（材料学专业论文）ti6a14v微弧氧化陶瓷层的制备及中温摩擦性能研究.pdf

学位论文版权使用授权书 全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：j 藿衫衫 签字日期： v o l o 年石月ff e 1 导师签名：乏吱r 埘k 签字日期：矽忉年多月cc 日 。r 中图分类号： u d c ： 基于 s t u d y i 作者姓名： 导师姓名： 学位类别： 学科专业： 卜l 一 lir-lri 致谢 钱大琳教授的悉心指导下完成的，钱大琳教授严 给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢两年来 成了实验室的科研工作，在学习上和生活上都给 予了我很大的关心和帮助，在此向钱老师表示衷心的谢意。 钱大琳教授对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见，在此表示衷 心的感谢。 在实验室工作及撰写论文期间，师姐李珊珊、陈小红、杨露萍以及刘红元、 王啸啸、李全东、李年源、王九州、钮志强、王小娟、张敏敏、黄军红等同学对 我论文中的数据采集工作及研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激 之情。 另外也感谢家人，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。 中文摘要 摘要：在平面信号交叉口，行人、机动车和自行车之间的冲突广泛存在，由此引 起了延误的增加、通行能力的下降，同时也带来了极大的安全隐患。而目前国内 外对人机干扰的研究较少，在已有的研究中，尚缺乏较成熟的微观模型和完善的 理论体系。为此，本论文结合导师主持的国家自然科学基金项目“信号平交路口 行人服务水平若干问题研究，深入探讨了人机干扰机理，并建立了人机相互穿越 微观决策模型。 本论文重点研究以下几个问题： 1 、考虑上游干扰区影响的人机干扰机理研究 根据视频观测划分机动车在交叉口内的活动区域，通过对比分析有、无上游 自行车干扰时，机动车通过各区域的速度和车头时距的变化，来研究交叉口上游 的自行车干扰区对下游行人干扰区前后机动车运行特性的影响，并分析这种干扰 对机动车穿越行人流的行为及穿越决策的影响；探讨人机相互穿越微观行为及各 自的穿越影响因素；从速度和车头时距两个方面定量分析人机干扰对混合交通流 运行特性的影响。 2 、建立基于合作博弈的人机相互穿越决策模型 建立行人与机动车的双矩阵博弈模型，利用已有的对行人过街危险系数的定 义，通过实测样本求得行人过街危险系数的临界值，以此为标准达成行人与机动 车之间的具有约束力的协议；提出行人与机动车博弈的纳什谈判问题及相关解法； 通过实例计算，证明合作博弈模型的可用性；通过实测样本的验证，证明合作博 弈模型较好的预测精度。 本文创新点：在研究人机干扰机理时考虑了上游干扰区的影响和在建立人机 相互穿越决策模型时对合作博弈理论的应用。 关键词：混合交通；人机干扰；合作博弈 分类号：u 4 9 1 2 3 ；u 4 9 1 2 5 k l 0 m a k e sd e e pr e s e a r c ho np e d e s t r i a na n dv e h i c l ei n t e r f e r e n c e p e d e s t r i a i la n dv e h i c l e i n t e r f e r e n c em e c h a n i s mi se x p l o r e d ，a n dam i c r od e c i s i o n - m a k i n gm o d e la b o u tt h e c r o s s i n go fp e d e s t r i a na n dv e h i c l ei se s t a b l i s h e d t h i sp a p e rf o c u s e so nt h ef o l l o w i n gq u e s t i o n s ： 1 s t u d yo np e d e s t r i a na n dv e h i c l ei n t e r f e r e n c em e c h a n i s mu n d e rt h ec o n s i d e r a t i o n o ft h eb i c y c l ei n f l u e n c ea tt h eu p s t r e a mo fi n t e r s e c t i o n t h ev e h i c l ea c t i v i t ya r e a sc r o w i n gt h ei n t e r s e c t i o na r ed i v i d e da c c o r d i n gt ot h e v i d e oo b s e r