本發(fā)明涉及基于駕駛模擬實(shí)驗(yàn)的交通設(shè)計(jì)和交通控制管理研究。

背景技術(shù)：

國內(nèi)雖也有許多指路信息相關(guān)的研究與探索，但尚未有從微觀的駕駛行為和換道行為出發(fā)，針對(duì)路側(cè)指路信息設(shè)計(jì)方法的研究，影響了指路信息的實(shí)施效果。

出口匝道上游交織區(qū)存在著大量的交織換道行為，不當(dāng)?shù)膿Q道將導(dǎo)致堵塞和安全事故，若缺乏科學(xué)合理的誘導(dǎo)控制管理，將成為整個(gè)快速路系統(tǒng)中的最薄弱環(huán)節(jié)，因此合理有效地設(shè)置路側(cè)指路信息提示牌是出口匝道上游交織區(qū)順暢運(yùn)行的基礎(chǔ)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是提出基于駕駛模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的路側(cè)指路信息優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。

在總結(jié)相關(guān)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和成果的基礎(chǔ)上，提取能夠表征出口匝道上游交織區(qū)交通流特征的指標(biāo)(換道位置、換道插車間隙等)，分別通過實(shí)際視頻采集和駕駛模擬實(shí)驗(yàn)獲取上述指標(biāo)值，通過不斷調(diào)整駕駛模擬器的各項(xiàng)參數(shù)使實(shí)驗(yàn)指標(biāo)取值與實(shí)際視頻指標(biāo)取值的誤差在可接受范圍內(nèi)。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分析路側(cè)指路信息在不同設(shè)計(jì)方法對(duì)通行效率和安全性的影響，從而得到最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

首先，本發(fā)明選取能夠表征快速路出口匝道上游交通流運(yùn)行特性的指標(biāo)，通過實(shí)際觀察和視頻拍攝，為進(jìn)一步矯正駕駛模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)參數(shù)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

其次，針對(duì)駕駛模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)能采集微觀駕駛行為和換道行為數(shù)據(jù)的優(yōu)勢，結(jié)合實(shí)際調(diào)查的數(shù)據(jù)進(jìn)行駕駛模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建。主要分為實(shí)驗(yàn)路網(wǎng)搭建和實(shí)驗(yàn)場景構(gòu)建。路網(wǎng)的建立包括3dmax背景(駕駛員所能看到的景象)和邏輯路網(wǎng)(駕駛員在模擬器中可駕駛的路網(wǎng))兩部分。第一步，將3dmax中的背景導(dǎo)入駕駛模擬器軟件scanerstudio，然后在terrain中根據(jù)背景中的路網(wǎng)畫出邏輯路網(wǎng)，構(gòu)建出駕駛模擬實(shí)驗(yàn)路網(wǎng)。第二步，通過駕駛模擬器軟件scanerstudio的scenario建立場景，包括添加車輛、環(huán)境以及設(shè)置所需要提取的指標(biāo)等。完成路網(wǎng)和場景的建立之后，進(jìn)入simulation中進(jìn)行模擬仿真實(shí)驗(yàn)，將視頻采集得到的換道位置和換道插車間隙與模擬仿真得到的指標(biāo)進(jìn)行比較，檢驗(yàn)兩種情況下的指標(biāo)分布是否有顯著差異，如有，則需要重新調(diào)整駕駛模擬器參數(shù)，直到無顯著差異為止。

最后，本發(fā)明從微觀的駕駛行為和換道行為出發(fā)，利用駕駛模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)采集表征通行效率和安全性的微觀評(píng)價(jià)指標(biāo)，并進(jìn)一步構(gòu)建交織區(qū)通行效率和安全性評(píng)價(jià)模型。對(duì)比分析不同指路信息場景下通行能力和安全性，確定快速路出口匝道上游路側(cè)指路信息設(shè)置的最佳方案。所述的總體評(píng)價(jià)模型、通行效率評(píng)價(jià)模型和安全性評(píng)價(jià)模型分別如表達(dá)式1、2、3所示：

scorei＝λescoreei+λsscoresi(表達(dá)式1)

