（系统工程专业论文）混合交通流下信号交叉口机动车微观行为研究.pdf

北京交通大学研究生毕业设计( 论文) y 5 8 6 0 5 3 摘要 论文的题目是混合交通流f 信号交叉口机动车微观行为研究。 本论文主要是研究机动车的微观驾驶行为，同时也包括机动车与混合车流 中其他类型车辆的影响及冲突，从而对城市交叉口交通流微观仿真提供必要的 参数支持。论文分析了驾驶员信息处理过程、性格特征及道路的特性，在描述 了各类跟驰模型的基础上，如，基于驾驶员心理反应，基于神经网络，基于模 糊逻辑等跟驰模型，采用模糊逻辑控制的方法建模。论文对路口上跟车车辆的 特性进行了定性、定量分析，对前人关于模糊逻辑控制的研究应用进行综述， 应用模糊逻辑的方法，进一步提出了当机动车辆处于信号交叉e l 路1 ：7 i 上的车辆 跟驰驾驶行为的模糊逻辑控制模型。该模型不同于路段上的模型，它的特点是 结合了信号交叉口上非机动车流对机动车流的影响，增d n t 其它车流对机动车 的压力，从而使得模型更加接近实际。 本论文是在大样本的数据支持下进行研究的，所有的数据均来自北京市道 路交叉口的实际交通行为。通过对这些数据的整理、归纳、统计，得出机动车 在交叉口的时间和速度类相关的参数的总体分布，并把这些样本按照车辆路径 和车型大小的不同进行分类，然后对其假设检验。这样得出了机动车辆在交叉 口微观行为的定量特征。 此外，论文还对曲线路径及冲突行为的计算机模拟实现进行了介绍。讲述 了如何在模拟中对非直线路径的模拟和冲突点的计算公式。并分析了冲突行为 时的接受延时和接受间隙，得出车辆冲突时的行为模型。 关键词】 微观行为模糊逻辑微观模拟信号交叉口 接受延时( l a g ) 接受间隙( g a p ) 米垮邗爿、导鳓窟 纫全文公布 ! ! 塞窒望查堂婴塑竺兰些堡生堕兰l 一 a b s t r a c t t h i st h e s i si sm a i n l ya b o u ta u t o m o b i l e sm i c r o s c o p i c b e h a v i o ra n di ta l s o c o n t a i n si n f l u e n c e so fa u t o sa n do t h e rv e h i c l e si nt h em i x e dt r a f f i cf l o w ，a n di t c a n s u p p l ym i c r os i m u l a t i o no fc i t yi n t e r s e c t i o nw i t hs o m en e c e s s a r yp a r a m e t e r s t h e p a p e ra n a l y z e dd r i v e r s i n f o r m a t i o nd i s p o s a lp r o c e s s ，c h a r a c t e ro fd r i v e ra n dr o a d s p e c i a l t y , a n do n t h eb a s i so ff o m a e ri n v e s t i g a t o rc a r f o l l o w i n gm o d e l ，s u c ha sb a s e d o np s y c h o l o g i c a lr e a c t i o no fd r i v e r , b a s e do nn e u r a ln e t w o r k ，b a s e do nf u z z yl o g i c ， e t c ，i ta d o p t st h ew a yo ff u z z yl o g i c t ob u i l dt h em o d e l t h ep a p e rt h e nm a d e q u a n t i t a t i v e a n d q u a l i t a t i v ea n a l y s i s t ot h e c a r f o l l o w i n g a u t o m o b i l e so ft h e i n t e r s e c t i o n ，a n dd e s c r i b e dr e s e a r c ho ff o r m e ri n v e s t i g a t o r , t h e nu s i n gt h ew a yo f f u z z yl o g i c ，i t a d v a n c e dt h em o d e lo ff u z z y l o g i cc a r f o l l o w i n g w h e nt h e a u t o m o b i l e sw e r ei nt h ei n t e r s e c t i o n t h em o d e li sd i f f e r e n tf r o m o t h e rm o d e l s ，f o ri t c o m b i n e st h ei n f i u e n c e so fo t h e rv