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2021年  第39卷  第5期

综述
“自动+人工”混合驾驶环境下交通管理研究综述
裴玉龙, 迟佰强, 吕景亮, 岳志坤
2021, 39(5): 1-11. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.05.001
摘要(941) HTML (442) PDF(230)
摘要:

为了解混合驾驶环境下交通管理的研究现状和发展趋势,以“自动驾驶汽车”发展现状为基础,分析自动驾驶汽车在混合驾驶环境下存在的问题,基于Citespace文献计量工具,CNKI核心数据库近24年(1997—2020年)有关自动驾驶研究的文献为研究数据源,从发文年代、期刊来源、研究机构、关键词等进行文献计量和可视化分析,并生成各研究机构间的关系网络图谱及关键词共现网络图谱。结果表明:国内近5年自动驾驶发文量呈上升趋势;《中国公路学报》为发文量最高的期刊;自动驾驶汽车研究的方向主要包括:①目标检测及场景感知研究;②决策与控制;③交通事故责任划定研究。在未来混合驾驶环境下交通管理应结合车路协同、高精度地图技术,从标志标线设计、信号配时优化、路权归属、交通事故责任划定等方面进行研究,使道路运输更安全、高效、便捷。

交通安全
基于动态风险饱和度的高速公路交通安全分析
田万利, 吴忠广, 李娟, 胡少宏, 孙晓军
2021, 39(5): 12-18, 42. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.05.002
摘要(650) HTML (266) PDF(61)
摘要:

为了反映高速公路运营安全状况,提出了动态风险饱和度理论,构建了动态风险饱和度模型和计算方法。依据路段不同交通饱和度下车辆的驾驶行为,以路段交通安全为约束,研究了跟车行驶和换道行驶2种驾驶状态下,考虑车速变化及雾天等特殊天气条件影响的路段平均最小安全车头时距计算方法,利用建立的安全车头时距与安全流量之间的转换关系,得到不同驾驶状态下的路段安全流量。在不同车辆驾驶状态切换阈值下,计算路段实际交通流量与路段安全流量的比值得到高速公路路段动态风险饱和度值。以G3高速公路某改扩建路段所在路网为例进行验证,计算得到了路网中各路段不同切换阈值下的动态风险饱和度值。动态风险饱和度随着交通饱和度的增大,呈现稳定的先增大后减小的规律,且在换道行驶状态时达到最大,在跟车行驶状态时开始下降,与现有交通安全状态分析相吻合。相较于交通饱和度,动态风险饱和度更能够反应出高速公路路段交通安全动态变化的规律。

基于改进证据理论的LTE-R系统运营安全风险评估方法
高煜, 武晓春
2021, 39(5): 19-26. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.05.003
摘要(77) HTML (95) PDF(13)
摘要:

针对LTE-R通信系统运营安全风险评估中存在专家主观评判差异与冲突的问题,提出基于AHP与改进证据理论相结合的方法对LTE-R系统进行评估研究。利用模糊数学将专家模糊评语转化为定量隶属度表示,采用改进证据理论,基于皮尔逊系数改进克服证据间冲突的过程,通过加权分配证据可信度权值改善信息主观性,构造冲突因子修正证据融合过程,得到基本概率分配(BPA)函数矩阵。选取最大隶属度作为判断原则,评估相应系统的风险等级并与其他方法进行对比。结果表明:LTE-R系统实例分析评估结果为“可忽略风险”,置信度为83.41%,较折扣证据理论、灰色模糊综合安全评估法分别提升3.12%和16.95%,评估结果一致的前提下,改进的方法能改善专家评判冲突无法正确处理及融合问题,提供了高置信度风险等级值,为LTE-R系统的运营评估提供参考。

公交站台区域电动自行车与行人通行冲突演化博弈模型
周旦, 姚威振, 顾国斌, 胡清玮
2021, 39(5): 27-35. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.05.004
摘要(633) HTML (203) PDF(158)
摘要:

