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原文传递冲突环境下的非机动车避让轨迹及行为研究

论文题名：	冲突环境下的非机动车避让轨迹及行为研究
关键词：	非机动车;冲突干扰;轨迹预测;避让行为分析;车道宽度设计
摘要：	随着国家颁布了系列慢行交通发展政策，以自行车为代表的绿色交通的理念越来越得到广大居民的认可。然而，城市非机动车道受机动车流影响，其空间受限，同时非机动车间存在较强的冲突干扰，严重影响其通行安全与运行效率。本文以西安市的城市非机动车道为试验区域，对发生避让冲突的自行车群体进行采样，调查采集道路环境、车群规模、位置分布、速度位移等信息，对冲突干扰环境下的非机动车避让特性进行分析。构建避让轨迹预测模型和避让行为分析方法，利用改进的长短期记忆网络(LongShort-TermMemory，LSTM)进行不同行为的轨迹预测，采用频域识别方法获取不同轨迹段的行为变化。最后提出面向冲突环境下的非机动车道宽度设计方法，建立时域模型和车-车作用力模型求解关键设计参数，并给出精细化管理建议。　　(1)分析冲突干扰环境下的非机动车避让特性。常规自行车和电动自行车的位置分布存在较大差异，其受到干扰时速度均值相对于自由状态分别下降了12.3%和13.3%，加速度均值相对于自由状态分别提高了45.3%和11.13%。研究将自行车冲突行为分为并列行为、超车行为和避让行为三类，行为判断的依据主要是骑行轨迹的变化，同时把冲突轨迹形式分为双直线型，直线+曲线型，同侧曲线型和异侧曲线型。探究避让间距与速度关系的过程中发现：超车者的速度越大，则冲突对象的避让间距越大，进而被超越的骑行者速度也越大。非机动车道宽度、机非隔离形式、交通流率等不同的道路环境对避让特性也会产生不同的影响。　　(2)构建避让轨迹预测模型，考虑行为分类后利用改进的LSTM神经网络进行轨迹预测。避让轨迹预测的输入参数为整个避让过程的距离、角度、相对速度、侧向相对加速度和社会心理力，其中社会心理力包括自驱动力、车-车作用力和车-边作用力，研究进行了公式建立和参数标定。在频域方法精确识别避让行为的基础上，对平速、加速和减速的轨迹进行预测，结果显示平速、加速、减速行为的均方根误差分别为0.0619、0.0513和0.0587，拟合优度值分别为0.9591、0.9785和0.9674，相较于未考虑行为分类的预测，其精度分别提升了6.07%、8.22%和7.21%。平速避让的轨迹全程比较稳定，近似于一条直线，左右有微小波动；加速避让轨迹一般表现为横向位移较大，纵向位移较小；减速轨迹预测的均方根误差、拟合优度和轨迹平缓度介于平速和加速预测之间。　　(3)建立非机动车避让行为的频域识别方法，探索不同类行为的变化特性。将自行车避让过程中的加速度在频域进行分解，通过提取最频繁变换频率以识别骑行者的踏频连续特征，进而应用Voigt模型拟合不同避让行为的本征曲线。结果显示骑行者在避让过程中选择加速、减速、平速的占比分别为38.3%，50.4%和11.3%。加、减速避让的踏频本征曲线分别接近于高斯曲线和洛伦兹曲线，拟合优度分别为0.95和0.92。在预测轨迹特征分析的基础上，对避让轨迹进行分段行为分析。轨迹前段至中段的干扰程度逐渐增大，中段至后段的干扰程度逐渐减小，整体上呈先加速、再减速的避让行为规律。　　(4)提出面向冲突环境下的非机动车道设计和管理方法。通过对电动自行车和常规自行车的行驶空间分析，结合传统的非机动车道设计，建立了面向冲突干扰环境下的非机动车道宽度设计方法，并构建时域模型和车-车作用力模型求解关键设计参数。冲突环境下的非机动车道宽度设计范围为2.7m~3.0m，该设计宽度下非机动车行驶的相互干扰程度较低，安全性较高。为了验证宽度设计方法的适用性，构建了冲突环境下的非机动车道安全评价模型。最后针对速度、标志标线、政策法规提出对应的精细化管理建议。
作者：	刘林建
专业：	交通运输工程
导师：	李岩
授予学位：	硕士
授予学位单位：	长安大学
学位年度：	2022