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原文传递基于断面交通数据的特长隧道车辆轨迹预测方法研究

论文题名：	基于断面交通数据的特长隧道车辆轨迹预测方法研究
关键词：	特长隧道;断面交通数据;Wiedemann模型;FVD模型;轨迹预测;交通事故
摘要：	随着我国社会经济与交通事业的快速发展，作为城市快速路及高速公路等交通干线的重要组成部分，特长隧道数量不断增加，截止2021年，我国已建成长大隧道7810座，其中特长隧道1599座、长隧道6211座。由于几何线形组合多样、光照不佳、空间封闭等因素影响，干线特长隧道行车环境较为复杂，特别是特长水下隧道、山地城市干线隧道、山区公路隧道。与此同时，随着干线特长隧道流量不断攀升，货车、大客车、小汽车等各类车辆增多，其运行特性各异，加之特长隧道容易产生驾驶疲劳，极易发生交通事故，导致通行效率降低、应急救援困难，还可能引发火灾、二次事故等群死群伤的重特大事故。因此，亟需加强特长隧道交通运行精细化实时监测预警管控，以提升隧道通行效率、降低安全风险，而车辆运行轨迹监测预测则是实现隧道交通运行精细化实时监测预警管控的关键和基础条件之一。　　本文基于典型干线特长隧道侧装视频采集车辆过车时刻、速度、车头时距、车头间距等断面交通数据，据此分析特长隧道交通运行特性及车辆运行轨迹特征，建立不同行驶状态下车辆运行规则及FVD（FullVelocityDifferenceModel）跟驰优化模型，最终提出基于多断面实时交通数据的特长隧道车辆轨迹预测模型。本文的主要研究内容如下：　　（1）特长隧道环境特性、交通运行特性分析。从特长隧道的环境特性（视觉特点、环境照度、道路条件、噪声污染、空气质量、气候条件）和交通运行特性（道路条件特性、车辆行驶特性、驾驶员特性）两方面分析特长隧道交通运行的总体特性。重点以典型特长隧道—青岛胶州湾海底隧道为例，基于各个断面的交通流量、平均车速、车头时距等参数进行交通流特性分析。　　（2）基于断面交通数据的车辆行驶状态区分及运行规律分析。基于速度、车头时距/间距等断面交通数据，研究和标定撞车危险区、制动避祸区、跟驰行驶区和自由行驶区之间的区分阈值，并将距离阈值转化为时距阈值，建立基于车头时距数据的Wiedemann模型跟驰域。基于车头时距数据对车辆行驶状态进行划分，分析自由行驶状态、跟驰行驶状态和紧急制动状态下的车辆运行规律，建立不同行驶状态下的车辆运行规则。　　（3）FVD跟驰模型参数优化。基于速度、车头时距/间距等断面交通数据，对车辆速度与车头间距之间的关系进行拟合，构建期望车头间距拟合模型，以此取代FVD跟驰模型的安全车头间距；通过对车辆达到稳定跟驰状态所需时间的统计分析，获得特长隧道内车辆达到稳定跟驰状态所需时间的最优范围，作为优化FVD跟驰模型的评判标准；采用迭代思想，通过t时刻后车的速度、加速度迭代出t+T0时刻后车的速度、位置坐标，基于断面数据进行数值仿真，优化司机敏感系数α，得到优化后的FVD跟驰模型。　　（4）基于多断面实时交通数据的特长隧道车辆运行全过程轨迹预测模型构建。基于标定后的Wiedemann模型跟驰域对车辆行驶状态进行划分，建立自由行驶状态、跟驰行驶状态、紧急制动状态等不同行驶状态下的轨迹预测方程，最终构建基于特长隧道多断面交通数据的车辆运行全过程轨迹预测模型。　　本文通过特长隧道有限断面的交通流数据构建了车辆全过程运行轨迹实时预测模型，并基于青岛胶州湾海底隧道实测的车辆速度、位置坐标数据进行验证，轨迹预测平均准确率95.45%。结果表明，本文基于多断面交通数据的车辆轨迹预测模型可利用有限的断面交通流数据较为准确地预测特长隧道内车辆运行轨迹，对于特长隧道的交通流运行数字孪生、交通运行实时监测预警管控具重要的理论和应用价值。
作者：	卢俊朋
专业：	交通运输工程
导师：	蔡晓禹
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2022