e h i c l e si nt h ei n t e r s e c t i o n ，a n dt h i sa d d st h e p r e s s u r ep a r a m e t e r , s ot h i sm o d e l i sm o r ea c c o r d a n tw i t ht h ef a c t t h i st h e s i si so bt h eb a s i so f m a s ss w a t c h ，a n da l lo f i t sd a t aa r ef r o mr e a lt r a f f i c b e h a v i o ro f b e i j i n gc i t yi n t e r s e c t i o n a c c o r d i n gc a l c u l a t i n g ，c o n c l u d i n gt h e s ed a t a ， w e g o tt h eg e n e r a d i s t r i b u t i n go f t i m ea n d v e h i c l e p a r a m e t e r sw h e n t h ea u t o m o b i l e s a r ei nt h ei n t e r s e c t i o n ，t h e nw ec l a s s i f i e dt h e s es w a t c ha c c o r d i n gt h er o u t ea n dt y p e o f v e h i c l e sa n dv e r i f i e di ti nt h ew a y o f h y p o t h e s i s m o r e o v e r , t h ep a p e rd e s c r i b e dc u r v e dr o u t e a n dc o m p u t e r i z e ds i m u l a t i o no f c o l l i s i o nb e h a v i o r i ta n a l y z e da u t o m o b i l e sg a pa n dl a gw h e nt h e yc o l l i d et h e ni t c o n s t r u c l e dt h ec o l l i s i o nm o d e l k e yw o r d s ：m i c r o s c o p i cb e h a v i o r ，f u z z yl o g i c ，m i c r o s c o p i cs i m u l a t i o n ，i n t e r s e c t i o n ， l a g ，g a p 混合交通流下信号交叉l 】机动车微观行为研究 1 选题背景及意义 1 1 城市交通面临的问题 目前我国随着经济的发展，城市人口的增加，城市范围的扩大，城市交通 客运量大幅度增加，城市交通作为城市重要的基础设施，无论在数量还是质量 上都存在一系列问题。城市交通拥挤已经成为城市交通的主要问题，这些问题 主要突出表现在道路交叉口处。交通拥堵问题又引发了一系列的其它问题，如 能源问题、城市环境问题、土地使用问题、城市规划问题、交通阻塞问题、交 通效率问题、交通安全问题等等。 如何解决这一系列问题，如何适应北京人众车多的要求，适应国际间的交 流，使城市得以快速健康的发展，多修路已不再是缓解交通压力的好办法。机 动车作为城市交通的主要元素，它的行为直接影响着整个路网的运行，且对整 个城市交通起者决定性作用，所以只有对机动车的微观行为进行深入的研究才 能制定出更好、更有效的交通管理法规，才能更进步的改善当前的交通状况。 1 2 城市交通微观模拟系统产生的背景及意义 在处理城市交通阅题，解决道路交通资源盛9 有限性与持续增长豹交通需求 的矛盾时，必须在适当扩展交通设旎的同时，最大限度的挖掘现有设施的潜力， 提高交通出行及设施使用效率。为此，人们采取了很多措施，比如建立面控系 统、绿波带、制定单行线、设定限制转弯标志、路口渠化等。然而，长久以来 这些措施都只是基于经验与调查研究，缺乏必要的分析手段，城市道路的设计 混台交通流下信号交叉口机动车微观行为研究 也都是基于经验假设的交通流量情况进行的，其正确性及合理性必须在实际运 行之后才能反映出来，不能及时有效的对设计进行指导，如果设计上存在不合 理，将对交通安全造成危害，带来巨大的经济损失。因此，如何能在交通规划 管理与控制方案实施之前对其实施效果模拟、评估，变得越来越重要。城市交 通微观模拟系统就是在这样的基础上产生的。 尽管国外的交通流微观模拟系统的技术已经比较成熟，但是，由于国外的 交通情况没有我国复杂，现有的交通流微观模拟系统都没有考虑到混合交通流 的情况，因此，在应用到我国的实际情况时，并不能得到理想的评估结果。因 此，本论文的目的就是要从微观的层面研究北京市的城市混合交通流，建立计 算机模拟系统。 