v a t i o n s t h r o u g hc o m p a r a t i v ea n a l y s i so ft h es p e e da n dh e a d w a yc h a n g eo f v e h i c l ec r o s s i n gt h ei n t e r s e c t i o nw i t ha n dw i t h o u tv e h i c l e - b i c y c l ei n t e r f e r e n c e ，t h e i n f l u e n c eo fu p p e rv e h i c l e - b i c y c l ei n t e r f e r e n c ea r e a o nt h ev e h i c l eo p e r a t i o n c h a r a c t e r i s t i c sb e f o r ea n da f t e ri tc r o s s i n gt h ev e h i c l e - - p e d e s t r i a ni n t e r f e r e n c ea r e aa s w e l la st h ei n f l u e n c eo nt h eb e h a v i o ra n dc r o s s i n gd e c i s i o no fv e h i c l ew h e ni th a s i n t e r f e r e n c ew i t hp e d e s t r i a na r es t u d i e d t h em i c r o - b e h a v i o ro fp e d e s t r i a na n dv e h i c l e w h e nt h e ya r ec r o s s i n ge a c ho t h e ra n dt h ec r o s s i n gi n f l u e n c i n gf a c t o r sa r ee x p l o r e d t h e i m p a c to fp e d e s t r i a n a n dv e h i c l ei n t e r f e r e n c eo nm i x e dt r a f f i cf l o wo p e r a t i o n c h a r a c t e r i s t i c si sa n a l y z e df o r mt h ea s p e c t so fv e l o c i t ya n dh e a d w a y 2 e s t a b l i s h m e n to ft h em i c r od e c i s i o n - m a k i n gm o d e la b o u tt h ec r o s s i n go f p e d e s t r i a na n dv e h i c l e t h eb i m a t r i xg a m em o d e li se s t a b l i s h e d u s i n gt h ee x i s t i n gd e f i n i t i o no fp e d e s t r i a n c r o s s i n gr i s kc o e f f i c i e n t ，t h er i s kc o e f f i c i e n tc r i t i c a lv a l u ei so b t a i n e da c c o r d i n gt or e a l s a m p l e s ，a n di st a k e na sc r i t e r i at or e a c hab i n d i n ga g r e e m e n tb e t w e e np e d e s t r i a na n d v e h i c l e t h en a s hb a r g a i n i n gp r o b l e ma n dr e l a t e ds o l u t i o nt ot h eg a m eb e t w e e n p e d e s t r i a na n dv e h i c l ea r ep u tf o r w a r d i ti sp r o v e dt h a tt h ea v a i l a b i l i t yo fc o o p e r a t i v e g a m em o d e li sg o o d ，a n di th a sb e t t e rp r e d i c t i o na c c u r a c y t h em o v a t i o no ft h i sp a p e r ：t h ec o n s i d e r