自动驾驶车辆换道决策行为分析及分子动力学建模

针对自动驾驶车辆的换道决策行为,首先基于分子动力学理论研究了车辆的微观换道行为,在对换道意图进行客观性量化的基础上,进一步引入车辆间的相互作用势建立了换道决策行为的分子动力学模型。然后,系统分析了车辆换道初始时刻与换道完成时刻的关系以及车辆换道的动态影响因素,探究了微观车辆的换道行为对宏观车流的影响。最后,使用SUMO软件将SL2015换道模型与分子动力学换道模型进行仿真对比分析。结果表明,分子动力学换道模型具有较好的安全性、稳定性和实用性;本文自动驾驶车辆换道决策行为的分子动力学建模综合考虑了交通场景中的动态影响因素,能够更客观、合理地展现自动驾驶车辆的换道行为特性。     

车辆换道行为风险评价方法研究进展

驾驶人的换道行为通常会对交通安全产生一定的负面影响,为了保证车辆换道安全,防止交通事故的发生,应该对车辆换道行为风险情况进行识别和评价。通过对国内外相关文献的系统研究,从文献统计分析、关键词可视化及数据集分析3个方面对车辆换道行为进行了综述,总结了车辆换道关键影响因素的研究热点;并通过回顾国内外车辆换道行为风险评价方法,总结分析了当前研究应用较为普遍的基于交通冲突的风险评价方法以及基于驾驶意图的风险评价方法;最后讨论了当前车辆换道行为风险评价研究存在的问题以及未来发展趋势。研究表明：车辆换道行为研究应结合交通环境特性,研究更具有普适性和可移植性的车辆换道模型是未来有待突破的研究方向;此外,在未来车辆换道行为风险评价研究中驾驶人驾驶意图、换道决策调整等变化是一个重要研究方向;基于当前车联网技术的发展,未来研究应考虑更广泛的影响因素,利用更加广泛的交通环境信息,考虑异构交通流环境对车辆换道行为风险的影响,进行更加综合的风险评价方法研究。研究人员有机会通过汽车远程信息,可以更好地理解驾驶行为和交通事故的成因,为车辆换道风险的综合评价方法研究带来了新的机遇和挑战。     

考虑路内停车的元胞自动机交通流模型

为了研究路内停车对路段交通的影响,针对路内停车条件下车辆行为过程分别建立相应的元胞自动机行为规则,进而应用上述规则对不同参数设置下的交通流演化过程进行数值模拟,并分析和讨论了路内停车条件下交通相变特性。研究结果表明,在双向双车道有路内停车路段中,车辆换道至对向车道概率的增加导致路段交通流密度较低时也能发生阻塞;路段交通流密度增大使对向交通阻塞概率增加,而待停车概率增大导致路段交通流平均速度降低的同时未必使对向交通阻塞概率增加。     

三车道有管理元胞自动机交通流模型的研究

在三车道元胞自动机交通流模型的基础上,将第1车道规定为超车道,对超车道上车辆换道进行管理,提出了一种三车道有管理元胞自动机交通流模型.并分析了车辆减速概率、换道概率对交通流的影响,结果表明,对超车道上车辆进行管理,并没有改变系统的交通流特性,而是增加车辆驾驶的安全性.     

高速公路强制换道持续时间半参数生存分析

为了分析高速公路施工作业区车辆的换道行为,运用生存分析的半参数方法,建立基于风险的车辆强制换道持续时间模型,通过无人机采集包茂高速公路陕西境内某路段施工作业区的交通数据,对道路车辆强制换道持续时间进行估计.结果表明:强制换道持续过程的生存时间大于5s的概率约为80%,大于10s的概率为28%,一半以上处在5～10s之间;当距离小于400m时,换道起点至合流点距离越近,车辆强制换道持续时间越短;当距离大于400m时,车辆换道持续时间开始降低.车辆换道时间持续到t时刻,在至合流点距离50～100m范围内开始换道的车辆,在下一时刻完成换道的可能性最大.     

