交通流 跟驰行为

1、随着我国城市的快速发展以及机动化的加剧，城市交通系统变的越来越复杂。 在这个复杂的系统中，交通流理论成为研究的前沿和热点。交通流理论是一门交 叉性边缘学科，其目标在于建立能够描述实际交通一般特性的交通流模型，以届 时控制交通流动的基本规律。交通流理论研究内容广泛，可分为微观交通流、中 观交通流和宏观交通流。其中微观交通流又分为车辆跟驰模型和换道模型，由于 换道模型过于复杂，过去的大部分研究主要集中在跟驰模型。车辆跟驰理论是运 用动力学方法，研究在无法超车的单一车道上，车辆列队行驶时，候车跟随前车 行驶状态的一种理论，它用数学模型表达跟车过程中发生的各种状态。典型的跟 驰模型主要包括：基于刺激-

2、反应的GM模型、基于安全间距的跟驰模型（CA）、 线性跟驰模型、基于生理-心理的跟驰模型（AP）、基于人工智能的跟驰模型（模 糊推理跟驰模型）、其他车辆跟驰模型（如基于多种期望值的跟驰模型、最优速 度车辆跟驰模型、基于非参数回归的车辆跟驰模型、考虑驾驶员特性的跟驰模型 等）。1.跟驰模型发展概述交通流跟驰理论的研究始于20世纪50年代，1950年Reushel和1953年Pipes 研究的跟驰过程，是跟驰理论研究开始的标志。I960年前后，Gazis、Heiman和 Rotho等人提出了 GM系列模型，成为早期跟驰理论研究中最重要的研究成果。 1959年Helly提出了线性跟驰模型，同年Kom

3、etani和Sasaki提出了 CA （元胞自 动机）模型。1962年，Miachaels提出了基于期望间距的跟驰模型，次年又提出 了生理-心理模型。1992年Kikuchi和Chakriborty提出了基于模糊逻辑的跟驰模 型。国内学者在跟驰理论研究方面的主要成果有贾洪飞和隽志才提出的基于期望 间距的车辆跟驰模型和基于模糊推断的车辆跟驰模型及基于驾驶员认知过程的 车辆跟驰模型。徐伟民、熊烈强提出的与车辆跟驰理论统一的一维交通流动力模 型。唐铁军、黄海军、薛郁提出的改进的两车道交通流格子模型。张浩然、任刚、 王炜提出了基于相关分析和安全车距的跟驰模型。贾顺平、毛宝华提出了云推理 的车辆跟驰模型

4、CF-FM。吴超仲、严新平、马晓风提出的考虑驾驶员性格特性的 跟驰模型等等。这些理论极大的丰富和完善了跟驰模型理论。GM(General Motor)跟驰模型20世纪50年代后期和60年代早期研究的GM模型是最为著名的模型，其表达式为:其中：是第n辆车在t时刻的加速度，并且与第n辆车的速度厂成比例， 二和 &为第n和第n-1辆车间的相对间距和速度，为反应时间,，、出， 为常数。GM模型形式简单，物理意义明确，许多后期的跟驰理论研究都源于其建立 的刺激-反应基本方程。但在, /的标定过程中存在大量矛盾，导致这些矛盾 的原因主要有：根据GM模型，无论前后车相距多少，前后车都相互影响，这不 符合车辆

5、跟驰模型的基本定义；大量研究和实验都是在低速度交通运行状态中进 行的，而这样的交通流于真实的交通流相差较远；前后车速度相等的情况下允许 两车的距离为零，这不符合实际交通情况。由于这些原因，导致GM模型通用性 较差，现已很少使用该模型。安全距离跟驰模型（Safety distance models）安全距离模型也称防追尾模型（collision avoidance models，简称CA），最初 由Kometani和Sasaki提出，最基本的关系并非GM模型所倡导的刺激-反应模型， 而是寻找一个特定的跟车距离，这一距离通过牛顿运动定理推导出。最初模型为： T）=妃一 r） + 阳：（）+ 阮侦）

6、+ M其中-L均为系数。Gipps考虑先前研究中忽略的次要因素，对安全距离模型进行了重要改进， 使CA模型广泛应用于计算机仿真中。这是由于可以用一些对司机行为的一半感 性假设来标定模型，大多数情况只需要知道司机将要采用的最大制动减速度，即 可满足整个模型的需要。但同时也存在一些问题，比如“安全车头时距”在模型 中没有一个非常合理的起点，就像实际中一个司机可以考虑到前方几辆车的情况， 根据港获得的信息来假设这些车将采取的减速度大小。生理-心理跟驰模型（AP）生理-心理模型又称反应点模型（action point models）,由Michaels首次提出， 是一种跟驰决策模型。该模型将刺激抽象为

7、前后车之间的相对运动，包括速度差 和距离差的变化。这类模型通过一系列阈值和期望距离体现人的感觉和反应，这 些界限值划定了不同的值域，且不同值域中候车与前车存在不同的影响关系。生理-心理模型的集成系统可以合理的仿真司机的行为，最能描述大多数日 常所见的司机行为，其基础与实际问题最为一致，因此，尽管在标定各个参数和 阈值时存在一定问题，模型的有效性很难评价，这类模型及其衍生的各种模型广 泛应用于许多实践。模糊推理跟驰模型模糊推理跟驰模型主要通过推理司机未来的逻辑阶段来研究司机的驾驶行 为。Kikuchi和Chakroborty用模糊推理方法研究跟驰模型的初衷是模糊化传统GM 模型中的 .*和，其具

8、体表达式为：EF & = ADEQUATE THEN 知三（&, +其中丁为反应时间，取1s；候车司机希望在y时间内能够跟上前车，y取2.5s。该模型与传统GM模型相比，具有局部稳定性。从公式看出，最终的跟车距 离仅与最终速度有关而与初始跟车距离和速度无关。其他跟驰模型除了上述的经典跟驰模型，还有近几年发展的其他模型。贾洪飞、隽志才（2000）发现在实际的跟车行为中，后车驾驶员在尽力减小 两车相对速度的同时，更倾向于以一与车速、驾驶员生理心理特性等有关的“期 望间距”来追随前车，因而提出了基于“期望间距”这一参数对传统跟驰模型的 修正。吕贞、陆建（2010）从驾驶员速度选择的差异角度，将驾驶员

9、的期望车速 作为其速度选择差异的因子，建立基于期望车速的跟驰模型，并对其稳定性和保 持稳定的必要和充分条件进行分析。研究发现当驾驶员的期望车速接近均衡车速 时，交通流是稳定的；反之，当驾驶员的期望车速与均衡车速差异较大时，交通流的稳定性可能下降。胡家兴、陈燕、张立东、扬子江等人（2008）在分析交通流跟驰理论的基础 上，探讨了交叉口信号灯对车辆跟驰行为的影响，提出了一种改进的交通流跟驰 模型。该模型将信号控制路口的车辆跟驰行为分为启动跟驰和停车跟驰两种状态， 分别建立模型进行分析，结果显示该模型具有一定的可信性。同年，魏丽英、吕 凯对信号交叉口处自行车交通流的跟驰行为进行了研究建模。模型综合考虑自行 车流运行过程