交通流微觀仿真與駕駛員行為建模理論及方法

前言

　　隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，交通基礎(chǔ)設(shè)施的“瓶頸”制約作用越來越明顯，交通堵塞及由此衍生的安全、環(huán)境等問題愈發(fā)突出，掌握交通流的運(yùn)行規(guī)律進(jìn)而利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，使交通運(yùn)輸智能化成為解決交通“瓶頸”問題的戰(zhàn)略舉措。因此，智能運(yùn)輸系統(tǒng)（intelligent transponation system，ITS）研究日益受到各國(guó)政府的重視，并成為交通運(yùn)輸工程、控制科學(xué)與工程、系統(tǒng)科學(xué)與工程、車輛工程以及信息與智能科學(xué)等多學(xué)科交叉領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。　　ITS融人、車、路、環(huán)境交通四要素為一體，是一個(gè)復(fù)雜、動(dòng)態(tài)、隨機(jī)的開放巨系統(tǒng)。交通四要素中，具有復(fù)雜認(rèn)知活動(dòng)與協(xié)同操作能力的駕駛員是道路交通系統(tǒng)的信息處理者和決策者，在協(xié)調(diào)和控制交通四要素的各個(gè)環(huán)節(jié)中起著舉足輕重的作用。因此，對(duì)交通系統(tǒng)自組織演化規(guī)律的研究，須以駕駛員的行為特性研究為核心，把人、車、路、環(huán)境作為一個(gè)統(tǒng)一系統(tǒng)來考慮?！　〗煌魑⒂^仿真正是ITS項(xiàng)目開發(fā)、評(píng)價(jià)和優(yōu)化的有力工具，也是當(dāng)前國(guó)際人工交通系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)交通工程前沿領(lǐng)域研究的重要手段；駕駛員行為既是微觀交通流仿真建模理論研究的基礎(chǔ)，同時(shí)也是汽車智能駕駛系統(tǒng)理論研究的核心內(nèi)容。這兩方面的研究都涉及信息和智能科學(xué)、認(rèn)知和心理科學(xué)、人因和行為科學(xué)等復(fù)雜系統(tǒng)研究所需要的多學(xué)科知識(shí)背景，富于時(shí)代性和挑戰(zhàn)性！　　多年來，作者所在的研究團(tuán)隊(duì)一直致力于交通流微觀仿真與駕駛員行為建模理論及方法等方面的探索性研究，取得了一些研究進(jìn)展，并將其整理匯集于此書，與讀者共享。

內(nèi)容概要

本書是作者在交通流與駕駛員行為仿真建模領(lǐng)域近十年研究成果的系統(tǒng)總結(jié)。本書在全面總結(jié)國(guó)內(nèi)外道路交通仿真與駕駛員行為研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)的基礎(chǔ)上，主要介紹：微觀交通流仿真建模理論及一體化仿真環(huán)境研究，基于多源信息融合的駕駛員跟車行為研究，基于認(rèn)知活動(dòng)鏈的駕駛員行為建模及仿真研究，基于綜合認(rèn)知活動(dòng)及決策優(yōu)化方法的駕駛員行為研究以及各種模型和算法在不同流量條件、事件、車道控制及誘導(dǎo)信號(hào)、機(jī)非混雜等復(fù)雜系統(tǒng)環(huán)境中的相關(guān)應(yīng)用。本書也探討了利用相關(guān)理論對(duì)汽車智能駕駛系統(tǒng)控制策略與算法進(jìn)行仿真研究的問題。    本書可以為交通運(yùn)輸工程、控制科學(xué)與工程、系統(tǒng)科學(xué)與工程、車輛工程以及智能科學(xué)等多學(xué)科交叉領(lǐng)域從事系統(tǒng)仿真研究的相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員提供參考，也可以作為相關(guān)專業(yè)研究生和高年級(jí)本科生教材。

