第6章-道路交通仿真模型與方法12

1第六章

道路交通仿真2對交通系統(tǒng)的仿真研究可以分為三個層次：宏觀仿真、中觀仿真與微觀仿真。宏觀仿真著重從全局角度來研究系統(tǒng)特性。宏觀仿真模型中，交通流被視為一個可壓縮的媒體或流體，交通流的運動按照流體機制來處理。宏觀仿真通過流量-密度關(guān)系來控制交通流的運行，模型中不追蹤單個車輛的移動。

中觀仿真模型以在宏觀模型基礎(chǔ)上考慮了集計的車輛行為，可以描述流量的動態(tài)特性以及路口的隊長、延遲等屬性。微觀仿真模型以跟車模型為基礎(chǔ)，追蹤每個車輛的移動過程。在微觀模型中，車輛的移動由駕駛員的特性、車輛性能、車輛周圍的環(huán)境和道路幾何條件來決定。3國外道路交通仿真系統(tǒng)

20世紀60年代以來，國外交通仿真系統(tǒng)得到了較大發(fā)展。目前，公開發(fā)表的道路交通仿真軟件已有近百個，有一定應(yīng)用的軟件系統(tǒng)也有數(shù)十個。交通仿真軟件的新用途是為智能交通系統(tǒng)(ITS)提供論證手段。ITS應(yīng)用的一個重要特點是要考察整個網(wǎng)絡(luò)的全局效果，近年來，針對ITS開發(fā)的軟件主要有DYNASMART、VISSIM、INTEGRATION、MITSIM、THOREAU、TRANSIMS、WATSIM與PLANSIM-T。4交通仿真系統(tǒng)的用戶群分類

基礎(chǔ)設(shè)施的運營者與決策者地方、公路交通部門當局(政府)

私人停車經(jīng)營者公交經(jīng)營者車輛控制駕駛員與乘客各類貨物運輸者與貨主設(shè)計與咨詢機構(gòu)5通用交通仿真軟件

要在參考前人文獻和研究現(xiàn)有模型的基礎(chǔ)上，確定系統(tǒng)的總體設(shè)計思想和要達到的主要目標;需要開發(fā)具有個性的模型，以實現(xiàn)新的功能或糾正已有模型的缺陷;要對模型所用的參數(shù)進行校驗和調(diào)整，得到符合應(yīng)用地區(qū)的模型和參數(shù)。

6研究型和商業(yè)型交通仿真軟件的區(qū)別研究型的軟件主要是給開發(fā)者自己用的，而商業(yè)型的軟件是給用戶用的，兩者的區(qū)別并不在于是否市場上有得賣。研究型的軟件強調(diào)的是想法和模型的創(chuàng)新，而不是軟件的用戶界面和使用價值。商業(yè)軟件的基本要求是：包羅最新交通仿真模型，研究證明了的先進功能和競爭產(chǎn)品所具有的主要功能；能夠切實為交通規(guī)劃和交通工程人員提供一個解決實際問題的仿真工具；提供適用的用戶界面和數(shù)據(jù)接口，方便大多數(shù)用戶以較低成本把仿真模型作為他們的一種分析工具。

7軟件名稱開發(fā)單位國家AIMSUN2卡特倫亞理工大學(xué)西班牙ANATOLL設(shè)備技術(shù)研究中心法國AUTOBAHN奔弛咨詢公司德國CASIMIR國家交通研究所法國CORSIM聯(lián)邦公路局美國DRACULA利茲大學(xué)交通研究所英國DYNEMODeutscheAutomobilgesellschaftmbH德國FRESIM聯(lián)邦公路局美國HUTSIM赫爾辛基理工大學(xué)芬蘭INTEGRATION皇后大學(xué)交通教研室加拿大MICROSIM科隆大學(xué)并行計算中心德國MITSIM麻省理工學(xué)院美國PARAMICS愛丁堡并行計算中心與卡斯通有限公司英國SUTURN利茲大學(xué)交通研究所英國TRANSIMS羅阿拉莫斯國家實驗室美國TRIPSMVA公司英國VISSIMPTV系統(tǒng)軟件與咨詢公司德國8

