高速公路驾驶员行为模型的建立与仿真

第１６卷筇３期

２００３年９月

模式识别与人工智能

ＰＲ＆Ａ１

Ｖｏｌ１６Ｎｏ３２００３

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高速公路驾驶员行为模型的建立与仿真

甘霖

李灵犀

王飞跃

（中国科学院自动化研究所智能控制与系统工程中心北京１０００８０）

摘要传统的高速公路模型往往忽略了驾驶员微观个性的差别，很难满足控制、诱导等方面的精度要求本文依据实际数据聚类分析结果将高速公路上行驶车辆的驾驶员分为五类，提出新的换道模型，并对高速公路上的自由流和拥挤流两种交通流的速度密度关系用模糊推理进行建模，然后用实际数据进ｆｒ仿真；最后对仿真结果进行了埘论，分析了模型的可行性

关键词微观模型，宏观模型，跟车，换道，车道 与有率，模糊推理，聚类分析

中国法分类号Ｕ４；７ＦＰｌ８

１

引言

２驾驶员行为分析

从心理学角度来分析，驾驶员的个性不同，开车也各有偏好．比如，驾驶员所习惯的车速，习惯行驶的车道，是否经常处于加速、减速状态以及换道概率等都有所差别．实际的高速公路数据也表明这些特征，如图１．

驾驶员行为研究早在２０世纪６０年代就开始了．如Ｔｏｄｏｓｉｅｖ［ｏ最初主要集中在跟车模型的研究．２（）世纪８０年代，由于跟车模型的时滞微分方程求解的复杂性和用其推导宏观交通模型的不严格性，跟车模型发展开始减慢这时候，部分学者开始列驾驶员行为进行分类，对驾驶员行为深入研究，如Ｃａｒ—

ｌｏｓ

Ｌ“这些模型巾对驾驶员行为分类简单，且仅仅考

虑跟车行为模型，而实际车流中换道行为非常频繁，因此，跟车行为模型很难描述实际驾驶员行为Ｎｉｋ¨ｎｉ对换道行为做了定性分析ｌ…，Ｋｏｕｒｊａｎｓｋｉ建立了微观意义１．的跟车时空模型和换道时空模型…Ｊ，这些模型仅限于微观模型，对于宏观交通流分析意义不大

为ｒ解决日前高速公路行为模型的不足，本文结合上述作者的研究，提出新的换道模型，并在通过模糊推理建立了一个较为全面的高速公路行为模犁首先，通过对实际的交通流数据进行模糊聚类分析，将高速公路上的驾驶员分为五类，从而分析在 个三１二道的高速公路上各类驾驶员行为，建立了换道行为模型；在此基础上通过模糊推理建立了高速公路多乍道交通流行为模型．通过实际数据的仿真，就驾驶员的开车行为对交通流的影响展开了讨论

收稿日期：２００２

０７—１２；修回口期：２００３—０３

２７

茁毒

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驿。蚓斌

车道占有率

陴『１

流量一占有率腺始数据图

如何将驾驶员的行为分类对行为模型的建立非常关键．一方面，分类过少便失去了行为模型的意义．Ｃａｒｌｏｓｔ３］分析了两车道高速公路驾驶员行为，将驾驶员分为快车型和慢车型．泼模础对一些交通现

万方数据　

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模式识别与人工智能—————！生兰

象进行了合理的解释，阐明了研究驾驶员行为的意义同时，他也指出将驾驶员仅仅分成两类不够精确，不能完全地描述高速公路ｆ二的驾驶员行为，尤其是对于多车道高速公路．另一方面，分类过多会带来较多的参数，使得模型实用性差．

为了寻求合适的驾驶贝分类，本文对多车道车流的实际数据采用模糊聚类方法分析由于实际上小可能对每个驾驶员进行实验，所以本文通过驾驶员在实际交通流中的行为来寻求驾驶员的分类信息．这样，驾驶员的开车行为就要受到车流环境的约束，因此，只有在柏同路况下比较驾驶员行为才有意义．褶同路况微观表现为相同的车间距，又密度＝流量／速度，车间距＝１／密度，所以相同路况在宏观卜表现为车流量．本文驾驶员分类的依据是相同流量ｒ车速小为谨慎型，车速大的为冒险型；换句话说，在不同流量的车流Ｌ卜Ｉ以相同的车速行驶时，车流量小的为谨慎型，车流大的为冒险型因此，本文选取流量代表ｒ环境因素的制约，于是可以在车流量一速度空间中进行模糊聚类分析．共采集３７００组流量速度数据，用相关系数法建立模糊丰日似关系，得到聚类结果如图２，聚类中心如图中＊型图标所示．从聚类结果图中可以看到：