微观模拟系统可以通过在计算机上建立道路交通流的模拟模型，充分利用 计算机存储容量大，运算速度快的特点，以安全、快捷、经济的方法获得决策 者所需要的数据图形结果，从微观的层面研究城市混合交通流，对交通管理、 控制方案进行预评估，使城市交通管理更具科学性和可操作性，为城市交通管 理决策提供依据，增强对城市交通运转的快速反映能力，使未来的城市交通在 满足城市发展需要的基础上逐步纳入科学管理的轨道，使现有路网能更有效的 发挥效益。 1 3 模糊数学在微观行为研究中的意义 在我们进行城市交通微观模拟系统的开发时，需要大量的参数，如在交叉 口的机动车车速，机动车的加速度，交叉口的机动车路径等，而只有对微观行 为进行深入的研究才可以得出正确的参数，所以说城市道路微观行为的研究是 微观模拟系统的基础。在我们进行城市交通的微观行为分析时，由于驾驶员具 有很大的多样性、情绪性，而无法建立一个精确的数学模型来描述机动车的各 混台交通流下信号交叉 】机动车微观行为研究 种行为，所以本论文引入模糊逻辑控制的方法。模糊数学的方法在解决这类问 题时有突出的优势，它根据隶属度把元素分在不同的模糊子集中，这些模糊子 集都是相互交叉相互包含的，没有明显的界线，这样就更符合现实中的多样性。 该模型可以适用于所有的交通仿真软件。 1 4 相关的研究课题背景 论文的课题背景是北京市智能交通系统规划与实施方案研究中的子课 题信号交叉口仿真优化设计系统。本子课题研究内容主要包括：信号交叉口 自行车交通行为研究、信号交叉口行人交通行为研究、信号交叉口混合交通下 的机动车微观行为研究、信号交叉口混合交通仿真系统开发等。本论文是主要 进行信号交叉口混合交通下的机动车微观行为研究。 混合交通流下信号交叉口机动车微观行为研究 2 国内外研究现状 2 1国内研究现状 国内对机动车微观行为的研究比较少，还没有比较完整的针对我国国情的 微观模拟系统软件，虽然各城市的相关单位都根据自己的城市特点，进行了交 通研究，并为城市交通的仿真提供参数，但是，大多数研究都是对宏观行为来 进行的，基本上没有非常经典的论文或其他出版物。其中，八十年代初期，北 京、上海、广州、天津等城市，先后引进了国外的交通规划软件，并结合各自 城市的交通特点，建立了各自的城市交通规划模型，开始应用于城市交通规划 和建设中，但是，这些模型多适用于在宏观层次进行战略性的交通分析，难以 对交通流的微观运行状态进行详细的分析。因此不适于对交通管理措施进行评 估。所以我们现在对微观行为的研究是必要而有实际意义的。 在国内的有关微观行为模拟的论文中列举了以下几篇文章，文献采用复 合概率、模糊逻辑等方法建立了描述交通流中不确定性因素、车辆的到达、在 路段上行驶以及通过路口的微观模拟模型。文献【2 描述了城市道路交通流微观 模拟与智能控制系统的功能，进行了系统总体框架设计和结构划分，分析了各 模块的功能。文献 3 j 用动态微观模拟方法研究路段通行能力，从微观的角度出 发，考虑驾驶员、车辆、道路、环境和交通规则的相互关系及对通行能力的影 响并建立了模拟模型。文献【4 1 阐述了动态交通模拟的原理及关键技术，开发了 单点十字交叉口动态交通模拟软件。文献 5 】矛0 用面向对象方法和面向对象程序 设计语言，实现了城市交通交叉口的计算机模拟设计。文献f 6 1 基于v r g s 的交 通流微观模拟软件对交通网络引入v r g s 后的交通流进行模拟。文献7 1 对于微 观模拟的基础一微观模拟路网的结构与属性进行了分析，并借助计算机的图形 4 混台交通流下信号交叉口机动车微观行为研究 功能，设计出了可视化的操作方式。 国内的研究基本集中于模型方法方面，较少与软件设计技术结合，对于局 部问题研究较多，目前还没有完整的城市交通微观模拟软件系统。 2 2 国外研究现状 2 2 1国外微观行为模型研究 国外对微观行为的研究很多，论文也很多，但都是根据自己国家的情况来 进行分析的，对我们虽然有借鉴意义，但是我们有中国特色的仿真软件不能完 全按照这些结果实施。在国外的这些有关微观行为参数的论文中列举了以下几 篇文章，文献【8 】研究了在伊利诺伊的车辆显著障碍下驾驶员的违章及照章行为。 文章认为交通障碍是交通控制和安全设备，在高速乘客铁路走廊里它作为一个 不可穿透的障碍为高速公路等级横越交叉口服务。根据新设备和相关的信号分 析驾驶员在接近障碍或者到达障碍时的行为来决定他违不违反规则。早期的发 现表明了司机在操作初期极少有冒险行为，并发现最近，司机在这种设施下比 其他设备下的守法程度更高一些；文献1 9 1 介绍了一种新的跟车理论，这种理论 能同时复制所谓的容量下降和交通滞后，也就是多相交通流的两个显著特征。 这是通过引入一个单变量- 一- 司机反应时间来实现的，这个变量同时依靠车辆间 距离和交通相位。通过制定不同的反应时间的功能表格，我们不仅可以得到崭 新的理论而且还可以得到些以被熟知的跟车理论，在这篇文章里，通过理论 分析和数字模拟论证了这些已知理论：文献【l o 论述道，驾驶行为是一个多任务 的行为，它需要驾驶员在不同的驾驶相关和非相关任务中分配他们的注意力。 通过把驾驶员作为连续控制器来模仿，就丧失了驾驶员控制行为的离散性，利 混合交通流下信号交叉f - j 机动车微观行为研究 用它，我们能得到一个定义行为变量的重要组件。我们假定为驾驶员行为的开 发模型的感知结构的应用，整合了感觉和知觉的机动车过程在一系列任务和注 意管理模型。