微觀交通仿真軟件的適用范圍城市交通高速公路二者兼有其他CASIMIRAUTOBAHNAIMSUN2ANATOLLDRACULAFREEVUCORSIMPHAROSHUTSIMFRESIMFLEXSYTIISHIVAMICSTRANMIXICINTEGRATIONSIMDACNETSIMSISTMMELROSEPADSIMMICROSIMSIGSIMMITSIMSIMNETPARAMICSSITRA-B+PLANSIM-TSITRASTRANSIMSTHOREAUVISSIMNEMIS9101112應(yīng)用規(guī)模大部分軟件可在PC機或UNIX系統(tǒng)上運行。有個別在VAX和RE6000機以及SUN機上運行。微觀仿真模型應(yīng)用規(guī)模取決于計算機性能。小規(guī)模：20km,50個節(jié)點，1000輛車；大規(guī)模：200以上節(jié)點，數(shù)千輛車；MICROSIM、PLANSIM-T與PARAMICS可以模擬3000個節(jié)點、100萬輛車(需用到并行計算機)。計算速度取決于路網(wǎng)大小和計算機性能。一般來說仿真軟件的運行速度為實際時間的1～5倍。更快一些可達到15~20倍，但也有慢于實際時間的。13

微觀仿真軟件能夠描述的交通現(xiàn)象交通現(xiàn)象描述方法可仿真模型*排隊通過可利用空間約束、跟車及換道刻畫；87%路傍停車通過特定節(jié)點、路段上車輛的狀態(tài)來刻畫；35%交織運行通過強制換道、特定換道模型、決策規(guī)則、換道邏輯等刻畫；77%行人約束主要通過沖突區(qū)及其相互作用來判斷；26%突發(fā)事件通過對道路上非期望事件出現(xiàn)的判斷來描述65%天氣條件通過車輛速度-加速度行為刻畫；26%車輛類別通過車輛尺寸、重量、優(yōu)先級等刻畫；61%發(fā)動機模型通過機械方法或加速率的改變來刻畫；19%環(huán)島通過車道分段、讓行、交織區(qū)等刻畫。58%停車場搜索通過固定地點/區(qū)域停車場狀態(tài)掃描來刻畫；13%公共交通通過固定某類車輛行駛線路來刻畫；52%自行車/摩托車通過自行車及其對機動車的影響來評價；10%交通鎮(zhèn)靜措施通過限制行駛速度、讓行、可變信息標志、線路引導(dǎo)標志刻畫。42%14微觀仿真軟件能描述的交通控制和管理方式固定信號控制、自適應(yīng)控制、匝道匯入控制、靜態(tài)路徑誘導(dǎo)、動態(tài)路線誘導(dǎo)、事故處理、公交車優(yōu)先控制、可變標志控制、收費口、自動道路系統(tǒng)、無人駕駛車輛、停車地誘導(dǎo)等。15微觀交通仿真系統(tǒng)的功能要求（1）建立和處理不同形式的路網(wǎng)，清晰地表現(xiàn)路網(wǎng)的幾何形狀，包括交通設(shè)施；產(chǎn)生進入路網(wǎng)的不同種類的車輛以及車長、初速度等，獲得交通流各種統(tǒng)計數(shù)據(jù)；處理車輛在路網(wǎng)上的運行情況，準確反映出車輛間的相互作用；處理網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部對車流產(chǎn)生影響的發(fā)生點和吸納點；跟蹤路網(wǎng)內(nèi)行使的任一輛車，真實地模擬交通控制策略。16微觀交通仿真系統(tǒng)的功能要求（2）模擬先進的交通管理策略；提供與外部應(yīng)用程序交互的接口；模擬動態(tài)車輛誘導(dǎo)，再現(xiàn)被誘導(dǎo)車輛和交通中心的信息交換；應(yīng)用于一般的路網(wǎng)，包括城市道路和城市間的高速公路；仿真路網(wǎng)交通流的狀況；模擬公共交通；提供結(jié)果分析的工具和圖形化的交互界面。17

