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考虑频繁换道倾向的交通流元胞自动机模型
| 论文题名： | 考虑频繁换道倾向的交通流元胞自动机模型 |
| 关键词： | 交通流;频繁换道倾向;高速公路;分流区;基本路段;元胞自动机 |
| 摘要： | 随着经济的快速发展，有限的道路资源难以满足社会发展带来的交通需求，因此驾驶员为追求更舒适的行驶空间而频繁变换车道。换道作为基本驾驶行为，其对交通运行效率的影响重大，合理的频繁变换车道能够提高道路通行能力，反之则会加剧交通压力。为定量分析上述影响，本文以高速公路基本路段和分流区为研究对象，分别构建频繁换道元胞自动机模型，研究频繁换道倾向在不同区域对交通运行效率的影响规律。 首先，选取NGSIM（NextGenerationSimulationProject）数据集中I-80路段车辆轨迹数据作为本文研究基础，采用对称指数移动平均法对数据进行平滑处理，提取车辆换道前后轨迹信息，分析车辆在不同区域内的换道特性。 然后，分析基于经典STCA模型拓展的双车道元胞自动机模型的优势与不足。考虑驾驶员被超车三次后驾驶行为变化情况，提出驾驶行为变化倾向函数；引入本车与目标车道前车的相对车头间距、相对速度优化换道概率函数，依据上述两个函数改进车辆换道规则，从而构建自由频繁换道元胞自动机模型。针对车辆在分流区系统中三种换道特性（左侧倾向换道、对称换道、右侧倾向换道），综合对应经典换道规则作为研究基础，考虑车辆与最迟换道点间距优化强制换道概率函数，基于上述函数改进车辆换道规则，构建强制频繁换道分流区元胞自动机模型。 最后，分别搭建仿真场景进行模拟。基本路段自由频繁换道仿真结果表明：频繁换道在自由流状态下会改善交通运行效率，平均速度、流量最大提升约5.89%、4.16%，在同步流状态下会抑制交通运行效率，平均速度、流量最大降低约9.48%、14.91%。分流区强制频繁换道仿真结果表明：1）驶出匝道车辆占比0.05时，自由流速度最大提升约9.7%，驶出匝道车辆占比0.1时，同步流速度最大下降为11.03%；2）分流区长度对交通运行存在正反两方面影响。一方面，分流区长度的提升可为驶出匝道车辆提供更宽阔的行驶空间，从而减少车辆相互干扰，提高系统平均速度；另一方面，分流区内的最大速度限制会拉低系统平均速度。在自由流状态下分流区长度对交通运行效率的积极作用大于消极作用，在同步流时则相反。 本文研究结果可以作为改善道路设施、规范司机行为的重要依据，为道路交通行政管理部门建立规章制度和相应的管理措施提供参考；同时，可为车辆协同系统、自动驾驶提供理论支持，有利于推动驾驶员辅助系统的进一步开发。 |
| 作者： | 赵林涛 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 冷军强 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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