（１）聚类中心点的速度相差不大，流量反映了驾驶员行为的不同特征；

（２）五类基本Ｉ二能涵括所有的数据密集区，能比较好地描述所有的驾驶员行为

综上分析，本文将高速公路驾驶员分为五类：谨慎刑、开慢车型、巾等车速型、开快车型和危险型，同时假设每类驾驶员在车流中所占的比例为Ａ，ｉ＝１，２，…，５，则＇：ｐ，＝ｌ

鲁÷

＼Ⅲｌ｛

拣Ｖ越瑚

流量（辆／ｄ，时）

蚓２速度

流量聚类示意图

图２中，谨慎型：低流量情况下，平均车速

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方数据５９

ｈｎｉｌ／ｈｒ：中等车速型：一般流量情况下，、Ｆ均车

速５７９ｍｉｉ／｝１ｒ＇开快车型：较高流量情况下，平均车速５７．８ｍｉｌ／ｈｒ；开慢车型：较低流量情况ｒ，平均车速５８２ｍｉｌ／ｈｒ；危险型：高流量情况Ｆ，平均车速５６

８ｒａｉｌＡｎｒ

３

换道行为模型

本文末要研究在目前高速公路Ｅ比较有代表意

义的三车道高速公路Ｉ。（图３）驾驶员的行为模型对于该路段我们做如下假发：

（１）该三车道高速路段上没自人ｆ一１匝道和ｍ口匝道：

（２）高速公路上没有事故发生，也没有堵塞现象；

（３）路段的儿何条件均匀．

对于多车道路段，当被研究车道同相邻车道密度有差异叫，车道上的车辆将进行换道，也就是说，相邻车道密度差是换道的原动力，对Ｊ．柑同的｛许度差，不同类型的驾驶员会有不同的反应本章节刘驾驶员所需换道空间进行建模，由于换道空间在目标车流中，所以将换道行为归人目标车道的车流中来考虑下面分析不同类型驾驶员的换道概率和换道

空间．

车道ｎ一１畦］Ｉ二Ｊ

诵了…证歪ｉ鱼遗二ｊ芭五ｉ一…

Ｅ：卫一）虻：丑［］

车道ａ＋１４Ｅ丑］旺＝Ⅱ］Ｉ露囊］

罔３

ｉ车道高速公路路段模型

如图３所示，在女＋１时刻，在。车道上的车流中，包括该车道ｋ原有的车，从“＋１道ｌ：转过来的车和从ｎ一１道上转过来的车三部分假设，这三部

分在该车道车流中所占比例分别为一：，向，ｐ，若“（＾）表示在＾时刻车道ａ卜的密度，则当“（¨＜ｎ＋ｌ（ｋ）时，一部分ａ＋１车道上的车会考虑换到ａ车道上去，米平衡相邻两车道密度的差异，使两车道的密度趋于一致因此，本文用上一个刚刻的两车道的相对密度来描述车辆换道的概率

ｐ：＋ｐｔ＋ｊｉ＝１，ｔｎ

Ａ（悬＋１）－＝＾，（“＋Ｉ（矗）一岛（点））／陆，（２）

Ａ（ｋ＋１）＝＝＾，（“Ｉ（是）一“（壶））／“

（３）

＾，，＾，为比例系数，经实验，当＾，＝０

４，＾一０．２时比

较接近实际车流．

３期

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等：高速公路驾驶员行为模型的建赢与仿真

过去的交通流理论笼统地认为所有车、所有路况Ｆ的：』ｃ＝拿换道空问约为２５水本文从驾驶员换道过程人手对影响驾驶员换道空问的罔素进行分析驾驶员换道过程如下：首先驾驶员准备换道，当耳标车道上出现换道空Ｊ刈时，加速丌始换道，直到进入目标１‘遭，｛一ｊ时车速等于目标车道车速从巾我们分析到。奠伞换道空问同这几个因素有关：驾驶员类型、原车道 …… 此处隐藏：6440字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……