论文总字数：26735字

摘 要

由于仿真技术的飞速发展，这项技术将大大提高交通系统建设、评估等的效率。VISSIM在国内外交通仿真中被运用的越来越广泛。而减速让行控制T形交叉口作为国内交通系统中存在最为广泛的交叉口类型之一，为了提高其通行能力服务水平和安全系数等要素，其支路右转车辆驾驶行为分析十分重要。而这个环节可以通过VISSIM仿真来实现。在筛选实测的右转车辆数据和分析后，归纳出适合建模输入数据的范围。以可接受间隙、主路直行车流量、支路右转车流量、主路直行车辆类型分布等作为关键因素来建立VISSIM模型，从而仿真出支路右转车辆在不同情形下的驾驶行为。另外反向思路进行仿真，利用仿真所得支路右转流的数据评价右转车辆驾驶行为对于减速让行控制T形交叉口的各方面影响。并由此提出交叉口几何设计、交叉口交通监管、规范驾驶员/行人行为方面的改进建议，从而提高交叉口的通行能力和服务水平。

关键词：VISSIM；减速让行控制T形交叉口；支路右转车辆；驾驶行为

A SIMULATIONG ANALYSIS FOR THE DRIVING BEHAVIOR OF THE BRANCH-RIGHT-TURN VEHICLE IN THE NO-SINAL-CONTROLLED T SHAPED INTERSECTION

Abstract

Due to the rapid development of simulation technology, VISSIM has been used more and more widely in traffic simulation at home and abroad. As the extensive type of intersection in the transportation system, A analysis for the driving behavior of the branch-right-turn vehicle in the no-signal-controlled intersection is important,in order to improve the traffic capacity,service level and safety. This part can be achieved through the VISSIM . After screening and analysing the measured right turn vehicle data, we find the key factors:the main-straight gap time,the main-straight transfer flow,the branch-right transfer flow and the main-straight vehicle type distribution.Then we build the VISSIM models to simulate the branch-right-turn vehicles in different driving behavior to the main road straight traffic flow.By using the simulation result data,the influence of branch-right-turn driving behavior to the no-signal-controlled T shaped intersection can be evaluated.Finally, it is suggested that the improvement of driving behavior can improve the traffic capacity and service level of the intersection.

KEY WORDS: VISSIM;no-signal-controlled intersection;right turn vehicle in branch;driving behavior