其中：

scorei為第i個(gè)方案的得分(0‐100)，分?jǐn)?shù)越高，說明該方案越好；

scoreei為第i個(gè)方案的通行效率得分；

scoresi為第i個(gè)方案的安全性得分；

λe、λs為通行效率和安全性占總分的權(quán)重，λe+λs＝1，推薦值為λe＝0.6，λs＝0.4；

tdmax為相同交通流狀態(tài)下，換道延誤td的最大值；

tdmin為相同交通流狀態(tài)下，換道延誤td的最小值；

tdi為第i個(gè)方案的換道延誤，其它指標(biāo)同理。

各個(gè)指標(biāo)的解釋如下：

1.換道延誤td：通行效率指標(biāo)，指正常行駛(不換道)所需時(shí)間與換道所需時(shí)間的差，秒(s)。換道所需時(shí)間可由駕駛模擬器直接得出，正常行駛所需時(shí)間可以由視頻(實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行拍攝)中進(jìn)行估算。

2.換道速度降低率sd：通行效率指標(biāo)，指由于換道而引起的通行能力下降程度，％。如下式所示：

換道速度和正常行駛速度均可由駕駛模擬器直接得出。

3.交織區(qū)通行能力cw：通行效率指標(biāo)，標(biāo)準(zhǔn)車/小時(shí)(pcu/h)。如下式所示：

k＝m1+m2·vr+m3·n+m4·v(表達(dá)式6)

b＝n1+n2·vr+n3·n+n4·v(表達(dá)式7)

式中：

k、b：影響通行能力的參數(shù)；

cw：交織區(qū)通行能力(pcu/h)；

lw：交織長度(m)；

n：交織區(qū)車道數(shù)；

vr：交織比，即交織流量與交織段總流量之比；

v：自由流車速(km/h)；

m1、m2、m3、m4、n1、n2、n3、n4：回歸系數(shù)，是根據(jù)《hcm2000》原表(exhibit24‐8)中各組數(shù)據(jù)擬合獲得。

4.換道車輛最大減速度a1：安全性指標(biāo)，從決定換道時(shí)刻起至完成換道過程中，換道車輛最大的減速度，米/秒²(m/s²)。可由駕駛模擬器直接得出。

5.目標(biāo)車道后車車輛減速度a2：安全性指標(biāo)，目標(biāo)車道跟隨車輛因換道車輛換道而減速的最大減速度，米/秒²(m/s²)?？捎梢曨l(實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行拍攝)中估算得出。

6.換道最大轉(zhuǎn)向角β：安全性指標(biāo)，指換道過程中換道車輛最大的轉(zhuǎn)向角，度(°)?？捎神{駛模擬器直接得出。

7.換道插車間隙l：安全性指標(biāo)，指換道時(shí)目標(biāo)車道前后車輛的車頭間距，米(m)?？捎神{駛模擬器直接得出。

8.換道位置集中度c：安全性指標(biāo)，指換道位置的集中程度，由換道位置的標(biāo)準(zhǔn)差表示，米(m)。統(tǒng)計(jì)換道位置即可得到，而換道位置可由駕駛模擬器直接得出。

附圖說明

圖1實(shí)驗(yàn)路網(wǎng)搭建

圖2實(shí)驗(yàn)場景構(gòu)建

圖3路側(cè)指路信息優(yōu)化設(shè)計(jì)流程圖

具體實(shí)施方式

本發(fā)明基于駕駛模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的快速路出口匝道上游路側(cè)指路信息優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于：通過駕駛模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，觀測和分析不同路側(cè)指路信息設(shè)置方案下車輛的實(shí)際運(yùn)行過程，其中整體運(yùn)行效果最好的方案即最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)交通設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)化，提高快速路的交通運(yùn)行質(zhì)量。

方法包括三個(gè)主要步驟，

一是選取交通流運(yùn)行特征指標(biāo)，控制實(shí)驗(yàn)獲取和實(shí)際采集指標(biāo)的誤差，以保證駕駛模擬實(shí)驗(yàn)的可行性；

二是在此基礎(chǔ)上建立實(shí)驗(yàn)方案，并采集各項(xiàng)參數(shù)；

三是從通行效率和安全性兩方面考慮路側(cè)指路信息的運(yùn)行效果，得到最優(yōu)方案。

所述的基于駕駛模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的快速路出口匝道上游路側(cè)指路信息優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于：采用換道位置和換道插車間隙這兩個(gè)指標(biāo)表示快速路出口匝道上游交織區(qū)的交通流運(yùn)行特征，調(diào)整駕駛模擬器參數(shù)，使實(shí)驗(yàn)獲取與實(shí)際采集數(shù)據(jù)的指標(biāo)取值誤差在一定范圍內(nèi)。

