CN106997678B - 快速路出口匝道上游车载指路信息优化设计方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于驾驶模拟实验平台的快速路出口匝道上游车载指路信息设置优化方法包括步骤S1、S2、S3、S4、S5；S4：在S3的基础上分路测指路信息和车载指路信息进行实验，然后对比分析不同指路信息下的驾驶行为和换道行为的差异。用换道和非换道车辆速度、换道车辆减速度和目标车道后随车减速度为表征驾驶行为的指标；同时以换道车辆位置、换道车辆转向角、换道插车间隙和换道时间为表征换道行为的指标；归纳出从效率和安全两个方面进行评价分析。S5、通过计算S4中的指标，选出效率高，安全性好的最佳车载指路信息设置方案。本发明可适用于各种不同交通流密度条件下的快速路出口匝道上游车载指路信息的最佳设置。对交通设计与控制管理具有积极意义。

Description

快速路出口匝道上游车载指路信息优化设计方法
技术领域
本发明涉及基于驾驶模拟实验的交通设计和交通控制管理研究。
背景技术
国内虽也有许多指路信息相关的研究与探索，但尚未考虑全面结合微观驾驶行为和换道行为，针对实时动态的车载指路信息系统的研究，影响动态指路信息的有效作用。
出口匝道上游交织区存在着大量的交织换道行为，不当的换道将导致堵塞和安全事故，若缺乏科学合理的诱导控制管理，将成为整个快速路系统中的最薄弱环节，因此设置有效合理的指路信息系统是出口匝道上游交织区顺畅运行的基础。
发明内容
随着智能交通和全球定位系统(GPS)的发展，基于移动终端的时时动态提示成为可能。为此，本发明目的在于公开一种快速路出口匝道上游车载指路信息优化设计方法。
本发明技术方案：
一种基于驾驶模拟实验平台的快速路出口匝道上游车载指路信息设置优化方法，该方法技术方案表征为：
包括以下步骤：
S1、根据本领域已有知识，暂选取以换道位置、插车间隙作为指标来表征对快速路出口匝道上游交织区车辆的驾驶行为和换道行为的特性；
S2、通过实地视频拍摄采集S1中的两个数据指标；然后按照实际路网构建驾驶模拟器中的仿真路网，并通过实验同样获取S1中的两个数据指标；
S3、将S2中实地获取的数据与实验获取的数据进行对比，不断调整驾驶模拟器参数，直到误差在可接受范围内，即表示驾驶模拟器实验场景构建完成并且具有可行性；
S4、在S3的基础上分路测指路信息和车载指路信息进行实验，然后对比分析不同指路信息下的驾驶行为和换道行为的差异。用换道和非换道车辆速度、换道车辆减速度和目标车道后随车减速度为表征驾驶行为的指标；同时以换道车辆位置、换道车辆转向角、换道插车间隙和换道时间为表征换道行为的指标。最后根据驾驶行为和换道行为中不同指标所表达的不同含义，总结归纳出从效率和安全两个方面进行评价分析。
效率指标包括：换道延误、换道速度降低率、通行能力；
安全指标包括:换道集中度、换道转向角、换大车辆减速度、换道插车间隙、目标车道后随车辆减速度和最小安全换道距离。
所述的换道和非换道车辆速度根据公式(2)获得换道速度降低率；
所述的换道车辆位置，由换道位置的标准差表示换道位置的集中程度；
所述的换道时间根据公式(7)、(8)、(9)获得最小安全换道距离；
S5、通过计算S4中的指标，选出效率高，安全性好的最佳车载指路信息设置方案。(该属于常规知识)
本发明可适用于各种不同交通流密度条件下的快速路出口匝道上游车载指路信息的最佳设置。基于该方法能优化车载指路信息的提示位置(如700米、1500米、2000米)，对交通设计与控制管理具有积极意义。
附图说明
图1驾驶模拟3D场景构建图
图2指路信息优化方法流程图
图3最小安全距离示意图
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明技术方案做进一步详细介绍。
实施例
过程如下：
所述步骤S1，具体是通过分析快速路出口匝道上游交织区特性，得出以换道位置、插车间隙为车辆驾驶行为和换道行为的初步评价指标；
所述步骤S2，具体是通过实地视频拍摄采集现实生活中快速路出口匝道上游交织区车流量，再人工提取出S1中的指标；然后按照实地路网在驾驶模拟器中进行构建相同的仿真实验路网，并通过实验同样获取S1中的指标；
所述步骤S3，具体是将S2中实际获取的数据与实验获取的数据进行对比，不断调整驾驶模拟器参数，直到误差在可接受范围内，则可以说明驾驶模拟器是可行的，同时也表示驾驶模拟器实验场景构建完成。
所述步骤S4，具体是在S3的基础上设置实验组进行实验，然后进行数据对比分析。实验组分为路侧指路信息和车载指路信息，其中车载指路信息又根据不同提示位置分为3组不同实验，具体如下表1。
表1实验场景汇总
Figure BDA0001285380470000031