a t i o no fa d j a c e n ti n t e r f e r e n c ea r e aw h e n p e d e s t r i a na n dv e h i d ei n t e r f e r e n c em e c h a n i s mi se x p l o r e d ，t h em i c r od e c i s i o n m a k i n g m o d e la b o u tt h ec r o s s i n go fp e d e s t r i a na n dv e h i d eb a s e do nc o o p e r a t i v eg a m et h e o r y v 3 4 2 2博弈论相关概念1 7 2 2 1 博弈论及其基本要素1 7 2 2 2 博弈论在交通中的应用2 0 混合交通流数据采集与分析2 2 3 1基于视频的混合交通流数据采集方法2 2 3 1 1 交通调查目的2 2 3 1 2 所需调查参数2 2 3 1 3 选点的步骤和原则2 3 3 1 4 调查方案2 4 3 2数据提取与整理分析2 6 3 2 1 视频数据基本处理过程2 6 3 2 2 数据提取方案2 6 3 2 3 数据分析方法2 7 考虑上游干扰区影响的人机干扰机理研究2 9 相邻干扰区影响分析2 9 4 1 i 机动车运行区域划分2 9 4 1 2 机动车通过上游干扰区速度改变特性3 0 4 1 3 机动车通过上游干扰区车头时距改变特性3 2 4 1 4 上游干扰区对机动车穿越行人决策的影响3 3 4 2人机穿越微观行为分析3 4 4 2 1 机动车穿越行人微观行为分析3 4 4 2 2 行人穿越机动车微观行为分析3 6 4 3人机干扰机理分析3 7 4 3 1 人机干扰产生原因3 7 4 3 2 人机穿越影响因素3 8 4 4人机干扰对信号交叉口混合交通流运行特性的影响分析4 0 4 4 1 人机干扰对信号交叉口混合交通流速度的影响分析4 1 4 4 2 人机干扰对信号交叉口机动车车头时距影响分析4 3 5基于合作博弈的行人与机动车相互穿越决策模型4 4 5 1模型的建立4 4 5 2模型的求解4 6 5 2 1 非合作博弈下的模型求解4 6 5 2 2 合作博弈下的模型求解4 7 5 3实例计算5 3 5 4模型验证与分析5 6 5 4 1 模型验证5 6 5 4 2 模型分析5 7 6结j 沧。5 8 6 1本论文的总结5 8 6 2有待进一步研究的问题5 9 参考文献6 1 作者简历6 4 独创性声明6 5 学位论文数据集6 6 的作用，但其也是整个城市路网的交通瓶颈，是路网规划、建设、改造和交通治 理的重点n 1 。对于信号交叉口研究往往更多地关注于机动车交通流，对行人交通研 究较少，相应的交通控制也主要是针对机动车流的，一定程度上忽视了对行人交 通的控制和管理。 行人活动是城市交通中的一个重要的组成部分，行人特征是交通系统设计与 运行中的一个重要因素。步行交通在交通系统中占有很大的比重，据2 0 世纪9 0 年代初的统计，在大于2 0 0 万人口的城市，步行出行总量中约占3 5 ，1 0 0 2 0 0 万 人口的城市中约占4 0 ，少于1 0 0 万人口城市约占4 5 左右，经济发达国家步行出 行比重较低窿1 。在我国，虽然随着城市化进展的加快，城市交通的形式和内容都发 生了质的变化，但步行交通仍然是城市交通的主要形式之一。已有的统计资料表 明：我国城市步行交通在总出行量中约占4 0 口1 ，特别在地形起伏较大的城市和人 口小于1 0 0 万的中小城市，步行交通的比例更大。 信号交叉口的行人设施包括人行横道、人行天桥、过街地道等三种交通设施， 人行天桥和过街地道这两种行人设施不在交叉口街道转角内部，行人步行通过这 些设施的时候基本上不会与自行车及机动车发生冲突。但是在交叉口内部，行人 与机动车流、非机动车流在同一时间相互穿行，彼此干扰严重，事故发生率也较 高。我国交通事故年平均死亡人数为1 0 万人左右，其中4 0 左右的交通事故发生 在交叉口，而与行人相关的交通事故占1 0 9 6 以上。据统计资料表明，广州市2 0 0 5 年行人交通事故月均死亡人数为1 6 人。从通行能力角度而言，因行人与非机动车 干扰而导致的通行能力损失约为总通行能力的1 5 左右。由此可见，行人既是交通 事故中的弱者，又是交叉口混乱和效率低下的根源之一。 在国外对行人的研究中，由于地域、气候、行人组成、交通状况等各方面都 与我国现状存在较大差异，其研究结果并不能直接用于我国的行人交通。因此本 论文结合导师主持的国家自然科学基金项目“信号平交路口行人服务水平若干问 题研究”，从微观角度出发，对混合交通条件下信号交叉口行人和机动车的干扰特 性、干扰机理、干扰影响、干扰模型等进行详细研究。通对3 个交叉口的视频拍 摄，划分机动车在交叉口的活动区域，分析上游自行车干扰区对机动车与行人干 扰时运行特性及机动车穿越行人决策的影响；研究行人与机动车的相互穿越行为 和干扰机理，建立人机相互穿越的合作博弈决策模型。