为探究公交站台区域进出站台行人与电动自行车发生冲突时,双方的通行策略选择机制,建立行人与电动自行车通行时间延误模型,分析2类出行者选择是否通行或穿越策略的时间收益,利用复制动态方程刻画2类出行者通行策略的博弈学习行为,建立该区域2类出行者之间的冲突演化博弈模型,结合稳定性分析可以得到该区域2类出行者发生冲突时的稳定通行选择策略。利用桂林市6个公交站台区域的实测数据对演化博弈模型进行实证分析,结果表明:选择“通行”策略的行人群体比例越大,其过街安全感越高;发生冲突时,电动自行车做出决策的时间较行人更短,且2类出行者分别做出“通行”或“穿越”的决策时间短于做出“等待”或“减速”的决策时间,电动自行车平均用时减少约23%,行人平均用时减少约24%。

比较安全学方法在民航安全管理模型中的应用研究
孙军亚, 孙瑞山
2021, 39(5): 36-42. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.05.005
摘要(110) HTML (98) PDF(24)
摘要:

探索民航安全管理中模型的引用发展,基于比较安全学方法,对比分析ICAO安全管理手册中SHELL模型和REASON模型。根据比较安全学的研究模式,构建了2个模型基于时间维、知识维和空间维的三维比较研究模式;从时间维角度,比较分析2个模型的开发思路和评价侧重点;从知识维角度,对比分析2个模型在组成要素和功能作用上的不同;从空间维角度,对2个模型的适用范围进行了比较。研究结果表明,2个模型在民航安全管理的应用领域和价值有相似性,但在风险致因分析侧重点、分析路径、分析范畴等方面存在差异。在不同安全管理需求方面2个模型存在各自的优势,因此在今后的模型应用以及新模型的开发可借鉴2个模型的优点。

基于随机参数Logit模型的校车事故伤害严重程度分析
施颖, 潘义勇, 吴静婷
2021, 39(5): 43-49. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.05.006
摘要(647) HTML (164) PDF(46)
摘要:

为深入分析安全因素对校车事故伤害严重程度的影响,探寻事故数据中未观察到的异质性,基于随机参数Logit模型从驾驶员、车辆、道路特征及环境4个方面构建校车事故伤害严重程度模型。结果表明:①涉事车辆数为2辆且对应参数服从正态分布时,不发生死亡受伤事故的概率为83.84%;②驾驶员年龄35~44岁、涉事车辆数为1辆时,死亡受伤事故概率均降低0.58%;③道路限速值为40~50 km/h时发生死亡受伤事故概率增加0.35%,道路限速值大于60 km/h时发生死亡受伤事故概率增加0.96%;④安全气囊状态打开,死亡受伤事故概率增加2.35%;⑤交通控制方式为车道标线时可能伤害事故概率增加1.85%,控制方式为中央分隔带时未受伤事故概率降低1.44%,死亡受伤事故发生概率却增加0.48%;⑥不安全时倒车转弯时发生可能伤害事故概率降低0.42%,分心驾驶、未按规定车道行驶、跟车太近和其他(饮酒)时未受伤事故概率分别增加1.36%,0.56%,0.39%和0.97%,可能受伤事故和死亡受伤事故发生概率却有所降低。

交通信息工程与控制
基于改进GAN的端到端自动驾驶图像生成方法
孙雄风, 黄珍, 陈志军, 罗鹏
2021, 39(5): 50-58,75. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.05.007
摘要(664) HTML (129) PDF(203)
摘要:

基于端到端数据系统的自动驾驶系统对驾驶图像存在巨大需求。为解决一般生成式对抗网络模型在扩充驾驶图像数据集时不稳定及生成图像特征缺乏多样性的问题,研究1种改进网络模型LS-InfoGAN。结合最小二乘对抗损失防止模型梯度消失,并缓解生成器优化矛盾,提升模型训练稳定性。通过最大化生成图像与真实图像间的互信息提升生成器特征学习能力,改善生成图像特征多样性。利用转置卷积层还原图像特征,提升生成图像特征清晰度。以自主构建的模拟驾驶场景中获取的带标签驾驶图像集对模型有效性及其数据集扩充应用效果进行验证。实验分析表明:相比改进前模型,LS-InfoGAN模型的图像生成过程稳定性平均提升35%;使用此模型扩充的数据集进行端到端自动驾驶系统中决策网络的训练能在不采集新图像的情况下将系统决策性能提升1%~2%;建议使用此模型扩充图像数据集时将生成图像数量设置为原始训练集图像数量的1~2倍。

