CN113284338B - 机动车紧急避让无灯控人行横道对交通流影响的计算方法 - Google Patents

机动车紧急避让无灯控人行横道对交通流影响的计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了机动车紧急避让无灯控人行横道对交通流影响的计算方法。采集与处理机动车通过无灯控人行横道范围内的交通数据；量化分析机动车驾驶员通过无灯控人行横道时采取紧急避让措施时的平均速度和加速度；根据机动车的紧急避让特征，量化计算在无灯控人行横道处机动车紧急避让时的运行速度和位移；根据不同行人过街概率、不同机动车最高速度限制以及不同机动车密度这三种变量参数下机动车采取紧急避让措施，计算对应的道路交通流；根据三种变量参数下相应的交通流量基本图与道路时空图，量化机动车紧急避让行为对交通流的影响。本发明既能为交通管理部门实施合适的交通管理措施，也能提高行人过街的安全性和机动车驾驶的时效性。

Description

机动车紧急避让无灯控人行横道对交通流影响的计算方法
技术领域
本发明属于交通规划管理领域，特别涉及了机动车紧急避让无灯控人行横道对交通流影响的计算方法。
背景技术
根据交通规则，机动车行经人行横道时，应当减速行驶；遇行人正在通过人行横道，应当停车让行；机动车行经没有交通信号的道路时，遇行人横过道路，应当避让。但是，城市道路中的机动车驾驶员为了追求更便捷的驾驶体验和更高的行驶效率在行经无灯控人行横道时一般不会选择主动避让，导致在无灯控人行横道处人车冲突严重。
随着对无灯控人行横道行人过街的相关管理制度进行进一步的加强，行人只要站在人行横道上或人行横道边缘时，机动车就必须在人行横道前停止并等待行人过街完成后再继续行驶。但是城市中某些无灯控人行横道由于道路环境条件限制，并没有提供合理的让行环境条件，如过街行人被障碍物遮挡使驾驶员未能及时发现、礼让行人的标志标线做的不够明显及驾驶员行驶速度过快等。严格的交通管理措施与不合理的道路让行环境相冲突，非但不能有效改善道路交通发展面貌，反而会形成新的城市交通安全隐患。
因此，为了贴合实际交通状况，进行简单高效的计算机动车紧急避让无灯控人行横道对交通流的影响，来检测在当前的道路交通环境下强制施行礼让行人政策是否合理，既能为交通管理部门实施合适的交通管理措施，也能提高行人过街的安全性和机动车驾驶的时效性。
发明内容
为了解决上述背景技术提到的技术问题，本发明提出了一种机动车紧急避让无灯控人行横道对交通流影响的计算方法。
为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：
一种机动车紧急避让无灯控人行横道对交通流影响的计算方法，包括以下步骤：
(1)采集与处理机动车通过无灯控人行横道范围内的交通数据，包括交叉口位置坐标、机动车运动位置坐标、机动车加速度数据和机动车速度数据；
(2)量化分析机动车驾驶员通过无灯控人行横道时采取紧急避让措施时的平均速度和加速度；
(3)根据机动车的紧急避让特征，量化计算在无灯控人行横道处机动车紧急避让时的运行速度和位移；
(4)根据不同行人过街概率、不同机动车最高速度限制以及不同机动车密度这三种变量参数下机动车采取紧急避让措施，计算对应的道路交通流；
(5)根据三种变量参数下相应的交通流量基本图与道路时空图，量化机动车紧急避让行为对交通流的影响。
进一步地，在步骤(1)中，选择环境限制与交通监管措施相结合的无灯控人行横道作为数据采集点，所述环境限制包括无灯控人行横道周边道路两侧人流量密集、道路沿线分布着密集的住宅区、商业区和/或学校，以及行车道与无灯控人行横道路段两端视距三角形不足的区域；所述交通监管措施包括交警执勤监督、违章拍照和市民拍照举报。
进一步地，在步骤(1)中，采用人工观测与录像相结合的方法采集数据。
进一步地，在步骤(2)中，将机动车采取紧急避让措施通过无灯控人行横道时的运行数据进行处理后，绘制相应的速度曲线与加速度曲线；通过对速度曲线的量化分析，获得该无灯控人行横道道路上的速度限制以及机动车在采取紧急避让措施前能够达到的平均速度值V；通过对加速度曲线的量化分析，获得机动车在采取紧急避让措施时能够达到的平均最大加速度amax。
进一步地，在步骤(3)中，设实际道路长度被分为若干个间距相同的单元，单元的宽度与实际道路宽度相同，单位的长度用以表示机动车的长度；将单元的某一位置作为无灯控人行横道，以概率p产生过街行人，停车线附近的机动车以相同的概率p且以加速度amax产生紧急制动行为；每个单元在任意时刻都存在唯一的状态值，若当前单元中有车则返回机动车的速度值vn，否则该单元返回0值或空值Null，速度值vn表示当前时刻机动车每秒通过的单元数量；采用周期性边界条件，并按照设定的时间间隔进行位置更新。
