CN114220262B - 一种基于交通仿真的车辆换道轨迹偏差计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于交通仿真的车辆换道轨迹偏差计算方法，方法包括：获取目标车辆的真实换道轨迹和仿真换道轨迹信息，计算仿真换道轨迹与真实换道轨迹在换道时间、纵向长度、横向长度的偏差，在计算仿真换道轨迹与真实换道轨迹在速度、加速度、转向角全过程阶段的偏差，最终确定目标车辆的真实换道轨迹和仿真换道轨迹的总偏差。本发明提供的方法综合考虑微观换道轨迹中宏观参数和微观参数，并将微观参数在时间维度上作统一处理，能够更加准确地评估仿真换道轨迹与真实换道轨迹之间的偏差，为进一步优化换道模型或者交通仿真平台提供技术指导。

Description

一种基于交通仿真的车辆换道轨迹偏差计算方法

技术领域

本发明涉及智能交通控制领域，具体涉及一种基于交通仿真的车辆换道轨迹偏差计算方法。

背景技术

交通的复杂性，决定着无法进行大规模重复实验，因此交通仿真是预测交通状态、检验交通管控策略的有效手段。真实世界采集的数据用于标定仿真模型，接着仿真模型模拟现实或未来交通场景，得到仿真数据，在所实施的交通管控策略进行评估之前，也应对仿真效果进行评价，以保证仿真模型的有效性和仿真结果的科学性。换道模型是其中核心模型之一，基于真实换道轨迹，对仿真换道轨迹的评价方法是仿真平台的核心算法。

已有研究中，中国专利“基于支持向量机的智能车换道舒适性评估及其轨迹规划方法和装置”(CN202110518433.6)根据换道过程中车辆的纵向位置和横向位置，计算智能车换道舒适性主观评价分数，具有一定的主观性，且考虑因素不够全面。同样的，中国专利“一种基于车型和车速的换道轨迹优化及可视化实现方法”(CN201410069573.X)实现对不同车型不同车速不同换道模型控制下的整车动力学分析，其中换道轨迹优化过程中参考的参数局限于横向和纵向的速度、加速度。总体来说，现有研究在做换道轨迹优化和评价时考虑因素不够全面，且对关键参数未作详细处理，尤其是速度、加速度和转向角参数在微观轨迹层面尚未解决一一对应问题。

发明内容

发明目的：为了克服上述现有技术的不足，本发明目的在于提出一种基于交通仿真的车辆换道轨迹偏差计算方法，以目标车辆换道轨迹的换道时间、纵向长度、横向长度、速度、加速度、转向角为关键参数，其中换道时间、纵向长度和横向长度均为单一数值，速度、加速度、转向角为全过程连续数值，并在时间维度作一致性处理，最终确定仿真换道轨迹与真实换道轨迹的总偏差。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于交通仿真的车辆换道轨迹偏差计算方法，包括如下步骤：

(1)获取目标车辆的真实换道轨迹和仿真换道轨迹信息；

(2)计算仿真换道轨迹与真实换道轨迹在换道时间、纵向长度、横向长度方面的偏差；

(3)计算仿真换道轨迹与真实换道轨迹在速度和加速度方面的偏差；

(4)计算仿真换道轨迹与真实换道轨迹在转向角方面的偏差；

(5)确定目标车辆的真实换道轨迹和仿真换道轨迹的总偏差。

作为优选，步骤(1)中，所述换道轨迹信息包括换道时间、纵向长度、横向长度、速度、加速度、转向角；

作为优选，步骤(2)中，所述仿真换道轨迹与真实换道轨迹在换道时间、纵向长度、横向长度方面的偏差计算方法如下：

式中J_T、J_L、J_D分别表示仿真换道轨迹与真实换道轨迹在换道时间、纵向长度、横向长度方面的误差；T_real、T_sim分别为真实换道轨迹和仿真换道轨迹的换道时间，L_real、L_sim分别为真实换道轨迹和仿真换道轨迹的纵向长度，D_real、D_sim分别为真实换道轨迹和仿真换道轨迹的横向长度；

作为优选，步骤(3)中，所述仿真换道轨迹与真实换道轨迹在速度和加速度方面的偏差计算方法如下：

T_min＝min{T_real,T_sim}

式中J_V、J_A分别表示仿真换道轨迹与真实换道轨迹在速度、加速度方面的误差；T_min为真实换道轨迹和仿真换道轨迹的换道时间中最小值，Δt_ori为初始单位时间间隔，默认取值为0.1s，N_ori为T_min对应的单位时间间隔数；Δt_real、Δt_sim分别为真实换道轨迹和仿真换道轨迹的单位时间间隔；