基于自然驾驶数据的切入场景队列跟驰仿真
鲁光泉, 李伊琳, 李鹏辉
2021, 39(5): 59-67. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.05.008
摘要(163) HTML (63) PDF(22)
摘要:

车辆切入是常见的驾驶行为,频繁的变道切入行为影响了通行效率与交通安全。因此,揭示切入场景下的驾驶特性对研究交通拥堵和行驶安全机理具有重要意义。在自然驾驶数据的基础上,根据驾驶人的主观风险感知特性,探究驾驶人的切入行为发生条件,并在期望安全裕度(DSM)模型的基础上,标定了切入场景下的相关参数,根据标定结果进行切入场景下的队列跟驰仿真。仿真结果表明:在仿真区间内,队列的长度、行驶速度以及切入车的切入位置不同会影响队列的稳定性以及队列的调整,当队列长度由4辆变为13辆,速度由5 m/s增至20 m/s,切入车的位置由贴近前后车变为前后2辆车中间时,切入行为对队列的稳定性影响变得越小,队列越容易恢复到稳定状态。

面向常发拥堵点的主动交通诱导方法
罗舒琳, 张存保, 张泰文, 曹雨
2021, 39(5): 68-72. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.05.009
摘要(90) HTML (51) PDF(19)
摘要:

基于动态用户均衡、系统最优分配的诱导方法,侧重路网需求的宏观预测和调节,难以准确辨识道路拥堵点的关联车流,制约了诱导效果。为精准调控致堵车流,有效缓解常发性拥堵,研究基于需求溯源的主动交通诱导方法。遵循靶向诱导的思路,分析车辆行驶轨迹和常发拥堵点的交通流关联性,运用卡尔曼滤波对关联车流进行短时预测,在此基础上,结合流量占比、路径饱和度等指标,对诱导目标车流进行优选。同时,从负荷均衡的角度出发,基于路段与路径交通流的时空关联更新路网交通状态,建立以饱和度均衡为目标的主动诱导优化模型。仿真结果表明:相比反应型诱导与基于路径偏好的主动型诱导,所提方法使常发拥堵点的车均延误、停车次数等下降30%~60%,路网车均延误、停车次数等下降10%~15%,模型收敛速度提高,交通效益提升,验证了该方法的有效性。

智能网联环境下异质交通流基本图和稳定性分析
马庆禄, 傅宝宇, 曾皓威
2021, 39(5): 76-84. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.05.010
摘要(88) HTML (41) PDF(20)
摘要:

为研究人工驾驶车辆和智能网联车辆(CAVs)的混合运行对交通流产生的影响,以其基本图和稳定性为突破口研究提高异质交通流运行效率的关键技术与方法。选择全速度差模型(FVDM)作为人工驾驶车辆跟驰模型,将加州伯克利分校实车数据标定的协同自适应巡航控制(CACC)模型作为CAVs跟驰模型。建立了异质交通流基本图模型,研究了CACC车辆的混入对道路通行能力的影响;对比了不同人工驾驶模型对异质流通行能力产生的差异性。从大车-小车组成的传统异质交通流研究方法入手,利用跟驰模型建立人工-网联异质流的稳定性解析方法,并运用Matlab验证了不同CACC比例下的稳定性分析。结果表明:与人工驾驶交通流相比,CACC同质交通流的道路通行能力大约提升了95%;实验中选用不同人工驾驶模型对通行能力实验结果造成的差异不大。平衡态速度为15 m/s时,低比例CAVs(如低于20%)并不能改善交通流;当CAVs比例达到20%及以上时,异质流稳定性随着CAVs的比例增加逐渐呈现出稳定趋势;当CAVs比例达到70%以上时,异质流基本稳定。

动态出口左转车道控制优化研究
杨晓芳, 王影
2021, 39(5): 85-92. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.05.011
摘要(41) HTML (33) PDF(21)
摘要:

动态出口左转车道(EFL)设计现已应用于多个城市道路交叉口。为解决该类交叉口在实际运行过程中存在的车流量在各个车道分布不均衡,逆流车道在某些时段使用率不高等问题,对现有的EFL设计及交通控制方案进行改进。研究1种非常规的EFL设计以及动态出口车道灵活配置的方法,并对改进后动态出口左转车道的长度进行优化。基于此,研究驱动信号控制策略,建立非常规EFL设计下的延误计算模型。运用Matlab对常规、改进前、改进后这3种情况下的交叉口信号控制方案进行了对比分析。结果表明:当左转流量为400辆/h时常规交叉口最佳信号周期为130 s,同周期下改进后与常规、改进前的交叉口相比车均延误下降比例分别为39.68%和29.48%;当左转流量为500辆/h时常规交叉口最佳周期为174 s,同周期下改进后较常规、改进前的交叉口车均延误下降比例分别为12.90%和12.02%。