通过模型反映出行人与其 他交通参与者之间的相互作用情况，面向仿真，从而更好地描述交叉口交通状况。 本论文的研究具有多方面的意义。对交叉口内相邻干扰区影响下人机干扰机 理的分析及人机相互穿越决策模型的研究，在理论上，可以完善混合交通条件下 信号交叉口的微观行为模型，为交叉口微观仿真和通行能力分析方法及服务水平 评价提供理论基础；在工程上，能够为我国城市道路交叉口的人性化设计和运行 控制提供指导，使其顺应行人过街的心理，增强行人交通流的可控性，减少行人 违章现象，提高交叉口整体交通的安全和效率；在法律法规的制定上，能以此研 究作为依据，将“以人为本 的理念落到实处；同时本文的研究也为项目进一步 研究平面交叉口混合交通流干扰机理和行人的服务水平评价奠定基础，对其它相 关研究也有一定的借鉴意义。 1 2 国内外研究综述 对于行人交通的研究国外开始较早。f r u i n 4 】编写了行人交通的代表性著作 p e d e s t r i a np l a n n i n ga n dd e s i g n ) ) ，涵盖了从人的自然体征、空间特性、设计服务 水平，到行人步行辅助工具、规划、设计等各个方面，成为城市行人交通研究的 范例，为行人交通的后续发展奠定了基础。而后，p u s h k a r e vb 和z u p a nj 【5 】编写了 ( u r b a ns p a c ef o rp e d e s t r i a n s ) ) 一书，对行人交通研究产生重要影响。各个版本的 h c m 也把行人交通研究当作主要内容之一。国内在行人方面研究较早的是徐吉谦 等人。 1 2 1 行人过街微观行为研究综述 行人行为的研究是把人的行为与其周围相应的交通环境结合起来，综合评价 分析行人过街交通特性。 y a g i l t 6 j 进行环境及个人状态对行人意识影响的调查，比较全面地描述了行人过 街心理。发现了女性比男性更能意识到的干扰，而男性更注重交通环境和交通流 量。z e e g e r 7 j 等发现老年行人在交叉口的行为特性及行人较机动车驾驶员守法率低 的原因：交通环境是从机动车驾驶员的特性考虑，前提条件是行人守法等候行人 信号，或愿意多走一点路安全过街。对于儿童过街的特性，t a b i b i t 引、z u c k e r m a n 9 1 、 w h i t e b r e a d 1 0 】等人进行了研究。h a t f i e l d l l l 】讨论了行人过街时使用手机对行人安全 的影响，发现过街时使用手机的行人步速缓慢，不注意周围交通状况，认知能力 2 下降，所以为了行人安全建议过街时避免使用手机。l 锄【1 2 1 通过电话问卷调查， 研究了父母带领儿童过街时，父母的安全过街行为对儿童的影响。r o s e i l b l o o m 【1 3 】 观察了两个宗教中心的两个交叉口行人闯红灯、无行人过街标志标线处穿越、机 动车道旁行走、穿越街道前不观察交通状况和携儿童过街五个方面数据，研究了 宗教对行人过街行为的影响。m o h 黜e d 【1 4 】对约旦的不同因素下的行人速度进行 了研究，按照性别和预期的水平对行人分类，预期的水平又分为直接注意通过信 号的行人、既注意对向交通信号又注意交通流的行人和焦虑不安的行人，研究行 人的观察力和反应力。 在国内方面，马菁【i5 】根据环境心理学有关理论和实际数据调查，研究了外界 环境对行人的影响，和行人相互之间的影响从众行为。吴建平【1 6 】等研究t ：l k , 京市道路信号交叉口混合交通流中行人过街行为，测算出平均行人间隙为5 7 9 s ， 延迟为3 6 2 s ，行人群体各加2 s 。l i 【1 7 】通过调查单向街道行人躲避障碍和躲避车辆 的危险避让行为，分析行人安全认知能力，利用二分l o g i t 模型描述了行人的危险 感知度。 1 2 2 行人过街交通特性研究综述 行人交通特性主要表现在行人的步行速度、人均空间、步幅和启动时间、行 人穿越间隙等。步行速度是研究行人交通的一个重要指标，也是评价行人设施服 务水平的一个参考指标。国外对于行人步行速度的研究开始较早。 澳大利亚b e n n e t t l l 8 】等人调查了4 个城市的行人在工作同和周末过街速度的差 别，对比了在信号控制的交叉口与路段的人行横道行走有困难的行人和健康人在 步速上的差别，以及在工作日和周末过街时行人启动损失时间的差别。 美国宾夕法尼亚州交通研究所k n o b l a u c h 1 9 】等人对交叉口处步行速度和启动 时间进行了研究。他们分析了不同的因素对行人步行速度的影响，考虑的因素有 行人自身的因素和环境因素。 加拿大a n nc o 衔n 和j o h nm o r r a l l l 2 0 研究了老年人步行速度。他们观察了6 个 交叉口行人通过人行横道的时间，得到行人步行速度，并对行人进行问卷调查， 询问通过人行横道时影响步行速度的因素。 