（交通信息工程及控制专业论文）交通信息环境下驾驶员出行途中选择行为研究.pdf

摘要 摘要 道路交通的发展实际有力地证明：设施的增长永远无法满足日益增长的交 通需求，于是，交通改善策略的重点由大规模的设施建设逐渐转向了实施更加 有效的交通管理。其中，交通诱导管理的发展已备受关注并得到了广泛应用。 随着移动通讯技术的飞速发展，第一代a t i s ( a d v a n c e dt r a v e l e ri n f o r m a t i o n s y s t e m ，先进的出行者信息系统) 已经开始向第二代过渡，新一代a t i s 的特点 在于能随时向出行者提供个性化的出行信息，引导交通流在路网上更加合理的 分布。而提供个性化信息的需求性、合理性、可行性，生成个性化信息的理论 基础，何时需要及如何提供个性化诱导信息，在接受信息后驾驶员如何作出决 策等问题亟待解决。在此应用与理论需求的背景下，依托国家自然科学基金重 点项目：城市交通网络优化与管理( 编号：7 0 6 3 1 0 0 2 ) 和国家自然科学基金青 年基金项目：交通诱导管理效用机理解析( 编号：7 0 5 0 1 0 2 3 ) ，本文对上述问题 进行了深入剖析和探索，以期为实现提供个性化交通诱导信息系统的建立提供 理论支撑和效果验证仿真平台。 本文研究以交通状态诱导信息为例，证实之所以需要提供个性化的交通诱 导信息，是由于驾驶员个体对诱导信息的理解存在很大差异性。如，发布“畅 通 这一信息，对不同的个体而言，其对相应交通状态的速度阈值的理解各不 相同，这种现象导致提供同一化评定阈值的诱导信息的可靠度( 准确度) 偏低。 信息的准确度与驾驶员对诱导信息的遵循度具有线性关系，因此提供基于驾驶 员特性的信息可以提高信息精度，提升诱导效益。同时科学合理的信息提供策 略和交通状态判别方法也是提高信息精度的重要手段。为此本文研究重点归纳 为以下内容：评判信息可靠度，以驾驶员评判为准则，将依据最大隶属度的 驾驶员评判结果与发布信息对比并将差异量化作为信息可靠度；研究与同一 化单一指标相对的基于个性化评判的以多种指标因素作为特征向量的交通状态 距离判别评定方法；基于驾驶员个性的路径选择行为非集计研究和基于信息 可靠度的路径选择行为研究；基于个体需求的信息提供策略。 通过将本文设计的交通状态评判模型、信息准确度评价模型、路径选择模 型以及其他一些交通流基础模型嵌入到基于m u l t i a g e n t ( 多元智能体) 的仿真实 验中去，得出如下结论：提供个性化的交通状态诱导信息比提供同一化的交通 i 摘要 状态诱导信息时，准确度由0 8 3 提高到0 9 0 ，提高了8 4 3 ；所有车辆a g e n t 的行程时间平均值下降了3 2 4 ，行程时间的方差下降了1 9 9 3 。这充分说明 了提供个性化的交通诱导信息可以很好的实现交通系统内部对交通流均衡分布 的诱导，使因交通拥堵造成的交通流运行稳定性显著提高。 关键词：交通状态判别，信息可靠度，路径选择，非集计分析，多元智能体仿 真 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h e d e v e l o p m e n to ft r a f f i c ，i th a sb e e ne f f e c t i v e l yp r o v e dt h a to n l yi n c r e a s i n g i n f r a s t r u c t u r ec a nn o ts a t i s f yt r a f f i cd e m a n dw h i c hi si n c r e a s i n gd a y b yd a yv e r yw e l l s o ，t r a f f i cm a n a g e m e n th a sg r a d u a l l yb e e nt a k e n 嬲t h em o s ti m p o r t a n tm e t h o dt o i m p r o v et r a f f i cc o n d i t i o n i n t e l l i g e n tg u i d a n c em a n a g e m e n th a sb e e nw i d e l yu s e da n d p l a y sas i g n i f i c a n tr o l e i ts u p p l i e si n - t i m et r a f f i ci n f o r m a t i o nt ot r a v e l e r sa n da f f e c t s t h e i rt r a v e lb e h a v i o r , w h i c hb r i n g st h ee q u i l i b r i u mb e t w e e nt r a f f i cd e m a n da n d s u p p l y w i t hr a p i dd e v e l o p