专利名称：面向道路安全评价的微观交通流仿真方法
技术领域：
本发明属于道路设计技术领域，具体涉及一种面向道路安全评价的微观交通流仿
真方法。
背景技术：
交通安全微观预测是指某一时间段或者某一路段事故变化情况的预测。微观预测的影响因素往往比较具体，涉及到道路的线性特点、路段长度、自然环境因素以及机动车种类及流量变化等。通过改进后的元胞自动机模型可以加入此类参数的影响，考虑驾驶员对安全间距的服从行为，建立了可针对多种特定环境下的交通流NS模型从而改变驾驶员的跟驰规则和换道规则，进而得到同一路段上车辆的平均间距。本发明通过控制其他的参数，改变平面直路线形的长度，考察驾驶员随着连续行驶过直线路段的时间的增加而产生相应心理变化，导致车辆的跟驰行为发生变化，这些变化可以通过对车辆间距的数据采集反应出来，从而对道路的潜在不安全因素进行预测，并对道路的安全等级进行评价，当安全等级较低时，应考虑减小直线路段的长度。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的上述不足，结合港区交通特点，提出一种面向道路安全评价的微观交通流仿真方法，为此本发明采用的方案如下一种面向道路安全评价的微观交通流仿真方法，包括如下方法第一步对于每种车辆，按照下列的公式计算车辆在采取制动措施后的行驶路长
= Vitx +其中ti为反应及动作阶段，t2为减速度增长阶段，V为减速
2 2^max24
前的车速，Bmax为车辆的最大减速度；第二步确定计算当前车辆与前导车辆理论上应保持的安全间距S1的公式；第三步根据公式S =确定车辆在与前车的跟驰过程中期望与前车保持的安全间距，根据公式s' =S1* P1* ^2.P5驾驶员对目标车道上后方车辆感知的安全间距，其中，道路直线长度对驾驶员服从安全间距的影响因数
A = (Y^~y == + ]/Va^ ，式中ti、va车辆持续驶过的直线路段的时间；1为车辆
持续驶过的直线路段的路长；Va为车辆进入直线路段到当前时刻的平均车速；(为固定参数；当前车辆行驶速度对驾驶员服从安全间距的影响因数e 2 = (v/v_)Y，式中v为当前车辆的行驶车速，Vmax为行车允许的最大车速，Y为固定系数；驾驶员生理和心理特征差异造成的对安全间距的服从影响因数I(x-M
j33(x) = ^^e ，式中U为对安全间距服从系数的均值，一般取I. 2 ； O为对安全间距服从系数的标准差，取I ;当前的交通环境对驾驶员服从安全间距的影响因数P4= a/Density，式中a为固定的调整参数，Density为某一时段道路上车辆的密度；为驾驶员换道感知误差引起的驾驶员对安全间距服从影响因数Ps Vothervback -8，式中=S1为计算的安全间距为当前车辆与目标换道
other — back
车道上跟驰车辆的间距Wrtto badt为当前车辆与目标换道车道上跟驰车辆的速度；V为当前车辆的车速；S为固定的调整参数；
第四步确定驾驶员的跟驰规则和换道规则，并建立基于元胞自动机的仿真模型。第五步令安全级别u(T，N，L)表示为共采集T秒，在路段长度为L，车辆总数为N的所有车辆安全间距冲突评级，确定计算安全级别的公式
<T,N,L) = X [( X"+1 (() ~Xn (t) + L~ Xf) + Xl (t))/N]/T，式中Xn(t)为第 n 车第 t 秒的
t=\ n=\W)W)
位置，Sn(t)为第n辆车第t秒理论上计算的安全间距；第六步根据直线道路的设计长度，选择不同的道路车辆密度，进行仿真，并确定安全级别，若安全评价级别较低，则判断需要修正直线道路的长度。作为优选实施方式，上述微观交通流仿真方法中，简化的安全间距为