分别为仿真换道轨迹中目标车辆在(t₀+i·Δt_sim)时刻的横向速度和纵向速度，/>

分别为真实换道轨迹中目标车辆在(t₀+i·Δt_real)时刻的横向速度和纵向速度，α₁、α₂分别为横向速度系数和纵向速度系数；/>

分别为仿真换道轨迹中目标车辆在(t₀+i·Δt_sim)时刻的横向加速度和纵向加速度，/>

分别为真实换道轨迹中目标车辆在(t₀+i·Δt_real)时刻的横向加速度和纵向加速度，β₁、β₂分别为横向加速度系数和纵向加速度系数；

作为优选，步骤(4)中，所述仿真换道轨迹与真实换道轨迹在转向角方面的偏差计算方法如下：

式中J_θ表示仿真换道轨迹与真实换道轨迹在转向角方面的误差，θ_sim(t₀+i·Δt_sim)、θ_real(t₀+i·Δt_real)分别为仿真换道轨迹和真实换道轨迹中目标车辆在(t₀+i·Δt_real)时刻的转向角；

作为优选，步骤(5)中，所述仿真换道轨迹与真实换道轨迹总偏差计算方法如下：

J＝w₁J_T+w₂J_L+w₃J_D+w₄J_V+w₅J_A+w₆J_θ

式中J表示仿真换道轨迹与真实换道轨迹的总偏差，{w₁,w₂,w₃,w₄,w₅,w₆}为换道时间、纵向长度、横向长度、速度、加速度、转向角的偏差权重系数(是预设的经验值)。

有益效果：本发明提出的一种基于交通仿真的车辆换道轨迹偏差计算方法，基于目标车辆换道轨迹的换道时间、纵向长度、横向长度、速度、加速度、转向角信息，确定综合评价指标，用以评估仿真换道轨迹与真实换道轨迹的偏离程度。参数数目上，本发明所提方法包含的影响参数更加全面；参数细致程度上，本发明所提方法重点考虑了关键参数的微观特性。因此所作的评价过程更加全面、精细，评价结果更加科学合理。

附图说明

图1是本发明实施例的方法流程图；

图2是本发明实施例的示例中交通状况的示意图，其中(a)是真实换道轨迹，(b)是仿真换道轨迹。

具体实施方式

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

在一个实施例中，如图2中(a)和(b)所示的某一交通场景下目标车辆S的真实换道轨迹和仿真换道轨迹。

在一个实施例中，如图1所示，基于交通仿真的车辆换道轨迹偏差计算方法，包括如下步骤：

(1)获取目标车辆的真实换道轨迹和仿真换道轨迹信息，包括换道时间、纵向长度、横向长度、速度、加速度、转向角；

其中真实换道轨迹和仿真换道轨迹的速度V、加速度A、转向角θ按照如表1所示的格式进行统计：

表1

表中t₀和t_end分别表示车辆换道轨迹起始时刻和终点时刻，单位时间刻度Δt取值为0.1s。

(2)计算仿真换道轨迹与真实换道轨迹在换道时间、纵向长度、横向长度方面的偏差：

式中J_T、J_L、J_D分别表示仿真换道轨迹与真实换道轨迹在换道时间、纵向长度、横向长度方面的误差；T_real、T_sim分别为真实换道轨迹和仿真换道轨迹的换道时间，L_real、L_sim分别为真实换道轨迹和仿真换道轨迹的纵向长度，D_real、D_sim分别为真实换道轨迹和仿真换道轨迹的横向长度；

(3)计算仿真换道轨迹与真实换道轨迹在速度和加速度方面的偏差：

T_min＝min{T_real,T_sim}

式中J_V、J_A分别表示仿真换道轨迹与真实换道轨迹在速度、加速度方面的误差；T_min为真实换道轨迹和仿真换道轨迹的换道时间中最小值，Δt_ori为原始单位时间间隔，默认取值为0.1s，N_ori为换道轨迹从时间角度上均分的份数；Δt_real、Δt_sim分别为真实换道轨迹和仿真换道轨迹的单位时间间隔；

分别为仿真换道轨迹中目标车辆在(t₀+i·Δt_sim)时刻的横向速度和纵向速度，/>

分别为真实换道轨迹中目标车辆在(t₀+i·Δt_real)时刻的横向速度和纵向速度，α₁、α₂分别为横向速度系数和纵向速度系数；/>

分别为仿真换道轨迹中目标车辆在(t₀+i·Δt_sim)时刻的横向加速度和纵向加速度，/>

分别为真实换道轨迹中目标车辆在(t₀+i·Δt_real)时刻的横向加速度和纵向加速度，β₁、β₂分别为横向加速度系数和纵向加速度系数；

(4)计算仿真换道轨迹与真实换道轨迹在转向角方面的偏差J_θ：

式中θ_sim(t₀+i·Δt_sim)、θ_real(t₀+i·Δt_real)分别为仿真换道轨迹和真实换道轨迹中目标车辆在(t₀+i·Δt_real)时刻的转向角；

(5)确定目标车辆的仿真换道轨迹与真实换道轨迹的总偏差J：

J＝w₁J_T+w₂J_L+w₃J_D+w₄J_V+w₅J_A+w₆J_θ

式中{w₁,w₂,w₃,w₄,w₅,w₆}为换道时间、纵向长度、横向长度、速度、加速度、转向角的偏差权重系数。

横向速度系数α₁和纵向速度系数α₂分别取值为0.4和0.6，横向加速度系数β₁和纵向加速度系数β₂分别取值为0.5和0.5，换道时间、纵向长度、横向长度、速度、加速度、转向角的偏差权重系数{w₁,w₂,w₃,w₄,w₅,w₆}＝{0.15,0.15,0.1,0.2,0.2,0.2}。计算图2示例中仿真换道轨迹与真实换道轨迹的总偏差J：