进一步地，行人和机动车按如下步骤运行：
(a)在单元xn处以概率p产生过街行人；
(b)设置机动车的随机慢化，用以反映驾驶员由于受到环境影响产生的随机减速行为，随机慢化后机动车的速度更新：
vn+1＝max(vn-1,0)
(c)设置机动车加速，用以体现驾驶员期望以最大速度行驶，加速后速度更新：
vn+1＝min(vn+1,vmax)
(d)检测跟驰车辆与前车保持安全距离dn，并进行速度更新：
vn+1＝min(vn,dn)
(e)对无灯控人行横道附近的机动车设置紧急制动行为，紧急制动后的速度更新：
vn+1＝max(vn-1,0)
(f)位置更新：
xn+1＝xn+vn
上式中，xn表示当前时刻的机动车位置；
(g)按照设定的时间间隔返回步骤(c)进行循环。
进一步地，所述周期性边界条件如下：
进行一次位置更新后，若更新后的位置若未超出道路长度，则机动车继续按照原有的规则行驶；若更新后的位置超出道路长度，则该机动车返回至起点变为尾车，该机动车的后一辆机动车变为头车。
进一步地，在步骤(4)中，在无灯控人行横道处设置过街行人，考虑道路两侧不同的交通吸引点以及过街行人交通量具有时空特性，对无灯控人行横道设置不同行人过街概率p，并且当机动车运行到无灯控人行横道处时以相同的概率p产生紧急制动；根据步骤(2)得到的机动车平均速度，并考虑不同的道路等级以及城市交通环境，对机动车进行不同最高速度限制；考虑到城市道路所处不同商业区位、交通量受早晚高峰与节假日的影响，为道路设置不同的机动车密度。
进一步地，在步骤(4)中，按下式计算道路交通流量f：
Figure BDA0003035313580000041
其中，ρ为机动车密度，
Figure BDA0003035313580000042
N为机动车数量，L为道路长度，
Figure BDA0003035313580000043
为所有车辆的平均速度，
Figure BDA0003035313580000044
vi为第i个车辆的速度。
进一步地，在步骤(5)中，设置不同行人过街概率、不同机动车最高速度限制为变量参数，根据计算结果，绘制以密度为横坐标，交通量为纵坐标的二维基本图；设置不同道路密度，根据计算结果绘制时空图，时空图的横坐标表示空间位置，纵坐标表示时间。
采用上述技术方案带来的有益效果：
本发明有助于完善量化车辆运行状态的计算方法，已有的交通计算方法鲜少可以量化机动车的紧急制动行为对交通流的影响，根据机动车在无灯控人行横道下的紧急制动行为，为量化机动车运动状态、改进交通状态提供新思路。
无灯控人行横道设计有助于减少行人和机动车在通行过程中产生不必要的延误，但是城市中某些无灯控人行横道受到道路环境及设施限制，严格的交通管理措施与不合理的道路让行环境相冲突非但不能有效改善道路交通发展面貌，反而会形成新的城市交通安全隐患。本发明可用于解决实际的交通问题，改善基础设施，设置诱导设施提醒驾驶员提前采取制动措施，改善无灯控人行横道设施设计，避免紧急制动产生的不良影响，对保障行人安全及维持机动车的行驶秩序具有较大的现实意义。
通过本发明，对城市道路中无灯控人行横道所存在的交通问题提出合理的建议，保障城市道路交通的健康发展，满足以人为本的出行需求。
附图说明
图1是本发明的整体流程图；
图2是实施例中数据采集地点周边环境示意图；
图3是本发明中量化机动车紧急避让行为的流程图；
图4是实施例中试点道路微观示意图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
本发明设计了一种机动车紧急避让无灯控人行横道对交通流影响的计算方法，如图1所示，步骤如下：
步骤1：采集与处理机动车通过无灯控人行横道范围内的交通数据，包括交叉口位置坐标、机动车运动位置坐标、机动车加速度数据和机动车速度数据；
步骤2：量化分析机动车驾驶员通过无灯控人行横道时采取紧急避让措施时的平均速度和加速度；
步骤3：根据机动车的紧急避让特征，量化计算在无灯控人行横道处机动车紧急避让时的运行速度和位移；
步骤4：根据不同行人过街概率、不同机动车最高速度限制以及不同机动车密度这三种变量参数下机动车采取紧急避让措施，计算对应的道路交通流；
步骤5：根据三种变量参数下相应的交通流量基本图与道路时空图，量化机动车紧急避让行为对交通流的影响。