m e n to fm o b i l ec o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g i e s ，t h ef i r s t g e n e r a t i o no fa t i s ( a d v a n c e dt r a v e l e ri n f o r m a t i o ns y s t e m ) h a sd e v e l o p e di n t ot h e s e c o n dg e n e r a t i o na b r o a dw h i c hc a ns u p p l yr e a l t i m ei n d i v i d u a l - b a s e d 仃a m c i n f o r m a t i o nt ot r a v e l e r s a tt h es a m et i m e ，c o r r e s p o n d i n gp r o b l e m sc o m eu pa n d u r g e n t l yn e e dt ob es o l v e d ，s u c ha sw h ya n dh o wt os u p p l yi n d i v i d u a l - b a s e d i n f o r m a t i o n ，w h a tt r a v e l e r s r e a c t i o n sa r ea f t e rr e c e i v i n gi n f o r m a t i o n t h i sp a p e r , f m a n c e db yt w on s f c ( n a t i o n a ln a t u r a ls c i e n c ef o u n d a t i o no fc h i n a ) p r o j e c t s ( n o 7 0 5 010 2 3 a n d7 0 6 310 0 2 ) j u s td e a l tw i t hp r o b l e m sm e n t i o n e da b o v e t a k i n gt r a f f i cc o n d i t i o ni n f o r m a t i o na sa ne x a m p l e ，t h i sp a p e rp r o v e dt h a te a c h t r a v e l e ri d e n t i f yt r a f f i ci n f o r m a t i o nd i f f e r e n t l ya c c o r d i n gt ot h e i ri n d i v i d u a li d e n t i t i e s t h i si sw h yi n d i v i d u a l b a s e di n f o r m a t i o ni sn e e d e d i th a sb e e na l s op r o v e dt h a tt h e r e i sal i n e a rr e l a t i o n s h i pb e t w e e nr e l i a b i l i t yo ft r a f f i cc o n d i t i o ni n f o r m a t i o na n d t r a v e l e r - f o l l o w d e g r e e m a i nc o n t e n t so ft h i sr e s e a r c hi n c l u d i n g ：1 e v a l u a t e di n f o r m a t i o n r e l i a b i l i t y , i e ， c o m p a r i n gw h a tg u i d a n c es y s t e ms u p p l i e sa n dt r a v e l e r s a s s e s s m e n t ；2 o n ed i s t a n c e d i s c r i m i n a n ta n a l y s i sm e t h o df o ri d e n t i f y i n gt r a f f i cc o n d i t i o nw a sp r o p o s e d ；3 t w o m o d e l sw a sp r o p o s e d , t h e ya r e d i s a g g r e g a t er o a dc h o i c em o d e la c c o u n t i n g f o r t r a v e l e r s i d e n t i t i e sa n dr o a dc h o i c eb e h a v i o rm o d e lb a s e do ni n f o r m a t i o nr