基于梯度提升决策树的高速公路交织区汇入模型

为研究高速公路匝道车辆在交织区的汇入行为,基于梯度提升决策树(GBDT)建立了车辆汇入模型,引入超车时间T、拒绝间隙数N以及最大拒绝间隙G_(LR)来分析匝道车辆拒绝相邻间隙并超越主线前车的行为,并利用美国NGSIM项目中的车辆轨迹数据对模型进行训练和测试.结果表明:GBDT的预测精度较分类回归树和二元Logit模型分别提高5.3%和13.3%;引入变量T,N,G_(LR)使GBDT、分类回归树和二元Logit模型的预测精度分别提高6.0%,6.7%和5.3%;GBDT模型中超车时间T在所有变量中重要性值最高.GBDT模型能够准确地预测汇入行为,获得变量与汇入行为间隐藏的非线性关系;引入变量T,N,G_(LR)能够有效提高汇入模型的预测精度.     

城市快速路驶入匝道瓶颈车辆汇入行为

基于上海延安高架两个驶入匝道(南线虹许路驶入匝道、虹井路驶入匝道)瓶颈的汇入行为视频,对汇入车辆、当前和目标车道汇入交互车辆进行了轨迹和汇入行为参数提取,共获得416个汇入行为样本;应用分类回归树(CART)对3种汇入行为分别进行建模,分析影响不同汇入行为的因素,并用混淆矩阵对分类结果进行评价.结果表明,CART能较好地预测3种不同汇入类型,其分类准确率均达到了75%以上.CART与经典离散选择模型和朴素贝叶斯分类结果对比表明,CART的分类效果明显优于上述两类模型.     

快速路入口匝道车辆汇入位置的分布特征分析

为研究快速路入口匝道车辆的汇入行为,首先对交织区全范围的汇入位置进行采集,然后通过聚类分析将汇入行为分为前段汇入、中段汇入、末段汇入3种.采用5种分布模型对各类行为的汇入位置进行拟合,通过最大似然估计法确定模型参数并进行Kolmogorov-Smirnov拟合优度检验,发现前段汇入符合Johnson SB模型,中段汇入符合Log-Logistic模型,末段汇入符合Gen.extreme.value模型.最后,建立汇入位置分布与主路外侧车道密度、匝道车辆合并速度间的关系模型.敏感性分析结果表明,同一类别的汇入位置分布受密度、速度的影响显著.     

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1 550 ~1 800 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。     

考虑集装箱卡车影响的上匝道合流区通行能力模型

基于合流区交通流的作用机理,通过实际观测数据对VISSIM仿真参数进行标定,建立考虑集装箱卡车影响因素的上匝道合流区通行能力分析的仿真模型,进而利用仿真模型定量分析主线外侧车道流量、集卡混入率两因素对上匝道合流区通行能力的影响,得到考虑集卡影响的上匝道合流区实际通行能力回归模型,并通过实测数据进行验证.     

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.     

入口匝道衔接区域交通流运行机理解析

由于对交通流运行和演变机理解析不足,从而导致入口匝道管理和控制策略缺乏针对性和实际可操作性,采用波动理论方法建立数学模型,分析不同匝道和主线上游流量条件下,合流区、匝道合流区上游、合流区下游及匝道等处的交通流运行状态和交通流的演变规律,解析入口匝道无控制时拥堵的形成和传播机理,从而为相关管理和控制策略的提出和优化提供理论支持.实例分析表明,衔接区域交通流运行规律与实际交通流运行符合较好.     

高速公路加速车道上车辆的汇入特征分析

为了研究高速公路入口匝道上车辆的汇入规律，利用摄像和Autoscope-2004图像处理系统在江苏、山西、河北、北京、天津、广东等地对高速公路合流区加速车道上车辆的汇入特征数据进行了大量调查，在对调查数据进行处理分析的基础上，运用概率分析和微分法建立了匝道车辆的汇入概率模型和行驶距离分布概率模型，利用实际数据对模型进行检验，并举例说明模型在高速公路加速车道长度的设计、评价和分析方面的应用，该模型揭示了匝道车辆汇入概率与合流区几何特征、交通特征的数学关系，不但解释了调查结果，而且对高速公路规划设计、控制管理等工程实践有重要的指导意义。     

基于智能网联车辆编队的高速公路协同合流控制方法

为解决高速公路合流区在交通需求较高条件下的交通流不稳定和拥堵问题,以提高合流区通行能力和车辆合流过程协调性以及消除合流冲突为切入点,提出了在全智能网联车辆(CAV)环境下基于编队的协同合流(PBCM)策略.在合流区上游匝道路段设置一定长度的编队区,当编队区内的CAV数量满足一定规模后,即触发PBCM策略的执行.策略共包...     