=1 + 1.6F + -^为前导车减速前的车速，a' max为前导车车辆的最
2 max2^max
大减速度。4取0. 06，Y取0. 03，a取0. 5，i!取I. 2，O取1，S取I。本发明的优点在于(I)以往设计直线道路长度没有形成统一的标准，只是概要说明不宜过长，而本发明从驾驶员的心理特征出发，将各种外界和内在影响因素量化，对驾驶员持续行驶过的直线道路的过程进行仿真，具有首创性；(2)本仿真的跟驰、换道行为结合了驾驶员转弯时的驾驶特性，使本发明的结论基础具有相当的真实性；(3)通过对车间间距的数据进行采集，可以对道路潜在的风险进行预测，具有一定的实用价值。
图I基于元胞自动机仿真的道路安全评价方法设计框架图。图2车辆制动过程曲线图。图3安全间距计算模型。图4影响车辆跟驰行为的因素。图5流量-安全级数图(路长=I. 5Km)。图6流量-安全级数图(路长=IKm)。具体实施 方式本发明通过控制其他的参数，改变平面直路线形的长度，考察驾驶员随着连续行驶过直线路段的时间的增加而产生相应心理变化，导致车辆的跟驰行为发生变化，这些变化可以通过对车辆间距的数据采集反应出来，从而对道路的潜在不安全因素进行预测，并对道路的安全等级进行评价，当安全等级较低时，应考虑减小直线路段的长度。概括而言，包括下面几个步骤(I)对车辆的制动过程进行分析；(2)分析辆车理论上影保持的安全间距；(3)分析车辆对安全间距的服从因素。分别从驾驶员连续行驶过的直线路段长度、当前车辆行驶速度、驾驶员的生理和心理特征、交通环境、换道感知5个方面分析车辆跟驰过程的安全间距服从行为；(4)建立元胞自动机仿真模型包括设计元胞的长度和车辆的跟驰规则和换道规则；(5)采集安全间距冲突数据；(6)根据直线道路的设计长度，选择不同的道路车辆密度，进行仿真，并确定安全级别，若安全评价级别较低，则判断需要修正直线道路的长度。本发明的仿真方法的框架图如图I所示。详细过程如下。一、分析车辆的制动过程临界安全车距，指行驶在高速公路上同一车道的后车与前车之间为保证交通安全而至少要保持的行车间距。在计算安全间距时，我们假设前导车辆发现前方路况不允许车辆继续行驶，此时，前导车辆踩刹车使车辆停止，跟驰车辆随即使用制动装置，使车辆在完全停下来时，不至于与前方车辆发生碰撞。对车辆的制动过程进行分析，可以将车辆的制动过程分为三个阶段，简化如图2所示图中的竖坐标表示驾驶员采取制动措施，踩制动踏板的受力SFp、汽车制动减速度j与制动制动时间的关系曲线。(I)反应及动作阶段h。从驾驶员发现前方路况异常到采取措施有一个反应的时间过程，这段时间一般为0. 5 I. I秒。在这一阶段，驾驶员尚未采取制动措施，车辆保持原速不变。在这一阶段汽车驶过的距离为S」=V (I)(2)减速度增长阶段t2。这段时间，车辆的制动器制动力从零开始逐步增加到最大值，车辆的减速度逐渐增加，坐变减速运动。这段时间一般为0. 2秒。这一阶段汽车的初始速度为V，初始减速度为0，逐步增加到amax，则速度的变化过程为V = V-Ia^tdt = V
1Iz,2(2)行驶的距离为
权利要求