机场群共用航路点的航班排序模型及算法
王莉莉, 林雍雅
2021, 39(5): 93-99,136. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.05.012
摘要(51) HTML (28) PDF(18)
摘要:

机场群上空空域资源共享、运行耦合复杂,拥堵往往发生在共用航路点。为缓解空域拥堵和航班延误问题,开展了机场群共用航路点的优化排序研究。针对共用航路点的运行特征,引入惩罚因子并以总延误时间成本最小为优化目标,建立了机场群共用航路点的航班优化排序模型,基于滑动时间窗算法和粒子群优化算法的原理提出了TW-PSO组合优化算法对模型进行求解。选取京津冀机场群过共用航路点的航班进行算例仿真,结果表明:TW-PSO组合优化算法与FCFS算法、滑动时间窗算法、粒子群优化算法相比在高峰时段的总延误时间成本分别减少了216,212,161 min;在算法性能方面,具有比经典算法迭代次数少、优化效果更佳的优点,能有效缓解航班延误问题,改善机场群的协同运行效率。

交通规划与管理
双车道公路改扩建全封闭绕行区交通特性
孟祥海, 秦雷雷, 潘晨月, 张龙钊
2021, 39(5): 100-107. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.05.013
摘要(47) HTML (3) PDF(10)
摘要:

针对双车道公路改扩建中的S+直线段+S形绕行区、S+S形绕行区以及凸形绕行区,基于现场交通流参数调查与数据处理,统计分析了3类全封闭施工绕行区的车速变化特征,标定了速度-流量二次曲线模型并据此计算得到了绕行区各主要区段的自由流速度和实际通行能力值,采用Vissim仿真软件进行了绕行区的交通冲突仿真实验。研究结果表明:S+直线段+S形及S+S形绕行区的交通瓶颈路段均出现在驶入曲线段,凸形绕行区的瓶颈路段则出现在警告区末端。3类绕行区瓶颈路段的平均速度较上游正常路段降低了70%左右,通行能力则降低了50%左右。在交通冲突方面,在低流量时3类绕行区的交通冲突情况差异不大,当流量增大到500 pcu/h以上时,凸形绕行区的交通冲突明显比其他2类绕行区更为严重;综合通行能力、通行效率及交通安全水平3个方面,S+直线段+S形绕行区是1种比较适宜的绕行区形式。

山区道路橡胶减速带车辆运行特性分析
王思棋, 潘存书, 张河山, 徐进
2021, 39(5): 108-116. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.05.014
摘要(40) HTML (14) PDF(8)
摘要:

为明确山区道路中减速带布设对车辆运行的影响,选择在重庆市主城区江南立交开展减速带布设区域的实车试验,采集了车辆的速度和加速度等数据,以此分析试验路段的运行特征。结果表明:①速度分布带宽在减速带两侧各40 m左右达到极小值,在减速带位置速度带宽出现反弹,表明在减速带布设位置车辆运行速度差异较大,容易产生追尾风险;②减速带对驾驶员的速度选择行为有较强的约束力,且2个减速带相隔越近对速度选择行为的约束作用越强,减速效果更好;③通过减速带之前的初速度越大,所需的减速长度越长,应越早采取减速措施;85th百分位减速长度值和加速长度值分别为225,212 m;④车辆通过减速带时的加速度、减速度与制动初速度、加速前初速度的大小密切相关;道路环境越复杂,车辆通过减速带时减速度与加速度曲线的差异性越显著;⑤减速带对车辆的速度折减率上限可达0.9,下限随初始速度的增大而增加。

卡尔曼滤波短时交通流预测普通国省道适应性研究
申雷霄, 陆宇航, 郭建华
2021, 39(5): 117-127. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.05.015
摘要(103) HTML (29) PDF(17)
摘要:

短时交通流预测是提高普通国省道交通运行效率和安全的关键技术之一。普通国省道具有分布地域广、情况复杂的特点,要求短时交通流预测方法具有良好的适应性,然而,针对短时交通流预测算法适应性及其机制的系统性研究尚不多见。选取1种自适应卡尔曼滤波算法,系统分析其适应性和适应机制。获取江苏省徐州市普通国省道路网中8个交通调查站所采集的实际交通流数据开展实例分析,结果表明:在不同的交通流量水平下,所选算法均值预测的平均绝对百分比误差在10.98%~15.92%之间,区间预测的无效覆盖率在5.21%~6.15%之间,表明所选的自适应卡尔曼滤波算法在不同交通流水平下都具有良好的预测性能;对所选算法的参数进行分析发现,算法参数能够随交通流水平的变化而自动调整,具有良好的自适应机制;所选算法能够在预测初期实现有效的性能调整和收敛。

基于GPS数据的出租车出行需求预测研究
孙立山, 贾琳, 魏中华, 李俊峰
2021, 39(5): 128-136. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.05.016
摘要(118) HTML (63) PDF(25)
摘要:

近年来“网约车”数量越来越多,“网约车”等待时间长与载客热区需求大等问题也逐步显现,乘车体验亟需改善。在成都市出租车GPS数据的基础上,研究出租车出行分布规律,划分工作日为早、晚、夜高峰相关时段,引入k-距离曲线改进DBSCAN空间聚类算法,对出租车上下客点进行聚类分析,并用数据挖掘得出载客热区。采用BP神经网络预测载客热区的出行需求,预测结果表明,早高峰时段BP神经网络模型的MAPE分别较随机森林模型、岭回归模型提高了3.25%和5.87%,晚高峰时段提高了2.98%和4.32%、夜高峰时段提高了1.44%和2.58%,验证了BP神经网络在出租车需求预测方面的可行性。

考虑非机动车影响的直线式单泊位公交停靠站设置优化
李英帅, 马泽超, 王雯婧, 王卫杰
2021, 39(5): 137-143. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.05.017
摘要(37) HTML (8) PDF(10)
摘要:

为了降低非机动车对沿人行道设置的公交停靠站周边交通的影响,对直线式单泊位公交停靠站设置进行优化。选取重庆市6个沿人行道设置的单泊位公交停靠站进行调研,分析非机动车车道宽度、公交车停靠站长度、当量交通量、非机动车速度等参数与3类冲突率(非机动车与公交车3种形态的追尾与横向冲突率)的相关关系,拟合得到回归方程。根据回归方程和相关性系数建立交通冲突预测模型,并对模型进行验证,预测模型误差均小于10%。研究表明:当非机动车道设置宽度在3.5~4.0 m、直线式单泊位公交停靠站设置长度在16~18 m时,3类冲突率最低。当量交通量达到700 pcu/h之后,冲突率趋于平稳;此时非机动车速度仍不宜大于6 m/s。选取2个公交车停靠站进行冲突率预测,并对其进行安全等级评价。以冲突率最低值作为约束条件,对沿人行道设置的直线式单泊位公交停靠站进行优化。研究成果可为公交停靠站周边区域的交通管理和规划设计提供理论依据。

面向节油减排的平行多跑道混合运行机场停机位分配模型
王超, 任云鸿
2021, 39(5): 144-152. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.05.018
摘要(33) HTML (23) PDF(12)
摘要:

针对因隔离平行运行模式与不合理跑道机位使用方案引起的航空器场面滑行排放过高的停机位分配问题,在传统停机位分配模型基础上,研究了多跑道运行模式对停机位分配方案的影响,基于空管机场2方协同运行与就近起降运行模式,研究了面向平行多跑道混合运行的停机位分配模型。通过引入航空器空中走向约束与航班接续约束,以减少采用航班横跨场面运行这个过长滑行距离的停机位分配方案。在此基础上,考虑不同机型发动机燃油流率对分配方案燃油消耗及碳排放的影响,以最小化燃油消耗为目标建立整数规划数学模型,并结合天津机场典型时段运行数据进行仿真验证。仿真结果表明:与原计划运行结果相比,优化策略的滑行距离与碳排放分别减少了11.9% 和13.3%,说明通过优化多跑道运行机场的停机位跑道使用方案可有效减少滑行距离与油耗,达到节油减排的目的。