e l i a b i l i t y ； 4 i n f o r m a t i o ns u p p l ys t r a t e g i e sb a s e do nt r a f f i cd e m a n dw e r eg i v e n t h i sp a p e re s t a b l i s h e dam u l t i - a g e n tb a s e ds i m u l a t i o ne n v i r o n m e n tw h i c h a g g r e g a t em o d e l sl i k et r a f f i cc o n d i t i o ni d e n t i f i c a t i o nm o d e l ，i n f o r m a t i o nr e l i a b i l i t y i i i a b s t r a c t e v a l u a t i o nm o d e l ，r o a dc h o i c em o d e l sa n ds oo n f i n a l l y , s e v e r a lc o n c l u s i o n sw e r e o b t a i n e d ：i n f o r m a t i o nr e l i a b i l i t yw a se n h a n c e df r o m0 8 3t oo 9 0 ，a v e r a g et r a v e lt i m e w a sr e d u c e db y3 2 4p e r c e n t , w h i c hc l e a r l yt e l l su st h a ts u p p l y i n gi n d i v i d u a l - b a s e d i n f o r m a t i o ni sh e l p f u lf o rq u i c k l ya t t a i n i n gt h ee q u i l i b r i u mb e t w e e nt r a f f i cd e m a n d a n ds u p p l ya n d r e d u c i n gt r a f f i cc o n g e s t i o n k e yw o r d s ：t r a f f i c c o n d i t i o ni d e n t i f i c a t i o n ，i n f o r m a t i o nr e l i a b i l i t y , r o a dc h o i c e b e h a v i o r , d i s a g g r e g a t ea n a l y s i s ，m u l t i - a g e n ts i m u l a t i o n i v 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名才鸭 咿7 年 | 歹月矽e l 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 学位论文作者签名：穿鸭 卅年多月仞日 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 研究背景 1 1 1 研究的现实和理论需求背景 在汽车时代早期，历史上第一次出现了大量人群能够到居住地以外较远的 地方出行的情况，这时寻找方位成为这一状况的附带品而出现。在这之前，一 般人们出行都是在离家不远的小范围内，能够在很短的时间内熟悉路网情况， 交通信息的需求也不明显。然而当大量驾驶车辆的人们到距离较远而不熟悉的 地域出行时、当交通需求越来越大交通状态变化频繁时，因为对交通的“陌生 所导致的驾驶员的焦虑紧张和无所适从随处可见，交通诱导呼之欲出。 信息条件下的驾驶员选择行为研究来源于交通诱导系统的出现和广泛应 用。1 9 6 7 年，美国运输部公共道路局就开始研制开发电子路线诱导系统e r g s ， 以向驾驶员提供最优路线。8 0 年代，美国、日本和德国开始大规模地进行路线 诱导系统的研究开发，以此带动了整个i t s 领域的研究和开发。此后，交通诱 导系统进入迅速发展时期，交通诱导管理技术也随之进入快速发展时期，诱导 管理体系日趋完善【1 】。但随之也出现了很多问题亟待研究和解决，其中信息条件 下的驾驶员选择行为便是其中重要的一个课题。 所谓交通诱导，即是通过诱导系统测算道路交通使用者数量及运动状态， 并对交通流进行有效的控制和导航，以实现最有效的利用路网( 系统最优，s y s t e m o p t i m u m ) 或使诱导信息使用者达到最佳出行状态( 用户最优，u s e ro p t i m u m ) 的目的【2 】。 交通诱导最大的功能在于路径寻优诱导，路径寻优包括静态路径寻优和动 态路径寻优。