基于自然驾驶数据的高速公路出口换道决策模型

为研究高速公路出口换道行为特性,分析驾驶员换道决策机理,依托上海自然驾驶实验所采集的驾驶行为样本和车辆运行参数,采用Google Earth标定行驶路径及高速公路出口范围以筛选出口样本,并根据车道偏移参数和方向盘转角识别换道行为;以单向4车道高速公路为例,综合考虑行驶路径信息和交通流环境,基于随机效用理论,采用Binary Logit(BL)模型拟合构建换道决策模型,得到车道效用函数;基于效用函数作出高速公路出口范围内在自由流、稳定流和拥挤流水平下的分车道效用分布图,并进行同质性和异质性分析.结果表明,换道决策模型准确率达到86.21%,各变量影响均可得到合理解释;根据效用分析,出匝车辆的换道行为是出匝意愿与通行环境改善需求两方面平衡的结果,兼有强制性换道与自由性换道的行为特性,且随着交通流状态由自由流过渡到拥挤流,后者影响逐渐增强,表现为上游向左换道行为趋于活跃、下游向右换道位置接近出口.     

八车道高速公路可变信息标志前置距离对驾驶行为的影响

基于驾驶模拟实验,设置3.0、2.5、1.5、0.7 km 4种前置距离的可变信息标志（variable message sign,VMS）,收集32名驾驶员视认4种前置距离的VMS后换道驶出高速公路过程中的方向盘、速度和位置数据,并观察各驾驶员在换道过程中的方向盘操控行为、换道行为、减速行为。结果表明：VMS视认过程属于多任务驾驶行为,驾驶员需在短时间内完成VMS视认、路径决策、车辆减速与换道;当VMS前置距离不足时,驾驶员需快速、大幅转动方向盘,进行连续换道、急换道;为顺利驶入减速车道,部分驾驶员采取减速换道措施,增加了事故风险;当VMS前置距离过长时,驾驶员对VMS的短期记忆效应使得驾驶负荷提高。     

高速出口前置指路标志的安全距离设置模型

为提高高速出口前置指路标志(AGS)对分流区的安全性能,根据分流区特性和驾驶员的视认-驶离行为,在分析车道变换行驶距离计算模式的基础上,建立了前置指路标志的安全距离设置模型.该模型揭示了交通流量、设计时速、车道数对分流区变道行为的影响.TSIS-CORSIM模拟显示,对主线设计时速超过110 km/h的三车道高速公路而言,当AGS设置距离为700m时,分流区内车辆的变道次数最少且变道次数均衡分散,其安全性能最好.     

苜蓿叶形互通立交进/出口的纵向驾驶行为特征

为明确苜蓿叶形互通立交进/出口的车辆运行过程,修正驾驶行为假定,在3座立交上开展了实车驾驶试验.利用车载航姿测量系统采集了自然驾驶状态下的小客车连续行驶速度和加速度数据,基于行驶速度变化特征将环形匝道连续行驶过程划分成了5个阶段,分析了立交进/出口区域的纵向驾驶行为特征,确定了减速长度和加速长度的起/止点分布.结果表明:在立交出口,第85百分位减速起点位于交织段,终点位于分流点之前,还有不低于15%的减速行为在分流鼻后结束;在立交进口,驾驶人在合流点前观察主线交通流,普遍采取减速操作并持续至加速段、渐变段甚至交织段.不同驾驶人减速行为的分布区域存在交织,导致车辆间出现纵向冲突,增加了事故风险.立交出口的减速长度主要分布在30～60 m,第85百分位减速度为0.55 m/s~2;入口区域的减速长度主要分布在20～60 m,第85百分位减速度为0.63 m/s~2;匝道坡向对驾驶行为的影响不显著.     

匝道车道数变化过渡段设计指标

为了研究匝道车道数变化过渡段长度和渐变率,参照前人研究成果分析匝道车道数变化过渡段的行车特性,提出利用换道模型研究这2个设计指标的方法。首先建立满足过渡段车辆行驶特征的等速偏移余弦曲线换道模型,并应用德国UMRR交通管理传感器的实测数据证明该换道模型的合理性;然后对该模型中最大横向加速度和最大横向加速度变化率2个关键参数进行深入研究;最后依据该模型,提出基于设计速度的匝道车道数变化过渡段长度和渐变率2个设计指标的推荐值,采用CarSim和TruckSim汽车动力学仿真软件分别建立了小汽车和大货车的仿真模型,利用该模型对提出的推荐值和《公路立体交叉设计细则》(JTG/T D21—2014)(下文简称规范)推荐值进行了对比验证。研究结果表明:基于等速偏移余弦曲线换道模型提出的匝道车道数变化过渡段设计指标,能保证车辆在过渡段沿特定最优轨迹安全、舒适行驶;规范推荐值仅能满足设计速度40km/h车辆的换道行为,此时的货车最大横向力系数为0.142;当设计速度在40km/h以下,横向力系数又远低于允许值,过度段长度浪费;当设计速度大于40km/h时,车辆的横向力系数已经超限,速度达到80km/h时,横向力系数超限达到315%,车辆在这种状态下行驶不安全。鉴于此,可以推测规范推荐值仅能满足设计速度40km/h的车辆行驶,高于和低于此速度时,匝道车道数变化过渡段的指标存在不合理性。     

