跟驰模型评价综述

跟驰模型评价综述摘要：跟驰模型是交通流理论中重要的一部分。跟驰模型主要用于分析交通流微观特性，对交通安全、交通管理、通行能力等方面的分析有着重要的意义。本文从模型形式、参数标定以及模型假设条件的角度出发，对安全距离模型、线性模型进行了综合论述，分析已有模型的特点及适用条件，认为目前的车辆跟驰模型由于其假设前提的限制，制约了其在交通流系统中的实际应用，说明有必要建立基于综合环境影响的车辆跟驰模型，并根据我国交通的实际特点加以运用。关键词:跟驰模型;安全距离模型;线性模型 An overview on car-following modelAbstract :Trafic is the vitals of national economy.T het heory studyo nt raficfl ow isimportant for utilizing the limited traffic resources adequately and efectively andguiding the trafic planning, designing, controlling and management with scientifictheory.C ar-followingm odelis a nim portantp artof th etr aficfl owt heory.Th er esearchofca r-followingm odelis im portantto s tudieso ftr afico peration,m anagement,sa fetyandc apacity,et c.Key words : car一following; GHR model ; safty distance model ; linearmodel ; overview1.绪论1.1 交通流研究的意义国民 经 济 的发展以交通运输的发展为先导，而交通运输则以道路交通(区域公路交通和城市道路交通)为主体，同时交通也是社会现代化的标志之一，它为社会的发展提供动力，便捷高效的道路交通不仅可以提高人、货的流通效率，而且可以从根本上改变人们的居住环境质量，有利于整个社会的可持续发展。近几年来，随着我国改革开放的深入，国民经济发展迅猛，交通需求量增长很快，而与此同时产生了许多的问题tn.(1) 交通基础设施建设速度低于交通需求的增长速度，交通运输能力不能满足交通需求，造成交通堵塞。(2) 交通管理落后，现有道路交通设施的运输能力得不到充分利用而造成交通堵塞。实测研究发现，道路与机动车辆之间在数量上并不是简单的比例关系，车辆增长与交通流量的增长也并非线性关系。若缺少正确的交通理论指导，就会造成有限资源的极大浪费。(3)交通安全问题也是交通运输过程中很重要的问题。据1995年的数据统计世界道路总里程为2150多万公里，机动车拥有量为7.8亿多辆。而全世界每年道路交通事故死亡人数约50万人，受伤约1000万人。采取什么措施使得车辆行驶过程更加安全，避免交通事故是一个圣待解决的问题。(4) 伴随着城市交通机动化的不断发展，汽车尾气污染对大气质量的影响日益加剧。以北京市为例，自80年代中期以来，随着市区机动车保有量的持续增长和交通拥堵状况的日趋加剧，机动车排放污染物大幅度增加。1.2 跟驰模型在交通流研究中的意义车辆跟驰模型是交通仿真中不可或缺的理论基础，同时还是通行能力研究与服务水平评价、交通流波动理论研究的基础。取决于模型构建者考虑问题的角度以其迫切需要解决的问题，各国学者研究了不同类型的车辆跟驰模型，它们在一定的交通运行条件下均可以很好地拟合实际数据，但是应用范围均有所限制。为了构建符合我国交通特性的微观交通仿真模型，有必要系统地掌握国外车道跟驰模型发展历史的脉络，出于以上目的，本文进行了车辆跟驰模型发展的整理分析与评价工作2.跟驰模型类型2.1 安全距离模型车辆跟驰安全的判断标准是:在任意时刻如果前车采取紧急制动，跟驰车辆不与前车发生碰撞，就可以认为该跟驰行为是完全安全的，据此，又可以引出跟驰安全等级划分的概念。该模型以避免碰撞为目标，建立起了速度与距离变化之间的函数关系，可称为安全距离模型。作为该模型的分支，还有学者从速度角度出发，提出了安全跟驰速度模型。2.1.1 Kometani 模型Kometan i an d sasa k( 1959 年) 从前车和跟驰车辆速度角度出发，建立了上二者与跟驰安全距离之间的关系9J 。由模型的构成可知，t一t 时刻车辆之间的距离与t 一t 前车速度的平方、时刻后车速度、后车速度的平方成正比。