基于改进CTM模型的城市快速路交通流仿真

为了探讨城市快速路交通流特征,针对快速路的4个模块进行了交通流仿真。以经典元胞传输模型(CTM)为基础,根据相邻元胞间流量传输相等的基本原理,引入元胞长度参数,推导出了元胞间流量传输公式,由此提出改进的元胞传输模型。利用改进元胞传输模型对城市快速路交通流进行仿真,主要包括道路环境和交通环境两个方面,即上匝道之间的间距以及主线和匝道流量比,仿真包括构成城市快速路的4个模块:基本路段、合流区、分流区以及交织区,以车辆延误作为分析指标。仿真结果表明,基本路段和分流区的延误增加量一致,合流区和交织区的延误增加量一致。     

山区高速公路紧急避险车道辅助车道设置

通过对8处紧急避险车道主线外侧车道车头时距的收集与分析,运用拟合分析和卡方检验,发现当外侧车道交通流小于500veh·h-1时,车头时距符合负指数分布.考虑主线外侧车道交通流量、失控车辆的速度与失控车辆汇入的临界间隙,应用微分法求导得到失控车辆汇入主线外侧车道的汇入概率模型.通过分析失控车辆汇入主线外侧车道的换车道驾驶行为,得到了不同路面状况下车辆汇入临界间隙.在保证失控车辆95%的汇入成功率条件下,计算不同路面状况、主线外侧交通流量与驶入速度下的辅助车道长度设置值.     

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.     

基于模型预测控制的快速路网匝道调节方法

探索了基于模型预测控制(MPC)的匝道调节方法.提出了匝道MPC调节的非线性动态时间离散最优控制模型及其解法.最优控制模型采用动态网络交通流模型作为过程模型,采用遗传算法求解.考察了匝道MPC调节的效果和鲁棒性,并将其效果与经典的ALINEA匝道调节方法相比.针对三起点三终点快速路网的仿真案例显示,匝道MPC调节能明显缓解拥堵,改善路网总体运行效率,较之ALINEA调节能够更连续平稳地调节交通流,在存在预测误差的情况下控制效果依然很好,其路网总耗时改善率明显高于ALINEA调节,具有很好的鲁棒性和应用前景.     

智能网联汽车中心式匝道合流协同控制

提出了一种面向智能网联汽车的中心式匝道合流协同控制方法.首先建立了中心式匝道合流协同控制模型,然后通过离散化将其转化为非线性最优化问题,并采用NOMAD算法求解.进行了100组仿真实验,通过随机设置不同的初始化条件对所提方法的有效性以及车辆油耗影响因素进行了研究,并与其他文献的方法进行对比.研究结果表明,本文所提方法对不同的初始合流场景有较好的控制效果,与对比文献中的方法相比,可使车辆平均油耗降低42.38％,显著提高了匝道合流过程中车辆的燃油经济性.     

互通立交单车道入口小客车运行速度模型

为了确定高速公路互通式立交单车道入口小客车运行速度特征,计算小客车在高速公路互通式立交入口处的运行速度模型,确保车辆在衔接段运行速度之间的协调,使车辆安全运行,在分析高速公路互通立交单车道入口处小客车运行速度实测数据基础上,得出小客车在入口处运行规律。使用链式开普勒雷达测速仪对入口处小客车速度进行实时采集,选取8条匝道特征点(合流鼻、合流点以及加速车道终点)处自由流状态下小客车速度作为分析样本,采用K-S检验对所取样本进行正态分布检验,在满足检验要求并分析三角区段和加速换道段速度及加速度特性后,确定自变量参数。最后利用SPSS软件进行回归分析,分别建立了小客车在合流点及加速车道终点处运行速度预测模型,并用4条匝道对模型进行了验证。研究结果表明:合流点处车辆运行速度与合流鼻速度及三角区段长度呈正相关,与平曲线半径倒数呈负相关;加速车道终点处运行速度与合流鼻速度及加速换道段长度呈正相关,与平曲线半径倒数呈负相关;模型通过了回归等式及回归参数显著性和平均相对误差检验,模型预测值与实测值相对误差平均值均小于10%,所建模型满足精度要求。研究结果对《公路项目安全性评价规范》(JTG B05—2015)中车辆运行速度相关规定进行补充说明,为高速公路安全性评价及设计提供理论支撑与参考。     

