混合车流环境下城市快速路交织区仿真研究

发布时间：2020-11-01 07:06

　　 随着科技水平的发展,自动驾驶行业近年来发展迅速,目前已经有多家公司制造出了能够在实际道路上行驶的自动驾驶汽车,不难预料,未来自动驾驶车辆会普及到每个家庭。但是,在自动驾驶车辆全面普及之前,会有一段时间自动驾驶车辆与人类驾驶车辆同时在道路上行驶,形成混合交通流。自动驾驶车辆的驾驶行为与人类驾驶车辆的驾驶行为有所区别,尤其在换道过程中,这种区别更加明显。在城市道路中,快速路扮演着重要的角色,也承担了大部分交通量,并且由于快速路交织区的结构特点,车辆在快速路交织区一定发生换道行为。因此,有必要研究自动驾驶车辆加入后,混合交通下城市快速路交织区的交通流变化规律。结合自动驾驶车辆的特性,分析自动驾驶车辆的换道行为,将换道策略分为换道意图的产生、换道条件的判断以及换道收益的计算三个步骤;以博弈论思想为基础,量化计算自动驾驶车辆换道收益,采用纳什均衡的方法对模型进行求解,得到最优换道策略;以元胞自动机模型为基础,改进演化规则,建立符合城市快速路交织区特性的混合交通流仿真模型;以长春市南部快速路某段交织区为实例,对该路段进行仿真,验证模型的可行性,通过控制自动驾驶车辆的比例观察快速路交织区交通流率和平均速度的变化规律。结果显示,当自动驾驶车辆加入时,城市快速路交织区通行能力和平均速度有所提高,当仅有一条车道加入10%的自动驾驶车辆时,通行能力和平均速度仅提高4%,当四条车道都加入90%的自动驾驶车辆时,通行能力和平均速度提高27%。但是随着自动驾驶车辆比例的提高,通行能力和平均速度提升幅度的变化率逐渐放缓,当自动驾驶车辆的比例从10%增加到40%时,通行能力和平均速度有明显的提高,当自动驾驶车辆的比例从40%增加到90%时,通行能力和平均速度提高得比较缓慢。
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U491
【部分图文】：

第 5 章 仿真实验分析利用第四章基于元胞自动机模型进行改进的城市快速路交织区交通流仿真模型，以长春市南部快速路为例进行实例仿真，首先对仿真模型的参数进行标定然后根据实测数据验证模型的可行性，最后分析有自动驾驶车辆的加入时，快速路交织区交通流产生的变化。5.1 参数标定以长春市南部快速路为实例，选取该快速路上临近伊通河的交织区作为基础路段，对交织区的一侧，即自西向东方向的道路进行仿真。通过航拍对该路段进行调查，如图 5-1 所示，视频中的路段全长 400 米，由于在仿真场景中，一辆小汽车仅占用一个元胞，取小汽车长度为 4 米，即一个元胞的长度为 4 米，则仿真场景长度为 100 个元胞。路段限速为 80km/h，根据元胞长度可以计算出仿真场景中的限速为 5 单位长度/秒。

就交织区的通行能力产生影响。实例中的交织区属于 A 型交织区，车道数为 4。通过百度地图，测得交织区的长度为180米，如图5-3所示，自由流速度等于城市快速路最大限速值80km/h。根据《交通工程学》中的定义，流率比是指总交织流率和交织区总流率的比值，即=mvVRV其中，mv 是交织总流率，它等于主路交织流率与入口匝道交织流率之和；V 是交织区内总车流率，它等于交织区内各项流率总和。将实例中的数据代入公式，可以求出流率比为 0.403。

图 5-4 仿真场景首先对模型进行初始化设定，将表 5-2 中通过调查得到的主路直行流率、主路交织流率、入口匝道直行流率、入口匝道交织流率代入到模型中，在不加入自动驾驶车辆的条件下，在MATLAB软件中运行程序，仿真时长为3600（s1小时），仿真 5 次，得到的单位小时交通量和车辆运行的平均速度如表 5-3 所示。表 5-3 仿真模型得到的数据仿真次数 单位小时交通量 pcu/h 平均速度 cells/s1 5095 3.57092 5030 3.52943 5089 3.56734 5053 3.54585 5052 3.5454平均值 5064 3.5518若视交通量服从标准正态分布，则可以对仿真的结果采用单个正态总体均值的假设检验方法进行验证，公式如下：其中，T 为统计量，服从自由度为 n 1的t 分布； 0~ 1/XT t nS n
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本文编号：2865188