高密度瓶颈交通流主动-回应汇入行为定义与建模

摘要

汇入行为是导致高速公路、快速路汇入区瓶颈失效的根本原因，也是引发车辆冲突、交通事故的重要诱因。基于上海虹许路汇入区高精度轨迹数据，在经典的3类汇入行为（自由、协作、压迫）分类基础上发现并定义了一类新的汇入行为：主动-回应汇入，即在目标车道插车间隙不足的条件下，汇入车辆通过横向偏移主动表达汇入意图，引发后车合作让行，从而实现汇入。由于传统的换道类型划分方法已不适用于描述瓶颈区汇入过程的复杂交互现象，因此根据汇入车辆的横向位置将汇入过程划分为4个时段，以目标车道后车让行的时段不同对4类汇入行为进行了重新划分。基于此对虹许路汇入区轨迹数据中的汇入行为进行分类，并比较主动-回应汇入行为与经典的3类汇入在汇入位置与汇入间隙变化分布的差异。进一步，采用风险空间理论判断目标车道间隙的可汇入程度，并结合混合高斯-隐马尔可夫模型实现对后车的让行意图识别，建立了主动-回应汇入模型。最后构建了瓶颈交通流仿真原型系统以验证模型有效性。结果表明：在宏观交通流层面，主动-回应汇入行为在汇入位置、速度和间隙的分布上与实证数据一致，均值没有显著差异；在个体行为层面，也能再现定义描述的“主动试探-两车博弈-回应让行”的过程。该研究成果对解析瓶颈交通流早发性失效机理、揭示汇入风险变化过程以及设计符合人类驾驶人交互特征的自动驾驶汇入策略均具有重要的指导意义。