一种交叉口进口道车辆换道仿真模型标定方法及装置

摘要

本发明公开了一种交叉口进口道车辆换道仿真模型标定方法及装置，车辆换道模型标定包括：获取车辆和道路实测数据，包括目标车辆进入目标路段所在车道、初始位置、车辆速度，进入目标路段时间和换道目标车道；构建基于效用选择理论的车辆换道模型；根据获取的道路实测数据，对交叉口进口道部分的车辆进行仿真；根据仿真结果计算的车辆换道完成率判断是否标定结束，得到标定参数。本发明标定方法便捷有效，有利于车辆换道行为的仿真研究及应用，通过使用道路实测数据，对车辆换道模型进行参数标定，从而得到准确的车辆换道模型，进而适用于交通流微观建模、车辆换道行为研究，为模拟交通流提供了理论支撑。

说明书

技术领域

本发明属于交通流技术领域，尤其涉及一种交叉口进口道车辆换道仿真模型标定方法及装置。

背景技术

车辆换道模型是一种描述车辆行驶过程中如何变换车道的动力学模型，是交通流领域基本模型类型。换道模型广泛应用于微观交通仿真、驾驶行为分析等领域。换道模型标定方法主要通过模型产生的宏微观效果与实测数据间误差最小化进行参数寻优，误差指标通常采用换道率、换道时间、换道位置等。由于换道行为的复杂性，其模型的标定难度较高，需要大量的数据用于模型标定，且目前尚未出现针对交叉口的换道模型标定方法，难以满足目前的研究需要。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术的不足，本发明提供一种交叉口进口道车辆换道仿真模型标定方法，可通过实测数据标定车辆换道模型，用于车辆换道行为仿真研究或辅助驾驶决策。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种交叉口进口道车辆换道仿真模型标定方法，包括以下步骤：

(1)拍摄交叉口视频，并通过图像识别获取车辆和道路实测数据，包括目标车辆进入目标路段所在车道、初始位置、车辆速度，进入目标路段时间和换道目标车道；

(2)构建基于效用选择理论的车辆换道模型，模型变量包括目标车辆与前车、后车、左侧车道后车、右侧车道后车的速度差，与前车位置差，目标车辆速度，每个可选择车道是否为换道目标车道和排队长度，待标定的参数包括各变量的系数和常数项；

(3)通过优化算法确定待标定的换道模型参数，根据获取的车辆和道路实测数据，对交叉口进口道部分的车辆进行仿真，并计算车辆换道完成率；

(4)在仿真结果中，若车辆的换道完成率未达到期望要求，则返回步骤(3)重新确定换道模型参数，若达到期望要求，则标定结束。

进一步的，所述步骤(2)中构建的车辆换道模型的形式如下：

车辆在选择下一时刻所在车道时，仅考虑当前车道及左右两侧的相邻车道；计算出每个可选车道的效用值，即可计算出选择各个车道的概率；

对于当前车道，其效用计算式为：

U

其中U

对于当前车道的左右车道，效用计算式为：

U

其中U

基于车道的效用值，计算选择每个车道的概率：

其中n是车道数。

进一步的，所述步骤(3)中车辆换道完成率计算公式为：R＝n/m；其中，n为换道完成车辆数，即车辆的最终所在车道与目标车道一致；m为总仿真车辆数。

一种交叉口进口道车辆换道仿真模型决策方法，包括如下步骤：

(1)获取车辆和道路实测数据，构建基于效用选择理论的车辆换道模型，根据所述的交叉口进口道车辆换道仿真模型标定方法标定模型参数；

(2)将标定的模型参数代入基于效用选择理论的车辆换道模型，将目标车辆与前车、后车、左侧车道后车、右侧车道后车的速度差，与前车位置差，目标车辆速度，每个可选择车道是否为换道目标车道和排队长度输入换道模型，计算目标车辆当前车道及左右侧车道的换道概率，进行换道决策。