交通仿真的目標是評價交通管理計劃的行為效果。交通研究的效果包括5個方面：一是與出行效率相關(guān)的方面，如出行的速度、時間等；

二是與交通安全相關(guān)的方面，包括車頭時距、事故等；三是與交通環(huán)境相關(guān)的方面，如各種污染物的排放及振動的產(chǎn)生等；

四是與旅客舒適相關(guān)的方面，如停站次數(shù)，密度，擁擠水平等；緊張、舒適性等；五是交通出行的技術(shù)性能指標，如費用與燃料消耗。

18仿真評價指標目標指標提供率效率速度87%出行時間87%擁擠71%出行時間變化率68%排隊長度65%公交管制26%方式選擇16%安全車頭時距42%超車26%事故數(shù)量16%事故/速度嚴重性16%離碰撞時的時間間隔16%行人作用16%19目標指標提供率環(huán)境排放物52%路傍污染水平16%噪聲13%舒適物理舒適性3%緊張性0%技術(shù)燃料消耗48%性能車輛運營費用6%仿真評價指標(續(xù))20軟件的輸入輸出界面

描述諸如節(jié)點、路段、交通信號、路徑、車輛到達率等。但也有少數(shù)幾個軟件提供了路網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)和幾何數(shù)據(jù)的圖形輸入界面。大部分軟件具有動畫演示輸出功能，但也有少數(shù)模型只提供數(shù)據(jù)庫格式的輸出形式?；镜姆抡婕夹g(shù)

幾乎所有的仿真軟件均采用面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù)．絕大部分采用了時間掃描的描述方式．且多為微觀仿真。

21交通仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以微觀交通仿真系統(tǒng)為例，其結(jié)構(gòu)一般包括3個主要模塊：一是道路網(wǎng)絡(luò)描述模塊，包括交叉口，路段，小區(qū)等；二是車路間的信息通信模塊，涉及交通流誘導(dǎo)等問題；三是車輛動態(tài)運行模塊。

2223仿真系統(tǒng)的輸出指標網(wǎng)絡(luò)上車輛行駛的信息

如總旅行時間，旅行距離，平均速度；經(jīng)過的交通檢測設(shè)備

如記數(shù)器，速度，車道占有情況，點到點時間，車輛類型，突發(fā)事件信息等；路段交通數(shù)據(jù)包括路段交通密度，路段平均速度，旅行時間等；仿真運行中的警告及錯誤信息；環(huán)境排放與燃料消耗數(shù)據(jù)；車輛運行與路段交通數(shù)據(jù)的圖形顯示。24我國交通仿真系統(tǒng)研究的技術(shù)關(guān)鍵建模過程中的技術(shù)關(guān)鍵我國道路交通運行環(huán)境與發(fā)達國家不同，主要特點有：(1)混合交通流環(huán)境

不同類型，尤其是較大比例的非機動車流與機動車的混行使得車輛跟弛模型與換道模型發(fā)生重大變化。(2)行駛行為不規(guī)范

過多的交通不暢使得交通標志和道路行駛的規(guī)則對駕駛員和行人、自行車者的約束大打折扣，這對描述這些行為造成了很大困難。(3)車輛特性差異大

我國道路上行駛車輛種類繁多，性能差異很大。性能較差的車輛增加了道路突發(fā)事件概率。25要解決的技術(shù)關(guān)鍵(1)建立非機動車與機動車之間的影響模型，包括在交叉口、有隔離路段及無隔離路段的相互作用模型；(2)研究我國國情下道路交通管理計劃的計算機描述模型，重點是城市道路交叉口信號配時對機動車與非機動車行駛的描述；(3)研究我國城市道路網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造模型，重點是對不同類型立交、路面狀況及支線街道及車輛行駛特點的定義；(4)行人行為及其對道路交通流運行的影響模型。26（5）合作與聯(lián)系

目前從事交通仿真研究的單位大多是從自身情況出發(fā)來開展工作，缺乏大范圍的統(tǒng)一協(xié)作，易造成重復(fù)性的研究，從而導(dǎo)致有限資金的浪費；（6）信息技術(shù)