書籍目錄

前言第一篇  微觀交通流仿真建模理論及一體化仿真環(huán)境研究　1  微觀交通流仿真建模理論及環(huán)境研究的背景、意義及思路  　1.1  研究背景　  1.2  研究意義  　1.3  研究思路　  1.4  本章小結(jié)  　參考文獻(xiàn)　2  道路交通仿真研究回顧  　2.1  系統(tǒng)仿真、計(jì)算機(jī)仿真和交通仿真    　2.1.1  系統(tǒng)仿真　    2.1.2  計(jì)算機(jī)仿真  　  2.1.3  交通仿真　  2.2  國(guó)內(nèi)外交通仿真研究概況  　  2.2.1  國(guó)外研究概況    　2.2.2  國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀　  2.3  微觀交通流仿真車輛跟馳模型研究概況  　  2.3.1  車輛跟馳模型的研究現(xiàn)狀    　2.3.2  車輛跟馳模型的研究趨勢(shì)　  2.4  本章小結(jié)  　參考文獻(xiàn)　3  城市道路交通特性分析  　3.1  路段交通特性    　3.1.1  人車路特性　    3.1.2  城市道路交通流統(tǒng)計(jì)分布特性  　  3.1.3  車輛運(yùn)行特性　  3.2  信號(hào)交叉口交通特性  　  3.2.1  車輛到達(dá)車頭時(shí)距分布特性    　3.2.2  交叉口處的車道選擇特性　    3.2.3  交叉口處車輛離去特性  　3.3  本章小結(jié)　  參考文獻(xiàn)　4  微觀交通流仿真模型設(shè)計(jì)及一體化仿真環(huán)境研究  　4.1  仿真系統(tǒng)概述    　4.1.1  仿真研究的目標(biāo)    ……　5  仿真模型的標(biāo)定　6  仿真模型的驗(yàn)證　7  仿真模型的應(yīng)用　8  本篇研究總結(jié)第二篇  基于多源信息融合的駕駛員跟車行為研究　9  多源信息刺激下駕駛員行為研究的必要性　10  基于多源信息融合的駕駛員跟車行為模型及算法　11  模型的標(biāo)定及驗(yàn)證　12  本篇研究總結(jié)第三篇  基于認(rèn)知活動(dòng)鏈的駕駛員行為建模及仿真　13  駕駛員行為仿真模型研究概述　14  駕駛員任務(wù)集聚認(rèn)知活動(dòng)鏈研究　15  基于灰關(guān)聯(lián)熵理論的駕駛決策影響因子研究　16  基于決策樹的駕駛行為決策機(jī)制　17  基于非參數(shù)回歸的車輛運(yùn)行執(zhí)行機(jī)制　18  綜合認(rèn)知序貫活動(dòng)模型的應(yīng)用　19  本篇研究總結(jié)第四篇  基于綜合認(rèn)知活動(dòng)及決策優(yōu)化方法的駕駛員行為研究　20  基于人-車-路-環(huán)境綜合計(jì)算的駕駛員期望車速　21  基于投影尋蹤回歸的車輛跟馳模型　22  基于層次分析的車道變換決策模型　23  基于精準(zhǔn)時(shí)鐘掃描的駕駛員決策優(yōu)化模型　24  機(jī)非混雜環(huán)境中的駕駛員行為建模及仿真　25  本篇研究總結(jié)附錄

章節(jié)摘錄

　　3）傳遞性　　由制約性可知，第1輛車的運(yùn)行狀態(tài)制約著第2輛車的運(yùn)行狀態(tài)，而第2輛車又制約著第3輛車，……，第n輛車又制約著第n+1輛車。一旦第1輛車改變運(yùn)行狀態(tài)，它的效應(yīng)將會(huì)一輛接一輛地向后傳遞，直至最后一輛，這就是傳遞性。這種運(yùn)行狀態(tài)的傳遞又具有延遲性。這種具有延遲性的向后傳遞的信息不是平滑連續(xù)的，而是像脈沖一樣間斷連續(xù)的。3.車道變換運(yùn)行特性城市道路中駕駛員的車道變換行為與高速公路、一般公路上的車道變換行為有所不同，原因主要在于城市交通環(huán)境中增加了交叉口這一主要影響因素。一般來說，就六車道（同向?yàn)槿嚨溃┏鞘械缆范?，車輛駛出某一上游交叉口時(shí)，下一交叉口的左轉(zhuǎn)車輛一般選擇靠左的兩條車道，而車道變換行為也就發(fā)生在這兩條車道之間，這是因?yàn)槌鞘薪煌髁看?，而路段距離相對(duì)較短，連續(xù)在三車道間變換的情況少。下一交叉口的右轉(zhuǎn)車輛正好相反。直行車則根據(jù)個(gè)人的喜好，選擇靠左邊的兩條或靠右邊的兩條車道之一?！　‘?dāng)研究車輛在上下游交叉口間的基本路段行駛時(shí)，就要考慮駕駛員對(duì)利益的選擇。一般來說，越靠左側(cè)車速越快，因此若某一車道上后車車速較快，而前車相對(duì)較慢或處于不斷減速狀態(tài)（到達(dá)交叉口時(shí)的情況除外）時(shí)，則后車駕駛員可能在滿足安全條件的情況下選擇靠左側(cè)的車道；反之，若車速較慢且不斷感到快速駛近的后車的壓力，則可能在考慮能否保持原來車速的前提下向右側(cè)暫時(shí)轉(zhuǎn)換車道。在這一過程中，駕駛員特性及其所駕駛的車輛特性是很重要的影響因素。就駕駛員性別特性分析，男性反應(yīng)時(shí)間短，對(duì)速度要求相對(duì)要高，而女性則相反；就年齡差異看，青年人身體素質(zhì)好，精力旺盛，反應(yīng)時(shí)間短，易于高速行車，而年老者反之；從駕駛員傾向性來看，沖動(dòng)型好動(dòng)、敏感、反應(yīng)迅速且注意力容易轉(zhuǎn)移，易于高速行駛，而穩(wěn)定者正好相反。從車型角度分析，大型車性能相對(duì)差，一般選擇慢車道行駛（過境車一般速度較快，易于選擇快車道，而公共汽車因站點(diǎn)?？?、車速較慢及安全方面的原因，一般靠最右側(cè)行駛），小型車則相反。

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