进一步的，计算目标车辆当前车道及左右侧车道的换道概率P

生成随机数p，若p＜P

条件一、保证目标车辆换道后不与前车碰撞：

其中i为目标车辆，i-1为换道后的前车，t为时间，T为换道时长，v

若a

条件二、保证目标车辆换道后，其后车不与其碰撞：

其中i+1为换道后的后车；若a

若同时满足条件一和二，则车辆执行换道行为。

一种计算装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被加载至处理器时实现所述的交叉口进口道车辆换道仿真模型标定方法，或者实现所述的交叉口进口道车辆换道仿真模型决策方法。

有益效果：本发明通过使用车辆和道路实测数据，对车辆换道模型进行参数标定，从而得到准确的车辆换道模型，进而适用于交通流微观建模、车辆换道行为研究，为模拟交通流提供了理论支撑。与现有技术相比，本发明标定方法便捷有效，有利于车辆换道行为的仿真研究及应用。

附图说明

图1为本发明实施例的车辆换道模型标定方法流程图；

图2为具体实施例的交叉口进口道示意图；

图3为本发明实施例的车辆换道决策方法流程图；

具体实施方式

现结合附图和具体实施例对本发明作更进一步的说明。

如图1所示，本发明所述的交叉口进口道车辆换道仿真模型标定方法，包括获取车辆和道路实测数据、构建车辆换道模型、确定车辆换道模型的参数、对车辆进行仿真、判断车辆换道完成率是否达到要求等步骤。具体实施步骤如下：

(1)获取车辆和道路实测数据

目标交叉口进口道示意图如图2所示，目标进口道总长度为250m，实线段区域长度为100m，虚线段长度为150m，此交叉口进口道展宽段包括4个车道，其转向分别是左转、直行、直行和右转，车道编号从左往右分别为1,2,3,4。

从交叉口进口道俯拍视频提取所需车辆数据，所用车辆数据均为车辆完整通过整个目标区域的数据，部分数据如下表1所示：

表1

注：进入时间为步长数，位置为车辆距离目标区域最上游点的距离。

(2)构建车辆换道模型

构建基于效用选择理论的车辆换道模型，并赋予各参数初始值，初始值如表2所示：

表2

则当前车道的效用计算式为：

当前车道的左右车道的效用计算式为：

其中U

(3)对车辆进行仿真，设定要求换道完成率为0.9，计算车辆换道完成率：

R＝n/m＝199/266＝0.7481

则车辆的换道完成率未达到期望要求。

(4)重新确定参数，再次进行仿真，判断车辆换道完成率是否达到要求；

在本实施例中，使用粒子群算法确定参数(还可选择遗传算法、退火算法等)，在最优的参数附近寻找邻近值，将新参数代入换道模型，并进行仿真，计算换道完成率；重复修正参数直到达到目标要求。

(5)最终参数。达到目标换道完成率时，各参数取值如表3所示：

表3

则当前车道的效用计算式为：

当前车道的左右车道的效用计算式为：

如图3所示，本实施例公开的一种交叉口进口道车辆换道决策方法，包括获取车辆和道路实测数据、使用标定的换道模型参数、将车辆数据代入换道模型、计算各车道概率值、进行换道决策步骤。其中数据的获取方式与前述标定方法一致。交叉口进口道车辆换道决策具体实施方法：

选定某一目标车，其相关参数如表4：

表4

该车目前所在车道：2

该车换道目标车道：2，3(第2，3车道均为直行)

则各个车道效用值V：0，1，1，0

各个车道排队长度L：1，2，3，1

将上述数据代入前述已标定的换道模型中：

计算当前车道(第2车道)的效用值：

U

计算其左侧车道的效用值：

U

计算其右侧车道的效用值：

U

计算概率

生成随机数p＝0.112，p＜P

条件一、保证目标车辆换道后不与前车碰撞

换道时间T取1.1s。

由于a

条件二、保证目标车辆换道后，其后车不与其碰撞

由于a

同时满足条件一和二，则车辆执行换道行为。

基于相同的发明构思，本实施例公开一种计算装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被加载至处理器时实现上述的交叉口进口道车辆换道仿真模型标定方法，或者交叉口进口道车辆换道决策方法。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。