J＝w₁J_T+w₂J_L+w₃J_D+w₄J_V+w₅J_A+w₆J_θ

＝0.15·17.8％+0.15·14.9％+0.1·9.1％+0.2·18.4％+0.2·24.7％+0.2·27.3％

＝19.9％

已公开资料中，最常见的评价指标包括速度和加速度，统计如下：仿真换道轨迹与真实换道轨迹全过程的平均速度分别为22.1m/s和23.4m/s，仿真换道轨迹与真实换道轨迹全过程的平均加速度分别为-0.35m/s²和-0.29m/s²。

若按照已有方法，则仿真换道轨迹与真实换道轨迹的速度偏差为

加速度偏差为/>

由此可见，已有方法中速度偏差和和加速度忽略换道过程中每一时间刻度的变化，仅对比平均值，精细度较低，未能准确反映仿真换道轨迹的偏离程度；同时，已有方法仅考虑速度或加速度，指标非常单一，考虑因素不够全面。两个原因导致了已有方法求出的偏差显著大于本方法提出的总偏差。

在一个实施例中，提供了一种基于交通仿真的车辆换道轨迹偏差计算装置，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的基于交通仿真的车辆换道轨迹偏差计算方法的步骤。

在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的基于交通仿真的车辆换道轨迹偏差计算方法的步骤。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (3)

1.一种基于交通仿真的车辆换道轨迹偏差计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)获取目标车辆的真实换道轨迹和仿真换道轨迹信息；

(2)计算仿真换道轨迹与真实换道轨迹在换道时间、纵向长度、横向长度方面的偏差；

(3)计算仿真换道轨迹与真实换道轨迹在速度和加速度方面的偏差；

(4)计算仿真换道轨迹与真实换道轨迹在转向角方面的偏差；

(5)计算目标车辆的真实换道轨迹和仿真换道轨迹的总偏差；

步骤(1)中，所述换道轨迹信息包括换道时间、纵向长度、横向长度、速度、加速度、转向角；

步骤(2)中，所述仿真换道轨迹与真实换道轨迹在换道时间、纵向长度、横向长度方面的偏差计算方法如下：

式中J_T、J_L、J_D分别表示仿真换道轨迹与真实换道轨迹在换道时间、纵向长度、横向长度方面的误差；T_real、T_sim分别为真实换道轨迹和仿真换道轨迹的换道时间，L_real、L_sim分别为真实换道轨迹和仿真换道轨迹的纵向长度，D_real、D_sim分别为真实换道轨迹和仿真换道轨迹的横向长度；

步骤(3)中，所述仿真换道轨迹与真实换道轨迹在速度和加速度方面的偏差计算方法如下：

T_min＝min{T_real,T_sim}

式中J_V、J_A分别表示仿真换道轨迹与真实换道轨迹在速度、加速度方面的误差；T_min为真实换道轨迹和仿真换道轨迹的换道时间中的最小值，Δt_ori为初始单位时间间隔，N_ori为T_min对应的单位时间间隔数；Δt_real、Δt_sim分别为真实换道轨迹和仿真换道轨迹的单位时间间隔；

分别为仿真换道轨迹中目标车辆在(t₀+i·Δt_sim)时刻的横向速度和纵向速度，/>

分别为真实换道轨迹中目标车辆在(t₀+i·Δt_real)时刻的横向速度和纵向速度，α₁、α₂分别为横向速度系数和纵向速度系数；/>

分别为仿真换道轨迹中目标车辆在(t₀+i·Δt_sim)时刻的横向加速度和纵向加速度，/>

分别为真实换道轨迹中目标车辆在(t₀+i·Δt_real)时刻的横向加速度和纵向加速度，β₁、β₂分别为横向加速度系数和纵向加速度系数；

步骤(4)中，所述仿真换道轨迹与真实换道轨迹在转向角方面的偏差计算方法如下：

式中J_θ表示仿真换道轨迹与真实换道轨迹在转向角方面的误差，θ_sim(t₀+i·Δt_sim)、θ_real(t₀+i·Δt_real)分别为仿真换道轨迹和真实换道轨迹中目标车辆在(t₀+i·Δt_real)时刻的转向角；

步骤(5)中，所述仿真换道轨迹与真实换道轨迹总偏差计算方法如下：

J＝w₁J_T+w₂J_L+w₃J_D+w₄J_V+w₅J_A+w₆J_θ

式中J表示仿真换道轨迹与真实换道轨迹的总偏差，{w₁,w₂,w₃,w₄,w₅,w₆}为换道时间、纵向长度、横向长度、速度、加速度、转向角的偏差权重系数。

2.一种基于交通仿真的车辆换道轨迹偏差计算装置，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1所述的基于交通仿真的车辆换道轨迹偏差计算方法的步骤。

3.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1所述的基于交通仿真的车辆换道轨迹偏差计算方法的步骤。

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