1.一种面向道路安全评价的微观交通流仿真方法，包括如下方法 第一歩对于每种车辆，按照下列的公式计算车辆在采取制动措施后的行驶路长 = Vitx + + -——，其中h为反应及动作阶段，t2为减速度增长阶段，V为减速 2 2^max24前的车速，Bmax为车辆的最大减速度； 第二步确定计算当前车辆与前导车辆理论上应保持的安全间距S1的公式； 第三步根据公式确定车辆在与前车的跟驰过程中期望与前车保持的安全间距，根据公式s' = S1 · β! · β2· β3· β4· @5驾驶员对目标车道上后方车辆感知的安全间距，其中， 道路直线长度对驾驶员服从安全间距的影响因数A = ~Y ==，式中tliVa车辆持续驶过的直线路段的时间；i为车辆持续驶过的直线路段的路长；Va为车辆进入直线路段到当前时刻的平均车速；ζ为固定參数； 当前车辆行驶速度对驾驶员服从安全间距的影响因数β2= (v/vmax)Y，式中v为当前车辆的行驶车速，Vmax为行车允许的最大车速，Y为固定系数； 驾驶员生理和心理特征差异造成的对安全间距的服从影响因数凡=2-2， 」2πσ式中μ为对安全间距服从系数的均值，一般取1.2; σ为对安全间距服从系数的标准差，取I; 当前的交通环境对驾驶员服从安全间距的影响因数β4= a/Density，式中α为固定的调整參数，Density为某ー时段道路上车辆的密度； 为驾驶员换道感知误差引起的驾驶员对安全间距服从影响因数PsV°thervbaCk ·δ，式中=S1为计算的安全间距为当前车辆与目标换道other back'车道上跟驰车辆的间距Wrtto badt为当前车辆与目标换道车道上跟驰车辆的速度；V为当前车辆的车速；S为固定的调整參数；第四步确定驾驶员的跟驰规则和换道规则，并建立基于元胞自动机的仿真模型；第五歩令安全级别u(T，N，L)表示为共采集T秒，在路段长度为L，车辆总数为N的所有车辆安全间距冲突评级，确定计算安全级别的公式<T,N,L) = Σ [(Σ Xn+1 (ふ)~^n (t) + L~ Xf}(t+} Xl 的 V NVT，式中xn(t)为第 η 车第 t 秒的位置，Sn(t)为第η辆车第t秒理论上计算的安全间距； 第六歩根据直线道路的设计长度，选择不同的道路车辆密度，进行仿真，并确定安全级别，若安全评价级别较低，则判断需要修正直线道路的长度。
2.根据权利要求I所述的面向道路安全评价的微观交通流仿真方法，其特征在于，安全间距丨=1 + 1.6F + ^--为前导车减速前的车速，a' max为前导车车2 max2^max辆的最大减速度。
3.根据权利要求I所述的面向道路安全评价的微观交通流仿真方法，其特征在干，ζ取 O. 06，Y 取 O. 03，α 取 O. 5，μ 取 L 2，O 取 1，δ 取 I。
全文摘要
本发明属于道路设计技术领域，具体涉及一种面向道路安全评价的微观交通流仿真方法，包括对于每种车辆，按照下列的公式计算车辆在采取制动措施后的行驶路长；确定计算当前车辆与前导车辆理论上应保持的安全间距S1的公式；确定车辆在与前车的跟驰过程中期望与前车保持的安全间距，并确定驾驶员对目标车道上后方车辆感知的安全间距；确定驾驶员的跟驰规则和换道规则，并建立基于元胞自动机的仿真模型；根据直线道路的设计长度，选择不同的道路车辆密度，进行仿真，并确定安全级别。本发明从驾驶员的心理特征出发，将各种外界和内在影响因素量化，对驾驶员持续行驶过的直线道路的过程进行仿真，使本发明的结论基础具有相当的真实性。
文档编号G06F19/00GK102622516SQ20121004093
公开日2012年8月1日 申请日期2012年2月22日 优先权日2012年2月22日
发明者刘伟, 刘大为, 刘欣, 刘虹, 张磊, 徐建平, 柯水平, 王晓华, 王晶, 王龙, 白子建, 赵巍, 郑利 申请人:天津港(集团)有限公司