其中静态路径寻优一般指交通系统内交通流影响因素没有变化情 况下的路径寻优，这里的最优路径一般指最短路径，最短路可以是时间最短路 也可以是空间最短路，或者是将某一或多个影响因素作为路阻变量，寻求这些 路阻变量影响条件下的最短( 最优) 路径。动态路径寻优是指随着交通系统内部 的交通流影响因素和交通流本身变化情况下不断更新和调整的路径寻优，它与 静态寻优里的最优路径区别在于这里的最优路径是随时间不断变化的【3 1 。 交通诱导的目的是通过诱导使整个系统达到晟佳的运行效率，具体来讲系 第l 章绪论 统最优指路网通行能力最大或路网道路总延误最小等。用户最优是从交通网络 使用者的角度而言，针对某一个体使用者，在其使用交通网络的过程中能够最 快、最安全、最舒适的出行即达到了用户最优的状态。当达到系统最优时往往 一部分用户无法达到用户最优的状态，交通诱导也需根据不同的需要确定诱导 目标是系统最优还是用户最优。 诱导技术在应用初期极大的提高了交通网络的效用，然而随着交通需求的 进一步增长和道路发展的限制，各种问题接踵而至，现有诱导原理和理论基础 已经不能够很好的满足需求。由于当前的诱导依托数据来源于集计的交通流统 计数据，在时间、地域和信息受体的差异化上没有做较多的考虑，从而导致信 息精度的提升遇到瓶颈，信息效用提升缓慢。新的交通信息收集及处理方法和 信息发布方式亟待解决【1 】【2 】【3 1 。 1 1 2 研究现状及存在问题 数学家克劳得香农曾把信息的作用定义为减少不确定性，那么我们可以把 交通信息的作用解释为减少交通状况的不确定性，而交通信息效用的大小直接 决定着其潜在社会效益的多少【4 】。驾驶员的决策行为决定着潜在效益的实现与 否。 效用一词最早源于西方经济学，2 0 世纪7 0 年代引入交通领域，在这方面 d a v i dl e v i n s o n 研究了交通信息在路径选择方面的效益【5 】。作者分析了常发性交 通拥挤和非常发性拥挤条件下提供实时的最短路径信息对出行者路径选择的影 响。v a u g h n 和a b d e l a t y 等( 1 9 9 3 ) 研究了不同准确度信息对出行者出行决策 的影响【6 j 。 信息条件下的路径选择研究方面，h u c h i n g s o n ，m c n e e s 等人( 1 9 7 7 ) 和 r a t c l i f f e ( 1 9 7 2 ) 用描述性的数据分析方法去了解出行者的选择行为选择哪条 路、选择的原因、影响他选择的最主要的因素【_ 7 1 。还有一些学者建立了相关的经 济学模型来研究交通信息对出行方式和出行路径的影响( 如u c h i d a 和i i d a 等， p o l y d o r o p o u l o u 和b e n a k i v a ) 1 8 】【9 1 。利用最多的是基于离散选择分析法的选择模 型，主要是l o g i t 模型及其改进模型。而这些模型多是对出行前的路径选择进行 研究，出行中的路径选择行为研究多简化为广义费用最小问题7 】【1 0 】【l l 】【1 2 】【1 3 】。 关于交通信息对目的地选择影响的研究比较少。k r a a n ，m a h m a s s a n i 和h u y n h ( 2 0 0 0 ，2 0 0 1 ) 等通过i n t e m e t 网进行了交通信息对购物出行目的地选择影响的 2 第l 章绪论 陈述偏好调查。调查发现，如果购物者对某地不太熟悉，就极有可能根据交通 信息改变购物的地点，但不会只改变出行的路线【14 1 。 国内关于信息条件下的驾驶员出行选择行为研究比较少，且处于初级阶段， 伍速锋对交通信息效用做了机理解析，褚浩然对信息条件下居民出行前的方式 选择进行了相关研究。而信息条件下的路径选择方面国内研究较多，但绝大部 分研究将问题简化为基于图论的最优路径选择问题，且将驾驶员视为特性同一 的群体进行集计化分析【1 5 】【1 6 】【1 7 1 。 上述通过调查和建立模型的方法还很难以提炼出关于交通信息对出行行为 影响的具有通用性、实用性、定量的结论来。譬如，对于给定的一个路网，仍 无法运用调查和建模的方法预测出出行者在获得交通信息后会改变出行线路的 比例。随着i t s 技术的发展，必须对驾驶员的选择行为作更深入的研究，探寻 交通诱导信息在驾驶员决策过程中的作用机理及其效益的体现，并深入分析驾 驶员之间选择决策的相互影响，研究其差异性在提供个性化诱导信息方面的指 导作用，才能更好的完善交通信息诱导系统。 1 1 3 课题来源与项目依托 本论文是在杨晓光教授研究组关于城市智能交通领域的长期研究积累之上 进行的，主要课题来源包括： 国家自然科学基金重点项目一一城市交通网络优化与管理，编号： 7 0 6 3 1 0 0 2 。 国家自然科学基金项目一一交通诱导管理效用机理解析，编号： 7 0 5 0 】0 2 3 。 