一个感觉结构是一个计算框架，组合了固定的、易测的参数和关 于感觉和知觉发动过程限制。所有的在一个感觉结构执行的驾驶员模型必要的 继承了这些参数和限制，能导致出比那些没有把驾驶行为看作是多任务行为的 模型更多的预言性的心理学上合理的模型。我们用一个在a c t r 感觉结构中开 发的驾驶员模型证明了这些好处。通过比较模型驾驶员行为和实际驾驶员在一 个四车道高速路上并在我们的基于固定驾驶模拟中行车，验证了一下这个模型。 结果表明这个模型成功的预报了不仅是低级控制，如道路改变中的驾驶行为， 而且对高级感觉方面，如任务管理和视觉运动都有很好的预示。这些预示中有 些不能明白的建立到模型中，但是更易于来自于作为在a c t r 结构中模型执行 结果的感觉模型；文献】论述道，模拟程序被广泛应用于各种领域尤其是出于 科学目的。最近，它们更成了交通运输项目的从业者和规划者的必要工具。这 篇论文介绍了一些在日本进行的使用先进交通模拟程序的实际的项目。文章对 a h s ( 自动化高速公路系统) 和e t c 进行了着重描述，它们都是通过模拟程序 来执行的；文献 12 】论述道，由于许多实际和理论上的问题，微观模拟在交通安 全评价的应用和发展被交通研究委员会所忽略。这些问题一部分来自于理论和 方法的可行性，这个可行性要求设计一个有代表性的公路使用者的模型，并有 足够的微观细节来产生有用、相关的安全数据，另一部分来自于校验安全指示 器的困难，因为校验是通过经验询问来量侧的，并用于模型确认和校准。为了 保证安全评价，公路使用者行为模型必须合并足够的行为变化以允许不是很完 美或错误的行为。更进一步，建议安全指示器应对使用i t s 而带来的表现和行 为的改变足够敏感，如使用职能速度适应，一般认为在城市环境中它有很大的 安全潜能：文献”3 】是关于车头问距的，文章说明，理想地，应用最高的几何设 计标准能增大车头间距安全。然而，来自于物理的、右行的、和环境特征的有 混台交通流下信号交叉口机动车微j | 【l ! 行为研究 限的资源和约束常常导致制约了设计者增大最大设计标准的几何设计。囡此， 决策者和设计者需要路面、路边设计元素、交通流安全特性的相对增加和组合 效果的指导。美国高速公路设计标准是依照的设计速度概念，但这个概念不能 保证统一的操作速度。因此美国工程师们认为还需要定量的估计方法。 模型研究可大致分为以下几类： i ，早期模型g m 模型 g m 模型是刺激反应方程的一种形式，即：反应( t 十t ) = 灵敏度x 刺激( t ) 跟驰中，f v 驾驶员通过视觉感知与前车的距离以及前车后部面积在视野中的大 小变化来判断与前车接近或是离去，通过接受这一刺激并作出判断，实施操纵 从而达到安全而紧密地跟随前车行驶。 2 ，基于安全车头间隔的模型 g i p p s 1 9 8 0 年开发了个用于交通流模拟软件的跟驰模型。该模型假设： f v 在跟随行驶的过程中将与l v 保持一个安全距离，以便在前车突然减速时能 把车速降低到一个安全水平。另一个类似模型是b e n e k o h a l 和t r e i t e r e r 存 c a r s i m 交通仿真软件开发中建立的。它的开发是为了更真实地模拟高速公路上 的跟驰行为并提供在拥挤状态下反复停车起步过程的模拟功能。模型的假设同 样为保持避免碰撞的车头问距，其核心是对车辆避免碰撞的运动方程求解。 3 ，基于驾驶员心理反应的模型 9 6 3 年t o d o s i e v 开始了驾驶员心理反应的模型研究。作为刺激反应方程 的一种形式，在跟驰模型中，刺激被抽角为前后车之间的相对运动，包括速度 和距离的变化。这些刺激只有超过阂值才能被驾驶员感知并作出反应。 4 ，基于期望车头间隔的模型 1 9 6 2 年m i c h a e l s 的工作是这类模型研究的开始，他的研究表明：当l v 的 速度发生变化时t f v 的驾驶员将会调整车速使它接近f v 的车速，以便保持适 合的车头间隔。当两车的速度和加速度相等时，就达到一个相对静止的状态， 混台交通流下信号交叉口机动车微观行为研究 此时的车头间隔称为期望车头间隔。期望车头时距与车速无关，仅与驾驶员有 关，不同的驾驶员具有不同的期望车头间隔。 5 ，基于模糊逻辑控制的模型 一些研究者从不同的角度对跟驰理论进行了研究。p a r k e r 根据观测数据， 认为不同车型有不同的跟驰模式，跟驰模式不仅取决于前导车的车型，还与后 随车的车型有关。现有跟驰模型都以一种明确的来描述驾驶员的行为，实际上 驾驶员对前导车变化的反应不是明确的一对一关系，而是基于经验中得出来的 一组潜意识的驾驶规则。针对这种情况，s h i n y a k u c hj 等提出基于模糊推理系 统的跟驰模型，其中模糊推理系统是由基于驾驶规则的直接自然语言组成，此 系统能预测f v 反应并通过模糊隶属函数表达其范围。但由于对驾驶规则的抽取 以及隶属函数确定比较困难，因此，模型的精度及实用价值受到了一定的影响。 6 ，基于神经网络的跟驰模型 人工神经网络是一种重要的信息处理系统。神经网络可被训练来在计算机 上模拟人脑的部分功能。神经网络最显著的特点是它不需要预编程，更不必制 定工作规则，相反地它有通过学习自行领悟事物内在规律的本领。