目 录

摘要 - 1 -

Abstract - 1 -

第一章 绪论 3

1.1 引言 3

1.2 VISSIM仿真及减速让行交叉口支路右转车辆驾驶行为分析的背景和现状 3

1.2.1 VISSIM仿真的背景及现状 3

1.2.2 减速让行控制T形交叉口支路右转车辆驾驶行为分析的背景和现状 3

1.3 课题研究的主要内容 4

1.3.1 课题研究的目的及意义 4

1.3.2 课题研究的主要方法及技术路线 4

第二章 对实测数据的筛选总结及分析 6

2.1 实测数据的采集及分析 6

2.2 仿真模型参数的标定及检验 8

第三章 影响支路右转车辆驾驶行为的主要因素分析 10

3.1 VISSIM模型的构建与模拟运行 11

3.1.1 主路直行车流量—支路右转车辆行为模型 12

3.1.2 支路右转车流量—支路右转车辆行为模型 14

3.1.3 主路直行车辆类型分布—支路右转车辆行为模型 16

3.2 影响支路右转车辆行为的其他因素 17

3.2.1 驾驶员因素 17

3.2.2 非机动车、行人因素 18

第四章 支路右转车辆驾驶行为对交叉口影响及改善建议 19

4.1支路右转车辆的驾驶行为对减速让行控制T形交叉口的影响 19

4.1.1 支路右转车辆驾驶行为对主路交通流的影响 19

4.1.2 支路右转车辆驾驶行为对支路交通流的影响 27

4.1.3 支路右转车辆驾驶行为对非机动车、行人的影响 30

4.2关于改善支路右转车辆驾驶行为的建议 30

4.2.1关于交叉口几何设计的建议 30

4.2.2 关于交叉口监管的建议 32

4.2.3 关于机/非驾驶员、行人的建议 32

第五章 总结及致谢 34

致谢 35

第一章 绪论

1.1 引言

交通仿真作为交通工程研究的一个重要分支及应用，已经成为了衡量交通设施性能和规划策略优劣的一个重要工具。作为交通仿真软件中的经典，由德国研发的VISSIM因其性价比高，重现性好和易用性而被国内外交通工程人员广泛应用。减速让行控制T形交叉口作为无信控交叉口中较为简单，主支路冲突明显的交叉口，其支路右转车辆的驾驶行为分析是提高交叉口通行能力、服务水平和安全系数不可或缺的一部分。然而车辆驾驶行为不单受到交通流特性、交通设施和车辆性能等硬件、可仿真设定的因素的影响，也受到驾驶员身心状态等不可控、不可设定的因素影响。这当中主路车流的可插入间隙对支路右转车辆驾驶行为的影响不容忽视。可插入间隙在VISSIM中可以通过设定不同的支路右转让行规则来改变。而本文先采集对实际交叉口交通流实际数据，进行筛选分析，确定关键因素之后在VISSIM中建立仿真模型。通过改变关键参数，基于不同的让行规则来比较分析不同参数对右转车辆驾驶行为变化的影响，对右转车辆的不同行为作出归纳和分析，期间观测右转车流对主路交通的影响。就仿真得出的数据，提出各方面修改意见，使减速让行控制T形交叉口得到改进。关键在于数据采集之时的筛选、关键因素的确定、不同右转行为的归纳和右转交通流对主路交通流的影响。

1.2 VISSIM仿真及减速让行交叉口支路右转车辆驾驶行为分析的背景和现状

1.2.1 VISSIM仿真的背景及现状

随着仿真技术的发展，许多交通仿真软件被不断的开发出来。仿真模型可以将实际的交通特性、交通系统在各种设定条件下的可能行为重现。微观仿真软件会对单个驾驶员的行为和决策进行还原，从而更加接近真实的道路交通条件。然而不同国家的道路、交通状况不同。所以在借鉴其他国家模型的基础上开发符合我国交通现状的模型是现在国内的主要研究方向^[1.2]。

VISSIM是由德国PTV公司开发的仿真软件，在国内外的交通工程设计、评估、优化等环节中运用的越来越广泛。其系统内部由两大部分组成：信号状态发生器（signal state generator）和交通仿真器（Traffic simulator）。前者可以实现对交通流的仿真，主要囊括跟车模型和车道变换模型。VISSIM模型可以假设交通流的随机因素，从而重现交通状况。这样很大程度上克服了实地交通的不可重复性和不可实验性，并且可以对正在规划中的交通系统进行预先的模拟实验。经过不断修改仿真的运行条件，重复进行实验，进而能够筛选出改善交通状态的最优方案。同时通过系统仿真，不断修改其中的参数，能够了解哪些变量是交通流中最主要的，以及这些变量之间的相互作用。其最基本的环节即参数的校准和输入数据的采集。当对要模拟的交叉口的仿真模型进行参数校准之后，就会使得微观仿真更加接近真实的交通状态^[3]。

