基于跟驰模型的雾天安全限速模拟研究
于乐美 张萌萌* 王星月
【摘 要】摘 要 为准确描述雾天交通流特性，挖掘交通流速度以及交通状态的关系，通过对不同气质的驾驶人在不同能见度下的驾驶行为进行问卷调查，分析雾天驾驶人的驾驶心理特性，在NaSch模型中引入加速概率，改变以往加速过程中的贪婪机制，构建考虑雾天驾驶心理的道路交通流模型。通过数值模拟，得到不同能见度水平下车流密度、车头间距、速度以及排队长度的变化趋势，并利用主成分分析法构建交通运行水平模型，为高速公路雾天不同能见度下选择合适的限速值和行车间距建议值提供辅助决策。 【期刊名称】科学技术与工程 【年(卷),期】2018(018)033 【总页数】6
【关键词】关键词 公路运输 雾天跟驰模型 元胞自动机 交通流 驾驶心理 中图法分类号 U491.112； 2018年6月17日收到
国家自然科学基金(ZR2017MF011)、全国统计科学研究项目(2017LZ22)和山东省重点研发计划(2017GGX50110)资助
引用格式：于乐美， 张萌萌， 王星月. 基于跟驰模型的雾天安全限速模拟研究[J]. 科学技术与工程， 2018， 18(33)： 224—229
Yu Lemei, Zhang Mengmeng, Wang Xingyue. Simulation study on safety speed limit of fog weather based on car following model[J]. Science Technology and Engineering, 2018， 18(33)： 224—229
据统计，雾天交通事故发生率约是正常天气下的10倍[1]，为降低雾天交通事故的发生，模拟雾天交通流的运行过程和规律，是优化交通控制的有效方法。文献[2—4]指出在低能见度下，驾驶人会无意识地缩短跟车距离，保持较小车头时距，并发现前车在脱离后车驾驶人视野后会使后车驾驶人产生危险感和过激的操作行为。谭金华[5]发现驾驶人在浓雾下会趋向于与相邻车道车辆结伴前行，相邻车道车速相对较小时，跟车距离会相对较大。Chen等[6]发现随着能见度的降低，车辆速度先升高后降低，并具有较好的车道保持能力。王召阳[7]基于CA模型对低能见度下道路交通流动态特性进行研究，并给出最佳限速值建议。王嘉宇[8]利用遗传算法对IDM(intelligent driver model)跟驰模型进行标定，结果表明能见度对静止安全距离参数、与速度相关的安全距离参数、安全车头时距、期望速度有显著影响。高坤等[9,10]从工程学和人类心理学角度分析得出雾霾天气低能见度对加速、减速及平稳跟驰状态下的驾驶行为存在明显差异性。在上述研究成果中，虽然对雾天下的驾驶行为与交通流研究日趋成熟，但是对低能见度下不同驾驶人的行车特性以及驾驶心理并没有分析，文献[11]曾指出不同气质类型的驾驶人其驾驶行为存在明显差异，胆汁质驾驶人的操纵行为安全性较差，黏液质驾驶人的操纵行为安全性较好。因此，通过调查问卷的方式对雾天不同能见度下驾驶人气质与驾驶行为心理的关系，提出考虑驾驶人心理的雾天车辆跟驰模型；并对运行结果构建交通运行水平模型，进而确定出最佳限速值，为雾天的合理限速值建议提供辅助决策。
1 影响因素分析
雾天与正常天气相比，交通流特性会受到气象能见度[12,13]变化以及驾驶人特性[14]变化的影响。
1.1 能见度的影响
在实际的行车过程中，驾驶人的可视距离一般高于气象能见度的视物清晰度标准，并且其动视力较静视力低10%～40%，根据已有研究可知气象能见度与驾驶人的可视距离为[11]
ds=0.6dq(lnK+3.912)/3.912(1)
式(1)中，ds为驾驶人可视距离；dq为气象能见度；K为物体固有对比度。在雾天，物体多呈现灰色或者白色，一般取0.35。
能见度会直接影响驾驶人的可视距离，随着能见度的降低，驾驶人的可视距离也会随之降低，当驾驶人看不见前方车辆时，其驾驶心理发生变化，为防止前方车辆的紧急制动，驾驶人会在可视距离范围内调整车速。 1.2 驾驶人气质的影响
根据相关研究，驾驶人气质对驾驶人的行车特性以及行车心理有显著影响，采用调查问卷的形式对驾驶人气质以及在不同能见度下驾驶行为进行调查。共发放调查问卷300份，回收有效问卷286份。根据问卷分析结果显示，黏液质与抑郁质驾驶人对周围环境的变化适应性较低，在行车过程中追求谨慎，对于突发状况反应迟缓，行驶时需要较大的安全距离，特别是在浓雾天气下行驶，当可视距离小于两车间距时，前方车辆脱离驾驶人的视线范围，黏液质与抑郁质驾驶人多数保持匀速行驶甚至减速，增大与前车的距离，成为慢车，而胆汁型和多血质驾驶人会根据车辆前方的距离选择加速行驶，缩短与前车的距离，直到看到前车。
2 模型建立与参数取值
采用单车道的Nasch元胞自动机模型，仿真道路由1 000个元胞组成，每个元
基于跟驰模型的雾天安全限速模拟研究
