TransModeler中的同向車道流量調(diào)整技巧

TransModeler的變道模型適合大范圍仿真的路徑選擇模擬，參數(shù)設(shè)置非常重要。在大范圍仿真模型中，變道模型的參數(shù)直接影響了車輛的車道選擇。用戶常見(jiàn)的問(wèn)題是，在交叉口同一方向的幾個(gè)車道，經(jīng)常是一個(gè)車道排了很長(zhǎng)的隊(duì)，而其他可用的車道卻沒(méi)有車輛。這實(shí)際上是駕駛行為參數(shù)設(shè)置的問(wèn)題。下面用一個(gè)案例，詳細(xì)分析解決這一問(wèn)題的設(shè)置方法。

1、問(wèn)題描述 某用戶在一個(gè)片區(qū)仿真過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)一交叉口北進(jìn)口（Link25）左轉(zhuǎn)四條車道中，出現(xiàn)三條車道基本閑置的情況，而最左側(cè)車道的占用率為100%。檢查下游路段、車道連通性均無(wú)問(wèn)題，嘗試增加左轉(zhuǎn)車輛需求，車輛依舊只在最左側(cè)車道排隊(duì)。

2、原因分析 上述問(wèn)題的出現(xiàn)，一般是和仿真車輛的網(wǎng)絡(luò)中的路徑選擇相關(guān)。通過(guò)路徑分析發(fā)現(xiàn)，車輛左轉(zhuǎn)后需要繼續(xù)直行，途經(jīng)的路段均為L(zhǎng)ink25-Link26-Link15-Link16-Link11100136（下圖紅色路徑），但由于涉及多處車道數(shù)變化，及Link11100136中公交專用道設(shè)置（最右側(cè)車道）的影響，車輛在Link25中選擇不同的車道出發(fā)，對(duì)應(yīng)的變道次數(shù)會(huì)有所不同。選擇最左側(cè)車道出發(fā)的車輛，變道次數(shù)最少，只需換一次；若在左側(cè)第二車道，得變道兩次；若第三車道，則變道三次。

由于變道次數(shù)對(duì)路徑選擇參數(shù)的影響太大，導(dǎo)致位于最左側(cè)車道為最優(yōu)路徑選擇，但這顯然跟實(shí)際情況不相符。與仿真駕駛行為中，這個(gè)情況和車輛強(qiáng)制變道模型的臨界距離（Critical Distances）參數(shù)有關(guān)。只有當(dāng)車輛到下個(gè)路段的長(zhǎng)度大于臨界距離參數(shù)時(shí)，下游車道才會(huì)在換道選擇集中。每增加一次換道，臨界距離相應(yīng)增加，導(dǎo)致了上述現(xiàn)象。不同國(guó)家和地區(qū)的駕駛員行為差異，需要通過(guò)設(shè)置臨界距離來(lái)加以區(qū)分。

3、仿真原理

說(shuō)了上面的原因后，用戶不得不需要了解一下變道模型的仿真原理了。通常，車輛變更車道，可以分為自主變道和強(qiáng)制變道。

（1）自主變道(Discretionary LaneChanging)

在車輛考慮自主或強(qiáng)制車道變更之前，它將首先探索當(dāng)前和相鄰車道，以確定哪些車道符合行駛條件。車道可能因各種原因被視為不具備條件：

當(dāng)前車道和預(yù)期車道之間存在障礙物。

禁止從當(dāng)前車道變?yōu)轭A(yù)期車道（實(shí)線），且駕駛員遵守本變道法規(guī)。

車道被事故或失速車輛阻塞。

車道有“封閉”車道使用信號(hào)。

車道上的收費(fèi)亭關(guān)閉。

不允許車輛進(jìn)入車道（例如，僅限高載客率車輛進(jìn)入）。

車輛位于高速公路出口或城市交叉口的“臨界距離”內(nèi)（由前瞻l(fā)ook-ahead模型確定），且預(yù)期車道未連接到車輛路徑。

自主變道（ DLC ）主要是在車輛對(duì)當(dāng)前速度普遍不滿意的情況下考慮，只有在不需要強(qiáng)制變道（ MLC ）時(shí)才考慮，強(qiáng)制變道優(yōu)先。如果車輛沒(méi)有以或接近其期望速度行駛，并且其變道行為沒(méi)有限制（例如，強(qiáng)制變道、事故），它將考慮自主換道。