神经网络的 引人之处在于：可并行实时地进行计算；处理不完整的有错误的信息；找出数据 间难以用数学函数精确表示的内在联系。神经网络模拟无车道变换行为的单一 车道车辆跟驰行为( 加、减速，不动作) 。神经网络的自学习特点，使得神经网 络模型能把驾驶员周围的各种信息并行结合起来产生可靠的模拟结果。 近年来，基于模糊逻辑控制和神经网络的跟驰模型是模型研究的一个发展 方向，本论文的模型就是基于模糊逻辑控制的。 2 2 2 国外微观行为模拟系统研究 早在六十年代，英美等国家就已经开始城市交通微观模拟系统方面的研究 混台交通流下信号交叉口机动车微观行为研究 随着计算机技术的发展，先后研制了若干可以进行交通规划和交通分析的软件 特别是近几年来基于交通行为理论的一些微观动态交通分析模型的研究也非常 活跃，已经有一些成熟的商业化的城市交通微观模拟系统。例如：美国的 t r a f n e t s i m 系统i ”1 、t r a n s i m s 系统、英国的p a r a m i c s 系统、德国的v i s s i m 系统1 ”、西班牙的a m d u s 系统等。下面对国外有关交通模拟的相关理论及成 熟的模拟系统做一简单介绍。 l ，t r a f n e t s i m 模拟系统 n e t s i m ( 网络模拟) 是一个城市道路交通网运行的微观随机模拟模型。该 项计划( 以前称u t c s 1 ) 己被工程人员和研究人员广泛应用于许多领域，成为 应用最广泛的交通模拟模型。n e t s i m 的应用领域涵盖了从用于单个交叉路口的 信号计时评估到蒙纽约市交通计量影响评估这样复杂的问题。 t r a f n e t s i m 是基于某一特定时段和具体事件的模拟方法，因此可以动态 的显示城市道路网上的车辆运行情况。这种周期性的模拟方法以秒为单位，没 有分流模块。t r a f n e t s i m 中并入了车辆跟随模型和换道模型。车辆从入口和 源点进入路网。根据交通控制装置的信号指示来引导车流和行人。前面的车也 会影响后一车的驾驶行为。t r a f n e t s i m 可以模拟小至简单的起停信号控制路 口，大至动态( 实时) 控制系统。信号控制器既可以是定时的也可以是随机的。 交通阻塞对车流造成的影响可以较详细的方式模拟出来。无论是单个路口还是 各条道路的车流量，无论是某小片地区还是整个公路网的运行情况，都能测试 出来。 t r a f n e t s i m 的物理环境用一个边点组成的网络代表。通常，网络中的节 点代表十字路1 2 1 ，边代表城市街道，车辆通过入1 2 1 进入网络并每秒跟随车流流 动，并对交通控制设备，行人，公共汽车和其它影响司机行为的因素做出相应 的反应。 t r a f n e t s i m 可以模拟交通控制产生的影响，从受控十字路口“停”到动 态实时控制系统，信号控制可以固定的多次显示或受激时显示。模型模拟的阻 塞，停车，拥挤及其它交通行为在路面上的影响是相当详细的。 模型的输出包括许多表现效能的方法( 如容量，密度，延迟，停车，排队， 转弯等) 和在每条边上，边的入口处，在用户规定的时间间隔内对燃料消耗和 混台交通流下信譬交叉u 机动车微观行为研究 排气等情况的估计。 t r a f n e l s i m 一个主要的改进是通过系列流量提供了生成可展示相似的 路径模式和驾驶员一车辆特性的交通流量的能力。这样，用户可通过保持初始 运行的交通流量做出一系列模拟流量，在连续的流动中通过不同的交通控制， 容量或其他操作条件进行模拟。当此模型被用来比较候选系统设计或执行计划 时，这一特性可用于减少变化的过程。 2 ，t r a n s i m s 微观模拟系统 t r a n s i m s 微观模拟系统是由美国l o sa l a m o s 固家实验室于1 9 9 8 年，丌发研 制的。其基本特点是并行运算。即该系统运行于并行计算机上，比如多台工作 站、多台桌面处理器、或超级计算机，并行的划分是依据地理位置来划分的， 也就是说，对不同地区的模拟用不同的计算机。不同计算机处理的边界总是在 道路中，它的逻辑计算复杂程度要比边界选择交叉口的逻辑计算程度小许多。 t r a n s t m s 微观模拟系统包括速度模块、车道变换模块、有信号灯交叉路口模块、 无信号灯交叉路口模块、停车场位置模块等几个模块。 ( 1 ) 速度模块 该模拟系统把道路看作由网格组成的系统，每一网格要么空，要么被占有。 车的移动是从一网格移入另网格，因此其速度也一定是一整数，即从当前网 格到前面任一网格所通过的网格数 ( 2 ) 车道变换模块 变换车道依据以下原则： 当某一车离交叉口距离较远时，如前车运行速度较慢，且相邻车道前后 车间距较大时，变换车道的可能性较大： 当某一车离交叉口距离较近时，无论该车处于何种运行状态，其车道变 换的可能性较大： 由于在多车道系统中变换车道时，两边车道有可能同时向中间车道进行 变换，这会产生冲突，因此本系统采取下面这样一种方法，即奇数时刻允 许自左肉右方向的变换车道；偶数时刻允许自右向左方向的变换车道，这 样就避免了冲突。 ( 3 ) 交叉路口模块 望垒銮望堕! 堕兰奎圣旦! ! 