城市道路车道变换微观模型及仿真研究

论文摘要

车辆排队、消散、超车等过程往往伴随有车道变换行为。在高峰时段,车道变换行为会引发交通拥堵,严重时将导致交通事故。特别是我国存在相当一部分驾驶员漠视交通法规,在驾驶车辆的过程中任意变道甚至违章变道,因此同国外相比我国驾驶员车道变换行为尤为复杂。正因为如此,车道变换微观仿真技术日益受到我国及各国政府的重视并成为交通运输和车辆工程等领域的研究热点。相应地,车道变换微观模型研究对于完善微观交通仿真系统,改善行车环境和提高道路通行能力具有重要的指导意义。在分析传统车道变换分类方法的基础上,根据交通流特性及驾驶员之间相互制约关系将车道变换行为划分为开放式、制约式、协作式三类,并按车道变换意图的产生、可行性分析以及车道变换行为的实施对车道变换过程展开论述;统计了哈尔滨、上海、深圳三城市车道变换数据,分析了不同交通量、不同车速、不同车型、不同道路条件下的车道变换行为特性;针对不同类型的车道变换行为,考虑车辆间的影响通过拟合分析、模型推导、归纳总结等方法,建立了城市道路条件下的车道变换微观模型,应用实测数据对车道变换模型参数进行了标定,并采用VC++语言实现图像和数值仿真,应用SPSS软件对比分析实测和仿真数据来验证模型的有效性。论文通过对城市道路车道变换行为的深入探讨,在车道变换分类、车道变换微观模型的建立等方面有所创新:提出了基于交通流特性的车道变换分类方法;引入三次β样条曲线,建立了开放式车道变换模型;考虑约束车辆的影响,应用多项式理论建立了制约式车道变换模型;从汇入车道驾驶员时间延误和安全性角度出发,构建了基于驾驶员竞争与合作的博弈论模型。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及研究的目的及意义
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 研究的目的和意义
• 1.2 国内外文献综述
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.2.3 国内外研究评述
• 1.3 主要研究内容
• 1.4 技术路线
• 第2章 城市道路车道变换分类与过程分析
• 2.1 车道变换概述
• 2.1.1 车道变换的定义
• 2.1.2 车道变换发生的条件
• 2.2 车道变换的分类
• 2.2.1 传统的车道变换分类分析
• 2.2.2 开放式车道变换
• 2.2.3 制约式车道变换
• 2.2.4 协作式车道变换
• 2.3 车道变换过程分析
• 2.3.1 车道变换意图的产生
• 2.3.2 车道变换可行性分析
• 2.3.3 车道变换行为的实施
• 2.4 本章小结
• 第3章 城市道路车道变换行为特性分析
• 3.1 数据采集
• 3.1.1 车道变换宏观数据
• 3.1.2 单车的车道变换数据
• 3.1.3 车道变换轨迹数据
• 3.1.4 问卷调查数据
• 3.2 车道变换持续时间
• 3.2.1 不同车型车道变换持续时间
• 3.2.2 不同交通量下车道变换持续时间
• 3.2.3 不同车道变换方式下车道变换持续时间
• 3.3 目标车道分布规律
• 3.3.1 目标车道宽度对车道变换的影响
• 3.3.2 目标车道车流速度对车道变换的影响
• 3.4 车道变换方向分布特性
• 3.4.1 横断面型式对车道变换的影响
• 3.4.2 匝道对车道变换的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 城市道路车道变换微观模型
• 4.1 建模步骤
• 4.2 开放式车道变换模型
• 4.2.1 车道变换实施阶段划分
• 4.2.2 样条曲线
• 4.2.3 控制点的求解
• 4.2.4 约束条件
• 4.3 制约式车道变换模型
• 4.3.1 多项式模型
• 4.3.2 车辆几何模型
• 4.3.3 制约条件下多项式模型
• 4.4 协作式车道变换模型
• 4.4.1 博弈论基础
• 4.4.2 驾驶员协作博弈分析
• 4.4.3 博弈模型的建立
• 4.5 车道变换模型参数标定
• 4.5.1 开放式车道变换模型
• 4.5.2 制约式车道变换模型
• 4.5.3 协作式车道变换模型
• 4.6 本章小结
• 第5章 城市道路车道变换微观仿真分析
• 5.1 微观交通仿真的内容与功能
• 5.1.1 微观交通仿真的内容
• 5.1.2 微观交通仿真的功能
• 5.2 微观仿真程序设计
• 5.2.1 微观仿真总体设计
• 5.2.2 微观仿真数据输入
• 5.2.3 微观仿真结果输出
• 5.3 微观仿真结果验证
• 5.3.1 微观仿真结果分析
• 5.3.2 微观仿真数据与实测数据对比
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 攻读学位期间参加的科研项目
• 致谢