优选地，在上述步骤1中，选取城区实际无灯控人行横道，道路沿线分布着密集的住宅区、商业区与学校等，路段两侧种植密集的杨树并设有无灯控人行横道，并在该无灯控人行横道下配备着严格的监管措施的不良礼让环境作为数据采集地点如图2，采用人工观测法与手机录像法相结合的方法进行数据采集。将所采集的视频可通过George2.1软件进行数据处理，经视频读取、标定基本点、坐标转换、捕捉对象轨迹等步骤后，得到交叉口位置坐标信息、机动车速度、加速度、轨迹坐标等参数。
优选地，在上述步骤2中，将机动车采取紧急避让措施通过无灯控人行横道时的运行数据进行处理后，绘制相应的速度曲线与加速度曲线；通过对速度曲线的量化分析，获得该无灯控人行横道道路上的速度限制以及机动车在采取紧急避让措施前能够达到的平均速度值V；通过对加速度曲线的量化分析，获得机动车在采取紧急避让措施时能够达到的平均最大加速度amax。
优选地，在上述步骤3中，设实际道路长度被分为若干个间距相同的单元，单元的宽度与实际道路宽度相同，单位的长度用以表示机动车的长度；将单元的某一位置作为无灯控人行横道，以概率p产生过街行人，停车线附近的机动车以相同的概率p且以加速度amax产生紧急制动行为；每个单元在任意时刻都存在唯一的状态值，若当前单元中有车则返回机动车的速度值vn，否则该单元返回0值或空值Null，速度值vn表示当前时刻机动车每秒通过的单元数量；采用周期性边界条件，并按照设定的时间间隔进行位置更新。
如图3所示，行人和机动车按如下步骤运行：
a、在单元xn处以概率p产生过街行人；
b、设置机动车的随机慢化，用以反映驾驶员由于受到环境影响产生的随机减速行为，随机慢化后机动车的速度更新：
vn+1＝max(vn-1,0)
c、设置机动车加速，用以体现驾驶员期望以最大速度行驶，加速后速度更新：
vn+1＝min(vn+1,vmax)
d、检测跟驰车辆与前车保持安全距离dn，并进行速度更新：
vn+1＝min(vn,dn)
e、对无灯控人行横道附近的机动车设置紧急制动行为，紧急制动后的速度更新：
vn+1＝max(vn-1,0)
f、位置更新：
xn+1＝xn+vn
上式中，xn表示当前时刻的机动车位置；
g、按照设定的时间间隔返回步骤c进行循环。
优选地，进行一次位置更新后，若更新后的位置若未超出道路长度L，则机动车继续按照原有的规则行驶；若更新后的位置超出道路长度L，则该机动车返回至起点变为尾车，该机动车的后一辆机动车变为头车。
在本实施例中，如图4所示，城市某单车道路段长度用L＝1000个单元来表示，宽度3.6m，将道路空间划分为等间距的单元，单元间距长4.5m，代表实际车辆长度为4.5m，在L＝600处有一无灯控人行横道。
优选地，在上述步骤4中，在无灯控人行横道处设置过街行人，考虑道路两侧不同的交通吸引点以及过街行人交通量具有时空特性，对无灯控人行横道设置不同行人过街概率p，并且当机动车运行到无灯控人行横道处时以相同的概率p产生紧急制动；根据步骤2得到的机动车平均速度，并考虑不同的道路等级以及城市交通环境，对机动车进行不同最高速度限制；考虑到城市道路所处不同商业区位、交通量受早晚高峰与节假日的影响，为道路设置不同的机动车密度。
按下式计算道路交通流量f：
Figure BDA0003035313580000081
其中，ρ为机动车密度，
Figure BDA0003035313580000082
N为机动车数量，L为道路长度，
Figure BDA0003035313580000083
为所有车辆的平均速度，
Figure BDA0003035313580000084
vi为第i个车辆的速度。
在本实施例中，设置三个变量参数：在不良让行环境的无灯控人行横道处设置不同行人过街概率p分别为0、0.25、0.5、0.75，并且当机动车运行到无灯控人行横道处时以相同的概率p为0、0.25、0.5、0.75产生紧急制动行为；设置机动车可能的最大速度分别为2、3、4、5作为***速度变量参数，计算在一定的行人过街概率下机动车紧急避让行为对道路交通流的影响；在行人过街概率为0.3时，道路的最高速度为3，设置在密度分别为0.05、0.1、0.2、0.3、0.5、0.7作为***变量参数。
优选地，在上述步骤5中，设置不同行人过街概率、不同机动车最高速度限制为变量参数，根据计算结果，绘制以密度为横坐标，交通量为纵坐标的二维基本图；设置不同道路密度，根据计算结果绘制时空图，时空图横坐标用来表示空间位置，纵坐标用来表示时间。其含义是用来表示在任一时刻所对应的道路的拥挤情况，以及道路中某一位置在不同时间下的拥挤变化，即在时间与空间的角度下反应道路拥堵状况。通过量化对比分析对应变量下的交通流量基本图与道路时空图，从而得出机动车紧急避让行为对交通流的影响结论。