由于模型构成的本身特点，速度变化对两车之间安全距离的影响较大，因此，本模型的适用条件为低速交通流( 平均速度小于45kjn/ h) 。公式见原文2.1.2 Gipps模型Cipps(1981 年)在模型构建过程中发现KOmetani 忽视了驾驶员需求的附加安全反应时间( 一般为安全时间的一半) 和驾驶员期望的制动减速度(一般为制动速度的一半，3耐扩) ，结果造成Kometani理论计算值小于实际跟驰所需的安全离，不满足实际交通运行情况，据此提出了一种新的车辆跟驰安全速度模型。但自p s 没有标定该模型，而是根据观测数据，给出了方程中系数的取值范围。公式见原文2.1.3 NETSIM模型NETSIM的算法逻辑可描述为: 当仿真时钟向前推进一步，前导车属性刷新并行驶到一个新的位置时，跟驰车辆应推进到一个特定的位置，满足当前车以最大的减速度刹车时，后车也能及时刹车从而避免碰撞。此算法的主要思路是保证任何情况下都能有效地防止前后车的接尾。该模型较为简单，有2 个公式构成，代表了车辆跟驰的2 种情况，前车匀速或者前车减速，可以根据速度和加速度公式推导出来，该模型考虑到了驾驶员的反应时间，但是没有给出具体计算公式，只用r表示出来。被美国联邦高速公路管理局所采用。表达式见原文。2.2 线性模型(Linear model )由于统计学的发展，许多学者依大量观测据，进行了影响因素的显著性分析，据此建立了车辆跟驰的线性模型，该类模型的优缺点同样明显。线性回归具有形式简单，参数易于标定的优点，但是由于依靠观测数据进行模型参数标定。由于受到获取观测数据的限制，据此建立模型有效的应用范围又受到一定的限制。2.2.1 I Helly模型Helly(1959 年)借鉴前人的研究成果( C: =0.5) ，根据观测的14 个驾驶员，得出了T( O，5 一2，25 )和C:(0. 17 一1. 3) 的范围，取平均值T二0。75 词.5 ，C，二0. 5，C: 通过设置。和如，使前后两车的加速度相同，即相对加速度为零，得到了以下模型。值得注意的是，如果C，等于零，该线性模型演化为m=0，1二1的GHR模型”。a =0，5。(，一0. 5) +0. 1乃( 彻( : 一0，5) 一D。( t) ) ( 8)D。(，) 二20 +，(卜0.5) ， (9)随后的研究发现由于持续跟车时间加长，后车反应时间影响变小了，在一定的置信区间下可以预测出反应时间。后来的仿真显示，尽管该模型能够较好地描述加速度较小状态下的交通流，但是当前车的扰动加大时，模型产生明显的错误，即产生明显大于实测的车头时距。2.2.2 Hanken 模型Hanken( l9 67 年)根据观测的3 个实验驾驶员，在拥挤的城市道路上，当前车采取相同的驾驶策略时，通过实验用车观测驾驶员超过10 min 的跟驰行为，建立的模型可以较好的描述加速度变化较为缓慢的车辆跟驰现象( 车辆运行速度处于20一60mph 范围内，车头时距处于40 一250。) ，但是在交通流发生较大波动的情况时，该模型的计算结果与实际相差较大. 。a ( t + T) = 0. 05 8如+ 0，49 8彻一0. 04 8气_: 一6. 24 ( 10)2.2.3 Bumham 模型Bumham ( 19 77 年) 利用航拍数据，分析了125辆平均4s的数据，建立了Bu mham 模型。该模型模拟车辆跟驰轨迹较为精确，但是在跟驰车辆加速和减速的情况下，模型计算数据拟合较为平缓，考虑到驾驶员可以观察到前方2 辆或者3 辆车的驾驶行为，因此该模型设定驾驶员的反应时间较短t”。a( : +0. 1) = 1. 64 (二一1，14，) +0. 5， ( 11)2.2.4 xing模型xing(1995 年) 以Helly 和CHR模型为基础，提出模型的假设条件和适用范围。该模型主要包括4项:标准驾驶状态、从标准排队开始的加减速状态、坡度影响状态、自由流状态。3结语 交通国民经济的发展具有重要的战略意义，一直是国家的重点建设内容。近几年来城市交通堵塞不但造成了行车时间的浪费而且浪费了大量的燃油资源，同时汽车待车状态所释放的废气加剧了城市环境污染，堵塞的路段上交通事故频发给人们的生命安全带来了极大的威胁。为了解决各种交通问题、解释各种交通现象的本质，各国学者提出了各种交通流模型。许多学者根据实际观测交通流数据发现: 跟驰车辆的驾驶行为不仅仅取决于本车道前车的驾驶行为，还与周围交通运行环境有关，并且直接影响跟驰车辆驾驶员对跟驰距离和速度的选取。同时，现有车辆跟驰模型由于自身和假设前提的限制，制约了其在交通流系统中的实际应用，