城市道路競(jìng)爭(zhēng)/協(xié)作通行行為方式選擇模型

王長(zhǎng)虹，石建軍，劉小明,2，李鵬飛

(1.北京工業(yè)大學(xué)交通工程北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100124；2.交通運(yùn)輸部，北京 100736)

城市道路競(jìng)爭(zhēng)/協(xié)作通行行為方式選擇模型

王長(zhǎng)虹1，石建軍1，劉小明1,2，李鵬飛1

(1.北京工業(yè)大學(xué)交通工程北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100124；2.交通運(yùn)輸部，北京 100736)

研究道路資源有限條件下車(chē)輛競(jìng)爭(zhēng)與協(xié)作通行行行為。根據(jù)北京市2條城市快速路基本路段的車(chē)輛運(yùn)行軌跡數(shù)據(jù)，對(duì)競(jìng)爭(zhēng)/協(xié)作通行行為進(jìn)行了描述及比較，并將通行行為分為競(jìng)爭(zhēng)和協(xié)作兩類(lèi)。以競(jìng)爭(zhēng)/協(xié)作通行行為方式選擇為因變量，將速度、加速度、間隙、速度差、加速度差等作為候選自變量，分析候選自變量與因變量之間的相關(guān)性。采用二項(xiàng)logit模型建立競(jìng)爭(zhēng)/協(xié)作通行行為方式選擇模型，對(duì)模型進(jìn)行了參數(shù)估計(jì)，并對(duì)模型的可靠性進(jìn)行了分析。

換道；競(jìng)爭(zhēng)；協(xié)作；通行行為；城市道路

1 競(jìng)爭(zhēng)協(xié)作通行行為描述

競(jìng)爭(zhēng)與協(xié)作通行行為是指交通實(shí)體在道路交通環(huán)境中為實(shí)現(xiàn)快速通行的目的，與其他交通實(shí)體所展開(kāi)的爭(zhēng)奪速度、空間領(lǐng)先所表現(xiàn)出來(lái)的駕駛行為，主要指競(jìng)爭(zhēng)與協(xié)作。道路交通資源有限的情況下即道路交通發(fā)生車(chē)輛排隊(duì)、交通擁堵、車(chē)流變化等過(guò)程時(shí)所產(chǎn)生的換道過(guò)程常伴隨競(jìng)爭(zhēng)/協(xié)作通行行為的發(fā)生，車(chē)輛換道基本場(chǎng)景如圖1所示。

圖1 換道行為基本場(chǎng)景

根據(jù)追求利益動(dòng)機(jī)的不同，該通行行為表現(xiàn)為競(jìng)爭(zhēng)和協(xié)作兩種形式。競(jìng)爭(zhēng)/協(xié)作通行行為過(guò)程如圖2所示。

協(xié)作通行行為：車(chē)輛在道路行駛時(shí)，為了達(dá)到快速通行的目的而導(dǎo)致?lián)Q道的行為。此換道過(guò)程中前導(dǎo)車(chē)和跟隨車(chē)通過(guò)減速或切換到其他車(chē)道而讓行于換道車(chē)。

圖2 競(jìng)爭(zhēng)/協(xié)作通行行為過(guò)程描述

競(jìng)爭(zhēng)通行行為：車(chē)輛在道路上行駛時(shí)，為達(dá)到期望行駛速度或者爭(zhēng)奪空間領(lǐng)先而導(dǎo)致?lián)Q道的通行行為。此換道過(guò)程中，當(dāng)換道車(chē)發(fā)出換道請(qǐng)求時(shí)，前導(dǎo)車(chē)或者跟隨車(chē)在第一時(shí)間并沒(méi)有做出禮讓行為，那么換道車(chē)輛則一直在尋求各種合適的換道機(jī)會(huì)，包括減速、加速甚至停下等待或者強(qiáng)迫目標(biāo)車(chē)道車(chē)輛減速讓道而并入目標(biāo)車(chē)道，如果目標(biāo)車(chē)道前導(dǎo)車(chē)和跟隨車(chē)依然沒(méi)有配合其減速或換道，那么換道車(chē)輛需要停在該位置等待合適的時(shí)機(jī)再進(jìn)行換道，使得換道行為往復(fù)產(chǎn)生，這種換道行為會(huì)對(duì)目標(biāo)車(chē)道車(chē)輛的運(yùn)行產(chǎn)生明顯的干擾。

2 競(jìng)爭(zhēng)/協(xié)作通行行為方式選擇建模

2.1 變量的選取

(1)因變量。車(chē)輛在城市道路上運(yùn)行時(shí)，通過(guò)換道的方式獲得更快的速度或者空間領(lǐng)先，這一過(guò)程中出現(xiàn)車(chē)輛之間的相互作用則產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)/協(xié)作通行行為。本文以競(jìng)爭(zhēng)/協(xié)作通行行為的選擇結(jié)果為因變量。將其分為競(jìng)爭(zhēng)通行行為和協(xié)作通行行為2類(lèi)，編碼如表1所示。

表1 因變量編碼

因變量只取0、1時(shí)，由于是型Bernoulli隨機(jī)變量，則如下概率分布

P(yi=1)=πi

(1)

P(yi=0)=1-πi

(2)

根據(jù)離散型隨機(jī)變量期望值定義，可得

E(yi)=1(πi)+0(1-πi)=πi

(3)

可推出

E(yi)=πi=β0+βixi

(4)

所以，作為由回歸函數(shù)給定的因變量均值，E(yi)=β0+βixi是自變量水平為時(shí)的概率，即為選擇競(jìng)爭(zhēng)通行行為的概率。

