基于元胞自動(dòng)機(jī)的逆行非機(jī)動(dòng)車行為研究

李靜嫻

摘 要：在我國(guó)城市道路中，為滿足機(jī)動(dòng)車輛的快速通行，部分交叉口往往采用立體交通的型式，但對(duì)非機(jī)動(dòng)車駕駛員帶來不便，逆行車輛不僅會(huì)降低道路通行能力，也會(huì)帶來大量的交通事故隱患。因此，基于元胞自動(dòng)機(jī)，本文對(duì)逆行非機(jī)動(dòng)車行為問題進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：交通規(guī)劃;非機(jī)動(dòng)車;逆行;元胞自動(dòng)機(jī)

1 非機(jī)動(dòng)車輛行駛特征分析

在城市道路中，造成非機(jī)動(dòng)車逆行的原因是多方面的，包括駕駛員的人為因素和相關(guān)部門的管理因素。非機(jī)動(dòng)車在行駛過程中，受到效率和安全兩個(gè)方面驅(qū)動(dòng)力的作用，但往往在行駛時(shí)往往將安全放在首位，速度也比正常行駛時(shí)低，表現(xiàn)出靠“邊”行駛的特征;人力自行車因?yàn)閯?dòng)力不足、速度偏低等原因在車流量高時(shí)也偏向于靠邊行駛;電動(dòng)自行車、摩托車速度高則偏向于在非機(jī)動(dòng)車道中間行駛在流量大。本文將研究目標(biāo)根據(jù)機(jī)非隔離的形式分為2種斷面類型（機(jī)非標(biāo)線隔離和機(jī)非綠化帶隔離）。根據(jù)對(duì)非機(jī)動(dòng)車物理特征進(jìn)行研究，將一條非機(jī)動(dòng)車道的寬度定義為1 m。

為了對(duì)逆行車輛的行駛特性進(jìn)行分析，對(duì)西安市小寨長(zhǎng)安中路、華翠北路進(jìn)行調(diào)查分析，將非機(jī)動(dòng)車道按照1 m的寬度進(jìn)行車道劃分，將非機(jī)動(dòng)車道按照從路緣石向內(nèi)側(cè)的方向分為車道1、車道2……統(tǒng)計(jì)不同斷面的非機(jī)動(dòng)車道的占有率。

不同種類的非機(jī)動(dòng)車的行駛特性如下：

自行車駕駛員偏向于向右行駛，即占據(jù)車道1的概率明顯比占據(jù)其他車道的概率高，這與自行車速度低且安全防護(hù)弱相關(guān)。

電動(dòng)車輛偏向于占據(jù)車道2和車道3行駛，即大多數(shù)電動(dòng)車輛在非機(jī)動(dòng)車道中間行駛，車道左側(cè)次之，這與電動(dòng)車輛速度高且其需要的安全間隔距離長(zhǎng)有關(guān)。

三輪車比電動(dòng)車表現(xiàn)出更加明顯的集聚性，基本上在非機(jī)動(dòng)車道中心線左右運(yùn)行。

不同的機(jī)非隔離類型對(duì)逆行車輛的行駛軌跡產(chǎn)生顯著影響，在標(biāo)線隔離中，逆行車輛行駛特性基本相同，絕大多數(shù)逆行車輛靠近道路路緣石行駛，隨著離路緣石越來越遠(yuǎn)，逆行車輛的車道占有率越來越低。在綠化帶隔離中，逆行車輛在非機(jī)動(dòng)車道不僅靠近兩側(cè)路側(cè)邊緣行駛，其邊緣兩側(cè)車道分布的概率基本相同，內(nèi)側(cè)車道的占有率明顯低于兩側(cè)邊緣的車道占有率。

一般而言，自行車的速度比電動(dòng)車的速度低，且自行車偏向于向道路右側(cè)行駛，在路段上不同種類非機(jī)動(dòng)車混行路段中，在非機(jī)動(dòng)車處于車道1和車道2時(shí)，電動(dòng)車傾向于從自行車左側(cè)超車;自行車與自行車之間、電動(dòng)車與電動(dòng)車之間也傾向于從左側(cè)超車;在非機(jī)動(dòng)車處于車道3時(shí)，后側(cè)車輛從右側(cè)超車。一般而言，逆行行駛車輛基于小心謹(jǐn)慎的原則不會(huì)超車。

當(dāng)逆行車輛與正向行駛的車輛相遇時(shí)，當(dāng)逆行車輛處于不同的車道時(shí)，其換道特征不同，在道路橫斷面是非機(jī)動(dòng)車+公交專用道和非機(jī)動(dòng)車+機(jī)動(dòng)車道時(shí)，當(dāng)逆行車輛處于車道一時(shí)，正向行駛車輛傾向于換道，逆行車輛不變，逆行車輛處于其他車道時(shí)，逆行車輛向路緣石內(nèi)側(cè)換道，正向行駛車輛不變;在道路橫斷面是非機(jī)動(dòng)車+綠化帶時(shí)，當(dāng)逆行車輛處于最內(nèi)側(cè)車輛和最外側(cè)車道時(shí)，正向車輛向非機(jī)動(dòng)車中間換道，逆行車輛保持不變，當(dāng)逆行車輛處于道路內(nèi)側(cè)時(shí)，正向行駛車輛不變，逆行車輛向非機(jī)動(dòng)車邊緣換道。