塑圭塑婴堑望型兰一 在7 f 、r a n s i m s 系统中把交叉路口分为有信号灯的交叉路口和无信号灯交叉 路口，在有信号灯交叉路口中各车道优先权随时间受信号灯控制：在无信号灯 交叉路口中各车道优先权是固定的。 ( 4 ) 停车场位置模块 在模拟系统中，每一网格线( 除了高速路匝道、高速路网络线和一些虚拟 网络线) 都至少有一个停车场位置。车辆起始及终止都从停车场位置点出发和 终止的。 3 ，p a r a m i c s 微观模拟系统 p a r a m i c s 微观交通模拟软件包，开始是由爱丁堡并行计算中心( e p c c ) 同 s i a s 公司共同丌发与研制的，此后于1 9 9 4 年又由q u a d s t o n e 进行修改并制成 现在的商业软件，可在各种操作系统平台上进行处理，并已在许多国家进行了 应用。比如：在日本p a r g l i c s 系统用于东京高速路的模拟中及东京高速路的合 流问题：在新加坡p a r a m i c s 用于城市交通计划及交通影响评价中；在阿根廷 p a r a m i c s 用于b u e n o sa i r e s 的交通影响评价及高速路建设项目的交通计划中。 而在美国、德国、法国则用于大学中的研究工作。 ( 1 ) 司机及车辆行为特性 p a r a m i c s 对单个车辆的模拟是通过车辆跟随模块、车头间隔可插程度模块、 车道变换模块构成的。每一车辆都动态的携带着有关司机及车辆行为特性的数 据。司机行为特性通过把驾驶员划分为冲动型和保守型两类来表示( 根据英国 交通实验室t r l 研究表明这两类可完全表示车头间隔可插程度、最高速度、车 头间隔、变换车道的趋势等数据特性) 。车辆的物理特性及驾驶员行为都是由随 机数发生器产生的。 ( 2 ) 路网定义 p a t a m i c s 的用户可自己定义以下路网的物理特性：车道宽度、车道使用控 制、停车点及缘石线位置、公共汽车停车位置、进出口限制、影响车辆运行的 停车街道区域、交叉口信号灯控制时间、人行横道位置。 ( 3 ) 交叉路口 同网络线上行驶的车辆一样，在交叉口的车辆同样受到驾驶员行为、车辆 特性和路网加给该车的限制所影响。其数据通常包括交叉口类型、车道宽度、 混合交通流下信号交叉口机动车微观行为研究 转弯率和冲突类型等等。 ( 4 ) 需求模型 同其它交通模型不同之处是，本模型服从于交通出行矩阵，而该矩阵可由 用户来定义。随机数发生器根据该交通出行矩阵产生车辆。 ( 5 ) 车辆停车场模型 每一个地区可分配一个或多个停车场或没有停车场，而每一个停车场可限 制用户，比如，服务性停车场、街道公共停车场、非街道公共停车场、私人非 居住性停车场、私人居住性停车场等。 ( 6 ) 事故模块 英国交通事故主要发生在多车道干道j 二，尽管交通事故是英国交通的主要 特点，但它还未被人们了解。而p a r a m i c s 能利用最近的交通情况，产生出事故 模块，用以减小事故隐患、理解事故分配模型。事故模块要求的数据包括：事 故位置、事故发生的频率和事故的长度。 ( 7 ) 公共交通模块 p a r a m i c s 标准化并压缩了公共汽车的类型，而且模拟了由于公共汽车停车 位置及专用公共汽车车道对其它用户的影响。公共汽车同其它车一样服从车辆 跟随模块、车头间隔可插程度模块、车道变换模块，只不过它是按照既定的路 线行驶并在相应的位置停车。多个公共汽车如果同时到站达同一车站，它们不 能同时停车，而是排队停车。p a r a m i c s 模拟了单个公共汽车的承载能力，当已 到达最高承载能力时禁止乘客上车。 ( 8 ) 交通量分配 在p a r a m i c s 系统中，出行路线的选择是以广义费用( 结合了时间、距离及 其它因素的综合) 最小为原则。一个反馈闭环机制用于对出行路线的选择，它 把在交叉口的延误反馈给分配算法。每一辆车都带有广义费用，该费用根据不 同车的不同类别分别进行计算。也就是说对同样一条路径来说，不同类别的车 有不同的广义费用：不同的网络线其广义费用也不同；不同的驾驶员( 驾驶员 的熟练程度) 其广义费用也不同。 ( 9 ) 系统的并行化 系统是通过建立与单方向网络线有关的队列来进行并行化处理的，也就是 说把交通网分割成为由许多队列组成的系统，每一个队列包含有相同数目的车 混台交通流下信导交叉口机动车微删行为i 卅究 位数，一个车位只可放一辆车或不放车，这个车位包含有被放在该处的车的所 有信，i f , ( 比如：陔车的速度、o d 矩阵、路径、前车的数据等等) ，每一条单向 网络线由一个或多个这样的队列组成( 根据该网络线的车流大小决定) 。每一台 计算机处理个这样的队列，这样许多台计算机可以并行运算。 4 ，g e t r a m 系统 g e t r a m ( g e n e r i ce n v i r o n m e n tf o rt r a f f i ca n a l y m sa n dm o d e l l i n g ) ， 即交通分析和建模通用环境系统，包括两大部分，t e d i ( 路网编辑部分) 和a k m s u n ( 交通模拟部分) 。 ( 1 )( t r a f f i ce d i t o r ) 路网编辑模块 t e d i 系统提供了路段、车道、结点、控制信号等组件的框架，用户可以利 用系统提供的各种组件和鼠标，方便的进行路网的模拟，同时自动生成其相关 的属性。 