隧道出入口交通流跟驰模型构建

隧道出入口交通流跟驰模型构建

景元旺闫恒浩段一令

济南市公安局交通警察支队章丘区大队

摘要：车辆跟驰理论是分析车辆在单行道内行驶情况的理论之一。在1950年，美国学者PipesClj和reushel研究跟车过程和公布的初步模型。目前，研究人员主要是在以下理论基础上，在对汽车跟随行为进行仿真的基础上，对模型的转换和修正到跟车行为模型的统一。缺点是忽略了车辆性能的特点和差异，在相同的参数下，该模型以个性为目标，涵盖了不同车型和驾驶员的跟车行为。期望车头时距是性能变量之一，期望车头时距受车辆单元特性和实时变化的影响。

关键词：跟驰理论;模型修正;期望车头时距

1隧道出入口跟驰特性分析

为研究隧道出入口交通流特性，选取了济（南）-青（岛）高速南线隧道作为实验地点，通过车载跟驰系统设备检测车辆在行车过程中的实时速度、加速度、前车距离和时间、后车距离和时间、反应时间等数据。由实验数据知，在采集的时段中，交通量平均为623pcu/h/ln。

通过相关的试验车实验发现，在隧道出入口附近车辆的跟驰效果较为明显，同样的体现为制约性、延迟性、传递性三方面，但是有别于常规跟驰现象，主要表现为以下几方面。

首先是延迟性较为明显，城市道路行驶车辆车速较低，车辆之间的车头间距相对较小，当前车行驶状态发生变化时，传递到后车的时间较短，车辆能够较好的根据前车行车状态的变化而变化；在高速公路行车时，由于行车速度保持较高，为保证安全性车辆之间的间距保持较大，故当前车的行驶状态发生变化时，小范围的变化不会引起后车状态的直接变化，表现的延迟性较为缓慢相应于城市道路。

二隧道出入口附近跟驰特性中驾驶人员的敏感系数受到交通组成以及交通流大小的影响较大，通关相关的研究发现，三者之间存在一定的正相关函数关系，当交通组成越为复杂、交通流量越大时，驾驶人员所表现越为敏感。

2交通流跟驰模型构建

交通大系统包含“人、车、路、环境”四个子系统，车辆作为交通主要的构成部分，当其中任何一部分发生变化时，原有的交通流状态都会发生变化。正如上文研究可知，“跟驰理论”的提出是作为通用理论，但是通过相关分析发现，不同的行车环境下，跟驰理论应该随着环境有所调整。故现有的跟驰模型在专业化程度上无法满足隧道环境的要求，不能较好的反映出隧道出入口附近车辆跟驰特性的变化规律，应该对其进行修正。考虑到隧道照度环境的影响以及车型组成、交通流对跟驰效果的影响。隧道出入口的跟驰特性与常规路段比较有很大的差异，现有的模型并不能很好的描述这种变化规律，结合实验数据构建模型：

式中，为延迟时间；为敏感系数；q为交通量；η为大车比例；为前后车距；c为平均车身长度；L为行车环境照度；x为隧道出入口位置；为安全距离时间。

3模型参数标定研究

（1）隧道照明亮度对安全时距的影响

基于上文的研究发现“明暗反应”时间长短对于安全距离的影响效果较为显著，为了验证隧道环境的照度对行车安全时距的影响，本次试验选取32名实验者，在性别、年龄、性格、气质、驾龄等因素都有所不同，对其进行明暗适应静态测试，该实验主要目的在于探索驾驶员的适应时间与隧道照度之间的关系。

[1]函数模型确定

通过相关研究以及存在的文献结论可知，当驾驶人员行驶至隧道出入口时会发生明暗反应现象，驾驶人员生理心理状况会发生明显的变化，心里紧张度急剧增加，相应的当光线照度较暗时，驾驶人员的反应时间相对较大；当光线照度逐渐变大，适应时间也会相应减少。查阅相关文献发现驾驶人员“适应时间与照度对数的变化值”呈现明显的相关关系，同时该结论与国内外的许多学者以及专家研究结果相一致。

考虑到已有的明暗反应时间以及光线强度之间的关系，本次研究基于“刺激反应定律”建立相应照度与交通流之间的关系，车辆之间的安全时距为交通流的宏观展现，故据此建立了照度与安全时距之间的关系。

[2]型构建原理

照度变化会直接影响驾驶人员的明暗反应时间，驾驶人员的明暗反应时间会直接影响驾驶人员的可视距离，当驾驶人员发生明暗反应时，此时对于车辆的操纵性较差，发生危险事件的几率也是最大的，可推为光照强度会影响最下安全时距。

不同的光照强度下对应的最小安全时距也不尽相同，当环境相对明亮的时候，车辆之间的“最小安全时距”会相对变小，当行使环境相对较暗时，车辆之间的“最小安全时距”会相对变大，据此关系建立了照度对车辆之间最小安全时距的影响函数关系如下所示。

对于最小安全时距的组成部分主要分为三部分：固定最小安全时距、发生明暗反应过程中最小安全时距的变化值、不同照度条件下最小安全时距的变化值。其中固定最小安全时距可查阅相关文献以及进行专家评分法进行确定；对于“明暗反应过程造成的最小安全时距的变化值”函数构建为原有模型的修正，构建适应时间与光照对数之间的关系[21-25]；“不同照度条件下最小安全时距的变化值”函数构建为线性关系，不同的光照环境下所引起的变化率会有所不同，故据此构建相应的一次函数。

[3]模型建立

式中参数同上。

（2）最小安全时距参数标定

[1]标定过程

第一步，根据32名驾驶员明暗适应时间与照度变化之间的关系，标定值以及值，认为静态和动态明暗适应时间一致，且与速度无关。

第二步，根据不同的照度条件下，驾驶人员的最小安全时距之间的变化情况进行标定和的具体数值。

[2]标定结果

根据标定过程以及具体的实验过程，可以得到在不同的运行速度以及运行环境中的最小安全时距模型的对应参数值。

根据实验拟定的数据进行函数模型的参数构建，得到具体的函数模型后，再次进行相应的实验，带入相应的照度值进行计算可以发现所得理论值与实验过程所测值误差均在可接受范围内，可直接证明模型的准确性。

结语

隧道出入口交通流“跟驰模型”的构建应该考虑较多的影响因素，不仅包含隧道自身因素，除此之外还受外在环境的影响、驾驶人员的影响等。如何科学、准确的标定参数尤为重要，这需要实际数据作为支撑。

参考文献

[1]周荣贵，孙家凤，吴万阳，王书灵.高速公路纵坡坡度与运行速度的关系[J].公路交通科技，2003

[2]周忠业等.高速公路隧道群行车特性及安全性分析[J].交通与计算机.2008,1(26):26-30

[3]赵友功.高速公路隧道速度特性分析及安全侧路研究[J].长安大学,2010.