1.2.2 减速让行控制T形交叉口支路右转车辆驾驶行为分析的背景和现状

交叉路口作为整个公路网的基点，通常也是交通流的瓶颈口。其通行能力决定着相连接道路甚至整个路网的通行能力。交叉口的交通特性由于不同方向车流之间的冲突、交汇、分流等行为，使其较为复杂，观测数据也较为困难。减速让行控制（无信控）平面交叉口是公路网中数量最大的交叉口，其通行能力很难确定^[4]。其中T形交叉口虽然作为流向较为简单的交叉口，却能更好的观测到支路转向车流的转向行为以及其行为对主路车流的影响。在无信控T形交叉口中，支路右转车辆会与主路直行车辆相互干扰。其造成的延误主要是由于右转车等待可插入的直行车流空挡，插入主路车流。这类驾驶行为致使直行车辆减速甚至停车^[5.6.7]。倘若它们之间的车头时距能够满足跟车，不减速仍然可以避免追尾时，直行车辆不受右转车辆的影响。这个车头时距可以定义为临界可接受间隙,即可等价于右转车辆以平稳的速度转弯并通过交叉口的时间^[8.9]。主路上受阻碍或者延误的直行车辆数取决于支路右转车辆数和右转车辆可接受间隙的大小^[10.11]。主路直行车辆中受干扰的比例随着支路右转车流比例的增加而增加。若交通量的增加，干扰必然会变的严重^[12.13]。

近年的研究中，在不断增长的交通事故率和交通拥堵的压力下，由于直接观测和定量描述驾驶员的驾驶行为比较困难，目前不少研究者利用车辆行驶行为来间接分析^[14]。对不同流向的车辆主要有以下四个研究热点：同向车辆行为分析、交叉车辆行为分析、复杂车辆行为分析、驾驶员行为分析。而在交通工程设计和智能评估中，车辆行为也越来越引起研究重视。研究不同车流的车辆行为无疑将有利于交通设计和交通法则的制定^[14.15]。并且由此经验衍生出对驾驶初学者的教学，降低交通事故率提升行驶安全性，和可以提升导航等交通辅助设备的适用性。实时监测和仿真软件技术的快速发展无疑推动了车辆行为研究的进程。支路右转车辆由于通过减速让行离开支路车道进入目的主路车道，从而对原有车流和目的车流都将产生影响^[16]。驾驶行为由车辆行为直观的呈现出来，因而右转车辆行为分析亦是交叉口设计和评估的重要部分之一。

1.3 课题研究的主要内容

1.3.1 课题研究的目的及意义

本课题主要研究减速让行控制T形交叉口支路右转车辆的驾驶行为。由背景可知支路右转行为分析对于减速让行控制T形交叉口的通行能力、服务水平的不同都起着重要影响。本课题的研究目的主要在于：通过对于实测数据的监测、筛选和分析，得出对于支路右转车辆驾驶行为产生影响的主要因素；以这些主要影响因素为参数，在VISSIM中构建较为贴近实际交叉口交通状态的仿真模型，通过VISSIM的输出数据来对不同的右转车辆驾驶行为所带来的影响进行分析和总结。通过以上分析总结提出对改善减速让行控制T形交叉口支路右转车辆驾驶行为的有效建议。

其意义在于：由于不同交通状况的交叉口数量庞大，而且实际交叉口的观测条件有限，很难收集到大量的实际数据并对其进行筛选分析。而通过部分筛选过的实测数据参数在VISSIM中构建仿真模型，不仅可以在很大程度上还原交叉口的交叉状况，更能进一步通过改变参数来仿真出不同于实测交叉口的交通状况。如此丰富了交通状况的类型，使得支路右转车辆的驾驶行为与实测交通状况相比更加复杂多样，得到的延误和排队数据也将出现更明显的变化趋势和不同。这样提高了对不同交叉口数据采集的效率，并且更有利于分析不同交通状况下的支路右转车辆驾驶行为，从而能提出跟有效的改善建议，提高交叉口的通行能力和服务水平，增加驾驶员的安全系数。

1.3.2 课题研究的主要方法及技术路线

本课题先采集部分实际交叉口的交通状况数据，进行筛选分析，确定关键因素之后在VISSIM中建立仿真模型。通过改变关键参数，来比较分析不同参数对支路右转行为的影响，对不同行为作出归纳和分析。之后仿真不同支路右转车辆驾驶行为，期间观测右转车流对交车口的影响。就仿真得出的数据，通过不同的参数设定使原有的模型得到改进。关键在于数据采集之时的筛选、关键因素的确定、不同右转行为的归纳和右转交通流对交叉口的影响。