路段：在城市交通路网中“段”往往指从一个接口到另一个接口中的 一段路，一个“段”会包括一条或几条车道，这些车道被分为主车道 和边车道。“段”至少包含一个主车道。车道带有方向性且属于某一路 段。 结点：包括连结点、交叉口、弯道以及信号组。 控制信号：包括信号组、可变信息牌、斜坡测量设备和探测器等，实 现对路口及车道信号控制方式及控制参数的改变，可以模拟不同控制 方式下车流的动态变化情况。 公共汽车站和公共交通线：被设置在路段上并与路段相关联。 g e t r a m 系统里的路网模拟模块能够为路段和结点提供更好的图形精确性， 路网中的对象都非常逼真的按照真实世界中的物体而建立的：同时，它能够接 受一系列的不同的图形区域格式代替数字地图作为背景：此外，所有的路段图 形、弯道、分向信号机编辑组件等都可以在同一个窗口中被使用，而不需要转 换到别的模块和视窗中。 路网模拟模块将路网与背景位图很好的结合在起，并利用数据库保存路 网数据。同时，该模块还提供了一个接口，将g e t r a m 模块转换成t r a n s y t 的输 望全奎望堕! 笪兰奎墨里! ! 垫至丝翌堕垄型壅一 入数据格式。 ( 2 ) a i m s u n ( a d v a n c e d i n t e r a c t i v e u r b a na n dn o n u r b a nn e t w o r k ) a i m s u n 是可以处理例如城市路网、高速路网、环行路网等不同交通网的交 通模拟器，它的主要目的是在被应用于实际的交通路网之前测试新的交通控制 系统和管理方案。它包括用户接口、预模拟模块、模拟模块、最短路径判断模 块等子模块。该系统可以根据不同种类的车型，驾驶员的驾驶行为进行模拟。 车辆的行为可以利用车辆生成、车辆跟随、车道变换、车距判断子模块进行模 拟，根据不同的参数可以模拟不同种类的车，例如小汽车、公共汽车、货车等。 即使是同样的车，同一个驾驶员，在不同的路网环境中其车辆行为也是不同的。 a 户接口：为模拟实验的准备、模拟参数的定义、模拟运行时的交互、 观察实时的图形输出和分析统计结果提供必要的工具。 b ，模拟模块：从路网数据库中读取信息以模拟和创建动态模型。 c ，模拟模块：进行模拟。基于不同的交通数据，有两种类型的模拟，一 种是基于输入交通流和转向百分比，另一种是基于o d 矩阵的。 d ，最短路径判断模块：此模块计算从每条路段到目的地的当前最短路 径。 4 混台交通流下信号交叉口机动车微观行为研究 3 机动车微观行为特性定性分析 要分析机动车微观特性，就要对驾驶员和机动车本身进行分析，我们按照 如下的分类进行分析： 3 1驾驶员特性分析 3 1 1 分类 驾驶员，无论男女老少，根据其行车表现可分为冲动型，普通型，保守型。 不同类型的驾驶员的反映特性，视觉特性，疲劳特性，心理特性均不相同。 3 。1 2 驾驶员反映特性 驾驶员的反应特性是指在行车过程中，驾驶员对外界因素刺激，经感觉器官 ( 视觉、听觉等) 至中枢器官的判断分析，指挥运动器官( 手、脚) 动作完毕的 反应速度，又称为反映时间【2 0 】。行车中驾驶员主要依赖于视觉作用，确认行车 速度和车外环境情况，采取相应对策。机车在运动中，驾驶员的反应时间是判 断路上障碍物或根据信号、标志决定停车或驾驶的重要因素。反应速度的快慢 与驾驶员对行车环境的熟悉程度、驾驶经历、驾驶员的年龄、性别、气质等有 关。熟悉行车环境的驾驶员反应速度就快，反之就慢：新驾驶员，由于驾驶经 历少，反应比较慢：中年驾驶员反应比较快，老年驾驶员反应比较慢；女性 驾驶员比同龄、相同驾驶经历的男性反应速度慢。具有不同气质的驾驶员的反 应速度也不一样，多血质的人生动活泼，对外界刺激反应迅速；胆汁质的人富 有精力，兴奋性高，反应速度快；粘汁质的人表现安静，动作迟缓，反应速度 慢c 同时t 反应时间的长短与外界因素刺激的强弱有关，刺激量大，反应就快： 混合交通流下信号交叉口机动车微删行为髟f 究 刺激量小反应就慢。饮酒或服用药物( 如镇静剂、催眠药和具有兴奋作用的药 物等1 也会影响驾驶员的反应速度。 3 1 3 驾驶员视觉特性 汽车驾驶员在行车中有8 0 一9 0 的信息是依靠视觉获得的，驾驶员的眼睛 是保证安全行车的重要的感觉器官。眼睛的视觉特性与交通安全有着十分密切 的关系。 2 1 】 1 ，视觉生理 在生理上，驾驶视力可分为静视力、动视力与夜间视力。静视力是指人和 视标都在不动状态下检查的视力。在报考驾驶员时都要经过视力检查。我国通 用e 型视力表检查驾驶员两眼的视力，被试者距视力表5 m 远，在标准照明条 件下，两眼视力( 包括矫正视力) 各为0 7 以上即允许报考。用这种方法检查的视 力反映驾驶员在静止状态下的视力，即静视力。动视力是指人和视标处于运动 ( 其中的一方运动或两方都运动) 时检查的视力。汽车驾驶员在行车中的视力为 动视力。研究结果表明，驾驶员的动视力随着车速的变化而变化，一般来说动 视力比静视力低1 0 一2 0 ，特殊情况下比静视力低3 0 一4 0 。值得注意的是， 虽然静视力好是动视力好的前提，但是静视力好的人不一定就会有好的动视力。 