已有的仿真軟件與模型都是局限于交通環(huán)境自身而言的，沒有真正與GPS和GIS等與信息技術(shù)相關(guān)的信息系統(tǒng)聯(lián)系起來進行仿真研究。要解決的技術(shù)關(guān)鍵27仿真過程實施中涉及的主要技術(shù)關(guān)鍵

硬件與軟件環(huán)境仿真的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模及交通實體數(shù)量一般受計算機軟、硬件制約的。計算經(jīng)驗微觀仿真中，跟車與換道模型需要的步長一般為1到0.1秒。用戶界面用戶圖形界面可顯示的信息包括網(wǎng)絡(luò)、檢測器、車輛移動的發(fā)生等。與支持模塊的通信一般需要一個總控模塊來協(xié)調(diào)各模塊之間的數(shù)據(jù)交流?？偪啬K主要功能是對各模塊進行協(xié)調(diào)和實施，模塊間的信息交換需要通過處理器之間的通信來完成。28國外交通仿真模型和系統(tǒng)難以在我國得到推廣的主要障礙：

模型參數(shù)問題，多數(shù)國外模型中的參數(shù)不太適合有大量非機動車存在時的我國交通環(huán)境；國外產(chǎn)品沒有漢化，外文界面及技術(shù)手冊使得它們難以在工程技術(shù)界得到推廣；軟件的價格問題，國內(nèi)交通企業(yè)對軟件的認識還沒有達到發(fā)達國家的水平，真正的軟件市場尚未形成。29交通仿真模型的10個主要領(lǐng)域

道路物流與一般管理需求管理交通管理停車管理公交管理交通信息出行管理貨運與乘務(wù)組管理車輛控制內(nèi)部服務(wù)系統(tǒng)30關(guān)于交通現(xiàn)象的描述方法天氣：通過速度-加速度行為刻畫；停頓車輛：通過特定節(jié)點、路段和車輛狀態(tài)刻畫；發(fā)動機模型：通過機械方法或加速率的改變來刻畫；車型：通過車輛尺寸、重量、優(yōu)先級等刻畫；行人：主要通過轉(zhuǎn)向區(qū)及其相互作用來判斷；公交：通過固定車輛行駛線路來刻畫；交通鎮(zhèn)靜措施：通過限制行駛速度、讓行、可變信息標志、線路引導(dǎo)標志刻畫；排隊：通過可利用空間約束、跟車及換道刻畫；交織：通過強制換道、特定換道模型、決策規(guī)則、換道邏輯等刻畫；環(huán)島：通過車道分段、讓行、交織區(qū)等刻畫。31微觀仿真模型的基本要素道路條件包括：幾何參數(shù)、路面狀況、交通標志、交通信號等。車輛到達車輛特征車輛動力性能(最高車速和加減速能力)、車輛類型特征車輛間的相互作用人—車單元運動運動只受車輛、道路條件和外部因素影響；除上述影響因素，還有其他人—車單元影響。車輛間的相互作用駕駛員對來自其他車輛的干擾一般通過調(diào)整車速來體現(xiàn)的，當條件允許，轉(zhuǎn)換車道或超車。32車輛行駛模型車輛的生成車輛狀態(tài)的確定車輛的自由行使車輛的跟馳行駛車輛的超車車道變換車輛停車33典型的微觀交通仿真模型道路微觀仿真用到的模型主要有三個系列:1跟車模型

2換道模型

3信號響應(yīng)邏輯模型多數(shù)軟件中采用的跟車模型以Herman等人提出的模型為基礎(chǔ)，主要原則是根據(jù)后車與前車的關(guān)系計算確定后車的加/減速度。3435車輛跟馳特性分析制約性

車速條件；間距條件。延遲性

駕駛員對于前車狀態(tài)改變有一個反應(yīng)過程，包括：感覺階段、認識階段、判斷階段、執(zhí)行階段。傳遞性

具有延遲性的向后傳遞的信息不是平滑連續(xù)的，而是象脈沖一樣間斷連續(xù)的。36跟車模型

跟車模型以車頭時距和前后車的相對速度為基礎(chǔ)，一般可以分為三種模式：自由流模式跟車模式緊急減速模式37車輛跟駛模型分類刺激—反應(yīng)模型安全距離模型生理—心理模型模糊推理模型元胞自動機模型38

