交通流分析理论课件：微观换道模型

交通流分析理论微观换道模型一、换道行为特性二、规则换道模型三、离散选择换道模型四、激励驱动换道模型五、换道模型总结本章内容一、换道行为特性二、规则换道模型三、离散选择换道模型四、激励驱动换道模型五、换道模型总结本章内容一、换道行为特性概述换道模型与跟驰模型共同构成微观交通流模型换道模型描述的是车辆从一条车道换道至另一条车道的驾驶行为一、换道行为特性四个特征速度特征本车道运行不符合驾驶员的期望速度，驾驶员选择换道至更快的、更舒适的车道60km/h30km/h一、换道行为特性四个特征超车特征驾驶员换道的目的不是追求更快的车速，而是以超车为目标的换道行为一般而言，一次超车可以由两次换道行为完成一、换道行为特性四个特征车道特征在计划路径与转向约束下，驾驶员关注的是某一条期望车道，不是车速换道后，以该车道对当前所能允许的速度继续行驶一、换道行为特性四个特征交通特征因交通管制等外在约束而产生，如前车道施工，驾驶员根据交通组织方案，换至相邻车道上继续行驶一、换道行为特性换道行为分类自由换道：驾驶员追求更高的驾驶车速和更大的驾驶空间，往往具有超车特征和速度特征。一般发生在高速公路的基本路段强制换道：由于路径约束以及交通管制因素，使得车辆不得不进行换道行为，方可正常行驶至目的地，往往具有车道特征和交通特征。强制换道常发生在高速公路上下匝道区、施工区以及施工地点图中红色车辆即为强制换道，绿色车辆即为自由换道一、换道行为特性换道行为的三个阶段换道动机：即换道需求，驾驶员做出是否需要换道的判断换道条件：是否具备客观的安全换道条件，往往是指目标车道的换道间隙能否慢足安全性需求换道执行：车辆从本车道换道至目标车道的行驶过程一、换道行为特性二、规则换道模型三、离散选择换道模型四、激励驱动换道模型五、换道模型总结本章内容二、规则换道模型

Gipps换道模型由Gipps提出，依据换道的可能性、必要性、以及期望性对城市道路进行换道行为描述

Gipps换道模型的决策因素换道行为是否安全可行障碍物的位置公交专用车道的存在驾驶员的预期转向行驶重型车的存在车辆的运行速度1.决策之间相互影响2.决策的重要性与驾驶员在前方道路是否存在预期的转向行驶计划相关二、规则换道模型

Gipps换道模型的决策过程车道的选择换道的可能性驾驶员是否接近预期的转向地点换道的紧迫性公交车与公交专用道非公交车驶入公交专用道7.非公交车从公交专用道驶离8.预期转向地点是否遥远本车道与目标车道的相对速度优势本车道与目标车道的重型车影响本车道与目标车道行驶速度差异换道安全性更改目标车道

Gipps换道模型的特点换道行为源于对预期转向和行车速度的驾驶需求换道模型的换道规则确定，无法描述驾驶员换道行为的随机性给出了完整的换道决策过程，积极促进后续换道模型的构建决策过程中考虑的因素多，计算量大，计算出的换道可能性往往低于实际情况二、规则换道模型一、换道行为特性二、规则换道模型三、离散选择换道模型四、激励驱动换道模型五、换道模型总结本章内容三、离散选择换道模型离散选择换道模型的概念基于离散选择理论驾驶员的换道动机源于对不同车道效用值的比较，构建效用函数实现对车道选择概率的描述换道条件的描述采用概率形式而非确定性条件考虑了随机误差项，将个体差异和驾驶随机纳入了模型的考虑范畴主要的离散选择换道模型Ahmed换道模型Toledo换道模型三、离散选择换道模型

Toledo换道模型的决策过程基于Ahmed换道模型的进一步研究成果，由Toledo等提出Toledo换道模型使用统一的车道效用函数描述强制换道与自由换道场景，实现了强制换道与自由换道相统一的建模目标Toledo换道模型的决策结构由两部分构成，主要包含：目标车道选择接受间隙Toledo换道模型决策过程三、离散选择换道模型若仅考虑相邻车道，目标车辆n将把车道1作为换道的目标车道Toledo模型从所有车道的全局性考虑，目标车辆n将把车道4作为换道的目标车道在实际的计算中，Toledo换道模型并非仅将速度作为唯一车道效用，而是综合考虑多项因素的结果输出

Toledo换道模型的决策过程三、离散选择换道模型

Toledo换道模型的数学描述目标车道的效用选择概率考虑的因素应包含：√周边的环境√计划路径√路况的熟悉度与经验√驾驶员特性与车辆性能（引入随机误差项来捕获驾驶员行为差异性）驾驶员n在t时刻选择目标车道i的效用Toledo换道模型应用多项Logit模型计算选择各车道概率三、离散选择换道模型目标车道的间隙接受概率换道间隙是指换道方向上相邻车道的前车间隙与后车间隙，将最小可接受临界间隙的随机变量作为解释变量与驾驶员差异性的函数，并服从对数正态分布

Toledo换道模型的数学描述驾驶员n在t时刻换道的临界间隙G：基于临界间隙，Toledo换道模型的间隙接受概率：一、换道行为特性二、规则换道模型三、离散选择换道模型四、激励驱动换道模型五、换道模型总结本章内容四、激励驱动换道模型激励驱动换道模型的概念对换道需求建立激励准则，当满足激励准则时，驾驶员产生换道需求，进一步判断安全条件，从而执行或不执行换道本质上同属效用选择模型，但不是概率模型主要的激励驱动换道模型MOBIL换道模型LMRS换道模型四、激励驱动换道模型MOBIL换道模型加速度是衡量车辆行驶舒适度的直观体现自身换道的目的是获取更大的加速度收益换道行为对本车道以及目标车道的跟驰车辆加速都会产生影响MOBIL换道模型要求换道后自身及周边车辆的整体收益要高于加速度的最小收益阈值MOBIL换道模型的激励准则由Kesting等提出，主要面向高速公路自由换道场景采用换道车辆及局部周围车辆的加速度变化表征换道效益四、激励驱动换道模型MOBIL换道模型的数学表达车辆c换道后局部车辆整体加速度的变化：c车，通常>0

n车，通常<0o车，通常>0收益阈值四、激励驱动换道模型MOBIL换道模型的数学表达其中p为礼貌因子：当p=0时，跟驰车辆的加速度变化将不被考虑，驾驶员此时被认为不礼貌，仅考虑自身的驾驶舒适度当p=1时，驾驶员认为跟驰车辆的利益与自己同等重要，驾驶员被认为礼貌特别地，当p=0，Δa=0时，上述公式便可以简化为：四、激励驱动换道模型MOBIL换道模型的安全条件其中，f为跟驰模型表达式MOBIL换道模型的特点换道激励准则与安全条件均采用跟驰模型计算P因子能够很好的表征驾驶员的驾驶行为激进程度可以拓展至强制换道场景一、换道行为特性二、规则换道模型三、离散选择换道模型四、激励驱动换道模型五、换道模型总结本章内容五、换道模型总结规则换道模型离散换道模型激励驱动换道模型换道决策决策树Logit与