基于sigmoid换道模型的匝道连续分流间距

为解决现有匝道连续分流间距规定未考虑匝道设计速度及车辆换道紧急程度,导致匝道设计速度较高时相邻出口间距不足车辆紧急换道的问题,开展匝道连续分流间距研究。首先,基于车辆运行特征并考虑换道安全性,将驾驶人在匝道连续分流区的操作过程划分为4个阶段：减速过程、标志认读过程、等待过程和换道过程。其次,基于实测车辆运行轨迹,提出了考虑换道紧急程度的sigmoid换道轨迹模型,并通过拟合优度检验证明了该模型对匝道连续分流区的适用性。最后,分析了间距模型中参数的取值,提出了匝道连续分流最小间距推荐值。结果表明：sigmoid换道模型对于匝道中车辆左换道和右换道的拟合优度分别可达97.83%和96.63%,拟合精度较高,能够准确描述匝道连续分流区的换道行为。提出的间距计算模型符合车辆行驶特点,与轨迹吻合度高;当匝道设计速度在小于60 km/h和大于60 km/h时,匝道连续分流最小间距分别受主线设计速度和匝道设计速度控制,设计速度较高的匝道所需间距明显更长。与《公路路线设计规范》(JTG D20—2017)和《公路立体交叉设计细则》(JTG/T D21—2014)中规定值相比,当匝道设计速度小于60 k...     

高速匝道入口多智能网联车协同合流控制

为提高高速匝道入口车辆合流安全性与通行效率,减少燃油消耗,提出了面向高速匝道入口的多智能网联车辆最优纵向轨迹规划方法,以实现车辆的协同合流.首先,建立车辆纵向动力学模型,考虑能量效率与乘坐舒适性构造代价函数,构建入口匝道的车辆最优车速控制问题;同时,基于先进先出的合流次序,设计各相邻车辆到达合流点的时刻与时间间隔,实现安全与高效的协同合流.利用庞特里亚金极小值原理求解车辆最优车速控制问题,推导出各车辆纵向速度的最优解析解.仿真结果表明:与无控制自然合流相比,所提出控制方法通行时长缩短41.64%,燃油消耗降低12.25%;与现有基于虚拟队列的控制方法相比,通行时长相差1.67%,燃油消耗降低4.52%.     

道路入口匝道连接处通行能力计算模型

结合入口匝道的特点,给出了入口匝道连接处交通流参数之间关系的理论模型以及入口匝道的通行能力计算模型．将连接处参数之间的关系模型整理成汇入率、上游外侧车道流量和密度之间的关系,并且利用实测数据对关系模型进行标定．与美国道路通行能力手册（HCM2000）的经验公式和算例进行了比较．结果表明：流量与汇入率呈指数函数关系;流量-密度呈线性函数关系,并与美国经验公式一致．     

城市高架路下匝道地面联接段最小长度模型

为了提高下匝道地面联结段的系统通行能力,提出了一种计算联结段长度的方法.给出了地面联结段的基本定义及假设,分析了地面联结段构造特性及交通流特性.采用临界安全间隙理论、概率论及运动学方法,综合考虑车辆驶离匝道后汇入地面道路、完成交织运行和顺利驶入下游交叉口左转车道的运行过程,从系统的角度构建下匝道地面联结段的最小长度模型.对于新建道路,根据模型计算可确定联结段的最小长度;对于现有道路,将实测值与模型计算值进行比较,可分析地面联结段产生拥堵原因,便于采取有针对性的改善措施.最后结合实测调查数据,通过与CORSIM仿真模型的输出值进行比较,对模型的正确性进行了验证,结果表明模型是有效的.     

车联网环境下巡航控制系统对交通流油耗的影响

为研究未来车联网环境下联网巡航控制(CCC)系统对交通流油耗的影响,选取Helly跟驰模型作为手动驾驶车辆跟驰模型,基于CCC车辆跟驰特性,构建多前车反馈的CCC跟驰模型;推导CCC系统的扰动传递函数,计算CCC系统关于反馈系数与平衡态速度的稳定域;针对高速公路上匝道瓶颈,考虑CCC车辆与手动驾驶车辆混合行驶中的随机性,在不同的主路需求与匝道需求情况下设计数值仿真实验,评估CCC车辆对交通流油耗的影响。研究结果表明:当CCC系统稳定时,CCC车辆有利于降低交通流油耗,当CCC车辆比例达到约60%时,油耗降低速度较快,相比于传统手动车辆交通流,CCC车辆交通流油耗降低约35%以上;当CCC系统不稳定时,交通流油耗降低率小于3.59%;CCC系统稳定域能够影响交通流油耗降低。