線性跟馳模型刺激－反應(yīng)方程的一種形式。反應(yīng)：駕駛員對他前面運行車輛的反作用。

反應(yīng)(t+T)=靈敏度×刺激(t)車輛跟馳：交通規(guī)則限制或者鄰近車道交通量大→駕駛員無法超車→跟著前頭車輛行駛。39駕駛員分類特征駕駛員的反應(yīng)過程包括4個階段：感覺階段、認識階段、判斷階段、執(zhí)行階段．這4個階段所需要的時間稱為反應(yīng)時間．例如駕駛員的制動反應(yīng)時間，它包括接受刺激后大腦的反射時間，腳從加速踏板移到制動踏板的更換時間，踩下制動踏板到制動器起作用的制動傳遞延誤時間，三者總和為制動反應(yīng)時間．美國各州公路工作者協(xié)會建議，對所有車速在確定安全停車距離時，反應(yīng)時間用2.5s，在確定交叉口視距時用2.0s．一般總的反應(yīng)時間在0.5～2.2S之間．反應(yīng)速度的快慢與駕駛員對行車環(huán)境的熟悉程度、駕駛經(jīng)歷、駕駛員的年齡、性別、氣質(zhì)等有關(guān)。40車輛的跟馳位置位置圖假設(shè)：路上有多輛車列隊行駛，并且禁止超車。前方車輛:行駛速度發(fā)生變化跟隨車輛:駕駛員調(diào)整自己車輛的速度，保持安全行車距離。A.Reuschel和L.A.Pipes方程式:

基準點：t時刻車輛n的位置41式中，：車輛ｎ距基準點的距離；：車輛ｎ的速度；：車輛ｎ的加速度；：常數(shù),反應(yīng)強度。跟馳車輛的加速度與其與相鄰前方車輛的速度差成正比。(1)42上述模型，采用簡單的刺激一反應(yīng)特性過于簡單，難以反映駕駛員在行車過程中其感知、反應(yīng)、判斷等心理、生理行為特性及其過程的復(fù)雜性，，并且存在如下一些缺陷:前車的刺激與后車的反應(yīng)是一一對應(yīng)的關(guān)系。而現(xiàn)實的跟車行為是隨交通條件和流量條件的變化而變化的。后車能以確定性的方式對與前車的相對速度的微小變化作出反應(yīng)，且后車對正負相對速度的敏感程度相同，即相同的相對速度(絕對值)下，后車的加減速度(絕對值)相同。而實際觀測表明當兩車的距離增加或減小時，駕駛員的反應(yīng)不相同。前后兩車的車速相同時，允許兩車的車頭間距無限減少直至為零等。43安全距離模型

安全距離模型也稱防撞模型，該模型最基本的關(guān)系是尋找一個特定的跟車距離（通過經(jīng)典牛頓定律推導(dǎo)出）。大多數(shù)情況只需知道駕駛員降采用的最大制動減速度，就能滿足模型的需要。

與實際情況存在著差距，進行能力分析時很難與實際最大交通量吻合。44生理－心理模型

也稱反應(yīng)點模型（AP模型），這類模型用一系列閾值和期望距離體現(xiàn)人的感覺和反應(yīng)，這些界限值劃定了不同的值域，在不同的值域，后車與前車存在著不同的影響關(guān)系。生理－心理模型是一種跟馳決策模型。45車輛跟馳狀態(tài)劃分的三個階段兩車的速度差低于速度感知閾值，駕駛員僅通過對距離的感知來確定他是否處于逼近狀態(tài)；速度差超過閾值，駕駛員降低車速，從而使視角變化率維持在閾值附近；駕駛員在一個確保車輛駕駛和速度控制的車頭時距下，盡量降相對速度保持為零。46行為閾值模型

