交叉口混合交通流跟馳行為研究

陳諾　許超然　郭季

摘 要：為了研究機(jī)動(dòng)車(chē)流和非機(jī)動(dòng)車(chē)流在交叉口交通信號(hào)燈影響下的過(guò)街跟馳情況，文章對(duì)西安市南稍門(mén)十字以及小寨十字進(jìn)行了觀測(cè)與記錄，采用錄制視頻的方式，觀測(cè)了在一個(gè)交通信號(hào)燈周期內(nèi)車(chē)流的過(guò)街跟馳情況，采集并分析數(shù)據(jù)后，針對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)流的跟馳行為構(gòu)建了基于安全距離的跟馳模型，通過(guò)分析可以看出，在交叉口處機(jī)動(dòng)車(chē)和非機(jī)動(dòng)車(chē)過(guò)街行為受行人和機(jī)動(dòng)車(chē)流影響較大，轉(zhuǎn)向車(chē)流與直行的車(chē)流也會(huì)互相影響。

關(guān)鍵詞：交叉口;機(jī)動(dòng)車(chē);非機(jī)動(dòng)車(chē);跟馳行為

中圖分類(lèi)號(hào)：U4691.2+33? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1671-7988（2020）03-234-03

前言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，我國(guó)車(chē)輛保有量逐年攀升，近年來(lái)各地政府出臺(tái)多項(xiàng)政策鼓勵(lì)綠色出行，其中非機(jī)動(dòng)車(chē)出行作為一種綠色低碳的出行方式，有效緩解了交通污染問(wèn)題。但隨著各類(lèi)非機(jī)動(dòng)車(chē)的推廣，城市道路上存在著大量的自行車(chē)、電動(dòng)自行車(chē)、三輪車(chē)、架子車(chē)等非機(jī)動(dòng)車(chē)，在無(wú)機(jī)非硬隔離或無(wú)交警執(zhí)勤的路口，非機(jī)動(dòng)車(chē)騎行者常常存在占用機(jī)動(dòng)車(chē)道或越線(xiàn)排隊(duì)的不規(guī)范行為[1]。

在這樣的交通背景下，非機(jī)動(dòng)車(chē)與機(jī)動(dòng)車(chē)之間的交通沖突，加劇了交通擁堵，導(dǎo)致了交通事故頻發(fā)，嚴(yán)重威脅了居民的財(cái)產(chǎn)安全和人身安全。本文對(duì)城市道路中的交叉口混合交通流跟馳行為特性進(jìn)行研究和分析，以此來(lái)減少跟馳行為引發(fā)的交通事故，提高道路的通行能力和服務(wù)水平，從而進(jìn)一步完善城市道路交叉口的交通安全。

1 跟馳模型

1.1 跟馳模型的介紹

車(chē)輛跟馳模型對(duì)研究微觀交通流非線(xiàn)性特性，解決擁堵、安全等問(wèn)題具有重要意義。Reuschel和Pipes[2]首創(chuàng)以解析方法研究車(chē)輛跟馳問(wèn)題[3]。Bando等提出了基于當(dāng)前車(chē)間距的優(yōu)化速度模型[4]，該模型能夠模擬實(shí)際交通流中各種非線(xiàn)性現(xiàn)象。Helbing等通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)并進(jìn)行仿真分析，發(fā)現(xiàn)跟馳車(chē)在靠近前方車(chē)輛時(shí)會(huì)產(chǎn)生不切實(shí)際的加速度，進(jìn)而提出了廣義力模型，后來(lái)不斷涌現(xiàn)優(yōu)化速度差模型和考慮前后車(chē)效應(yīng)及記憶效應(yīng)的等從各種角度進(jìn)行優(yōu)化的模型。目前尚未發(fā)現(xiàn)較為成熟的關(guān)于車(chē)輛跟馳模型在信號(hào)交叉口混合交通流的適應(yīng)性驗(yàn)證方面的研究。

1.2 跟馳模型的分析

1.2.1 非機(jī)動(dòng)車(chē)跟馳模型及思路

不同燈色的信號(hào)燈對(duì)非機(jī)動(dòng)車(chē)的跟馳行為有著不同程度的影響。當(dāng)信號(hào)燈的燈色為紅色和黃色時(shí)，車(chē)輛將采取一定的制動(dòng)措施，此時(shí)跟馳車(chē)輛受到被跟馳車(chē)輛的信號(hào)燈的共同刺激作用。此次主要考慮當(dāng)交叉口的信號(hào)燈為紅燈和黃燈時(shí)的情況。在信號(hào)燈為紅燈或者黃燈時(shí)，采用刺激-反應(yīng)模型。

