基于驾驶模拟实验平台的快速路出口匝道上游路侧指路信息优化设计方法

摘要

本发明提出基于驾驶模拟实验平台的快速路出口匝道上游路侧指路信息优化设计方法。整个技术方案概括为：在总结相关国内外研究现状和成果的基础上，将实测数据和驾驶模拟有机整合，进行分析路侧指路信息对快速路交织区交通运行的影响。通过换道位置和换道插车间隙这两个在实测数据和驾驶模拟实验中均可获取的指标对驾驶模拟器的可行性进行验证。在此基础上构建交通流微观行为实验平台来获取实测数据中难以获取的相关参数指标，利用实验平台，分析路侧指路信息设计对交织区通行效率和安全性的影响，最终提出出口匝道上游交织区路侧指路信息优化设计方法。

说明书

技术领域

本发明涉及基于驾驶模拟实验的交通设计和交通控制管理研究。

背景技术

国内虽也有许多指路信息相关的研究与探索，但尚未有从微观的驾驶行为和换道行为出发，针对路侧指路信息设计方法的研究，影响了指路信息的实施效果。

出口匝道上游交织区存在着大量的交织换道行为，不当的换道将导致堵塞和安全事故，若缺乏科学合理的诱导控制管理，将成为整个快速路系统中的最薄弱环节，因此合理有效地设置路侧指路信息提示牌是出口匝道上游交织区顺畅运行的基础。

发明内容

本发明目的是提出基于驾驶模拟实验平台的路侧指路信息优化设计方法。

在总结相关国内外研究现状和成果的基础上，提取能够表征出口匝道上游交织区交通流特征的指标(换道位置、换道插车间隙等)，分别通过实际视频采集和驾驶模拟实验获取上述指标值，通过不断调整驾驶模拟器的各项参数使实验指标取值与实际视频指标取值的误差在可接受范围内。在此基础上进行实验，分析路侧指路信息在不同设计方法对通行效率和安全性的影响，从而得到最优设计方案。

本发明通过以下技术方案予以实现：

首先，本发明选取能够表征快速路出口匝道上游交通流运行特性的指标，通过实际观察和视频拍摄，为进一步矫正驾驶模拟实验平台参数提供数据基础。

其次，针对驾驶模拟实验平台能采集微观驾驶行为和换道行为数据的优势，结合实际调查的数据进行驾驶模拟实验平台的搭建。主要分为实验路网搭建和实验场景构建。路网的建立包括3DMAX背景(驾驶员所能看到的景象)和逻辑路网(驾驶员在模拟器中可驾驶的路网)两部分。第一步，将3DMAX中的背景导入驾驶模拟器软件SCANeRstudio，然后在Terrain中根据背景中的路网画出逻辑路网，构建出驾驶模拟实验路网。第二步，通过驾驶模拟器软件SCANeRstudio的Scenario建立场景，包括添加车辆、环境以及设置所需要提取的指标等。完成路网和场景的建立之后，进入Simulation中进行模拟仿真实验，将视频采集得到的换道位置和换道插车间隙与模拟仿真得到的指标进行比较，检验两种情况下的指标分布是否有显著差异，如有，则需要重新调整驾驶模拟器参数，直到无显著差异为止。

最后，本发明从微观的驾驶行为和换道行为出发，利用驾驶模拟实验平台采集表征通行效率和安全性的微观评价指标，并进一步构建交织区通行效率和安全性评价模型。对比分析不同指路信息场景下通行能力和安全性，确定快速路出口匝道上游路侧指路信息设置的最佳方案。所述的总体评价模型、通行效率评价模型和安全性评价模型分别如表达式1、2、3所示：

Score_i＝λ_eScore_ei+λ_sScore_si(表达式1)

其中：

Score_i为第i个方案的得分(0‐100)，分数越高，说明该方案越好；

Score_ei为第i个方案的通行效率得分；

Score_si为第i个方案的安全性得分；

λ_e、λ_s为通行效率和安全性占总分的权重，λ_e+λ_s＝1，推荐值为λ_e＝0.6，λ_s＝0.4；

T_dmax为相同交通流状态下，换道延误T_d的最大值；

T_dmin为相同交通流状态下，换道延误T_d的最小值；

T_di为第i个方案的换道延误，其它指标同理。

各个指标的解释如下：

1.换道延误T_d：通行效率指标，指正常行驶(不换道)所需时间与换道所需时间的差，秒(s)。换道所需时间可由驾驶模拟器直接得出，正常行驶所需时间可以由视频(实验过程进行拍摄)中进行估算。

2.换道速度降低率S_d：通行效率指标，指由于换道而引起的通行能力下降程度，％。如下式所示：

换道速度和正常行驶速度均可由驾驶模拟器直接得出。

3.交织区通行能力C_w：通行效率指标，标准车/小时(pcu/h)。如下式所示：

k＝m₁+m₂·VR+m₃·N+m₄·V(表达式6)

b＝n₁+n₂·VR+n₃·N+n₄·V(表达式7)

