部分,重点探讨瓶颈交通流早发性失效致因:即基于仿真受控试验分析瓶颈失效的影响因素,并解析不同微观驾驶行为与宏观瓶颈交通流失效之间的内在机理。首先,对瓶颈汇入区仿真系统进行了精细化参数标定,作为受控试验的研究工具。其次,基于多因素方差分析方法设计正交试验,排除因素间的交互效应,分析各类驾驶行为对于瓶颈通行效率的主效应。最后,利用因果推断理论设计仿真试验,构建早发性失效因果网络图,深入分析上述驾驶行为之间的交互影响链,以及与瓶颈交通流失效的作用关系。研究结果表明:早发性失效的关键致因与失效机制中的影响因素是一致的,其中并行式汇入和主线压迫式换道会对通行效率产生显著负效用,而主动-回应汇入会产生一定正效用。因果网络图显示,引发瓶颈失效的驾驶行为事件链为主动-回应汇入→并行式汇入→主线压迫式换道→里程生产量,而驾驶特性参数(期望时距、汇入动机生成距离等)作为外生变量会对上述行为的出现频率产生影响。

快速路汇入区瓶颈交通流早发性失效研究(第1部分):建模仿真

快速路汇入区是典型的常发性瓶颈,其交通流失效严重制约系统通行效率,影响交通安全。现有研究实证发现,大量汇入瓶颈存在早发性失效现象,这进一步加剧了瓶颈制约作用,而目前尚未有理论方法对这一独特现象进行建模仿真与致因分析。为探究瓶颈交通流早发性失效致因,系统分析了瓶颈驾驶行为新特征,并对其进行深度建模与仿真;进一步地,基于大量仿真试验,利用因果推断理论,探究早发性失效机理。作为系列研究的第一部分,重点探讨瓶颈交通流高精度建模仿真问题。基于上海延安高架虹许路汇入区轨迹数据,在对比分析现有汇入区建模仿真研究的基础上,突破传统驾驶行为建模单向交互、单次决策、单维博弈的确定性行为分析范畴,发现并定义了3类新的汇入行为:主动-回应汇入、并行式汇入、延迟汇入。根据对新行为决策过程的解耦,对汇入的动机生成、间隙选择、换道执行等各阶段均提出了全新的建模方法。进一步地,针对传统汇入仿真框架中各个阶段采用串行序贯决策的方式,忽略了驾驶人和环境状态的时变性,提出了多阶段时序决策的汇入仿真框架,并整合新汇入行为模型,形成了瓶颈交通流汇入仿真新框架。最后,基于该框架构建了汇入区瓶颈交通流仿真原型系统。该仿真原型系统能够高精度再现各类汇入行为特征,相比于传统汇入仿真框架和VISSIM都具有显著优势。仿真结果显示,在汇入间距/位置/速度等汇入区交通流关键参数分布上与实证数据无统计学显著差异,并能准确复现瓶颈早发性失效现象及速度时空演化特征。该高可信仿真系统的构建,为早发性失效的致因分析及管控优化提供了有力支撑。