基于自然驾驶数据的匝道区域驾驶特征分析

基于中国大型实车路试实验(China FOT)项目,从679.3km的自然驾驶数据中提取出了70例匝道区域通行过程.统计表明,加速车道汇入点位置主要分布于加速车道的中间偏前部分.提出了指数型的车辆汇入模型.通过研究将分流区变道完成点设置在减速车道出现以前,最晚变道开始点分别设为距离减速车道200m、300m和400m,随后提出了自动驾驶汽车分流变道策略.最后统计了匝道区域违章行为,匝道基本路段易发生超速,偶发生超车,匝道出入口易发生连续变道,偶发生压实线变道.     

混行公交进口道长度设置

在研究混行公交进口道交通运行组织的基础上,对混行公交进口道长度组成要素进行了分析,将其分为交织段长度、减速段长度和存储段长度3部分.结合概率论相关知识,以转向车辆换道行驶距离为判断依据,建立了交织段最小长度模型.以渐变段长度和减速距离为限制条件,对减速段长度进行了研究.分析了直行、混行和左转进口车道排队长度计算方法,得...     

苜蓿叶立交集散车道内车辆运行速度特征分析

为了确定高速公路苜蓿叶立交集散车道车辆运行速度特征和速度值,确保车辆在集散车道上运行协调可控,使车辆在行驶时能够安全运行。采用雷达测速仪对集散车道各出入车辆运行速度进行实地采集,选取互通立交集散车道特征点处自由流状态下车辆速度作为分析样本,建立主线车辆通过集散车道驶出高速和相交高速车辆通过集散车道驶入主线的速度运行曲线。结果表明:车辆通过集散车道进入出口匝道1,整个车辆运行过程中处于减速状态,从分流点到鼻端减速较慢;而从鼻端到第一个出口车辆减速较快。车辆通过集散车道进入出口匝道2,车辆先减速后匀速,到达交织区时再次减速,最后驶入匝道。车辆从入口匝道1进入集散车道,车辆以较为稳定的加速驶入主线。车辆从入口匝道2进入集散车道,先以较大的加速行驶,后缓慢加速驶入主线。可见,车辆通过集散车道出入高速公路运行速度呈现出规律性。通过对车辆运行速度分析,对集散车道车辆的交通安全防控和规范的完善有着重要价值。     

基于车辆对道路不满意度的微观换道决策

自动驾驶汽车有着极大的应用潜力且高速公路环境下车辆变换车道是常见的行为。为进一步分析高速公路中自动驾驶汽车的微观换道决策,本文定义道路不满意度来表示车辆对行驶道路的不满意程度并将车辆换道意图的产生按本车是否达到目标车速而分为两类,当本车达到目标车速时为第一类,换道意图产生源于本车与前车间距的减小和本车相对于前车速度的增加。当本车未达到目标车速时为第二类,换道意图产生源于本车与前车间距的减小和本车达到目标车速时相对于前车移动距离的增大。针对不同类换道意图的产生机制,结合模糊推理设计道路不满意度算法。换道决策利用当前行驶车道和邻近车道的道路不满意度大小、安全跟车距离、换道安全距离来综合决定换道意图的发生。最后在MATLAB环境下搭建自动驾驶环境并仿真换道决策模型,结果显示本文相比其它换道决策,本文不仅考虑换道安全而且也考虑了目标车道和本车道的跟车安全,更具有实际意义。同时本文的模糊换道决策能兼顾安全性和智能性且适用于依目标车速定速巡航、为达到目标车速而加减速等多种复杂工况下的换道情况。     

基于自然驾驶数据的高速公路出口区换道风险模型

依托上海自然驾驶实验数据,提取高速公路出口区的交通流特性数据和驾驶行为样本.以单向四车道高速公路出口为例,考虑不同道路交通环境和出匝换道路径因素,基于比例优势模型构建高速公路出口区换道风险模型.在该模型基础上生成换道风险图谱,解析高速公路出口区换道风险分布特征,为车流控制管理提供理论决策支持.     