（2）強(qiáng)制變道(MandatoryLane Changing)

與自主變道一樣，在評(píng)估強(qiáng)制變道模型之前，確定合格的車道選擇集。用于確定車道合格性的規(guī)則與用于自主變道的規(guī)則相同。然而，強(qiáng)制變道并不像自主變道更那樣被明確地建模為備選方案之間的選擇。換言之，駕駛員不會(huì)“選擇”強(qiáng)制改變車道。相反，各種各樣的條件可能會(huì)導(dǎo)致車道變更的需要，并且由于缺乏替代方案，車道變更將是強(qiáng)制性的。例如，車輛將進(jìn)入強(qiáng)制變道狀態(tài)，以應(yīng)對(duì)其下游車道的事故產(chǎn)生的阻塞。在各種情況下，車輛都需要進(jìn)行強(qiáng)制變道，例如：

車輛位于其路徑分叉位置的“臨界距離”內(nèi)，且不在連接的車道上。

事故或失速車輛阻塞了車輛的當(dāng)前車道。

車道上顯示“封閉”車道使用標(biāo)志。

當(dāng)前車道或下游車道預(yù)留給其他車輛類型。

沒(méi)有電子收費(fèi)通行證的車輛位于下游有電子收費(fèi)亭的車道上。

正在縮減一條車道（即，車道連線連通性偏差小于1）。

（3）前瞻Look-Ahead

在整個(gè)仿真過(guò)程中，TransModeler都會(huì)對(duì)每輛車的下游路徑保持一個(gè)大致的“概略圖”。所有車輛在考慮換道時(shí)都會(huì)考慮這張“概略圖”。對(duì)于每輛車，這張概略圖相當(dāng)于駕駛員對(duì)其下游路徑的感知。意識(shí)延伸到下游多遠(yuǎn)取決于前瞻范圍look-ahead range。前瞻范圍是以時(shí)間為單位測(cè)量的。因此，通過(guò)計(jì)算車輛以每個(gè)路段的自由流速度行駛一段由前方距離給定的時(shí)間時(shí)的下游距離來(lái)確定前方距離。換言之，如果前瞻范圍為90秒，駕駛員將在大約90秒后意識(shí)到其路徑。在做出換道決策時(shí)，駕駛員將考慮換道對(duì)其在接下來(lái)90秒內(nèi)必須執(zhí)行的操作的影響，以便保持在其路徑上。

在特殊情況下，特別是當(dāng)車輛行駛在或接近一個(gè)很長(zhǎng)的路段時(shí)，合理的前瞻時(shí)間范圍可能不足以涵蓋車輛可能需要在長(zhǎng)路段下游執(zhí)行的移動(dòng)。為了避免長(zhǎng)路段干擾車輛的前瞻范圍，TransModeler將保證每輛車的下游路段數(shù)量最少。如果可以假設(shè)這種情況很少見(jiàn)或?yàn)榱颂岣哂?jì)算效率，您可能會(huì)發(fā)現(xiàn)減少這個(gè)最小路段數(shù)是有幫助的。

前瞻時(shí)，模型除了考慮轉(zhuǎn)彎或出口外，還將考慮車道減少。例如，如果車道連線的連通性偏差α小于1，則部分駕駛員（1 – α）會(huì)盡一切努力在車道結(jié)束前強(qiáng)制換出車道。連通性偏差可用于模擬各種情況，例如車道減少，不需要使用車道或更需要使用其他車道。但是，在駕駛員接近車道末端之前，可能無(wú)法了解或?qū)崿F(xiàn)這些條件。因此，有一個(gè)參數(shù)用于控制連通性偏差開(kāi)始影響強(qiáng)制換道決策時(shí)的響應(yīng)距離。