1 2 研究目的与意义 1 2 1 研究目的 a ) 深入分析交通诱导信息环境下，驾驶员出行途中选择行为的特点： b ) 通过建模和仿真分析交通诱导信息影响驾驶员选择决策的原理和效果， 为调整诱导信息提供方式、内容提供理论依据； c ) 运用集计统计法、非集计建模分析法、多元回归分析法、判别聚类分析 法、基于m u l t i a g e n t 的仿真建模等理论方法解析交通信息影响驾驶员选 第1 章绪论 择行为机理和效果，为a t i s ( a d v a n c e dt r a v e l e ri n f o r m a t i o ns y s t e m s ) 向用 户提供个性化、高精度的交通诱导信息提供理论基础和建模方法； d ) 以服务于诱导管理为目标，帮助a t i s 实现系统最优的诱导目的。 1 2 2 研究意义 理论意义 本文将通过严格的数学推理，剖析信息条件下的驾驶员出行途中选择行为， 建立基于交通信息效用的驾驶员途中选择决策模型，为定量化地考察交通信息 的价值、实时信息影响下的交通流变化和交通诱导信息发布方式和内容的优化 奠定一定的理论基础。其中通过非集计的分析方法建立驾驶员的路径选择l o g i t 模型、基于驾驶员认知的交通状态信息准确度评价、利用多元回归分析建立基 于驾驶员个体特征和出行特性的交通状态评定指标和基于m u l t a g e n t 的信息影 响下的驾驶员选择行为仿真分析等研究弥补了国内相关领域研究的不足。 应用价值 我国最近几年才开展交通流诱导系统的理论研究工作，应用研究在国内正 处于起始阶段，与发达国家相比差距很大。目前投入使用的基本上都是以无线 电广播为基础的出行诱导手段，基于g p s 、集群通讯、可变消息牌等的诱导系 统正处于研究和试验阶段，功能、体系结构比较健全的诱导系统尚未投入使用。 在部分大型城市已经试用的a t i s 所面临的问题接踵而至。由于交通问题的地域 差异性很强，而且由于技术手段的不同，国外已经成熟的技术在国内应用过程 中仍然存在诸多问题。如由于交通流的构成不同，在保持其他条件相同的情况 下，a t i s 的影响效果却不尽相同。本研究的实际应用价值在于研究过程中进行 了大量的交通数据分析，具有针对性的分析a t i s 应用过程中遇到的问题，并给 出解决方案。同时本文建立的诸多模型为a t i s 的建设和优化提供了支持。 1 3 研究范围、内容与方法 1 3 1 研究范围与定位 探讨信息对驾驶员的选择行为影响，必然涉及出行者信息诱导系统，该类 系统包括交通流数据的采集子系统、信息传输子系统、信息处理子系统和信息 提供子系统，其工作概念图如图i 1 。本文对信息的采集和传输不做分析，只对 4 第l 章绪硷 信息处理子系统中交通状态的判定分析和信息提供系统提供诱导信息后的驾驶 员选择行为进行解析。研究所涉及的元素包括图11 中车辆( 驾驶员) 、道路和 信息发布媒介，丰要研究的内容即是这些元素之间的相互关系和作用。 图l _ 1 出行者信息诱导系统t 作概念幽 信息的概念范围j “阔与变通相关的信息亦纷繁复杂，考虑本文的研究背 景和目的，本研究所指信息主要包括交通路径诱导、状态诱导等信息，l l 仅就 交通状态信息做深入分析，路径诱导等信息的研究仅作原理性分析。 驾驶员在出行途中可能做出的选择决簧包括更改路径、活动目的、时间表 等中宏观行为，也包括改变行驶车速和变道等微观选择行为。但路径选择行为 能够更加直接和实时的对路网交通流产生影响，对交通诱导管理的意义最为蘑 要。因此本文立足于服务交通管理达到系统最优的原则，重点研究驾驶员的路 径选择执策行为。 本研究丰题巾的驾驶员泛指能够接受并理解交通诱导信息，并能够采取相 应的措施，最终影响车辆运行状况的出行者个体。 在我国，a t i s 更多的廊用于快速路，相对于城市普通道路的诱导系统，技 术成熟，效果比较好。数据易于获取，而且由于其他因素干扰小，交通流数据 的有效性较高。同时受限于实验手段和数据资源，本文的研究重点是对交叉口 极少的快速路诱导系统影响下的驾驶员路径选择行为分析。 第1 章绪论 本文重点研究诱导信息与驾驶员选择行为之间的影响关系机理，并进行建 模描述、数据分析论证和仿真评价。不对路网结构、信息系统构建等硬件研究 课题做探讨。 1 3 2 研究内容 本文的研究内容可以归纳为以下6 点，各点之间的关系如图1 2 所示。 1 调查方案设计及数据分析 本文研究依托大量的s p ( s t a t e dp r e f e r e n c e ) 和r p ( r e v e a l e dp r e f e r e n c e ) 调查 数据，而数据的有效性和合理性是研究结论真实性的基础，为此需要根据目的 合理设计调查问卷和问题才能够获取真实的研究结论。本文以上海外环试点工 程项目、广州老城区交通组织改善项目、烟台交通管理规划项目前期调查为契 机，设计针对本研究的调查方案5 份。获取了研究信息认知、信息效用、选择 行为分析的基础数据7 0 0 多份。 2 驾驶员对信息的认知利用分析研究 通过对调查问卷的分析论证了驾驶员对交通信息种类、提供方式的喜好、 需求特性；论证了驾驶员对信息的接受、认可度和对信息准确度的评价；并根 据驾驶员对信息准确度的评价建立了统计学的路径选择概率模型；论证了交通 诱导信息在整个驾驶员群体中的作用比例( 以统计学概率的形式体现) 。 