式中：t為被跟馳車(chē)輛采取加減速行為時(shí)的時(shí)刻;T為反應(yīng)時(shí)間;a（t+T）為跟馳車(chē)輛在t + T 時(shí)刻的加速度;vn（t）為被跟馳車(chē)輛在t 時(shí)刻的速度;vn+1（t）為跟馳車(chē)輛在t 時(shí)刻的速度;μ為跟馳車(chē)輛駕駛員的反應(yīng)靈敏度。

1.2.2 機(jī)動(dòng)車(chē)跟馳模型及思路

本文主要研究地點(diǎn)為城市道路交叉口，道路交叉口是事故的高發(fā)地，而事故的常見(jiàn)原因是前后車(chē)的安全距離過(guò)小，所以本文重點(diǎn)研究跟馳模型中的安全距離模型。采用的安全距離模型是Kometani提出的，其表達(dá)式如下：

上述模型都是基于簡(jiǎn)單的牛頓運(yùn)動(dòng)學(xué)公式所推導(dǎo)得到的車(chē)輛速度與車(chē)頭間距及車(chē)身長(zhǎng)度之間的關(guān)系，具有明確的物理意義。

2 機(jī)動(dòng)車(chē)流跟馳模型及數(shù)據(jù)采集

2.1 數(shù)據(jù)采集

通過(guò)秒表和米尺及攝像機(jī)、雷達(dá)測(cè)速器等試驗(yàn)儀器測(cè)得50組數(shù)據(jù)，包括前車(chē)速度，后車(chē)速度以及兩車(chē)距離。

2.2 模型的建立

運(yùn)用SPSS軟件對(duì)模型進(jìn)行參數(shù)的標(biāo)定，處理數(shù)據(jù)如下：

3 非機(jī)動(dòng)車(chē)交通流分析及數(shù)據(jù)采集

3.1 非機(jī)動(dòng)車(chē)交通流特性

對(duì)非機(jī)動(dòng)車(chē)交通流的速度、密度等參數(shù)進(jìn)行觀測(cè)[5]。有如下一些特點(diǎn)：

（1）流動(dòng)性：非機(jī)動(dòng)車(chē)流的流動(dòng)行駛，常用流量、密度和速度等描述非機(jī)動(dòng)車(chē)流。

（2）行為性：?jiǎn)屋v非機(jī)動(dòng)車(chē)都是由人驅(qū)動(dòng)控制的，所以就不可避免地滲透了人的某種行為現(xiàn)象在其中。

（3）連續(xù)性：對(duì)于非機(jī)動(dòng)車(chē)車(chē)流來(lái)講也可以相對(duì)地把它看作連續(xù)介質(zhì)，常用非機(jī)動(dòng)車(chē)流的連續(xù)性假設(shè)解決實(shí)際問(wèn)題。

（4）壓縮性：非機(jī)動(dòng)車(chē)流的密度是可以變化的，就形成了事實(shí)上的可壓縮性。

3.2 非機(jī)動(dòng)車(chē)交通流的時(shí)間特性

根據(jù)調(diào)查資料分析，在早晨上班高峰小時(shí)非機(jī)動(dòng)車(chē)出行人次約占其全日出行總?cè)舜蔚?0%～25%，而22：30～5：30八小時(shí)流量超不出全天流量的5%。上、下午均出現(xiàn)高峰，顯然這兩個(gè)高峰均是由上下班（工作出行）形成的，由于非機(jī)動(dòng)車(chē)行駛速度較機(jī)動(dòng)車(chē)慢，形成了高峰在早晨往往比機(jī)動(dòng)車(chē)高峰超前15～30min，城市規(guī)模越大，超前就越多，而晚高峰則比機(jī)動(dòng)車(chē)的晚高峰要晚。

3.3 數(shù)據(jù)的收集與分析

本次研究所采用的數(shù)據(jù)采集方法是人工觀測(cè)法，選取的交叉口為南稍門(mén)十字交叉口以及小寨十字交叉口。通過(guò)錄像記錄了該兩個(gè)交叉口某時(shí)刻該路口非機(jī)動(dòng)車(chē)的跟馳行為。下表為交叉口非機(jī)動(dòng)車(chē)交通量匯總表。