2 0 0 0 年出版的h c m 取1 2 m s 作为行人步行速度，同时又指出行人步行速度 依赖于老年人( 超过6 5 岁) 的比例。当老年人比例超过2 0 时，h c m 推荐采用 1 0 m s 作为行人的步行速度。显然，2 0 0 0 年h c m 就己考虑了年龄对于行人步行 速度的影响。景超【2 1 】整理了国外学者做的行人步速调查数据，见表1 1 。 北京交通大学硕 士学位 论 文 绪论 表1 1 国外行人过街步速研究成果 t a b l el 1f o r e i g nr e s e a r c ha c h i e v e m e n t so f p e d e s t r i a n s s p e e dc r o s s i n gt h es t r e e t 行人步速 年份来源 建议步速 1 5 分位 5 0 分位备注 1 9 7 1f r u i n1 2 1 9 7 8 m 叮t c d1 21 1 0 9 1 1 ( 老年行人) 、 1 9 8 2p r o w a a c l 1 9 8 2t e h 1 1 l1 3 5 0 9 1 0 ( 老年行人) 1 9 8 3t c d h1 2 i 2 1 9 9 5 c o m n 老年公寓或老人院附近 l 1 21 2 51 5 l 1 3 6 4 年龄段 1 9 9 6k n o b l a u c h 0 90 9 71 2 5 6 5 + 年龄段 1 0 1 1 3 5 其他 1 9 9 8 g u e r r i e r0 9 4 o 6 7o 9 6 老年 青年：1 7 1 9 9 9m i l a z z o1 3 51 2 中年：i 5 老年：i i 1 2 老年行人少于2 0 2 0 0 0h c m 1 1 老年行人多于2 0 2 0 0 1t c d h1 1 2 0 0 4 c l a d t1 2 国内方面裴玉龙、冯树民、王殿海、袁振州、吴建平等也对哈尔滨、北京等 城市行人流做了深入的研究，调查统计出我国行人的步行速度等特性【2 2 2 6 】。 1 2 3 人机干扰研究综述 在交通流相互干扰方面，国外开始得较早，理论也相对比较成熟，但大都集 中在不同类型和转向的机动车方面，对行人、自行车交通流的研究偏少。这是因 为国外发达国家城市道路交通主要以机动车为主，并采取机非和人机分流措施， 且国外的行人对交通规则的遵守情况较为良好，信号配时等交通组织方案也较为 先进，因而人机冲突的因素也较少，机动车流的运行状况较好。国内学者在引进 吸收国外成熟交通理论的基础上，根据我国混合交通的特点开展了一定的机非干 扰研究工作，特别是高自友、王殿海、钱大琳等学者提出了许多理论与方法，并 取得了一些成果。 但在人机干扰问题上，国内开展的研究较少。目前对平面信号控制交叉口混 4 i 、 合交通人机干扰的研究中，主要有三种方法：第一种是根据调查的数据，对平交 路口中人机干扰进行定性分析，这些成果使人们对混合交通干扰特性有了初步的 认识。第二种是运用交通流理论，建立系列数学解析模型，求出干扰系数，这些 成果主要从宏观上描述机非干扰程度，并没有探讨干扰机理。第三种是运用模拟 方法，利用交叉口的道路面积或者是绿灯时间作为可变项，从宏观层面上模拟混 合交通流的干扰。总的来说缺乏对人机干扰的机理分析和模型研究。景超、王殿 海在行人过街特性研究【2 l 】中对行人与机动车的干扰分为道路上的人机干扰和 交叉1 3 处的人机干扰，并对两者做了较好的描述。混杂交通微观仿真初探【2 7 】 中将冲突分为四种冲突，正碰冲突、追尾冲突、侧向冲突、斜交冲突。 1 2 3 1 道路上的人机干扰 道路上的人机干扰是由于行人横穿道路形成的。部分道路设置人行横道，供 行人安全通过。对路段上的人机干扰研究主要分为两个方面，一是利用数学方法 建立冲突模型或计算干扰延误；二是利用交通冲突理论和技术对路段人机干扰进 行定性和定量分析。 高海波【2 8 】在其建立的微观交通仿真模型中将路网分为路段、节点和行人干扰 点。在干扰点处进行现场调查，统计得出行人穿越该点道路断面的分布规律，利 用概率统计原理，用数学模型近似的描述出行人的穿越情况，并确定出行人穿越 模型的相关参数，建立具体的行人穿越模型。 王迎华【2 9 j 通过实际的交通调查，发现在无信号人行横道处，人、车的让行情 况与双方的数量和所占比重有关。并从理论上分析了行人和机动车的通行能力和 延误情况，分别建立了无信号人行横道机动车数量占优及行人数量占优时的人、 车延误模型。 裴玉龙【3 0 】运用交通冲突技术理论对行人过街过程进行分析，选择车辆制动时 间距离作为判别冲突严重程度的标准，定义行人过街的危险度，研究在行人自由 过街、无控制人行横道、信号控制无干扰人行横道、信号控制有干扰人行横道处 等条件下行人过街的危险度的计算方法。 陆斯文【3 i 】利用交通冲突技术，研究了单车道行人激进过街时与机动车之间的 碰撞事故机理，以此为基础建立了单车道人车冲突和碰撞事故概率模型，然后采 用贝叶斯全概率公式求出具体的概率值。 