利用统计学原理对驾驶员特性( 包括年龄、性别、家庭住地、出行目的) 对驾驶员认知交通状态信息的影响做论证，这些认知包括不同交通状态的车间 距、交通状态的速度临界值、处于当时交通状态下的驾驶期望速度值。 3 考虑驾驶员特性的驾驶员路径选择模型 在发布同样交通信息的情况下，驾驶员的选择行为存在较大的差异性，其 原因是驾驶员本身千差万别，对信息的理解自然有所不同。对此，本文建立了 能够体现驾驶员特性的l o g i t 选择模型，用以建模驾驶员接受交通信息后的路径 选择行为，但此模型没有就每一信息的影响效果做特定分析。同时本文还建立 了基于信息准确度的路径选择概率模型。 4 基于信息、驾驶员差异性的交通状态判定及阈值分析研究 驾驶员的差异性导致其对交通状态判定不同，其认可的交通状态判定阈值 6 第1 章绪论 亦因为其特征属性的不同而不同，本文利用多元数据分析建立了对交通状态判 定阈值的新模型。为提高交通状态信息的准确度本文提出了一种新的基于距离 判别的交通状态评定方法，将多种因素作为交通状态的评定指标。 5 个性化信息提供方法 建立了个性化的交通状态阈值评定方法，并以此为依据向信息需求者提供 满足其评判标准的交通状态信息。 6 手机、g p s 等提供路径信息时的提供策略 除信息的精度外，信息的提供方式也会在很大程度上影响信息受体的遵循 程度。本文依托南京移动、g p s 提供商与我课题组的合作，调查获取国内现行 的手机和g p s 提供交通信息的技术手段，并对获取调查数据进行统计、回归、 离散分析，设计了新的信息提供方式方案。 7 建立仿真器论证已建立模型的可用性并进行诱导效果评价 建立了基于m u l t i a g e n t 的仿真模型，对本文中的交通状态判定、交通状态 阈值确定、交通信息准确度评定、驾驶员路径选择等模型进行评价，并论证提 供个性化交通状态信息相比于提供同一化的诱导信息，能显著提高诱导效益。 科学合理数 据的获取 研究主体 成果验证 调查方案设计及数据分析 支撵l + 影响冼准确庸蒡舜 鬻p 率旧堡被p 蝴析l 粼黼器 - l 改善准确度策略 l 交通状态个性化基于信息、驾驶员差异性的交手机、g p s 等路径 信息的提供方法通状态判定及阂值分析研究信息的提供策略 1r 建立仿真器论证已建 立模型的可用性并进 行诱导效果评价 图1 2 各部分研究内容之间的关系 7 第1 章绪论 1 3 3 研究方法 1 拟采取的研究方法 a ) 文献查阅、成熟基础理论调查、总结与分析； b ) 结合随机效用模型和离散选择模型的理论进行建模； c ) 运用复杂系统的研究思想进行分析； d ) 从现象到本质分析； e ) 从特殊到一般的归纳方法，从一般到特殊的演绎方法； 0实际调查数据的信息挖掘，调查与实验相结合的办法。 2 实施方案 分步骤分时段有计划地完成课题： a ) 前期阶段：初定研究方向，资料收集，思路整理，撰写选题报告，文献 阅读； b ) 中期阶段：资料分析，调查数据收集与分析，模型建立，数据验证与实 验研究，撰写论文初稿； c ) 后期阶段：论文修改，定稿。 1 4 技术路线与章节安排 1 4 1 技术路线 根据本研究的研究对象和内容、研究目的、研究方法、研究结论和意义， 本文的研究技术路线如图1 3 所示。 第1 章绪论 总萎易磊誓究 2 0 m) 5 0 2 0 0 m 5 0 0 a 目m 38 驾驶m 列畅越状志1 问距认可的频率分布 3 不同交通状态下的车辆行驶平稳性和相互干扰 畅通状态时，8 56 的川、为行驶、r 稳， 要足闻为当道路畅通时，变通 啦小，车刚距较大，午辆叫的秆1 忆| 扰微小，因而乍辆运行较平稳，少数驾驶 蚰认为行驶被动较人”j 能足山r 巡剑途中十邻1 轴l l i 斯加减速的l i 犹。拥挤状 绑一学变通信息的认知，评削 态i 时，超过、r 数( 5 73 ) 的驾驶员认为波动较人，腺因魁拥挤状态r 午辆】i 】跆 较小，驾驶址的视野不，r 嗣，1 辆问柑札f 扰比较严霞。拥堵状态时，虽然乍 辆问p h 较小，f l j 足乍辆行驶进j 立根低，也小会现较大的波动。8 41 的甥驶土i 认为畅通时1 - 辆叫棚u 卜扰较小，6 66 的驾，艘蚰认为堵塞时1 辆| 。扰较，“重， 枷挤1 u z 辆叫的f 扰介f 畅通0 堵塞之m 。 39 驾驶员埘小阳变通状态平犯性的认知 4 影响效幂总结 从以j 一分析1 1 j _ 以总结得出叼驶蚰的个性芹异在删觯变通状态的实际状况时 打在较人的差并，按照概率沦的知识，倘扑对这样的群体实行h 一化的交通诱 导，诱导散聚势必同样f 蔗h 圳，j 交通管砰辑的鹃导效果预期u f 能群托较大 的茇肌。以对特定变通状态下的车叫距认知为驯，蜘i 削3l o 所小，假设诱导系 统托进行变通状态评判时采j 4 m 距作为i f 价指标，当1 。| u j 口u 牯舟乖i ，之问时 队定交通状态为b 0 纠驶见群体认为往交通状态为b 时应该的车m e e 概率笛 度分们图f 【】图。p 的实线所小( j 下态曲线) ，分化点和埘腑的概率分别为只和 r ，那么将小能够获墩+ o i i l 认知致的交通状态信息驾驶员概牢为： p = l ( 只只) ( 33 ) u 见提供j 订钊对性的个性化信息埘j 提高信息的川靠性和准确性具彳丁根 取蛭的意义。 