高速公路小客车专用单车道加速车道最小长度

为了填补客货分离式互通立体交叉设计上的空白,提供相关设计的理论支持,以小客车车辆行驶特征为基础,研究客货分离高速公路小客车专用单车道加速车道的最小长度。首先,在分析主线和匝道设计速度、小客车加速性能等因素对加速段长度影响以及汇入交通流车头时距特征、主线设计通行能力、车头时距最小值等对等待段长度影响的基础上,建立了小客车专用加速车道的加速段、等待段和三角渐变段长度计算模型。其次,通过分析国内外规范中合理的小客车特征速度、加速度等参数,确定小客车专用单车道加速车道最小长度计算模型中的关键指标,通过计算提出了单车道小客车专用匝道加速车道最小长度建议值。最后,分析不同纵坡坡度对小客车合流的影响,提出了上坡加速段纵坡坡度修正系数。研究结果表明:中国规范规定的加速车道最小长度值仅满足匝道设计速度大于或等于50 km/h时的长度要求,当匝道设计速度小于50 km/h时,规范规定值无法满足小客车安全汇流的要求,宜适当提高规范规定的最小长度;当加速车道位于上坡时,只需要对加速车道加速段的最小长度进行修正即可,不需要对整个加速车道长度进行修正;平行式加速车道较直接式加速车道三角渐变段更短,且随设计速度的提高,二者之差逐渐增大;从占地角度考虑,平行式加速车道更适用于小客车专用单车道加速车道。     

山区隧道口附近枢纽立交方案设计

公路路线设计规范要求当条件受限时,隧道出口至前方互通式立体交叉减速车道渐变段起点的距离不应小于1 000 m.在山区高速公路的立交设计中可能会难以满足要求,此时如何进行立交设计,规范无具体说明.本文介绍一座在隧道出口附近的枢纽立交设计思路及其方案的确定.     

基于重载车辆性能的高速公路长大纵坡临界坡长确定

针对由山区高速公路纵坡坡度和坡长组合设置不合理,导致长大纵坡路段交通事故频发的问题,通过分析重型车辆上下坡运行速度特性及受力情况,以陕汽生产的F3000重载汽车为例,通过理论推导构建重型车辆公路纵坡爬坡及下坡车速与坡长理论模型,模拟不同比功率重型车辆上、下坡运行速度与坡长的变化关系,并确定高速公路合理的上下坡临界坡长。研究中假设工况为高速公路坡度1%～6%,上坡车辆最高初速度和最低末速分别为80、50 km/h,下坡最低初速度和最高末速度为0、80 km/h。使用MATLAB模拟计算其坡度与车速的变化规律。研究结果表明:上坡过程中,以80 km/h的初速度为例,稳定车速为45～61 km/h;当坡度一定时,比功率越大的车型速度降低的越快,稳定行驶速度越大,达到稳定行驶车速的平衡坡长越长。下坡过程中,当坡度一定时比功率越大的车型,车速增大越多,稳定行驶速度越大,达到稳定行驶车速的平衡坡长就越短。在坡度为1%～3%时,无须设置爬坡车道;当坡度大于3%时,比功率较低的车型,爬坡性能较差,车速下降较快,需要设置爬坡车道。重型车辆在4%、5%、6%的坡度行驶时,设置避险车道的坡长阈值分别为5.5、4、3 km。研究成果可为山区公路线形的合理设计、道路的安全防护以及爬坡车道与避险车道的设置提供理论依据,从而提高山区高速公路重型车辆的行车安全。     

基于自然驾驶数据的变道切入行为分析

基于上海自然驾驶数据,建立变道切入行为自动化提取标准,得到4 734个行为片段.从变道切入准备、实施过程以及对后随车的影响等方面解析变道切入行为特征.结果表明,规避原车道前方慢车是车辆采取变道切入行为最主要的原因;中国驾驶员的变道切入持续时间与转向灯使用比例均小于美国,表现出较为激进的驾驶风格;近15%的后随车驾驶员在前车变道切入时速度增幅超过10%,表现出明显的不礼让或不容忍.相比于高速公路和快速路,地面道路的变道切入行为对后随车的影响更大,危险程度也更高.     

高速公路平曲线标志标线组合设计评价指标

基于驾驶模拟实验数据,结合驾驶员在高速公路平曲线的运行速度特征、转向特征与行驶轨迹特征,选择速度、方向盘转角系数与横向位置数据构建了高速公路平曲线标志标线组合设计的合理性评价指标与有效性评价指标.其中,合理性评价指标包括转向位置的合理性评价与驾驶负荷的合理性评价,采用小波分解的方法对方向盘转角系数进行多层分解,获取驾驶员转向起终点位置与高频能量,通过驾驶员转向起终点与直缓点/缓直点的距离进行转向位置的合理性评价,通过高频能量比进行驾驶员操作负荷的合理性评价.有效性评价包括运行速度控制的有效性与车辆横向位置控制的有效性,通过平均速度、运行速度与车速离散度进行速度控制效果的评价;通过平均换道次数、平均压线行驶距离进行车辆横向位置控制的有效性评价.通过实例应用验证了研究标志标线组合设置的必要性与评价指标的有效性.     