2 模型

2.1 基本參數(shù)定義

人力自行車和電動(dòng)自行車的長(zhǎng)度為1.7 m～1.9 m，寬度0.5 m～0.6 m，駛時(shí)左右擺動(dòng)空間約0.2 m。因此，定義人力自行車和電動(dòng)自行車元胞為2 m長(zhǎng)，1 m寬的矩形。正向行駛?cè)肆ψ孕熊嚨淖畲笏俣燃s是21 km/h，即3 cell/s;正向行駛電動(dòng)自行車的最大速度約是28 km/h，即4 cell/s;逆行車輛包括逆行的人力自行車和逆行的電動(dòng)自行車，基于謹(jǐn)慎駕駛的原則，逆行車輛一般會(huì)減速行駛，所以本文將逆行人力自行車及逆行電動(dòng)自行車最大速度分別設(shè)定為2 cell/s和3 cell/s。元胞的狀態(tài)空間由實(shí)際道路的長(zhǎng)度和寬度確定。若道路長(zhǎng)度為L(zhǎng)米，則元胞網(wǎng)格的長(zhǎng)度設(shè)定為L(zhǎng)/2個(gè)元胞長(zhǎng)度。由于非機(jī)動(dòng)車行駛在非機(jī)動(dòng)車道的最右側(cè)時(shí)，右側(cè)要求留有0.25 m的安全間隙，非機(jī)動(dòng)車行駛在最左側(cè)時(shí)，左測(cè)也要求留有0.25 m的安全間隙，因此，若以3.5 m寬的非機(jī)動(dòng)車道為研究對(duì)象，則元胞網(wǎng)格寬設(shè)定為3個(gè)元胞寬度[1]。

2.2 換道更新規(guī)則

非機(jī)動(dòng)車換道分為強(qiáng)制換道和自由換道，強(qiáng)制換道是當(dāng)正逆行非機(jī)動(dòng)車在同一車道相遇時(shí)，其中一方必須避讓換道以確保安全，自由換道是指車輛超車產(chǎn)生的換道行為，其換道判定條件如下。

C1：強(qiáng)制性換道：

考慮同車道正逆向車輛到達(dá)臨界間距gn（t）時(shí)，為保證安全采取的換道的條件。定義臨界間距為即：

gn（t）=α（vn（t）+ vfn（t））

α為靈敏系數(shù)。

其換道前提條件為：

Sn （t）=-1 and Sfn （t）= 0，1 and dfn（t）

Or Sn （t）= 0，1 and Sfn （t）= -1 and dfn（t）

自由換道：

當(dāng)基于上續(xù)非機(jī)動(dòng)車行駛特征，其元胞自動(dòng)機(jī)換道規(guī)則如下：

（1）當(dāng)正逆向車輛在車道1相遇時(shí)，即當(dāng)Sn （t）=-1且Sfn （t）= 0，1或Sfn （t）=-1且Sn （t）=0，1時(shí)，Sxn （t）=0，1換道在車道2。

（2）當(dāng)正逆向車輛在車道2相遇時(shí)，即當(dāng)Sn （t）=-1且Sfn （t）= 0，1或Sfn （t）=-1且Sn （t）=0，1時(shí)，在無綠化帶分隔情況下Sxn （t）=-1換道在車道1;在有綠化帶分隔情況下Sxn （t）=-1換道在車道1和車道3，其概率分別為0.5。

（3）當(dāng)正逆向車輛在車道3相遇時(shí)，即當(dāng)Sn （t）=-1且Sfn （t）= 0，1或Sfn （t）=-1且Sn （t）=0，1時(shí)，在無綠化帶分隔情況下Sxn （t）=-1換道在車道2;在有綠化帶分隔情況下Sxn （t）=0，1換道在車道2。

（4）Sn （t）和Sfn （t）在車道1時(shí)，Sn （t）換道到車道2時(shí)再超車;Sn （t）和Sfn （t）在車道2時(shí)，Sn （t）換道到車道3時(shí)再超車;Sn （t）和Sfn （t）在車道3時(shí)，Sn （t）換道到車道2時(shí)再超偏移概率和基于不同非機(jī)動(dòng)車類型的占有率情況。

3 結(jié)語

綜上，元胞自動(dòng)機(jī)模型在微觀交通流模型研究中得到了廣泛的應(yīng)用，本文根據(jù)逆行車輛在不同道路橫斷面上行駛特征，建立其元胞自動(dòng)機(jī)模型，并分析逆行車輛的比例與車道占有率、非機(jī)動(dòng)車道通行能力、速度的差異。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄺先驗(yàn)，曹韋華，吳赟.考慮混入逆行車輛的非機(jī)動(dòng)車流元胞自動(dòng)機(jī)模型[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2016，28（2）：268-274.

[2]王永明，周磊山，呂永波.基于彈性安全換道間距的元胞自動(dòng)機(jī)模型[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2008，20（5）：1159-1162.

[3]敬明，鄧衛(wèi)，王昊，等.基于跟車行為的雙車道交通流元胞自動(dòng)機(jī)模型[J].物理學(xué)報(bào)，2012，61（24）：323-331.

[4]李娟，曲大義，劉聰，等.基于元胞自動(dòng)機(jī)的車輛換道行為研究[J].公路交通科技，2016，33（11）：140-145.