(2)自變量。競(jìng)爭(zhēng)/協(xié)作通行行為在車(chē)輛相互作用的換道過(guò)程中產(chǎn)生的，影響因素可以概括為換道車(chē)輛自身因素、周?chē)?chē)輛因素和相互作用因素。自身因素包括換道車(chē)速度、加速度等，周?chē)?chē)輛因素包括前導(dǎo)車(chē)速度、前導(dǎo)車(chē)加速度、跟隨車(chē)速度、跟隨車(chē)加速度；相互作用因素包括前導(dǎo)車(chē)與換道車(chē)的換道可接受間隙、跟隨車(chē)與換道車(chē)的換道可接受間隙、前導(dǎo)車(chē)與換道車(chē)速度差、加速度差、跟隨車(chē)與換道車(chē)的速度差、加速度差等。

2.2 模型建立

(1)變量選擇。運(yùn)用正向選擇法對(duì)自變量進(jìn)行逐步篩選，得出在0.05的顯著性水平下的自變量有換道車(chē)速度、跟隨車(chē)速度、前導(dǎo)車(chē)速度、跟隨車(chē)與換道車(chē)的換道可接受間隙、前導(dǎo)車(chē)與換道車(chē)的加速度差。

(2)參數(shù)估計(jì)。對(duì)提取快速路基本路段的車(chē)輛換道過(guò)程的運(yùn)行軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出擬合結(jié)果如表2所示。

表2 方程中的變量

a. 在步驟 1 中輸入的變量: 換道車(chē)速度，跟隨車(chē)速度，前導(dǎo)車(chē)速度，后車(chē)間隙，前導(dǎo)車(chē)加速度差。

從表2可得以下模型表達(dá)式

(5)

P協(xié)=1-P競(jìng)

(6)

式中：VH為換道車(chē)速度；VG為跟隨車(chē)速度；VQ為前導(dǎo)車(chē)速度；GH為后車(chē)間隙；ADQ為前導(dǎo)車(chē)加速度差。

2.3 模型檢驗(yàn)

模型估計(jì)系數(shù)的相關(guān)系數(shù)矩陣如表3所示，

從表3中我們可以看出各個(gè)估計(jì)系數(shù)之間的線(xiàn)性相關(guān)關(guān)系。各個(gè)系數(shù)之間的線(xiàn)性相關(guān)性都是較小的，因此各個(gè)參數(shù)之間的解釋力不會(huì)受到太大的影響，說(shuō)明該模型較為理想。

表3 相關(guān)矩陣

表4 Hosmer和Lemeshow檢驗(yàn)

表4為H-L檢驗(yàn)表，P=0.177 005，認(rèn)為該模型能很好地?cái)M合數(shù)據(jù)。

表5 Hosmer和Lemeshow檢驗(yàn)的隨機(jī)性表

表5為H-L檢驗(yàn)的隨機(jī)性表，表中觀測(cè)值與期望值大致相同，可以直觀認(rèn)為，該模型擬合度較好。說(shuō)明建立的二元Logit模型的預(yù)測(cè)能力較好。

3 結(jié) 論

(1)通行行為是在車(chē)輛換道過(guò)程中換道車(chē)與周?chē)?chē)輛之間的相互作用影響下產(chǎn)生的。將通行行為分為競(jìng)爭(zhēng)和協(xié)作兩種。在客觀因素方面選取了車(chē)輛換道過(guò)程的運(yùn)動(dòng)軌跡參數(shù)，即換道車(chē)與前導(dǎo)車(chē)、跟隨車(chē)的速度、加速度，可接受間隙等因素，分析自變量與因變量之間的關(guān)系。二元Logit選擇模型很適合應(yīng)用于定性因變量與自變量之間的關(guān)系描述。

(2)采用混合逐步選擇法分析候選變量與因變量是否存在顯著相關(guān)性。研究發(fā)現(xiàn)換道車(chē)、前導(dǎo)車(chē)、跟隨車(chē)速度、后車(chē)間隙、前導(dǎo)車(chē)加速度差與競(jìng)爭(zhēng)/協(xié)作通行行為方式選擇顯著相關(guān)。其他因素則與通行行為方式選擇相關(guān)性不大。

(3)采用Logit回歸模型，建立競(jìng)爭(zhēng)/協(xié)作通行行為方式選擇模型并對(duì)其進(jìn)行了檢驗(yàn)，結(jié)果表明，該模型擬合效果較好。

(4)由于數(shù)據(jù)有限，本文并未考慮競(jìng)爭(zhēng)/協(xié)作通行行為產(chǎn)生過(guò)程中車(chē)輛之間的橫向作用，而車(chē)輛之間的橫向作用也是影響車(chē)輛競(jìng)爭(zhēng)/協(xié)作通行方式選擇的一個(gè)重要因素，因此下一步需要對(duì)競(jìng)爭(zhēng)/協(xié)作通行行為的換道過(guò)程進(jìn)行細(xì)化研究。為無(wú)人駕駛車(chē)輛的車(chē)輛傳感系統(tǒng)提供理論依據(jù)，從而使無(wú)人駕駛車(chē)輛能夠更加安全、可靠的在道路上行駛。

[1] 鄺先驗(yàn). 城市混合交通流微觀仿真建模研究[D]. 廣州：華南理工大學(xué)土木與交通學(xué)院,2014.

[2] 曲大義,陳文嬌,楊萬(wàn)三,等.車(chē)輛換道交互行為分析和建模[J].公路交通科技,2016,33(6):88-94.

U491.3

C

1008-3383(2017)11-0163-02

2017-05-13

王長(zhǎng)虹(1990-)，女、河北邢臺(tái)人，研究方向：交通行為。