王俊骅 3 2 】基于交通冲突技术理论，对上海市9 个路段的无信号灯控制人行横 道处的人车冲突过程进行全程录像。通过读取冲突过程中的车速变化过程、车辆 图1 1 十字交叉口行人机动车冲突点示意图 f i g u r el - 1c o n f l i c tp o i n t so f p e d e s t r i a na n dv e h i c l e sa tc r o s s i n gi n t e r s e c t i o n 1 机动车特性 机动车的到达服从离散分布。机动车在穿越交叉口过程中车速较慢，受到信 号配时、多次通过交叉口等因素影响有停车现象。交叉口设有专用右转车道时机 动车行驶不受信号灯控制：交叉口行人数量较大时，右转机动车与行人在周期特 定时间段内会产生严重的人机干扰。 2 行人特性 受到信号灯的影响，行人在红灯时间内聚集在人行横道两端，绿灯开始后行 人以行人群形式通过人行横道。从行人心理考虑，行人群可以提供更好的安全性， 6 所以行人群通过人行横道时行走速度比单个行人速度低，后续到达的行人有向前 面行人群汇合的趋势。行人在人行横道两端的到达服从离散分布。 行人穿越干扰区域行为的影响因素主要包括等待时间、可穿越间隙、行人数 量等。主要的判断准则是可穿越间隙，但是在等待时间和行人数量的影响下，行 人对可穿越间隙的范围判断会发生变化，从而改变自己的穿越行为。行人在正常 情况下会等待安全可穿越间隙出现穿越干扰区域；随着等待时间的增长，行人会 增加冒险通过的可能性，即判断的安全穿越间隙变小；随着数量的增长，行人会 产生心理上的优势，从而增加冒险穿越的可能性，这也符合了行人群的行为特性。 由于目前的法律条文对行人较为有利，所以当行人群达到一定数量后，机动车对 行人的可穿越间隙的判断会增大。 部分行人不遵守交通规则，在行人信号灯为红灯时，一般的行人会选择等待， 而不遵守交通规则的行人在有足够大的可穿越间隙时会选择冒险穿越。 考虑行人群效应，若3 个以上的行人选择冒险穿越，则其余的行人会以很大 的概率选择冒险穿越。经过调查统计，当行人的等待时间超过4 0 s 以后，行人会以 很大的概率选择冒险穿越。 3 人机干扰特性 目前对交叉口人机干扰特性的研究主要分为机理研究和冲突解决方法研究两 个方面。 孙凤英【3 3 】建立了一个能体现机动车流之间，以及和行人流之间的冲突特性的 模型，并运用较排队论和概率论更准确、形象的图形法对模型进行分析计算。 苏岳龙【3 4 】研究了未设置右转专用相位的信号灯控制道路交叉i s i 右转机动车流 与行人和非机动车的冲突行为。并以现实交通数据为基础，通过软件提取右转车 流与行人和非机动车冲突数据，建立了冲突数据库。 陈晓明【3 5 】在研究人机干扰方面迈出了实质性的一步。详细分析了人机冲突点 处的行人行为特征和人车运行规律，描述了行人成群到达的现象，并利用实测数 据对行人群的可接受问隙进行了计算，通过车队分析法建立了人机冲突点处的通 行能力模型。该模型建立在人机冲突行为的分析上，比单纯的对行人干扰增加折 减系数更精确，也具有更广泛的适应性。 魏军【3 6 】针对行人的交通特性，分三种情况( 红灯时间行人穿插、红灯时间停等 占道、红灯初期行人延滞) 对交叉口横向干扰进行分析，提出分别采用增加修正系 数的方法对交通参数进行修正。 徐良杰【37 】针对我国典型四相位( 双向左转) 信号控制交叉口，分析了行人、非机 动车以及机动车的运行特征，给出了计算行人通行能力的公式和信号控制方法， 并结合南京市太平北路一珠江路交叉口的几何尺寸和流量数据进行了计算。计算 7 结果表明，通过设置行人专用信号，能够有效避开混合交通流在交叉口的冲突， 提高了交叉口的交通安全性及通行能力。 严萍【3 8 】通过分析深圳市城市交通存在的右转车辆与行人的冲突现象，提出了 解决二者冲突的方法。尤其是针对设置了右转专用车道的情况下，通过设计右转 车辆与行人相位分开设置情况下的流量临界模型，提出了二者的相位分开设置的 临界值的计算方法。 倪颖f 3 9 】在分析行人与右转机动车冲突类型的基础上，运用v i s s i m 仿真确定采 用信号控制分离两者冲突的临界流量条件。提出在信号交叉口设置机动车右转专 用车道及右转专用相位条件下，设置合理的信号相位相序或早启行人相位，设黄 辅助标志的方法解决原本同相位放行的行人与右转机动车的冲突；分别采用设置 足够绿灯间隔时间和行人过街安全岛，禁止右转机动车在红灯时通行的方法，解 决行人与下一相位右转机动车的冲突，解决行人与红灯期间通行的右转机动车的 冲突。 1 3 本文研究的主要内容和方法 1 3 1 本文研究的主要内容 本文在国内外研究交叉口行人微观特性和人机干扰的基础上，结合实际数据 进行理论创新。选择北京市3 个典型的具有大量机动车与非机动车、行人干扰的 平面信号交叉口，通过视频拍摄的方法采集混合交通流数据。首先根据大量视频 观测划分机动车在交叉口内的活动区域，分析交叉口内上游的机动车与非机动车 干扰对下游机动车与行人干扰区前后机动车运行特性改变、对机动车穿越行人的 行为及穿越决策的影响。