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基于轨迹数据和动力学仿真的收费站下游区域车辆换道安全研究
| 论文题名： | 基于轨迹数据和动力学仿真的收费站下游区域车辆换道安全研究 |
| 关键词： | 收费站下游区域;交通流特征;车辆换道;轨迹数据;动力学仿真 |
| 摘要： | 收费站作为高速公路的关键节点，直接影响到道路总体服务水平、通行能力和交通安全。在收费站与城市道路衔接的下游区域内，有限的道路空间及驾驶员重叠的分流决策会引起频繁的车辆速度变化和换道行为，其安全特性及交通流特性与普通路段显著不同，极易导致交通流状态紊乱并增加事故风险。车辆换道轨迹的可靠性和高效性对整体交通安全水平有显著影响，探究车辆换道过程中的动力学参数特征能精准地分析换道过程的安全性。本文在研究收费站下游区域交通流特征和交通冲突分布特征的基础上，构建车辆换道轨迹规划与控制模型，对车辆在典型换道工况下的动力学参数进行研究，以此剖析车辆换道安全特性并提出相应的安全管控措施。 首先，论文以淮安市收费站为研究对象，通过YSKT车辆检测追踪技术框架从航拍视频中提取车辆微观轨迹数据。在合理划分研究区域的基础上，对不同区段及车辆类型的车辆速度特征、换道特征、车辆车道选择特征以及车辆行驶时间特征进行描述统计，揭示出ETC车辆和MTC车辆在目标区域的行驶特征差异。 其次，基于交通冲突技术进行交通安全评价。选取两个典型的交通冲突替代指标ETTC（扩展碰撞时间）和PET（后侵入时间）评估收费站下游合流区域的潜在交通冲突风险，对交通冲突的空间分布特征、严重性特征以及收费通道选择以及终止车道选择对交通冲突的影响进行分析，结果表明了ETC车辆和MTC车辆交通冲突分布特征的差异性，同时不同初始车道和终止车道内车辆的初始速度、空间位置以及驾驶需求会影响冲突的分布状况。 再次，基于交通流特征和交通冲突分布特征的分析结果，重点对车辆换道过程中的动力学参数进行研究。为此构建了基于五次多项式的换道轨迹规划算法和模型预测控制算法（MPC）的研究框架，将实际轨迹的统计结果输入到CarSim与Simulink联合仿真平台中模拟ETC车辆和MTC车辆在下游区域进行换道时的六种典型工况，对输出动力学参数的安全性、舒适性及操纵稳定性等进行综合对比。随后基于收费站真实场景在VISSIM中搭建仿真模型对交通流及换道行为的安全特性进行分析，进一步分析交通冲突过程中的运动学参数，补充研究区域内车辆换道安全的分析维度。 最后，基于交通流特性、驾驶行为特性、交通冲突特性以及车辆换道动力学参数的研究结果，对研究区域的交通安全进行合理建议。 |
| 作者： | 任悄悄 |
| 专业： | 交通运输工程;载运工具运用工程 |
| 导师： | 鲍香台;何杰 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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