高速公路施工区车辆强制换道耗时生存模型

为研究高速公路施工区车辆强制换道行为及其影响因素,采用生存分析中的半参数分析方法建立强制换道耗时的乘法风险率模型.通过无人机拍摄采集高速公路施工区的车辆换道耗时及其影响因素数据,最终确立换道耗时Cox比例风险模型,对换道耗时数据进行Cox回归建模分析.结果表明:近77%的换道车辆在10 s内完成换道;小型车和中型车经养护施工区的换道耗时未发现显著性差别;对于相同的换道耗时,平峰期的累积生存率明显低于高峰期和过渡时期,而高峰期的累积生存率最高.建立的强制换道耗时生存模型可有效的定量分析车型和交通时段对高速公路施工区车辆换道行为的影响,可为高速公路施工区交通管理控制及车辆换道行为建模及仿真奠定一定的理论基础.     

采用梯度提升决策树的车辆换道融合决策模型

车辆在执行换道行为时,由于受到较多环境因素影响,难以准确进行换道识别和预测. 为解决这一问题,提出一种基于梯度提升决策树（GBDT）进行特征变换的融合换道决策模型,以仿真驾驶员在高速公路上自由换道时的决策行为. 采用主体车辆与目标车道后车的碰撞时间 t_lag 及车辆周围交通状态变量进行车辆换道行为的建模分析,在NGSIM数据集上对建立的融合换道决策模型进行参数标定和模型测试. 实验结果表明：融合换道决策模型以95.45%的预测准确率超越支持向量机、随机森林和GBDT等单一的换道决策模型,获得了最突出的表现. 变量分析结果表明：新引入的换道决策变量 t_lag 对车辆换道行为具有重要影响. 提出的融合换道决策模型能够进一步减少因换道决策误判而导致的交通事故.     

基于模糊逻辑的高速公路微观换道行为

为深入研究高速公路微观换道行为的决策过程,提高高速公路换道模型的真实性和有效性,将任意换道行为分为向左侧换道行为和向右侧换道行为,引入驾驶员性格影响因子和车辆类型参数,基于模糊逻辑推理构建任意性换道行为模型;同时,为增强换道行为的动态效果,构建高速公路自由状态下车速控制模型和跟车行为模型.仿真结果显示该任意性换道模型具有较好的真实性和有效性,表明向左侧换道行为模型和向右侧换道行为模型能准确反映高速公路微观换道行为的决策过程.     

双向四车道高速公路施工警告区长度研究

随着交通量的增加,高速公路中道路出现了不同破损,高速公路道路的施工养护势在必行,这会对过往的车辆造成影响,本文利用交通流理论,在车辆间的车头时距服从负指数分布的情况下,计算车辆寻找换道机会所行驶的路程,以及利用博弈论来分析车辆在换道过程中的运行状况以此确定车辆换道所行驶的长度,从而确定车辆在不刻意减速的情况下进行换道所需要的总长度作为高速公路施工作业区警告区的长度。     

快速路出口匝道衔接段交通特性与安全分析

为了探究快速路出口匝道与下游交叉口衔接段的驾驶行为与安全特性,结合实测换道车辆轨迹数据,分析匝道衔接段车辆轨迹特性和换道位置特性. 利用交通冲突技术,以后侵入时间（PET）为指标对车辆换道风险展开分析,建立有序概率模型识别冲突严重程度的影响因素. 结果显示,用Lorentz分布模型拟合车辆换道位置效果较好,换道类型与跨越车道数对车辆换道位置有显著影响,在强制换道与跨越多车道时换道位置更靠近衔接段始端;相较于普通衔接段,匝道衔接段行车风险更高,主要冲突类型为交叉冲突;衔接段饱和度、换道位置、交叉冲突、强制换道以及违章换道与冲突严重程度显著相关. 匝道衔接段释放车辆的车头时距稳定性差,交织区排队车辆的释放受换道干扰严重.     

