微观交通仿真中的驾驶员模型

　Ξ　收稿日期:2007-11-11

基金项目:成都市科技攻关项目(07GGY B256G X 2010).

作者简介:李勇(1981—

),男,湖北公安人,硕士研究生,主要从事智能交通系统方面的研究.

微观交通仿真中的驾驶员模型

Ξ

李　勇,何　伟,苏　虎

(西南交通大学电气工程学院,成都　610031)

摘要:阐述了微观交通仿真中跟驰模型和换道模型在国内外的发展历程和现状,分析了各种跟驰模型各自的特点和存在的不足,介绍了换道模型的可接受间隙法,总结了国内外的研究成果,并提出了新的研究思路.

关　键　词:交通仿真;微观交通仿真;驾驶员模型;跟驰模型;换道模型中图分类号:U491 文献标识码:A

文章编号:1671-0924(2008)01-0019-05

R esearch of Driver Model in Microscopic Traffic Simulation

LI Y ong ,HE Wei ,S U Hu

(School of E lectrical Engineering ,S outhwest Jiaotong University ,Chengdu 610031,China )

Abstract :The development process and existing research in China and other countries of car following m odel and lane changing m odel used in microscopic traffic simulation are presented.The characteristics and defects of various car following m odel are deeply analyzed ,and the spacing accepting m odel of lane changing m odel is als o analyzed.Achievements of diver m odel in traffic simulation are summarized ,and s ome new research ways are put forward.

K ey w ords :traffic simulation ;microscopic traffic simulation ;driver m odel ;following m odel ;lane chang 2ing m odel

交通仿真按对交通系统描述细节程度的不同可以分为微观、中观和宏观仿真[1].微观交通仿真的研究对象为单个车辆,其仿真模型特别适合于在计算机上再现路网上的实际交通状况,因此国内外交通学术界均侧重于微观交通仿真技术的应用研究[2].驾驶员模型是交通仿真系统的基本组成部分,可将其分为跟驰模型和换道模型分别加

以研究.由于换道模型过于复杂,过去的研究大多集中在跟驰模型.

1　跟驰模型

车辆跟驰行为研究是对驾驶员行为研究的重要方面之一,也是交通仿真研究领域的基石.车辆

第22卷　第1期V ol.22　N o.1重庆工学院学报(自然科学)

Journal of Chongqing Institute of T echnology (Natural Science )

2008年1月Jan.2008

跟驰模型已被研究了半个多世纪(1950年鲁契尔和1953年派普斯对跟驰过程的研究,标志着跟驰理论解析方法研究的开始).之后,车辆跟驰模型的研究又经历了控制工程、感知和心理学几个阶段.

1.1　G M (G eneral M otor )跟驰模型

20世纪50年代后期和60年代早期研究的G M 模型是最为著名的模型,其表达式为:

a n +1(t +T )=cv m

n +1(t +T )

Δv (t )

Δx l (t )

(1)

其中:a n +1(t +T )为t +T 时刻第n +1辆车的加

速度;v n +1(t +T )为t +T 时刻第n +1辆车的速度;T 为反应时间;Δv (t )为t 时刻第n 辆车与第n +1辆车的速度差;Δx (t )为t 时刻第n 辆车与第

n +1辆车的距离;c ,m ,l 为常数.

G M 跟驰模型形式简单、物理意义明确,作为

跟驰模型研究的早期工作,具有开创意义,许多后期的跟驰理论研究都源于其建立的刺激—反应的基本方程.但在标定m 和l 的过程中存在大量的矛盾,导致这些矛盾的主要原因包括:①根据G M 模型,无论前后车相距多少,前后车都相互影响,这不符合车辆跟驰模型的基本定义;②大量的研究和实验都是在低速度交通运行状态中进行的,而这样的交通流与真实的交通流相差较远;③在前后车速度相等的情况下允许2车的距离为零,这不符合实际交通情况.由于以上3点原因导致G M 模型的通用性欠佳,所以现在很少使用该模

型.

1.2　线性跟驰模型

尽管Chandler ,Herman 和M ontrol [3]所提出的G M 模型在研究的初始阶段是线性的,但是He11y [4]

对线性跟驰模型发展的贡献却是不可忽

视的.他所提出的新线性跟驰模型考虑了前方2辆车是否制动减速对后车加速度的影响.模型如下所示:

a n (t )=C 1

Δv (t -T )+C 2(Δx (t -T )-D n (t ))

(2)D n (t )=α+βv (t -T )+γa n (t -T )

(3)

其中:D (t )为期望跟车距离;C 1为Helly 借用先前的研究成果,即通过对14个司机的跟车行为调

查,在相关系数大于0.8时,T 的取值范围为0.5s ～2.2s ,C 1的取值范围为0.17～1.3,平均T =0.75,在C 1=0.5的情况下,得到的结果;C 2为通

过设置Δv 和Δx ,使前后车的加速度相等,即相对加速度为零.

这样就产生最终公式:

a =0.5Δv (t -0.5)+0.125(Δx (t -0.5)-D n (t ))

(4)D N (T )=20+v (t -0.5)

(5)

Bekey ,Burnham 和Seo [5]再次利用线性跟驰模

型尝试用源自最优控制系统设计的传统模型推导新的跟驰模型.应该注意到线性模型的初始模型就是m =0,l =1的G M 模型,模型形式简单、实用.目前该模型也大量应用在实践中.但线性跟驰模型和G M 模型一样都存在通用性差的弊端.相对于G M 模型,由于考虑到前后车的速度差,线性模型在标定上更加合理.1.3　生理-心理跟驰模型

生理-心理模型也称反应点模型(Action P oint M odels ,简称AP 模型).该模型是将刺激抽象为前

后车之间的相对运动,包括速度差和距离差的变化.这类模型用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,并且在不同的值域,后车与前车存在不同的影响关系.生理-心理模型是一种跟驰决策模型.

Michaels [6]通过分析司机生理和心理的一些潜

在因素,首次提出生理-心理跟驰模型的理念:司机通过分析视野中前车尺寸大小的改变,即前车在司机视觉中投影夹角的变化,感知前后车相对

速度的变化,根据公认的感知阈值d/d t (Δv/Δx 2

)

约为6×10-4,判断是否正在与前车接近,一旦超过这个阈值,司机将选择减速,使对相对速度的感知不超过这个阈值.是否能够感知到前车的变化是后车司机进行任何操作的基础.

尽管该模型的集成系统可以合理地仿真司机的行为,但是在标定各个参数和阈值时却不太成功,因此很难来评价这些模型的有效性.但目前该模型的基础毫无疑问与实际最一致,也最能描述大多数我们日常所见的司机行为,因此这种模型以及其衍生的各种模型应用于许多实践中.

02重庆工学院学报