一* # 第三章交通信息的认知与评判 j p 一。 j 3 1 0 特定交通状态下驾驶员群体对车间距认知的概率密度示意图 3 4 交通信息准确度评价 3 4 1 交通状态的判别 1 基于固定评定标准的评定方法 交通状态评定可以采用单截面法，算法基本示意图如图3 11 所示。 算法基本单元段 ! 三 = = = = = = = = = = = 了匕= = = = = = = = = = = i = 呈车道检测器i ；线圈2 由 、军遁检测器 i 彳l j 检测奁域 图3 1 1 交通状态算法基本单元段示意图 对于一个发布段而言，由若干个单元段组成，每个单元段均对应一组上游 线圈检测器，根据该线圈检测器的实际检测数据，采用相应的算法判断该单元 段的交通状态，然后根据相邻几个单元段的状态组合来判断发布段的交通状态。 算法过程如下： ( 1 ) 检测单元检测交通流速度、流量等交通特征数据； ( 2 ) 计算中心根据检测数据对相邻信息发布段进行聚类分析，与系统内部的 交通状态评定标准对比，判别各路段实时交通状态； ( 3 ) 专家评定； ( 4 ) 生成交通状态信息，由通信系统传达给诱导系统进行发布。 2 基于驾驶员惑知的交通状态评定方法 第三章交通信息的认知与评判 基于驾驶员感知交通状态的评定必须辅以交通诱导回馈机制，将经过诱导 信息发布段的驾驶员感受到的实际交通状态反馈给诱导中心，诱导中心根据反 馈数据实时更正发布信息，这种技术暂时还没有应用。在此仅做理论研究。 驾驶员人数的确定 参与评价的驾驶员越多，得到的信息就越准确，效果也越好。但是样本过 多就会增加人力、物力和费用，因此首先进行最少调查样本量确定。 假设所有驾驶员对道路的评价符合正态分布，对评价结果取平均值，这由 统计学原理得到样本数刀： 刀= 筹 4 ， 其中： f 概率度，表示以抽样平均误差为尺度来衡量的相对误差范围； 盯2 总体的方差； ；抽样允许的误差范围。 驾驶员在评价交通状态时，对是否处于畅通拥挤过渡段或拥挤堵塞过渡段 有较大分歧，当处于模糊阶段，驾驶员的评价在两种状态中各占一半时，总体 的方差最大，总体的方差a r 2 = o 2 5 ，a 膏- - - - 0 5 。由式( 3 4 ) 有： 刀= t 2( 3 5 ) 根据上式，可以得到不同概率度f 对应的样本数和可靠度量f 1 ，如表3 6 。根 据不同的精度要求，可以确定不同的评定人数。为了保证精度，将评判驾驶员 的数目定为9 个。 表3 6 评价人数、概率度和可靠度对照表 人数n456789 f22 2 42 4 52 6 52 8 33 鼻，) 0 9 5 50 9 7 50 9 8 60 9 9 20 9 9 50 9 9 7 感知交通状态的确认 对各驾驶员的评定结果分析中，使用最大隶属原则认定特定时刻道路的感 知交通状态。分别用4 ，4 ，4 分别表示当时道路状态畅通、拥挤、堵塞的隶属度。 即： 4 2 扛1 ，2 ，3 ( 3 6 ) 吩 ” 第三章交通信息的认知与评判 其中：是评定交通状态为4 的用户人数。令 4 。= m a x a , ，4 ，以) ( 3 7 ) 根据模式识别的最大隶属原则即认为感知交通状态是第4 。种。 3 4 2 信息准确度评价 1 交通信患准确度与交通信息效用关系 交通诱导信息的应用是为了提供给出行者必要的信息，以帮助其方便快捷 安全的完成出行，然而对于信息的受体信息用户来说，由于其自身特征的 差异性，同样的信息作用效果可能是不同的，这些特征包括信息用户的社会属 性也包括其出行特征。不同驾驶员对交通信息的理解差异性表现在以下几个方 面：不同交通状态信息所对应的交通参数值速度、车间距等；交通信息的 准确程度；交通信息需求。起到影响作用的交通信息用户特征包括驾驶员的年 龄、驾龄、职业、收入、住地、性别等。同时出行特征在一定程度上也会影响 信息对用户的效用。 考虑用户特征的交通信息效用以准确度的形式来衡量，如图3 1 2 所示： ? 遵循虚与交通诱导信息准确度关系 i ： 变通信息准确压 锯“i。?，?v一。一：渤 图3 1 2 驾驶员听从信息诱导的遵循度与信息准确度的关系 图中蓝色点为在一定信息准确度下的驾驶员听从信息诱导建议的程度，直 线为两者之间的拟合曲线，信息准确度和遵循度取值区间均为 0 ，1 。由图示可 以发现信息用户听从诱导建议的程度与诱导信息的准确度有着明显的线性关 第三章交通信息的认知与评判 系。所以信息的准确度可以作为交通信息效用的一个表征量。 2 考虑信息用户差异性的信息准确度评定 准确度描述的是交通检测系统发布的交通状态信息和实际的道路交通状态 信息的吻合程度。系统发布的信息是根据检测到的道路上流量、占有率、车辆 速度等信息通过建立算法模型，反推出道路的交通状态。而实际的道路交通状 态是一个主观性较强的信息，确定实际的道路状态存在两方面的困难。由于交 通状态是一种主观信息，我们认为对一定环境条件下的道路，较多用户认定的 道路状态可以定义为实际交通状态。这样确定的道路更能反应道路使用者的真 实感觉。