基于GS-AdaBoost优化模型的隧道入口车辆换道行为预测

准确估计隧道入口车辆行为对于提高隧道行车安全与效率具有重要意义.现有车辆行为预测较少考虑车辆之间的交互信息,且车辆运动数据往往存在特征条件多等问题,难以应用于存在强交互的密集交通流场景.基于此,对隧道入口车辆换道特性进行分析,并提出一种车辆换道行为预测的模型优选超参数优化方法.首先,基于车辆轨迹数据,从换道位置和持续时间角度进行小轿车和货车换道特性分析;然后,遴选含3 570个样本的轨迹数据,进行描述性统计,并对车辆换道行为进行分类,标记出向左和向右换道样本2 265、1 305组;最后,针对经典逻辑回归和机器学习方法局部最小化以及过拟合问题,优选出Adaboost换道预测模型,采用网格搜索(Grid Search, GS)超参数优化方法实现超参数自动寻优,提出一种GS-AdaBoost优化模型的车辆换道意图预测方法.结果显示：与经典DT(Decision Tree, DT)换道预测模型相比,GS-AdaBoost优化在模型精确率(Precision)、召回率(Recall)、准确率(Accuracy)、F1值(F1score)、特异度(Specificity)方面分别提升了6.18%...     

高速公路汽车辅助驾驶安全换道模型

为解决高速公路行车危险状态下驾驶员有意识换道过程中发生的车辆碰撞等交通事故问题,在前期研究车道偏离预警的基础上.针对确立的典型换道场景,建立了更加符合实际的基于换道过程中车辆加速行为的安全换道模型,并借助Matlab软件开发的仿真程序对建立的模型进行了仿真分析。结果表明,本文建立的模型具有较好的实用性,可为进一步建立车辆安全换道辅助系统奠定基础。     

微观交通仿真的安全换道模型研究

换道模型对车辆换道过程模拟的精确程度直接影响着微观交通仿真的精度。以往的微观交通仿真系统采用匀加速度的换道模型,无法模拟车辆实施换道动态调整纵向加速度的行为。该文分析了换道过程中车辆间的相互影响,将换道过程分为4个独立的阶段,并允许车辆在不同阶段使用不同的纵向加速度。通过分析由环境参数导致的各阶段时间顺序的变化,提出了通用的安全换道模型,并给出换道自适应加速度的约束表达式。仿真结果显示,该模型能提高微观交通仿真系统的精度,并提供更准确的安全换道距离,换道成功率更高。     

基于实车试验数据的换道预警规则

为了使换道预警值的设定更符合我国驾驶人的驾驶习惯,以道路试验数据为基础,分析了换道时本车与周围车辆的相对速度和距离对换道行为的影响,确定了不同速度级别下允许驾驶人执行换道操作的安全间距。研究了驾驶人取消换道和执行换道操作行为的不同特征,探讨了驾驶人对于危险判断的主观依据。最后,提出不同速度级别下针对本车周围车辆条件的预警规则,并进行了验证。结果表明:道路试验中针对周围车辆的预警比例与实际情况基本相符,提出的预警规则可行。     

考虑横向偏移的车辆行为特性及全速度差拓展模型

分析了参与同一换道动态过程的周围多个车辆的驾驶行为,根据多车驾驶行为差异协同考虑了周围多车影响和驾驶员反应时间,分析了车辆完整换道过程的状态演变规则,通过考虑车辆行为的横向偏移特性构建了更为贴合实际情形的全速度差(FVD)拓展模型。分析了快速路试验路段的实测数据,标定了全速度差拓展模型的影响参数,并进行了仿真验证。仿真结果表明:拓展模型稳定性更高,能更好地模拟实际的车辆驾驶行为特性。     