式中：

k、b：影响通行能力的参数；

C_w：交织区通行能力(pcu/h)；

L_w：交织长度(m)；

N：交织区车道数；

VR：交织比，即交织流量与交织段总流量之比；

V：自由流车速(km/h)；

m₁、m₂、m₃、m₄、n₁、n₂、n₃、n₄：回归系数，是根据《HCM2000》原表(EXHIBIT24‐8)中各组数据拟合获得。

4.换道车辆最大减速度a₁：安全性指标，从决定换道时刻起至完成换道过程中，换道车辆最大的减速度，米/秒²(m/s²)。可由驾驶模拟器直接得出。

5.目标车道后车车辆减速度a₂：安全性指标，目标车道跟随车辆因换道车辆换道而减速的最大减速度，米/秒²(m/s²)。可由视频(实验过程进行拍摄)中估算得出。

6.换道最大转向角β：安全性指标，指换道过程中换道车辆最大的转向角，度(°)。可由驾驶模拟器直接得出。

7.换道插车间隙L：安全性指标，指换道时目标车道前后车辆的车头间距，米(m)。可由驾驶模拟器直接得出。

8.换道位置集中度C：安全性指标，指换道位置的集中程度，由换道位置的标准差表示，米(m)。统计换道位置即可得到，而换道位置可由驾驶模拟器直接得出。

附图说明

图1实验路网搭建

图2实验场景构建

图3路侧指路信息优化设计流程图

具体实施方式

本发明基于驾驶模拟实验平台的快速路出口匝道上游路侧指路信息优化设计方法，其特征在于：通过驾驶模拟实验平台，观测和分析不同路侧指路信息设置方案下车辆的实际运行过程，其中整体运行效果最好的方案即最优设计方案，实现交通设计的精准化，提高快速路的交通运行质量。

方法包括三个主要步骤，

一是选取交通流运行特征指标，控制实验获取和实际采集指标的误差，以保证驾驶模拟实验的可行性；

二是在此基础上建立实验方案，并采集各项参数；

三是从通行效率和安全性两方面考虑路侧指路信息的运行效果，得到最优方案。

所述的基于驾驶模拟实验平台的快速路出口匝道上游路侧指路信息优化设计方法，其特征在于：采用换道位置和换道插车间隙这两个指标表示快速路出口匝道上游交织区的交通流运行特征，调整驾驶模拟器参数，使实验获取与实际采集数据的指标取值误差在一定范围内。

所述的基于驾驶模拟实验平台的快速路出口匝道上游路侧指路信息优化设计方法，其特征在于：采集实验参数包括驾驶行为和换道行为两个方面，驾驶行为采集参数包括换道车辆和正常行驶(不换道)车辆的速度、换道车辆减速度、目标车道后随车辆减速度，换道行为采集参数包括换道车辆位置、换道车辆转向角、换道插车间隙、换道时间。

所述的基于驾驶模拟实验平台的快速路出口匝道上游路侧指路信息优化设计方法，其特征在于：通行效率主要通过换道延误、换道速度降低率、通行能力这三个指标来体现；安全性主要通过换道集中度、换道转向角、换道车辆减速度、换道插车间隙、目标车辆后随车辆减速度这五个指标来体现。

以下结合附图给出使用操作步骤。

本发明的具体使用方法，其使用步骤参考如下。

第一步，拍摄视频，采集快速路出口匝道上游交织区车辆换道参数；

表1视频采集参数

第二步，实验准备，在驾驶模拟实验平台中搭建路网，设置场景，采集换道位置和换道插车间隙，通过ANOVA检验其与视频采集得到的换道位置和换道插车间隙指标是否有显著差异，调整驾驶模拟器参数直到无显著差异为止；

第三步，设计路侧信息设置方案，将交通状态划分为低密度(<42.5pcu/km)、中密度(42.5pcu/km‐85pcu/km)和高密度(>85pcu/km)，设置路侧指路信息起始提示位置分别在距出口匝道上游700m、1500m和2000m(由表达式8计算得到)，之后每隔500m设置一个提示牌，具体实验场景如表2所示；

路侧指路信息设置位置：

l_s＝l_d+(t_r+t_d)·V(表达式8)

式中：

l_s：驾驶员看到标志牌时距离标志牌的距离，m；

l_d：驾驶员实施换道时距离标志牌的距离，取120m；

t_r：驾驶员对标志牌的读取时间，取2s；

t_d：驾驶员对标志牌的判断时间，取1s；

V：车速，取80km/h，则l_s为200m，即驾驶员从看到标志牌到换道完成至少需要提前200m。

表2实验场景设置

第四步，采集实验过程中车辆的驾驶行为参数和换道行为参数，计算不同交通流状态(低密度、中密度、高密度)下，不同指路信息起始提示位置路侧指路信息优化设计方法的通行效率和安全性评价指标，并按照评价模型计算各方案的得分情况；

表3设计方案评价

以低密度下路侧起始提示位置为距出口匝道上游2000m的方案为例，说明评价得分计算方法：

Score_L1＝0.6·Score_Le1+0.4·Score_Ls1(表达式9)

其中：

Score_Ls1为低密度下路侧起始提示位置距出口匝道上游2000m方案的总分；

Score_Le1为低密度下路侧起始提示位置距出口匝道上游2000m方案的通行效率得分；

Score_Ls1为低密度下路侧起始提示位置距出口匝道上游2000m方案的安全性得分；

T_Ldmax为低密度下三种方案的换道延误最大值，T_Ldmin为最小值，其余指标同理。

第五步，结合评价结果，分别选择不同交通流状态下的最优设计方案。