据抽测，在静视力为1 0 的2 7 7 人中，其中动视力等于和大于0 5 的有1 7 0 人， 只占总人数的6 1 。许多研究分析都认为，驾驶员的动视力与交通事故有更密 切的关系。视力与光线亮度有关，亮度加大可以增强视力。由夜晚照度低引起 的视力下降叫做夜近视。研究发现，夜间的交通事故往往与夜间光线不足、视 力下降有直接关系。 2 ，视觉心理 ( 1 ) 视知觉及其特点 混台交通流下信号交又口机动车微观行为研究 人能根据眼睛获得的视觉信息进行加工和解释，从而更深刻地认识客观事 物，这就是人的视知觉能力。虽然每人都具有视知觉能力，但由于处境以及生 活经验、兴趣爱好等不同，不同人对于同一视觉信息的加工和解释可能有所不 同，因而产生出不同的视知觉。人的视知觉具有如下特点： a ，优先知觉自己关心的想要注意的事物例如驾驶员很容易发现在前面行驶 的自己同伴的汽车 b ，容易知觉曾有过亲身体验的事物例如行车中曾见过同方向行驶的自行车 调头猛拐以后对同方向行驶的自行车便格外注意 c ，对于外界事物容易按照自己设想的方向去知觉例如在路口前看见前车向 左侧靠便认为前车想要左转弯而实际上前车很可能是在为右转弯作准备 d ，对于自己认为关系重大的事物容易知觉例如在路口转弯时有的驾驶员只 注意其他的机动车辆而忽视了行人 e ，对于移动的变化的事物容易知觉例如闪烁的灯光比亮度不变的灯光更容 易引起注意 ( 2 ) 速度错觉 一般认为，汽车驾驶员不必看车速表，只根据周围景物的移动、身体的感 受和听到的风声就能判断汽车的行驶速度。实际上这种判断并不准确，带有明 显的主观性和倾向性，特别是在高速短距离行驶时更是如此。引起驾驶员产生 速度错觉的视知觉因素主要有两点，即连续对比感觉的影响和适应性的影响。 当人连续受到有差异的某种刺激后，所产生的差异感往往比差异本身实际的客 观物理量差别大，这就是连续对比感觉的影响。英国道路研究所曾对汽车驾驶 员作过“车速减半”试验川，即首先让驾驶员将汽车加速到某一规定车速( 以车 速指示为准) ，然后要求驾驶员立即凭自己的主观感觉，将车速减低到当前车速 的一半。当车速变化时，驾驶员主观感觉到的速度差别总是比实际大。由于适 应性，人会对外界变化反应迟钝。减速前等速行驶的距离越长，车速判断的误 混合交通流下信号交叉口机动车微观行为研究 差越大。这是因为在长直线高速公路上等速行驶一段时间后，由于适应性的影 响，驾驶员的速度感减弱，虽然实际车速很高，但主观上觉得车速并不高。 ( 3 ) 距离错觉 人对距离的判断往往有很大误差。国外曾作过一次试验2 ”，在夜间1 0 0 名 驾驶员轮流坐在静止的汽车里，凭主观感觉判断停放在前方的一辆载货汽车的 距离。载货汽车的真实距离为2 3 m ，试验结果只有3 名被试者判断正确。有4 5 名被试者判断的距离比实际距离短4 8 0 ，5 2 名被试者的判断超过实际距离 4 1 2 0 ，可见凭主观判断距离的偏差很大。在光线充足的白天，驾驶员在行 车中对距离的判断同样有很大误差。驾驶员对前方来车的速度和距离难以作出 正确的判断，而且对方车速越高，判断的误差越大。很多超车时发生的正面碰 撞事故就是由于驾驶员对距离判断错误造成的。 ( 4 ) 下坡行驶时的错觉 在下坡行驶时，驾驶员可能会错认为是在平路上行驶，特别是在路旁无建 筑物等明显标志的情况下，更容易出现这种错觉。由于这种错觉驾驶员在不知 不觉间超速行驶。 3 1 4 驾驶员疲劳特性 疲劳是一种复杂的生理现象，是驾驶员体力、神智和情绪的综合表现。做 任何工作都会产生不同的疲劳，但是，经过休息后就会恢复到原来的精神状态。 驾驶员疲劳是指驾驶后身体上发生变化，心理上发生疲劳，驾驶机能低落的总 称，它是降低驾驶员其他工作能力的重要原因。驾驶车辆与其它活动相比，除 身体上所承受的负荷与一般体力劳动相同外，因长时间精神高度集中，坐在一 个席位上，动作受到定限制，感觉器官忙于收集情报，大脑还要忙于判断分 析，运动器官忙于操作，精神一直处于紧张状态，其心理负担较重。如果汽车 混台交通流下信弓交叉口机动车微观行为研究 的车舱环境差，交通环境也差，极易使驾驶员产生疲劳。在行车中出现的疲劳 有正常疲劳和过度疲劳。正常疲劳经过休息，次日就可消失；过度疲劳经过休 息，次日还不能消失，这种疲劳在体内逐渐积累，在没有暴发出来之前，长期 不被察觉，从而留下事故隐患。从医学观点来看，疲劳又分为身体症状、精神 症状和神经症状。身体症状表现为身体有疲倦、沉重、板硬、周身疼痛等症状： 精神症状表现为思想考虑不周全、健忘、精神涣散、思想不集中等症状：神经 症状表现为眼神经疲劳、动作失调、眼睑的肌肉抽动、手脚发抖、精神不振等 现象。驾驶员产生疲劳主要是由生活、生理、心理和工作环境等方面因素引起。 生活方面的因素是产生驾驶疲劳的最主要原因，象睡眠不足、饮食不适、身体 状况差等，驾驶员容易疲劳，注意力易分散，大脑处于抑制或半抑制状态，对 外界信息反应迟钝，对操作产生一定影响，对处理险情力不从心，驾驶操作上 的失误增多，发生事故的概率就增大。防止疲劳的有效措施是保证驾驶员有充 足的睡眠时间。千万不要在驾驶中出现疲劳，应该提前休息充分，上路前用凉 水浸脸，提神清脑。如果身体有病、精神不佳、情绪不稳，就不要自己开车。 3 1 5 驾驶员心理特性 从发生交通事故