生理－心理模型的一種類型，理論基礎(chǔ)是駕駛員的生理－心理行為。最深入、最符合實際駕駛行為的是Wiedermann模型。優(yōu)點：充分考慮了駕駛員的心理、生理因素對駕駛行為的影響和制約，建模方法上最接近實際情況。缺點：模型的參數(shù)較多，子模型之間的相互關(guān)系比較復(fù)雜。各種閾值的調(diào)查觀測比較困難。

47行為閾值模型理論基礎(chǔ)駕駛員的駕駛行為受駕駛員的心理、生理因素的共同制約，表現(xiàn)為：集體特征夾雜著個體行為而表現(xiàn)出隨機性和復(fù)雜性。駕駛員對引導(dǎo)性車輛兩種反應(yīng)：適應(yīng)性反應(yīng)和機會形反應(yīng)。駕駛員對阻止性車輛的反應(yīng)：預(yù)防性反應(yīng)。在保持車道行使的狀態(tài)下，駕駛員只能是適應(yīng)性反應(yīng)；在變換車道的狀態(tài)中，駕駛員可能是機會性反應(yīng)，也可能是適應(yīng)性反應(yīng)。48模型表述Wiedermann模型中根據(jù)車流狀況及閾值界限分為三個反應(yīng)區(qū)：有意識反應(yīng)（逼近前車區(qū)、制動避禍區(qū)、撞車危險區(qū)）；無意識反應(yīng)區(qū)（跟車行駛區(qū)）；無反應(yīng)區(qū)（反應(yīng)上限、自由行使區(qū)、脫離前車區(qū)）；49車輛跟車行駛閾值示意圖50界限值的劃分（1）AX

靜止車輛的期望距離，包括前車的車長和前、后車的期望距離。服從正態(tài)分布，分布依賴于駕駛員對安全的需求。ABX

在較小速度差下的最小期望跟駛距離，包括AX和速度依附項。也服從正態(tài)分布。實際交通中，這個距離與速度不是完全成正比。51界限值的劃分（2）SDV（量綱為速度）距離較大時速度差的界限值。表示駕駛員有意識的感覺到他正在靠近一輛低速行使的車輛的臨界點。駕駛員減速到前車的速度，并與前車保持ABX。SDX（量綱為距離）跟駛過程中意識到距離變大的界限值，說明駕駛員有意識地感覺自己正在脫離跟駛狀態(tài)而離前車越來越遠。SDX1.5~2.5倍ABX變化。52界限值的劃分（3）CLDV（量綱為速度）短距離時意識到很小的速度差并且距離減少的界限值。當以很小速度差跟隨前車行使時，駕駛員意識到正處于一個逼近過程，不得不減小車速避免事故。OPDV（量綱為速度）短距離時意識到很小的速度差存在，并且距離增大的界限值。OPDV約為CLDV的1～3倍。53車輛跟車行駛閾值示意圖54Wiedermann模型的判斷流程圖55模糊推理模型主要通過駕駛員未來的邏輯推理來研究駕駛行為。最大的特色是將模型的輸入項分為幾個相互部分重疊的模糊集，每個模糊集用來描述各項的隸屬度。車輛跟馳模型使用三角隸屬度函數(shù)。兩個輸入變量：前后兩車的相對距離和相對速度。模型的核心仍是刺激—反應(yīng)關(guān)系。56模糊推理模型的分類是通過對現(xiàn)有確定性模型參數(shù)的模糊化來反映駕駛員的經(jīng)驗準則；利用基于駕駛規(guī)則的直接自然語言組成的模糊邏輯推理系統(tǒng)。后者更能反應(yīng)駕駛員在跟車時的決策過程，因此成為目前研究的熱點。57元胞自動機