按照上述实验，通过驾驶模拟器直接得到驾驶行为和换道行为的7个指标数据(参看技术路线图2)，通过这7个指标得到表征通行效率和安全性的9个指标。我们将指标分为通行效率和安全性两大类，通行效率越高，安全性越大，则表示设置方案越佳。
其中通行效率有3个指标：
Figure BDA0001285380470000041
换道延误Td:非换道时间与换道时间的差，秒。
Td＝Tn-Tc (1)
式中：
Tc：换道时间；
Tn：非换道时间。
Figure BDA0001285380470000042
换道速度降低率Sd:衡量由换道而引起通行能力下降程度的指标，如下式
Figure BDA0001285380470000043
式中：
Sc：换道速度；
Sn：非换道速度。
Figure BDA0001285380470000044
通行能力：
Figure BDA0001285380470000045
k＝m1+m2*VR+m3*N+m4*V, (4)
b＝n1+n2*VR+n3*N+n4*V (5)
式中:
k、b:影响通行能力的参数；
Cw：交织区通行能力(pcu/h)；
Lw:交织长度(m)；
N：交织区车道数；
VR：交织比，即交织流量与交织段总流量之比；
V：自由流车速(km/h)；
m1,m2,m3,m4,n1,n2,n3,n4:回归系数。
上式中的回归系数m1,m2,m3,m4,n1,n2,n3,n4是根据HCM2000原表(EXHIBIT24-8)中各组数据拟合获得。本部分将基于该基本模型对各参数进行标定。
表2模型输入参数表
选取A型交织区的mi值和ni值(如表3)以及表2中所给出的输入参数，带入通行能力计算公式中进行计算，得到模型参数k、b的标定结果以及交织区通行能力的计算值如表4所示。
表3A型交织区系数值
系数 m<sub>1</sub> m<sub>2</sub> m<sub>3</sub> m<sub>4</sub>
k 2.923E-04 9.541E-05 -3.064E-05 -7.141E-07
系数 n<sub>1</sub> n<sub>2</sub> n<sub>3</sub> n<sub>4</sub>
b 1.674E-02 1.326E-02 -1.919E-03 -4.184E-05
表4模型参数标定值
Figure BDA0001285380470000061
其中安全性有6个指标：
换道集中度：指换道位置的集中程度，由换道位置的标准差表示。
统计换道位置即可得到，而换道位置可由驾驶模拟器直接得出
Figure BDA0001285380470000063
换道转向角β：换道过程中，换道车辆的转向角，度。
可由驾驶模拟器直接得出
Figure BDA0001285380470000064
换道车辆减速度a1：从决定换道时刻起至完成换道过程中，换道车辆的减速度变化。
可由驾驶模拟器直接得出
Figure BDA0001285380470000065
换道插车间隙L：换道时，目标车道前后车辆的车头间距，米。
可由驾驶模拟器直接得出
Figure BDA0001285380470000066
目标车道后随车辆减速度a2：目标车道跟随车辆因换道车辆换道而减速运动的减速度变化情况。
由视频(实验过程进行拍摄)中估算得出
Figure BDA0001285380470000071
最小安全换道距离S(0)：指换道车辆与目标车道后随车辆之间的临界安全距离，米。
假设换道开始时刻为t0,换道过程所需时间为t1。经过分析得到最小安全距离模型：
Figure BDA0001285380470000074
式中：
Figure BDA0001285380470000075
t1时段内LO车所行驶的纵向距离；
SM：t1时段内M车所行驶的纵向距离；
L：车长，通常取5m；
β：车辆与道路标线的水平夹角。
如图3所示的最小安全距离示意图。
由于在不同交通流状态下，车辆换道过程的运动过程不同，因此下面分别阐述。
低密度下：
则本车M与目标车道后随车辆LO车的最小换道安全距离为：
Figure BDA0001285380470000072
中密度下：
则本车M与目标车道后随车辆LO车的最小换道安全距离为：
Figure BDA0001285380470000073
高密度下：
则本车M与目标车道后随车辆LO车的最小换道安全距离为：
Figure BDA0001285380470000081
式中：
Figure BDA0001285380470000082
t1时段内LO车所行驶的纵向速度；
VM：t1时段内M车所行驶的纵向速度；
Figure BDA0001285380470000083
t1时段内LO车所行驶的纵向加速度；
aM：t1时段内M车所行驶的纵向加速度。
模型中的参数均可通过驾驶模拟器得到。
