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原文传递机非混行交通安全建模与管控方法仿真及评价

论文题名：	机非混行交通安全建模与管控方法仿真及评价
关键词：	机非混行交通;车辆轨迹;交通干扰;持续时间模型;管控策略
摘要：	近年来，非机动车交通在满足日益增长的短距离出行需求方面发挥了重要作用，与解决中长距离出行问题的机动车交通形成了我国的主要交通结构。发展迅速的非机动车交通在给城市居民出行带来巨大便利的同时，也暴露出我国道路交通状态的一系列问题。例如，非机动车道宽度预留不足，非机动车道与机动车道分隔不清等原因导致了非机动车与机动车同车道行驶，形成复杂的机非混行状态，严重影响道路运行效率，并极易发生交通事故。　　为此，本文依托国家重点研发计划项目《多源信息环境下道路交通事故应急处理关键技术与设备》（2018YFE0102700），面向城市道路机动车与非机动车混合行驶的交通场景，从混行环境内部的微观干扰行为入手，开展“机非混行交通安全建模与管控方法仿真及评价”的研究，从数据获取、微观行为建模与仿真、道路管控与评价三个方面对机非混行环境内部的行为与管理问题进行深入研究。　　首先，明确了机非混行交通的研究场景，阐述了机非分隔型式和干扰类型。根据干扰行为类型选取了典型调查地点，提出了采用基于计算机视觉技术的自动获取轨迹方法与人工提取环境等特征参数相结合的数据提取方式，采用目标检测与跟踪、坐标系转换、背景生成、轨迹数据生成和轨迹噪声平滑等步骤提高轨迹数据精度。　　第二，按照机非分隔型式和车辆类型，详细划分了机非混行环境下常见的交通干扰类型，并分析了各类干扰行为在不同交通环境下发生的特征。着重选取了非机动车间超车行为以及摩擦干扰和阻滞干扰进行了详细研究，采用Kaplan-Meier模型探究了非机动车超车行为的持续时间，运用贝叶斯Logistic模型研究非机动车对机动车干扰行为的影响因素，并在模型中考虑观测个体异质性和观测地点异质性。　　第三，研究了机非相互干扰行为的发生机理，以二者之间的临界横向距离作为判断横向干扰行为发生的指标。探究了临界横向距离的拟合分布，借鉴传统持续时间模型，以距离作为时间替代指标，构建了机非临界距离的全参数加速失败持续时间模型，在此基础上，考虑未被观测到的异质性以提升模型拟合精度和数据解释力度，探究了机动车和非机动车速度、速度差、角速度、角速度差、加速度、交通量、行车位置、车辆类型和负载状态对干扰行为发生的影响机理。　　第四，明确了冲突行为与干扰行为的关系，基于交通冲突技术提取了机非冲突行为，考虑采用基于智能体的方法模拟机非冲突行为轨迹。在轨迹模拟过程中，通过逆向强化学习获得了机非车辆在冲突行为中的回报函数，分析机非双方的行为偏好，随后应用深度学习算法估计了机非运行策略，预测机非运行轨迹并判断算法的模拟精度。在轨迹模拟每一步中均构建多智能体模型和单智能体模型，并对比两类模型的仿真结果和准确度。结果表明多智能体模型在轨迹预测精度和道路使用者微观动作的捕捉精度上具有明显的优势。随后，通过计算多智能体模型模拟轨迹中的冲突时间接近度指标（TTC和PET），判断了仿真模型预测冲突指标的准确度，结果显示模拟轨迹的冲突指标与实际值具有高度相关性。　　最后，基于对机非干扰和冲突行为的特征以及发生机理研究，提出五种对机非混行交通的管控策略。依托 VISSM 仿真系统设置基础方案仿真环境，获取各管控策略下机非混行交通效率指标（如速度、延误等）和车辆运行轨迹。将VISSIM仿真的车辆运行轨迹输入SSAM软件计算各管控策略下机非混行交通安全指标（如冲突数）。对比管控策略实施前后的效率与安全指标，从宏观角度分析了管控方案对机非混行交通效率和安全的改善效果。随后，将速度等效率指标作为冲突行为仿真模型的输入变量，模拟了同组智能体在不同管控策略下的冲突行为，通过计算冲突指标，从微观角度评价管控策略对机非混行交通安全的影响。　　本研究深入探究了机非混行环境内各类微观干扰行为的特征和发生机理，量化了各类因素对微观行为发生的影响情况，在理论层面上丰富了机非混行交通研究的建模和仿真体系，为混行交通设施建设提供了理论和数据参考，并对混行环境运行效率和安全改善提供了方法支撑。
作者：	刘岩
专业：	交通运输工程;交通运输规划与管理
导师：	王炜
授予学位：	博士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2022