元胞自動機的特點是空間、時間和狀態(tài)離散化。其運行規(guī)則主要有：所有元胞的狀態(tài)同時發(fā)生變化；且在t十l時刻，第i個元胞的狀態(tài)由時刻t的第i個元胞以及相鄰的有限個元胞的狀態(tài)共同決定。時間、空間和車輛速度都被整數(shù)離散化道路被劃分為等距離的離散的格子，即元胞每個元胞或者是空的，或者被一輛車所占據(jù)車輛的速度可以在（0～Vmax）之間取值58基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的車輛跟馳模型這類模型的主要特點是:自學(xué)習(xí)能力強、適時性和容錯性，適于模擬駕駛員感知和決策過程的不確定性數(shù)據(jù)量大且對數(shù)據(jù)的平衡性要求較高。59其他跟馳模型基于動力學(xué)的改進車輛跟馳模型適用于彎度與坡度的跟馳模型基于期望間距的微觀車輛跟馳模型基于可變跟馳時間和隨機因素的車輛跟馳模型基于滯后時間的非線性模型60車輛跟馳模型研究的趨勢隨著ITS、駕駛員信息誘導(dǎo)系統(tǒng)和車輛自動智能巡航系統(tǒng)的開發(fā)建立，駕駛員的跟馳行為將在很大程度上有別于過去。開發(fā)了許多針對特定問題研究的跟馳模型。如針對高速公路與城市道路開發(fā)的不同的跟馳模型;針對駕駛員信息誘導(dǎo)系統(tǒng)的模型;在ITS研究中針對特定控制下的車輛跟馳模型等。由于交通系統(tǒng)的復(fù)雜性，特別是跟馳行為影響因素的多樣性、因素自身的隨機性以及影響程度的度量困難，目前尚沒有一個公認的可以完全仿真跟馳行為的模型。我國缺乏建立跟馳模型所需的基礎(chǔ)實驗數(shù)據(jù)，交通環(huán)境、交通流構(gòu)成、駕駛員心理特性等方面都與國外有著較大差異。61換道模型車輛跟馳模型與換道模型是微觀仿真最重要的2個模型，換道模型更復(fù)雜，更難用數(shù)學(xué)方法描述；換車道行為是駕駛員由自身駕駛特征，針對周圍車輛車速、間隙等周邊環(huán)境信息刺激，調(diào)整并完成自身駕駛目標則略的總和過程。包括信息判斷和操作執(zhí)行。必需要有大量的微觀車輛信息作為基礎(chǔ)。目前最常用的是Gipps(1986)年提出的。換道的計算主要以換道概率、換道加速度、可接受間隙等指標反映。換道根據(jù)需求和類型可分為強制換道與自由換道。62現(xiàn)有研究對換道模型及換道規(guī)則過于簡單。具體的換道行為研究中，早期的有Gipps模型、FRESM模型和ETSIM模型，后來又逐漸發(fā)展了MITSIM模型、SITRAS模型和基于效用選擇、模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等理論的模型。大多數(shù)模型在進行換道可行性檢測時，考慮目標車道前后空檔是否大于最小安全間隙，若滿足則執(zhí)行換道；沒有考慮在前后空檔不充足的情況下，司機們可能存在的競爭合作博弈。目前的換道模型能很好地反映非飽和流時司機的換道行為，但卻不太適用于飽和流的狀況。

強制性換道指具有確定的目標車道，在一定區(qū)間內(nèi)必須實施換道的行為，如匝道的分流、合流車輛，交織區(qū)車輛。強制換道包括：①通往下一目的地路徑所需要的換道；②避免進入下一堵塞/封鎖車道所需要的換道；③避免進入某一限制車道所需要的換道；④響應(yīng)LUS與VMS所需要的換道。自由換道是指駕駛員為追求更高速度、繞過大型車輛、避免進入與匝道相連接的車道等而采取的換道行為。如超車等。強制性換道與判斷性換道在駕駛方式有很大區(qū)別。區(qū)別在換道需求產(chǎn)生這一環(huán)節(jié)，是否有明確的目標車道。換道模型64x0xn強制換道點65強制請求車輛初始化時就具有換車道需求，并不停地檢驗?zāi)繕塑嚨赖能囕v接受間隙從而完成換車道；整個過程就是一個不斷發(fā)送請求至滿足請求的連續(xù)過程；司機對間隙的綜合判斷能力可以充分利用一個可接受間隙；仿真過程中每一步長都進行檢測。66判斷請求判斷請求的車輛在每一仿真步長對相鄰的數(shù)個間隙同時進行檢測，選擇滿意度大的間隙作為目標間隙調(diào)整的自身的駕駛行為方式。初期尋求間隙，中期為目標間隙調(diào)整車速做匯入準備，末期實施換車道行為。交織區(qū)強制換車道，車輛越接近交織區(qū)末尾，駕駛員可接受的臨界間隙越小。交織比例越大，臨界間隙越小。67