基于方差异质性随机参数模型的汇合行为分析

为研究高速公路交织区入口匝道车辆汇入主线的换道行为,基于方差异质性随机参数模型构建了车辆汇入换道模型,先从NGSIM数据集中提取7个在统计上显著且对换道行为有影响的解释变量,然后将其引入方差异质性随机参数模型探索潜在异质性,计算各变量平均边际效应量化对换道行为的影响,最后提出了“个体样本精度”指标对模型进行比较。研究结果表明:汇入车辆与目标车道领车的车头间距、目标车道领车宽度、辅助车道领车速度对换道行为产生了显著的影响,且汇入车辆在辅助车道上的纵向位置显著影响汇入车辆与目标车道领车的车头间距,方差异质性随机参数模型比未考虑方差异质性的随机参数模型和二元Logit模型具有更高的拟合优度和模型精度,能够更好地解释车辆汇入行为中的潜在异质性。本文的研究成果可应用于自动驾驶辅助系统和交通流仿真软件中,对阐明车道变换行为的机理有一定的参考价值。     

基于车道选择特性的环形交叉口行程时间预测

为直观地反映环形交叉口内车辆的运行状态,建立了一种基于车道选择特性的环形交叉口车辆行程时间预测模型。利用车辆换道初始位置的临界累积概率标定了环形交叉口入环区、绕环区、出环区分界线;根据实地数据分析并建立了车辆的车道选择概率与流量的关系模型;综合考虑环岛的几何条件、车辆排队以及换道等因素的影响,建立了包含入环时间、绕环时间与出环时间的环形交叉口车辆行程时间预测模型。最后,通过实测数据对模型中参数进行标定。结果表明:本文模型的平均预测误差在10%以内,满足精度要求。该模型可为环形交叉口状态评价与控制方法提供依据。     

基于决策机理与支持向量机的车辆换道决策模型

驾驶决策机制是保障自动驾驶车辆驾驶安全的关键技术,而换道研究是其重要课题. 然而,在复杂的动态环境下行驶时,使智能车辆做出安全、符合要求的换道决策仍然是一个难点. 为此,首先分析了车辆自由换道的影响因素,采用传统的数理模型建立了基于换道收益、安全和必要性的车辆换道规则模型. 其次,针对在不同的驾驶工况换道决策考虑的因素不同,提出从基于物理状态的特征、基于交互感知的特征以及基于道路结构的特征三个方面提取决策变量,使换道模型决策时考虑的因素更加全面. 然后,针对自由换道决策过程中存在的多参数和非线性问题,提出了基于贝叶斯优化算法（BOA）的支持向量机（SVM）决策模型. 最后,所提出的模型在NGSIM数据集上进行验证,对比试验表明:建立的BOA Gaussian-SVM模型具有较高的综合预测性能,对换道行为的识别准确率可达到92.97%,超越了其他模型并远高于规则模型. 同时在Airsim平台上进行了仿真实验,实验结果进一步证明了BOA Gaussian-SVM决策模型的有效性,说明此模型可进一步应用到自动驾驶和辅助驾驶系统开发中.     

有应急车辆的双车道交通流元胞自动机模型

为明确应急车辆对交通流的影响,引入应急车辆影响区域和普通车辆让行概率,修改换道规则,建立了双车道元胞自动机模型.通过计算机数值模拟,生成不同密度下的时空图以及不同参数取值下的密度-流量、密度-速度基本图.研究表明:应急车辆影响区域的设置提高了0.08～0.18密度范围内的车流量和速度,同时提高了所有密度条件下的应急车辆速度;在密度大于0.08时,让行概率对换道次数产生明显影响.应急车辆促使较低密度的交通流更为均衡,对较高密度的交通流干扰有限.     

基于局部最大熵换道规则的电动自行车流元胞自动机仿真模型

根据局部最大熵原理改进换道规则,引入熵增换道概率,并在换道时采用串行更新的方式,反映了电动自行车流的特点;引入换道波的概念,分析了换道波的形成和传播机理,用以说明换道率与车道数、熵增换道概率之间的关系;同时分析了确定性以及随机性条件下,不同的参数设置对流量密度基本图的影响,得出了在流量适宜时,车道宽度设置4条,更容易使得亚稳态区域的流量处于高分支,提高道路利用效率;最后根据观测的数据校验慢化概率,并将本文模型与多值模型、动态地场模型以及观测数据对比,发现本文模型在克服现有模型缺陷的同时还具有较高的精度。