通過(guò)對(duì)非機(jī)動(dòng)車(chē)在交叉口的運(yùn)行狀況分析，造成交叉口內(nèi)沖突加劇的主要原因非機(jī)動(dòng)和機(jī)動(dòng)車(chē)混合行駛且相互干擾，以及行人的干擾。機(jī)動(dòng)車(chē)在交叉口對(duì)非機(jī)動(dòng)車(chē)流也產(chǎn)生了一定的影響[6]，這些影響主要是：非機(jī)動(dòng)車(chē)行駛速度較低，需要更長(zhǎng)的行程時(shí)間;非機(jī)動(dòng)車(chē)起動(dòng)較快，往往搶行與直行車(chē)形成沖突點(diǎn);綠燈初亮?xí)r，成團(tuán)的非機(jī)動(dòng)車(chē)駛出和綠中期路口內(nèi)停留的左轉(zhuǎn)非機(jī)動(dòng)車(chē)造成對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)的側(cè)向擠壓。

因此，解決沖突是非機(jī)動(dòng)車(chē)交通交叉口優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要方法，其次，在交叉口處，由于交通信號(hào)燈的影響，非機(jī)動(dòng)車(chē)也是要經(jīng)歷制動(dòng)與再啟動(dòng)的過(guò)程。但是在啟動(dòng)時(shí)，行人會(huì)對(duì)其跟馳行為有一定的影響。

例如小寨十字交叉口情況，交通信號(hào)燈和行人的影響較大。非機(jī)動(dòng)車(chē)的車(chē)頭間距大約為兩米左右，同時(shí)在交叉口處非機(jī)動(dòng)車(chē)的轉(zhuǎn)向十分頻繁，也對(duì)跟馳行為有一定的影響。對(duì)小寨十字交叉路口進(jìn)一步分析，觀測(cè)非機(jī)動(dòng)車(chē)在一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)的排隊(duì)現(xiàn)象，得到如下數(shù)據(jù)：

由上表可以看出，信號(hào)交叉口的延誤程度和排隊(duì)長(zhǎng)度主要取決于車(chē)輛的到達(dá)率和交叉口的通行能力。在一般情況下，交叉口的到達(dá)率和交叉口通行能力都隨時(shí)間而變化的。

5 結(jié)論

對(duì)于不同的交通影響參數(shù)，得到的模型參數(shù)會(huì)有所不同，本文機(jī)動(dòng)車(chē)交通流跟馳模型基于城市道路信號(hào)交叉口混合交通流的交通條件進(jìn)行模型的標(biāo)定。對(duì)于其他的交通狀況條件，有待進(jìn)一步的研究分析。

非機(jī)動(dòng)車(chē)和機(jī)動(dòng)車(chē)在交叉口內(nèi)共同行駛以致相互干擾，綠燈亮?xí)r，由于非機(jī)動(dòng)車(chē)啟動(dòng)速度快，行動(dòng)靈活，因此非機(jī)動(dòng)車(chē)搶先駛出停車(chē)線(xiàn)進(jìn)入交叉口，因受到行人過(guò)街的影響，非機(jī)動(dòng)車(chē)行駛速度又較慢，直行車(chē)平均車(chē)頭間距較大，此時(shí)易形成沖突區(qū);黃燈啟亮?xí)r，假設(shè)在黃燈亮的瞬間恰有最后一排非機(jī)動(dòng)車(chē)和最后一輛機(jī)動(dòng)車(chē)駛過(guò)停車(chē)線(xiàn)，并繼續(xù)行駛，由于機(jī)動(dòng)車(chē)的速度較快，將先通過(guò)與側(cè)向交通的沖突區(qū)，非機(jī)動(dòng)車(chē)后通過(guò)。如果這時(shí)側(cè)向已經(jīng)放行，就可能再次發(fā)生沖突[7]。

此次的研究還有很多不足，由于設(shè)備限制，車(chē)速與車(chē)數(shù)測(cè)量均存在一定誤差;機(jī)動(dòng)車(chē)流與非機(jī)動(dòng)車(chē)流的相互影響的定量關(guān)系有待進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)

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