然后研究人机相互穿越微观行为和人机干扰机理，在此 基础上建立基于合作博弈的人车相互穿越微观决策模型，并通过实例分析和采集 的数据验证其可行性与预测的精准性。 第一章为绪论，简述了论文研究背景、意义及国内外研究现状，在此基础上 阐述论文研究内容、基本框架和研究方法。 第二章为基于合作博弈的人机相互穿越决策模型理论基础。主要介绍人机干 扰相关概念、博弈论基本要素、非合作博弈与合作博弈的基本原理和分类、博弈 论在交通中的应用情况。 第三章为数据采集与分析。模型的研究是建立在数据的基础上的，因此，数 据的采集和处理是很重要的一部分。本章详细介绍了相关数据调查方案，数据提 取方案和整理分析方法。 第四章为考虑上游干扰区影响的人机干扰机理研究，这是本文的一个重点内 容。通过对大量的拍摄视频进行观测，划分机动车在交叉口内的活动区域，通过 对比分析交叉口内有、无上游机非干扰时，机动车通过交叉口各区域的速度和车 头时距的变化，来研究交叉口处上游的机非干扰区对下游人机干扰区前后机动车 运行特性改变的影响，并分析机非干扰对机动车穿越行人流的行为及穿越决策的 影响；分别从机动车与行人两者角度出发研究人机穿越微观行为；从宏观上分析 人机干扰产生原因，从微观上研究人机相互穿越的影响因素；最后从速度和车头 时距两个方面定量分析人机干扰对混合交通流运行特性的影响。 第五章为基于合作博弈的行人与机动车相互穿越决策模型。这是本文的另一 个重点内容。根据交叉口行人与机动车的干扰机理，建立行人与机动车的双矩阵 博弈模型，利用已有的对行人过街危险系数的定义，通过实测样本求得行人过街 危险系数的临界值，以此为标准达成行人与机动车之间的具有约束力的协议，并 提出行人与机动车博弈的纳什谈判问题及相关解法，通过实例分析和采集的数据 验证其可行性与预测的准确性。 第六章为研究结论与展望。对论文进行总结，并提出需要进一步解决的问题。 1 3 2 本文研究的主要方法 根据我国道路交通安全法第四十条规定“机动车经人行横道时，应当减 速行驶；遇行人正在通过人行横道，应当停车让行，行人拥有通行的优先权。然 而，从我国交叉口实际运行状况来看，在冲突点处，对于同时获得信号通行指令 的机动车和行人，两者具有相对平等的通行权。行人和机动车在通过交叉口时的 运行规律为两者相互寻找间隙穿越，交替穿插的过程。在这种情况下，行人与机 动车的冲突不可避免。 而博弈论正是研究2 个或2 个以上决策主体的相关性决策以及这种决策均衡 性的问题，以人的理性为基础，探讨多个决策主体间相互作用的竞争性。在行人 与机动车的竞争行为中，两者都各自具有不同的目标和利益，为了达到各自的目 标和利益，会考虑对手各种可能的行动方案，并力图选取对自己最为有利或最为 合理的方案。所以运用博弈理论原理可以建立一个关于人机利益冲突的数学模型 和分析框架，便于科学理解人机干扰的决策行为。 博弈论分为非合作博弈与合作博弈，两者的区别在于是否有具备约束力的协 议，如有便是合作博弈。本文建立了人机干扰的双矩阵博弈模型后，首先从非合 作角度出发求解模型，解得双方的期望收益为0 。然后经过计算分析发现，在合作 的情况下，博弈双方至少有一方会增加收益，所以行人与机动车出于使自身利益 9 达到最大考虑，会更倾向于合作博弈，故本文选取合作博弈下的解法作为模型最 终的求解方法。 对于合作博弈中必有的具备约束力协议的确定，是从行人与机动车考虑自身 安全的角度出发，利用已有的对行人过街危险系数的定义，通过大量实测数据确 定行人过街危险系数的临界值，以该临界值为标准使行人与机动车达成具有约束 力的协议。在此基础上，提出行人与机动车博弈的纳什谈判问题及相关解法，并 通过实例分析和采集的数据验证模型的可行性与准确性。 模型建立的步骤如图1 2 所示。 人机存在竞争 存在博弈 1 r l 建立双矩阵博弈模型 从非合作角度求解双方收益期望为0 ， 小于合作时双方的可能收益 图1 2 人机干扰博弈模型建立过程 f i g u r e1 - 2e s t a b l i s h m e n to fg a m em o d e lf o rp e d e s t r i a na n dv e h i c l ei n t e r f e r e n c e 1 0 向、改变车速、突然停车、交通违章等，除非另一方也相应采取避险行为，否则 就会处于碰撞的境地，这一现象就是交通冲突m 】。而交通干扰是由于两个或者两 个以上的交通行为者同一时刻共用同一交通载体，或者交通行为参与者与交通载 体之间由于设计本身或者外界环境干预等原因，使得道路交通系统存在安全隐患， 至少有一方交通行为者不得不改变原来的行为状态。 从上述定义可以看出，交通冲突技术主要应用于道路交通安全，而在实际中平 面交叉口的行人与机动车在大部分情况下，是处于相互影响状态，而非发生碰撞， 产生交通事故。所以对交叉口内行人与机动车之间的相互影响，运用“干扰”一 词加以描述更加确切一些。