运用仿真的技术流程主要如下：

本文第一章介绍了本课题的背景及主要研究方法；第二章介绍了对实测数据的分析和仿真模型的标定及检验；第三章介绍了对支路右转车辆驾驶行为的主要影响因素；第四章介绍了支路右转车辆驾驶行为对交叉口的影响及改进建议；第五章总结了全文。

第二章 对实测数据的分析及仿真模型的标定

2.1 实测数据的采集及分析

本课题选取了南京周边数个减速让行控制T形交叉口（各方向出入口均为双车道）的录像视频进行了数据采集和车辆行为的观测（示意图如图2-1）。各个交叉口的主支路交通量都有差异（均为非饱和状态），由此总结出不同变量对右转车流受影响程度，并选取建立仿真支路右转车辆行为模型的关键因素。利用这些关键因素在VISSIM中构建仿真模型，模拟出对支路右转车辆驾驶行为有着不同影响的各种状态。再反向模拟出不同支路右转车辆驾驶行为的状态对交叉口的影响。

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图2-1 实测减速让行控制T形四车道交叉口

由观测到的数据可以发现，在减速让行控制T形交叉口中右转车辆以减速让行的方式通过交叉口。由实测数据可以得出，主路直行车流连续时，其车头时距区间为[2.03,18.72]（s），平均车头时距为4.04s；空间间距区间为[3.12,15.11]（m），平均空间间距为9.33m。在观测中发现，支路右转车辆的驾驶行为主要与主路直行车流的可插入间隙（车头时距、空间间距）大小有关。

而由实测数据中的主路车头时距（空间间隙）可以归纳出右转车辆的可接受间隙基本可归纳为三个区间即可接受车头时距小于3s、可接受车头时距在3~7s、可接受车头时距大于7s（空间间隙相应）。这三个区间可以分别对应支路右转车辆的三种驾驶行为，即冒进型、普通型和保守型。当支路右转车辆选择冒进型行为时，对交叉口的影响就较为明显，对主路车流的影响尤为明显；而当支路右转车辆选择保守型行为时，交叉口受到影响较小，主路的通行能力也会比较大。

而实测数据中的车辆速度分布如图2-2所示，平均速度为38.75km/h。可得主要速度分布于[20,40]（km/h）之间，因此可以在VISSIM设置本文仿真默认的速度分布曲线，如图2-3；而主路直行车流的车辆类型比例如图2-4。

此外，虽然按照可插入间隙理论，当主路外侧直行车辆的车头时距大于右转车辆的通行时间时，理论上右转车辆即可不停车即顺利右转。然而通过大量观测可以发现，当可插入间隙小于驾驶员心理可接受的间隙时，驾驶员通常会选择停车，直到大于驾驶员心理可接受的间隙时才会行驶。可见驾驶员的生理和心理状态也将影响支路右转车辆的行为。在实际观测中还有不可忽视的一部分即为非机动车和行人对于支路右转车流的干扰。因为非机动车和行人在减速让行控制T形交叉口的路线、行为往往不可预知，支路车辆在右转过程中驾驶员会存在一定的盲区，以至于受干扰的行为常常是突发性、偶然性的。

图2-2 实测数据中的车辆速度分布散点图

图2-3 VISSIM中依据实测数据构建的速度分布模型

驾驶员身心状态和非机动车/行人影响这种两种行为因素在VISSIM中很难通过改变量化因素来体现，所以第三部分将只选取可量化的影响因素进行仿真模拟，比较分析。而不可量化的驾驶员、非机动车行人等影响因素将在第三节详细提及。

图2-4 实测数据中的车辆类型分布比例

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