所述的基于駕駛模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的快速路出口匝道上游路側(cè)指路信息優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于：采集實(shí)驗(yàn)參數(shù)包括駕駛行為和換道行為兩個(gè)方面，駕駛行為采集參數(shù)包括換道車輛和正常行駛(不換道)車輛的速度、換道車輛減速度、目標(biāo)車道后隨車輛減速度，換道行為采集參數(shù)包括換道車輛位置、換道車輛轉(zhuǎn)向角、換道插車間隙、換道時(shí)間。

所述的基于駕駛模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的快速路出口匝道上游路側(cè)指路信息優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于：通行效率主要通過換道延誤、換道速度降低率、通行能力這三個(gè)指標(biāo)來體現(xiàn)；安全性主要通過換道集中度、換道轉(zhuǎn)向角、換道車輛減速度、換道插車間隙、目標(biāo)車輛后隨車輛減速度這五個(gè)指標(biāo)來體現(xiàn)。

以下結(jié)合附圖給出使用操作步驟。

本發(fā)明的具體使用方法，其使用步驟參考如下。

第一步，拍攝視頻，采集快速路出口匝道上游交織區(qū)車輛換道參數(shù)；

表1視頻采集參數(shù)

第二步，實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備，在駕駛模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中搭建路網(wǎng)，設(shè)置場景，采集換道位置和換道插車間隙，通過anova檢驗(yàn)其與視頻采集得到的換道位置和換道插車間隙指標(biāo)是否有顯著差異，調(diào)整駕駛模擬器參數(shù)直到無顯著差異為止；

第三步，設(shè)計(jì)路側(cè)信息設(shè)置方案，將交通狀態(tài)劃分為低密度(<42.5pcu/km)、中密度(42.5pcu/km‐85pcu/km)和高密度(>85pcu/km)，設(shè)置路側(cè)指路信息起始提示位置分別在距出口匝道上游700m、1500m和2000m(由表達(dá)式8計(jì)算得到)，之后每隔500m設(shè)置一個(gè)提示牌，具體實(shí)驗(yàn)場景如表2所示；

路側(cè)指路信息設(shè)置位置：

ls＝ld+(tr+td)·v(表達(dá)式8)

式中：

ls：駕駛員看到標(biāo)志牌時(shí)距離標(biāo)志牌的距離，m；

ld：駕駛員實(shí)施換道時(shí)距離標(biāo)志牌的距離，取120m；

tr：駕駛員對(duì)標(biāo)志牌的讀取時(shí)間，取2s；

td：駕駛員對(duì)標(biāo)志牌的判斷時(shí)間，取1s；

v：車速，取80km/h，則ls為200m，即駕駛員從看到標(biāo)志牌到換道完成至少需要提前200m。

表2實(shí)驗(yàn)場景設(shè)置

第四步，采集實(shí)驗(yàn)過程中車輛的駕駛行為參數(shù)和換道行為參數(shù)，計(jì)算不同交通流狀態(tài)(低密度、中密度、高密度)下，不同指路信息起始提示位置路側(cè)指路信息優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的通行效率和安全性評(píng)價(jià)指標(biāo)，并按照評(píng)價(jià)模型計(jì)算各方案的得分情況；

表3設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)

以低密度下路側(cè)起始提示位置為距出口匝道上游2000m的方案為例，說明評(píng)價(jià)得分計(jì)算方法：

scorel1＝0.6·scorele1+0.4·scorels1(表達(dá)式9)

其中：

scorels1為低密度下路側(cè)起始提示位置距出口匝道上游2000m方案的總分；

scorele1為低密度下路側(cè)起始提示位置距出口匝道上游2000m方案的通行效率得分；

scorels1為低密度下路側(cè)起始提示位置距出口匝道上游2000m方案的安全性得分；

tldmax為低密度下三種方案的換道延誤最大值，tldmin為最小值，其余指標(biāo)同理。

第五步，結(jié)合評(píng)價(jià)結(jié)果，分別選擇不同交通流狀態(tài)下的最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。