所述步骤S5，是对比分析S4中得到的各通行效率和安全性指标，得出最佳的车载指路信息设置方案。通行效率越高，安全性越好，则此方案为最佳。

Claims (1)

1.一种基于驾驶模拟实验平台的快速路出口匝道上游车载指路信息设置优化方法，该方法技术方案表征为：
包括以下步骤：
S1、根据本领域已有知识，暂选取以换道位置、插车间隙作为指标来表征对快速路出口匝道上游交织区车辆的驾驶行为和换道行为的特性；
S2、通过实地视频拍摄采集S1中的两个数据指标；然后按照实际路网构建驾驶模拟器中的仿真路网，并通过实验同样获取S1中的两个数据指标；
S3、将S2中实地获取的数据与实验获取的数据进行对比，不断调整驾驶模拟器参数，直到误差在可接受范围内，即表示驾驶模拟器实验场景构建完成并且具有可行性；
S4、在S3的基础上分路侧指路信息和车载指路信息进行实验，然后对比分析不同指路信息提供方式下的驾驶行为和换道行为的差异，用换道和非换道车辆速度、换道车辆减速度和目标车道后随车减速度为表征驾驶行为的指标；同时以换道车辆位置、换道车辆转向角、换道插车间隙和换道时间为表征换道行为的指标；归纳出从效率和安全两个方面进行评价分析，
效率指标包括：换道延误、换道速度降低率、通行能力；
安全指标包括:换道集中度、换道转向角、换道车辆减速度、换道插车间隙、目标车道后随车辆减速度和最小安全换道距离；
其中效率指标中通行能力的效率有3个指标：
换道延误Td:非换道时间与换道时间的差，秒；
Td＝Tn-Tc (1)
式中：
Tc：换道时间；
Tn：非换道时间；
换道速度降低率Sd:衡量由换道而引起通行能力下降程度的指标，如下式
Figure FDA0002183554790000021
式中：
Sc：换道速度；
Sn：非换道速度；
通行能力：
Figure FDA0002183554790000023
k＝m1+m2*VR+m3*N+m4*V, (4)
b＝n1+n2*VR+n3*N+n4*V (5)
式中:
k、b:影响通行能力的参数；
Cw：交织区通行能力(pcu/h)；
Lw:交织长度(m)；
N：交织区车道数；
VR：交织比，即交织流量与交织段总流量之比；
V：自由流车速(km/h)；
m1,m2,m3,m4,n1,n2,n3,n4:回归系数；
上式中的回归系数m1,m2,m3,m4,n1,n2,n3,n4是根据HCM2000原表(EXHIBIT24-8)中各组数据拟合获得；
所述的换道和非换道车辆速度根据公式(2)获得换道速度降低率；
所述的换道车辆位置，由换道位置的标准差表示换道位置的集中程度；其中安全性有6个指标：
换道集中度：指换道位置的集中程度，由换道位置的标准差表示；
统计换道位置即可得到，而换道位置可由驾驶模拟器直接得出
换道转向角β：换道过程中，换道车辆的转向角，度；
可由驾驶模拟器直接得出
换道车辆减速度a1：从决定换道时刻起至完成换道过程中，换道车辆的减速度变化；
可由驾驶模拟器直接得出
换道插车间隙L：换道时，目标车道前后车辆的车头间距，米；
可由驾驶模拟器直接得出
目标车道后随车辆减速度a2：目标车道跟随车辆因换道车辆换道而减速运动的减速度变化情况；
由实验过程进行拍摄中估算得出
最小安全换道距离S(0)：指换道车辆与目标车道后随车辆之间的临界安全距离，米；
假设换道开始时刻为t0,换道过程所需时间为t1，经过分析得到最小安全距离模型：
式中：
Figure FDA0002183554790000032
t1时段内LO车所行驶的纵向距离；
SM：t1时段内M车所行驶的纵向距离；
L：车长，通常取5m；
β：车辆与道路标线的水平夹角；
由于在不同交通流状态下，车辆换道过程的运动过程不同，因此下面分别阐述；
低密度下：
则本车M与目标车道后随车辆LO车的最小换道安全距离为：
Figure FDA0002183554790000041
中密度下：
则本车M与目标车道后随车辆LO车的最小换道安全距离为：
Figure FDA0002183554790000042
高密度下：
则本车M与目标车道后随车辆LO车的最小换道安全距离为：
Figure FDA0002183554790000043
式中：
Figure FDA0002183554790000044
t1时段内LO车所行驶的纵向速度；
VM：t1时段内M车所行驶的纵向速度；
Figure FDA0002183554790000045
t1时段内LO车所行驶的纵向加速度；
aM：t1时段内M车所行驶的纵向加速度；
模型中的参数均可通过驾驶模拟器得到；
所述的换道时间根据公式(7)、(8)、(9)获得最小安全换道距离；
S5、通过计算S4中的指标，选出效率高，安全性好的最佳车载指路信息设置方案。
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