[发明专利]一种平面交叉口车辆运行轨迹模拟方法

说明书

本发明提出一种平面交叉口车辆运行轨迹模拟方法，通过求解最优控制模型，直接以车辆转角和加减速为控制变量，模拟人类的驾驶行为，确定合理的运行的规模；本发明针对平面交叉口内部车道概念弱化的特征，提出了一种车辆运行轨迹模拟方法，描述车辆在二维空间的运动轨迹；本发明的方法直接以车辆转角和加减速为控制变量，可较好地模拟驾驶员对转角(方向盘)和加减速(油门/刹车踏板)的控制，确定合理的运行轨迹。本发明的方法在控制目标中综合了行驶时间、横向加速度和纵向加速度，反映了时间效用和舒适性之间的权衡，可模拟驾驶员的偏好。

技术领域

本发明涉及机动车交通模拟技术领域，尤其涉及一种平面交叉口车辆运行轨迹模拟方法。

背景技术

交叉口微观交通流模型是解释影响因素对微观交通运行状态作用机理的重要方法，准确模拟车辆微观运行情况，有助于发现交通流运行规律，并对设计、控制和管理方案进行评价。因此，车辆运行轨迹模拟的准确与否，对于道路交通的设计、控制和管理十分重要。目前的微观交通流模型主要是基于车道的，这对于道路路段十分有效。然而，对于平面交叉口，车道概念弱化，车辆在平面空间内有无数行驶路径的可能性，与路段车辆主要沿车道给定的路径通行有着显著差异，对此未见有针对性的模拟方法，并且也未检索到这类模型的发明专利。

经对现有技术的文献检索发现，有关描述车辆运行的模型，主要有以下几种：

1、跟驰和换道模型。传统微观交通流模型将车辆运行分为跟驰和换道两个模型。其中，车辆跟驰描述了在限制超车的单行道上行驶车队中相邻两车之间的相互作用，主要可分为刺激—反应模型、安全距离模型、驾驶心理模型和基于人工智能的模型。换道指车辆由当前车道变换到相邻车道，其研究主要包括换道决策、间隙接受、换道轨迹规划模型等。代表性著作包括《交通流理论》、《现代交通流理论与应用》等。

2、元胞自动机模型。元胞自动机是定义在一个由具有离散、有限状态的元胞组成的元胞空间上，按照一定的局部规则，在离散的时间维度上演化的动力学系统。它可以用来模拟车辆间相互作用，也可用于交叉口的运行效率和安全性分析。代表性著作包括《基于元胞自动机的交通系统建模与模拟》。

3、社会力模型。社会力模型以往主要用于人群微观模拟，可以反映人群自组织现象。它可以推广至机动车交通流模拟，车辆轨迹是由多种力的综合结果得到的，如自驱动力、斥力、引力和其他特定条件下的力。代表性著作包括《Application of social forcemodel to pedestrian behavior analysis at signalized crosswalk》、《Two-Dimensional Simulation ofTurning Behavior in Potential Conflict Area ofMixed-Flow Intersections》等。

上述方法中，方法1是传统的基于车道的模型，对于车辆在路段车道行驶，车辆跟驰和换道等行为有很好的描述力、合理性和准确性。但对于交叉口，由于车道的概念明显减弱，驾驶员可以根据自己的意愿在无限多的备选行驶路径和速度中进行选择，无法明确定义跟车和换道，因此方法1不适用于交叉口车辆运行轨迹的模拟。方法2由于车辆必须沿着给定的格子状元胞空间行驶，无法在整个平面空间自由选择，因此仍然是类似于基于车道的模型，难以准确模拟交叉口车辆运行情况。方法3虽然能够模拟不基于车道的交通流，但模型的轨迹不是直接从驾驶员的行为(例如转动方向盘、踩刹车或油门踏板)中获得的，很难获取类似于真实驾驶员操作的行车轨迹，且难以对模拟结果进行合理解释。因此，现有技术缺乏针对交叉口车辆轨迹较为科学合理的模拟方法

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于最优控制理论，直接以驾驶员控制车辆转角和加减速为控制变量，从而模拟人类的驾驶行为(转动方向盘、踩刹车或油门踏板)，得到更真实的车辆在交叉口的运行轨迹的模拟方法。