通过分析机动车在无灯控人行横道处的紧急制动行为可知，在设置礼让行人监管的无灯控人行横道时，应综合考虑道路交通环境与行人过街需求之间的关系，为道路使用者配备相应的交通预告标志、标线，对路段进行合理的速度限制，以避免由于机动车采取紧急制动时产生的不良影响。
实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (6)

1.一种机动车紧急避让无灯控人行横道对交通流影响的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)采集与处理机动车通过无灯控人行横道范围内的交通数据，包括交叉口位置坐标、机动车运动位置坐标、机动车加速度数据和机动车速度数据；
(2)将机动车采取紧急避让措施通过无灯控人行横道时的运行数据进行处理后，绘制相应的速度曲线与加速度曲线；通过对速度曲线的量化分析，获得该无灯控人行横道道路上的速度限制以及机动车在采取紧急避让措施前能够达到的平均速度值V；通过对加速度曲线的量化分析，获得机动车在采取紧急避让措施时能够达到的平均最大加速度amax；
(3)根据机动车的紧急避让特征，设实际道路长度被分为若干个间距相同的单元，单元的宽度与实际道路宽度相同，单位的长度用以表示机动车的长度；将单元的某一位置作为无灯控人行横道，以概率p产生过街行人，停车线附近的机动车以相同的概率p且以加速度amax产生紧急制动行为；每个单元在任意时刻都存在唯一的状态值，若当前单元中有车则返回机动车的速度值vn，否则该单元返回0值或空值Null，速度值vn表示当前时刻机动车每秒通过的单元数量；采用周期性边界条件，并按照设定的时间间隔进行位置更新；
(4)在无灯控人行横道处设置过街行人，考虑道路两侧不同的交通吸引点以及过街行人交通量具有时空特性，对无灯控人行横道设置不同行人过街概率p，并且当机动车运行到无灯控人行横道处时以相同的概率p产生紧急制动；根据步骤(2)得到的机动车平均速度，并考虑不同的道路等级以及城市交通环境，对机动车进行不同最高速度限制；考虑到城市道路所处不同商业区位、交通量受早晚高峰与节假日的影响，为道路设置不同的机动车密度；
(5)根据不同行人过街概率、不同最高速度限制和不同的机动车密度相应的交通流量基本图与道路时空图，量化机动车紧急避让行为对交通流的影响。
2.根据权利要求1所述机动车紧急避让无灯控人行横道对交通流影响的计算方法，其特征在于，在步骤(1)中，选择环境限制与交通监管措施相结合的无灯控人行横道作为数据采集点，所述环境限制包括无灯控人行横道周边道路两侧人流量密集、道路沿线分布着密集的住宅区、商业区和/或学校，以及行车道与无灯控人行横道路段两端视距三角形不足的区域；所述交通监管措施包括交警执勤监督、违章拍照和市民拍照举报。
3.根据权利要求1所述机动车紧急避让无灯控人行横道对交通流影响的计算方法，其特征在于，在步骤(1)中，采用人工观测与录像相结合的方法采集数据。
4.根据权利要求1所述机动车紧急避让无灯控人行横道对交通流影响的计算方法，其特征在于，所述周期性边界条件如下：
进行一次位置更新后，若更新后的位置若未超出道路长度，则机动车继续按照原有的规则行驶；若更新后的位置超出道路长度，则该机动车返回至起点变为尾车，该机动车的后一辆机动车变为头车。
5.根据权利要求1所述机动车紧急避让无灯控人行横道对交通流影响的计算方法，其特征在于，在步骤(4)中，按下式计算道路交通流量f：
Figure FDA0003775307910000021
其中，ρ为机动车密度，
Figure FDA0003775307910000022
N为机动车数量，L为道路长度，
Figure FDA0003775307910000023
为所有车辆的平均速度，
Figure FDA0003775307910000024
vi为第i个车辆的速度。
6.根据权利要求1所述机动车紧急避让无灯控人行横道对交通流影响的计算方法，其特征在于，在步骤(5)中，设置不同行人过街概率、不同机动车最高速度限制为变量参数，根据计算结果，绘制以密度为横坐标，交通量为纵坐标的二维基本图；设置不同道路密度，根据计算结果绘制时空图，时空图的横坐标表示空间位置，纵坐标表示时间。
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