基于驾驶行为的隧道交通标志影响特征及作用机理

合理设置隧道交通标志能够在一定程度上缓解隧道特殊环境引发的“时空隧道效应”。文中研究了高速公路隧道内部交通标志（限速标志、出口预告标志）对驾驶行为的影响特性,首先选取特长隧道作为实验路段,通过驾驶模拟实验测试获取驾驶人细粒度微观行为数据,然后再考虑随机效应影响的条件下构建线性混合效应模型,揭示了隧道内部交通标志对驾驶行为的影响特征及作用机理。结果表明：不同影响区段内交通标志对驾驶行为的作用存在差异;在隧道内部设置限速标志能够一定程度上降低事故风险的发生概率,限速标志的重复设置一定程度上能提高驾驶人的操控能力;在隧道内部设置限速标志及出口距离预告标志有助于改善驾驶人空间控制能力、提高驾驶舒适度,其中,在距离隧道出口约小于1 km的影响区段内设置隧道出口距离预告标志有助于提高驾驶人的行车舒适性,在距离隧道出口2 km和1.5 km的影响区段内设置预告标志能在提高车辆控制能力的同时使驾驶人具有更高的行驶车速;此外,隧道交通标志作用下的驾驶行为受驾驶人性别、年龄、驾驶经验等特征属性影响,男性驾驶人的驾驶风险更低。     

高速公路冰雪湿滑路面车辆换道越线时间生存分析

通过同济大学驾驶模拟器采集高速公路冰雪低摩阻路面换道驾驶行为数据,通过生存分析方法对换道越线时间(TLC)分布特征进行研究,定量分析潜在因素对越线时间的影响,并建立越线时间Cox比例风险模型。结果表明,路面摩阻系数每升高0.1或车速每提高1 km·h-1,车辆在该时刻完成越线的风险率分别提高为原来的1.14倍和1.02倍,处于跟驰状态下的车辆完成越线的风险概率提高为原来的1.29倍,越线时间相应缩短;而换道初始位置每远离目标车道1 m,风险率降低为原来的0.23倍,越线时间延长。此外,不同换道方向下的换道越线时间无显著性差异。     

基于车道选择行为分析的交通标志优化设置

分析了驾驶员变换车道时的认读标志行为,从感觉、知觉、判断、执行4个阶段分析快速路连续交通流条件下车道变换所需的时间及距离.给出了认读标志过程中消失点位置的确定方法.结合安全行车要求给出了车辆变道时的临界可穿越空档.通过引入变道成功概率,分析了车辆变道所需的最小行动距离.在此基础上建立了交通标志设置最小前置距离的理论模型.模型输出结果显示,其他条件相同时,流量越高,车辆变道时所需交织段长度越大,交通标志的最小前置距离也越大.模型应用于烟台市同三高速公路交通标志的优化设置,得到在不同变道成功概率下交通标志设置的前置距离,验证了模型的合理性.     

隧道群路段运行速度特性分析

以西安—汉中高速公路某隧道群路段的实测速度数据为基础,利用分车型的自由流速度累积曲线分析得出各观测点的运行速度,分析了隧道群路段运行速度的变化规律,重点分析了隧道长度、隧道不同位置及平纵线形变化对运行速度的影响。研究结果表明：不论大型车还是小型车,为了适应隧道内行车环境,在进入隧道时有约50m的减速过程,减速最大幅度大型车为4km/h,小型车为9km/h;隧道出口处速度高于入口处的速度,短隧道对隧道出入口的运行速度影响较大,隧道连接段的长度对运行速度也有明显影响,连接段长度对运行速度的影响比较大;平纵线形组合路段运行速度变化幅度大,小型车达到26km/h,大型车为7km/h;根据隧道群路段运行速度特性,可以有针对性的设置诱导标志,对交通流进行引导,以弥补隧道群线形设计的不足。     

基于微观换道的高速公路双车道出口辅助车道长度研究

为研究辅助车道长度确定的基本原理和合理长度,采用无人机航拍视频及YOLOv3目标检测算法提取双车道出口辅助车道路段车辆的原始轨迹数据,通过卡尔曼滤波和Frenet坐标系转换,得到了车辆微观换道特性和速度分布特征。以修正双曲正切函数换道模型拟合换道轨迹,左、右换道拟合优度分别为97.48 %、97.62 %。根据路段车辆运行和微观换道特性,建立了双车道出口辅助车道长度计算模型,将辅助车道划分为右换道段、反应段、等待段和左换道段4个组成部分。研究表明：出口辅助车道长度中最主要的影响因素是换道长度,其与行驶速度正相关,和《路线规范》相比,明确了辅助车道最小长度的计算原理,界定了辅助车道的范围,为设计中灵活运用提供了参考。