因此本次研究主要采用用户调查的方法确定出道路实际交通状态的认 定指标，即以实际道路使用者的亲身感受为准，评判试点工程中的可变信息标 志发布交通状态信息与用户感知交通状态之间的吻合程度。 评价方法的原理图如图3 1 3 。在图中有三个交通状态的名讳( 交通状态分 为畅通、拥挤和堵塞三种状态) ，分别用来标记，在对外环线进行准确度 评价时是对可变信息板发布的交通状态信息进行发布准确度评价，所谓准确 度简而言之就是信息板发布的交通状态信息与实际交通状态的吻合程度。所以 评价的参照标准就是实际的交通状态，但是实际交通状态( 道路上交通流的 拥挤程度和运行平稳性等抽象的信息) 要以直观的数据展现，而这些数据都是 由人根据实际道路情况做出判断得到的，所以在本研究报告中用感知交通状态 替代实际交通状态作为发布交通状态准确度的评判参照数据。所谓感知交通 状态是指专家利用通过实际道路用户问卷调查制定出的交通状态评判指标对视 频数据进行的认定而得到的交通状态信息。最后将的数据代入评价函数最 终得到的准确度。 第三章交通信息的认知与评判 图3 1 3 准确度评价原理图 依据图3 1 3 的评价原理，确定感知交通状态和发布交通状态后，通过比较 发布信息和实际情况，可以得到检测方法的准确程度。本文通过准确度来描述 检测方法的准确程度。把道路交通畅通、拥挤、堵塞三种状态标记为数值1 ，2 ， 3 ( 如表3 7 ) ，即交通状态发布信息的误报程度厂可表示为： i q 一矾i 厂= 生1 _ f x l 0 0 其堋取值范围为o 1 ( 3 8 ) 其中：皿，4 分别是第k 次感知交通状态和通过检测数据计算后发布的的发 布交通状态对应的数值，对应畅通、拥挤、堵塞三种状态，q ，畋分别取值l ，2 ， 3 ；为评定状态的总次数。 表3 7 道路状态标记值 12 i 状态畅通拥挤堵塞 i i 标记值 3 l 检测方法的准确度f 是检测方法符合实际情况的吻合度，准确度，为： f ： 1 _ 二： 其中确取值范围为o l( 3 9 ) 1 0f 1 。一。 评价得到的准确度f 越高，说明检测方法的准确度越大。准确度f 的大小 决定于检测使用的算法和模型的参数，明确一种检测方法准确度f 的值有利于 算法的改进和模型参数的标定。 4 1 第三章交通信息的认知与评判 3 5 本章结语 本章通过设计调查问卷，对获取的调查数据进行统计学分析，论证了驾驶 员的个体属性差异对驾驶员对交通状态的理解存在很大影响，并对比分析了集 计化、同一化、标准化的交通状态判别方法和基于驾驶员评价的评判方法。通 过对交通诱导信息可靠度( 准确度) 的建模将驾驶员的差异性考虑进来，为更 符合驾驶员切身感受的交通信息准确度评定提供了理论基础。以上的研究也为 提供个性化交通诱导信息的必要性提供佐证。 本章参考文献 【1 】h t t p ：l i b r a r y 3 s e e c o m i t e m s 2 0 0 7 0 6 1 4 5 8 7 4 h t m l 【2 】h t t p ：w w w t o p o l 0 0 c o m s h i c h a n g d i a o y a n w e n j u a n d i a o c h a 2 0 0 7 - 1 2 - 0 5 1 0 6 2 h t m l 【3 关宏志非集计模型交通行为分析的工具 m 】北京：人民交通出版社，2 0 0 4 【4 】b o n s a l l ，p a n dt p a r r y u s i n ga l li n t e r a c t i v er o u t e c h o i c es i m u l a t o rt oi n v e s t i g a t ed r i v e r s c o m p l i a n c ew i t hr o u t eg u i d a n c ea d v i c e ，t r a n s p o r t a t i o nr e s e a r c hr e 圮o r dv 0 1 13 0 6 ：5 9 6 8 4 2 第4 章交通诱导信息影响下的驾驶员选择行为解析和建模 第4 章交通诱导信息影响下的驾驶员选择行为解析和建模 4 1 出行途中驾驶员选择行为解析 4 1 1 驾驶员的途中选择行为 正如第二章综述所述，关于驾驶员的出行选择行为历史上已经进行了很多 研究，关于交通信息对出行行为影响的研究主要开始于上世纪8 0 年代，研究的 重点集中在交通信息对出发时刻、出行路径等方面的作用和影响。大概由于关 于出发时刻、路径的选择在交通信息没有大规模的出现前就进行了较深入的研 究，且这些方面理论性较强，研究的方法包括调查、经济学模型、仿真等。而 关于交通信息对出行与否、紧急事件、驾驶行为、停车行为等方面的影响研究 相对较少，且研究多以调查为主。从研究方向来看，可以分为两个流派：研究 提供信息条件下的出行选择结果和研究出行者对交通信息的利用过程【1 】【2 】【4 】。 如图4 1 所示，驾驶员在出行前、出行中和到达目的地后都面临众多的选 择行为，其中目的地选择、出行方式选择和路径选择是出行前和出行中都将进 行的选择。对于出行目的地的变更，( k