駕駛員對目標車道上對應(yīng)位置的前后車間距進行判斷，只有前后車間距均滿足時，車輛才可以換道至相鄰車道。

如果當前的前車間距或后車間距小于最小前/后車間距，則拒絕在此間距內(nèi)換道;如果當前的前車間距以及后車間距均大于最小前/后車間距，則執(zhí)行換道操作。68在仿真中的應(yīng)用交織區(qū)強制性換車道模型復(fù)雜，車輛行駛狀態(tài)過多。程序：交織車輛產(chǎn)生強制換道請求；車輛對目標間隙進行前、后安全距離檢測；主車與目標車道前車是否滿足跟馳模型中防止碰撞的約束條件；目標車道后車與主車是否滿足跟馳模型中防止追尾碰撞的約束條件；69

判斷性車道變換是指車輛在遇到前方速度較慢的車輛時為了追求更快的車速、更自由的駕駛空間而發(fā)生的變換車道行為。車輛不變換車道也能在原車道上完成其行駛?cè)蝿?wù)，變道不是強制性的。自由換道條件下，換道決策是以當前車道和鄰接車道的交通條件為基礎(chǔ)的。它要考慮期望車道(由駕駛員對速度的喜好等因素決定)、可接受空隙等因素。自由換道(判斷性換道)模型70是否需要更換車道？

司機不滿意駕駛狀態(tài)在目標車道上行使是否會改善行使狀況?選擇何種換車道方向？

向左轉(zhuǎn)換車道的概率是向右的4倍是否有可能進入目標車道？滿足安全需求。換車道后不至于與目標車道的前車發(fā)生沖突，不至于目標車道的后車發(fā)生沖突。

司機對換車道的判斷過程71判斷性換車道過程

由預(yù)設(shè)的評分機制根據(jù)駕駛員特性評價對當前車道是否滿意，若不滿意，產(chǎn)生換道需求。

由相鄰車道的前間隙、后間隙的評價是否能夠?qū)崿F(xiàn)換車道行為。

主車成功匯入目標車道。需求評價執(zhí)行72需求產(chǎn)生PLC(換道概率)法對處于不滿意狀態(tài)的車輛，由概率分布的方式初始化哪些車輛有換道需求?，F(xiàn)在，在PLC法的應(yīng)用上，加了限制條件，如車速低于期望車速、匯入時加速匯入。綜合評價法較少研究。73間隙檢測前間距接受主車當前車速小于目標車道前車車速，且前間距大于3.05m由目標車道前車作為跟馳模型的前車并有跟馳模型預(yù)測其加速度，預(yù)測的加速度大于可接受的最小減速度以預(yù)測的加速度作為下一時刻調(diào)整的加速度前間距拒絕滿足滿足不滿足不滿足74間隙檢測后間距接受主車當前車速小于目標車道前車車速，且后前間距大于4.5m由目標車道后車作為跟馳模型的前車并有跟馳模型預(yù)測其加速度，預(yù)測的加速度大于可接受的最小減速度目標車道后車下一時刻調(diào)整其加速度后間距拒絕滿足滿足不滿足不滿足75間隙檢測安全系數(shù)

s最小期望間距，p車長，D平均減速度，fx前車位置，bx主車車速可接受風(fēng)險(CORSIM)

Dmin可接受的最小減速度；Dmax可接受的最大減速度；U風(fēng)險系數(shù)；Ui風(fēng)險閾值，確省0.2；DAF[1+(司機類型-0.5)]/FDA

;NLC變換車道次數(shù)；vi車輛期望運行速度；X車輛當前位置；X0目標位置。

76換車道執(zhí)行車道變換的前期