智能网联汽车仿真与测试课件：动态元素仿真之交通流建模

动态元素仿真之交通流建模SimulationandTestingofIntelligentNetworkedVehicle智能网联汽车仿真与测试目录Contents交通流模型01PanoSim中的TrafficTools交通工具02ViewTools查看工具03交通流模型01一、交通流模型1.什么是交通流模型01微观交通流模型中，每一个交通参与者都是一个独立的移动单元，因此，需要包含显性的交通参与者行为模型。02宏观交通流模型的目的是获取某一区域内交通参与者的宏观变化情况，如流速与流量变化等，因此，它可能并不重视个别交通参与者的行为特征。交通模型是模拟真实世界交通的数学模型。根据仿真颗粒度不同，可以将交通模型分为宏观交通流和微观交通流。一、交通流模型2.LWR宏观交通流模型LWR(Lighthill-Whitham-Richards)模型使用连续性方程表示交通流的连续性行为。该模型假设交通流总是处于平衡状态。换言之，它假设流中任何点在任何时间的速度和密度值都是根据均衡关系进行的。这是一个理想假设。LWR模型包括三个部分：源自流体论的连续性方程交通流基本方程(q=uk)速度-密度平衡方程一、交通流模型2.LWR宏观交通流模型下式即为宏观交通的守恒方程，一条道路被划分为若干路段，当没有车辆进入路段或离开该路段时遵守该守恒方程。式中，q=q(t,x)是流量，k=k(t,x)是密度。LWR模型中，假设交通始终保持平衡。因此，上式可以转化为下式形式：一、交通流模型2.LWR宏观交通流模型接上一页：u=u(k)是流速，可以建立u与k之间的映射关系，因此:由于u(k)并非定值，即

，因此上式如下:上式就是LWR的核心方程。一、交通流模型3.IDM交通流型介绍微观交通模型根据具体场景可以分为换道模型，跟车模型，切入模型和切出模型。IDM考虑了车辆自由行驶和跟车行驶的情况。实际上，IDM可能是世界上使用最广泛的模型。一、交通流模型IDM模型进行了如下假设:假设车辆的加速度与自身的速度是一个严格递减函数。当没有车辆或障碍物进行阻挡得前提下，车辆倾向于以期望速度V0行驶。当前方存在前车或者障碍物时，车辆的加速度与距离呈递增关系，即距离趋近时会自动降低速度。值得注意的是，当障碍物或前车在交互范围之外，本车不会受到影响，仍然进行自由行驶。本车的加速度与前车的车速呈递增关系，即本车与前车之间的距离在交互距离之内，前车的速度越大，本车也会倾向于加速，直到车速达到期望速度V0。本车和前车或障碍物之间的存在最小间隔S0，这导致本车与前车或障碍物之间的距离逐渐缩小到最小间隔s时，本车会倾向于急减速，以保证最小间隔。一、交通流模型IDM模型进行了如下假设:在最小间隔基础上，还存在一个安全距离S0+vT，T为安全时间。安全距离是在最小间隔基础上将车速和安全事件纳入安全考虑范围，从而让车辆更好地与前车或障碍物保持一定间隔，预防碰撞发生。受到红绿灯等交通基础设施的约束。加速度的变化率，即加速度应当小于一定值，即加速度不可以任意导数增大或减少。一般加速度≤1.5m/s²。IDM模型的公式为:02PanoSim中的TrafficTools交通工具二、PanoSim中的TrafficTools交通工具TrafficTools中可设置正常交通流，或称之为随机交通流。每个World文件有系统默认的随机交通，预览时实现有随机车辆在地图内，按照交通规则运行，可以使得场景更加逼真。如图所示点击左侧文件结构的“Normal”节点，可以打开随机交通的属性窗口。随机交通模型参数分为:Basic、VehicleRatio和DriverRatio三大类。二、PanoSim中的TrafficTools交通工具TrafficTools中也可设置异常交通流，如图所示点击左侧文件结构的“Abnormal”节点可以打开异常交通流的属性窗口。异常交通流模型参数分为:MeanSpeed、EmergencyRatio、CommonRatio和CasualRatio四个参数，MeanSpeed表示平均车速，EmergencyRatio表示驾驶任务紧急比例，CommomRatio表示驾驶任务正常比例，CasualRatio表示驾驶任务轻松比例。二、PanoSim中的TrafficTools交通工具关于TrafficDataset中，还包括三类模型TrafficLightModel、CrosswalkModel和BarrierModel。TrafficLightModel用于根据红绿灯信号控制随机车辆，实现路口交通；CrosswalkModel根据人行横道上的随机行人控制随机车辆，避免随机车碰撞行人；BarrierModel根据停车场出入口车辆进出控制出入口抬杆的摆动。二、PanoSim中的TrafficTools交通工具如图所示，除上述的默认正常交通流外，“TrafficTools”区域主要包含“Traffic”按钮，用户可以点击该按钮打开已导入的外部交通模型。PanoSim除了支持软件内置的交通模型外，还支持用户通过脚本的方式自定义交通模型。03ViewTools查看工具三、ViewTools查看工具“ViewTools”区域主要包括“Preview”(预览)按钮，用以预览场景地图的3D模型。此外，还可以进行视角切换(鸟瞰视角,跟随视角,驾驶员视角