因此本文运用“人机干扰 描述机动车与行人之间的 相互影响。 2 1 1 2 人机干扰类型 平面交叉口的类型、道路、交通和控制的不同，存在的行人和机动车冲突的 图2 1行人与右转机动车干扰示意图 f i g u r e2 一ls c h e m a t i cd i a g r a mo fp e d e s t r i a na n dt h er i g h t t u r nv e h i c l ei n t e r f e r e n c e 当没有右转专用车道时，右转机动车与南北直行信号灯同一相位，南北相位 时获得通行权，与南北方向走向的行人流形成干扰，干扰点位置见下图中的干扰 点l 和干扰点2 。 当有右转专用车道时，右转机动车不受信号等控制，与无右转专用车道相比， 在东西相位时，与东西方向行人形成干扰，干扰点位置见图中的干扰点3 和干扰 点4 。此时右转机动车与行人共形成4 个干扰点。 2 行人与左转机动车之间的干扰 以南北方向南进口为例进行说明，见图2 2 。左转机动车获得通行权，与南北 方向行人流形成干扰，冲突点位置见图2 2 中的冲突点1 和冲突点2 。 3 行人与直行机动车之间的干扰 行人与直行机动车的干扰见上图中的黑色虚线。理论上行人与直行机动车间 不会形成干扰，但是行人的机动性强，穿越速度相对较慢，存在不遵守交通规则 1 2 f i g u r e2 - 2s c h e m a t i cd i a g r a mo f p e d e s t r i a na n dt h el e f t - t u mv e h i c l ei n t e ：r f e r e n c e 行为，所以两者产生了干扰。形成干扰点见图2 - 3 中的冲突点1 冲突点4 ；同时由 于上面分析的原因产生了行人与左转机动车之间的干扰，干扰点位置见图2 - 3 中的 冲突点5 和冲突点6 。 f i g u r e2 - 3s c h e m a t i cd i a g r a mo f p e d e s t r i a na n dt h em e a nf l u ev e h i c l ei 1 1 t e 】r f e r 肌c e 干扰类型从性质上分可以分为无干扰、单向行人流干扰和对向行人流干扰三 类。 无干扰指机动车穿越干扰区域时，干扰区域内没有行人，行人与机动车之间 没有形成相互之间的影响。 定义交通流干扰程度为路口内交通流依据一定的交通控制模式行进过程中， 在干扰区域内，由于人机相互之间的穿越行为而造成的时间损失占正常通行所需 时间的比率。这里正常通行所需的时间取在没有干扰情况下一定样本量的机动车 通过干扰区的平均时间，计算公式如下： 后：啦 式中辞干扰情况下通过干扰区时间( s ) ； 无干扰情况下机动车通过干扰区的平均时间( s ) 。 2 1 2 干扰区、判断区 2 1 2 1 干扰区 ( 2 - 1 ) 一般情况下，行人与机动车的冲突点是指在某相位下，行人与机动车会发生 1 4 2 1 2 2判断区域 f i g u r e 2 - 5s c h e m a t i cd i a g r a mo ft h ei n t e r f e r e n c ea r e a 冲突判断的基本思想是行为预测。交通参与者通过预测自身和其他参与者的 行为来判断冲突是否会发生。在很短时间内，如果自身与其他参与者或者障碍物 的位置时间预测表相互重叠，则表明可能发生冲突。接着，交通参与者会对速度、 流量、车间间距等有一个初步的预测。然后，交通参与者根据预测出的损益来进 行冲突占先判断，确定到底谁让谁。 由于在步行交通中，行人最突出的行动特点是：可以在极短的时间和极短的 距离内变更自己的意志和行动。所以行人一般是在快到达冲突区临界面时，做出 决策并立即采用行动。 机动车判断点是指机动车对是否采取避让措施进行判断的位置。经过观察分 析判断点的位置与机动车的速度有关。当机动车速度大时，机动车的在较远的位 置就开始做出判断。从安全性的角度考虑，机动车在判断是否让行时，将安全性 放在首位，即机动车必须保证在穿越冲突区域时不会与行人发生碰撞。 则要保证，机动车判断距离l + 乞，式中f t 为反应距离，z 为制动距离，如 1 5 北京交通大学硕士学位论文基于合作博弈的人机相互穿越决策模型理论基础 图2 6 所示。 1 7 冲 反应距离 制动距离 7 c 一i 一 突 区 域 图2 - 6 机动车判断距离示意图 f i g u r e2 - 6j u d g i n gd i s t a n c eo f v e h i c l e s 根据刘小明、任福田等人的研究m 1 ，机动车驾驶员发现危险情况至开始出现 反应动作时所需要的反应时间约为o 2 s 。当机动车速度为1 ，最大减速度为a 时， = o 2 v ， ，2 z 2 2i z 口 三+ 乞- 0 2 y + 丢 ( 2 2 ) ( 2 3 ) ( 2 4 ) 当机动车速度为0 时，即机动车停车等待行人群出现穿越问隙时，判断点为机 动车