（4）臨界距離Critical Distance

當(dāng)車輛前瞻時(shí)，它將記錄在前瞻范圍內(nèi)其路徑上需要變道（即轉(zhuǎn)彎、匝道出口或其他岔路口）的任何點(diǎn)。這些都是臨界點(diǎn)（關(guān)鍵點(diǎn)）。在這些臨界點(diǎn)上游的臨界距離內(nèi)做出的所有車道改變決定都是強(qiáng)制性的。即使車輛當(dāng)前處于有利的或連通的車道上，這與車輛在臨界點(diǎn)必須走的路徑一致，其保持在當(dāng)前車道上的變道決定也是強(qiáng)制性的。除非存在特殊情況，如阻塞當(dāng)前車道的事故，否則不會(huì)考慮其他替代方案。臨界距離因駕駛員而異：更具攻擊性的駕駛員在將自己定位在連通車道之前，可能會(huì)更愿意冒險(xiǎn)接近臨界點(diǎn)；更為謹(jǐn)慎、保守的司機(jī)可能會(huì)在更遠(yuǎn)的上游做出強(qiáng)制性的車道改變決定，以便跟隨他們的路線。

臨界距離也可能是和車輛行駛的道路設(shè)施類型相關(guān)。例如，在高速設(shè)施（如高速公路）上，臨界距離可能更長(zhǎng)，因?yàn)楫?dāng)以更快的速度行駛時(shí)，必須在更長(zhǎng)的距離上做出決定和采取行動(dòng)。相反，在低速設(shè)施（如城市街道）上，臨界距離通常較短，因?yàn)榭梢栽谳^短距離內(nèi)做出決策和采取行動(dòng)。

參數(shù)表包含高速公路和城市街道上的臨界距離在駕駛員中的分布。使用一組給定的臨界距離值的駕駛員百分比是明確規(guī)定的。此表定義了適用于一般車隊(duì)（即非公交車輛）的臨界距離。第二個(gè)參數(shù)表用于定義公交車輛駕駛員的分布。下面2個(gè)圖是TransModeler6.1的參數(shù)表界面。

只有當(dāng)車輛到下個(gè)路段的長(zhǎng)度大于臨界距離參數(shù)時(shí)，下游車道才會(huì)在換道選擇集中。每增加一次換道，臨界距離相應(yīng)增加。我們舉例子說(shuō)明該參數(shù)是如何在變道模型中發(fā)揮作用的。假設(shè)臨界距離參數(shù)為400m（每個(gè)司機(jī)從隨機(jī)分布抽取一個(gè)隨機(jī)數(shù)，這里假定是400m），如果車輛選擇最左側(cè)車道出發(fā)，途中變道1次，則只需要提前400m做變道選擇即可；選擇左側(cè)第二車道出發(fā)，途中變道2次，則需要提前800m做變道選擇；左側(cè)第三車道出發(fā)，途中變道3次，則需要提前1200m做變道選擇。在本案例中，Link25-Link26-Link15-Link16-Link11100136的距離約600m，只夠做出1次變道選擇。

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、解決方法

（1）延長(zhǎng)路段

通過(guò)延長(zhǎng)Link25后仿真，左轉(zhuǎn)車輛在四個(gè)左轉(zhuǎn)車道中均有分布，問(wèn)題解決。由于本案例正好Link25是仿真建模的邊界，適當(dāng)延長(zhǎng)路段可以認(rèn)為是合理的。但如果路段的實(shí)際距離就只有這么長(zhǎng)，那這個(gè)辦法就不可取了。

（2）設(shè)定起點(diǎn)入口車道參數(shù)（Entry?Lane?at?Origin）

該參數(shù)作用于出行起點(diǎn)的路段（如本例），制定路段上不同車道的利用率。類似于宏觀模型中，設(shè)置小區(qū)形心連接線的比例。選擇 Parameters> Parameter Markers Toolbar ，從下拉菜單中選擇 Entry Lane at Origin ，對(duì)不同車型在各車道上的利用率進(jìn)行設(shè)置。

運(yùn)行仿真， 左轉(zhuǎn)車道的閑置問(wèn)題得到解決，但是通過(guò)分析車輛的下一個(gè)轉(zhuǎn)向發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)了新的問(wèn)題，左轉(zhuǎn)車道上分布著直行、右轉(zhuǎn)車輛，與實(shí)際情況不符，問(wèn)題仍未解決。

（3）修改臨界距離參數(shù)

如果縮短臨界距離全局參數(shù)值，對(duì)當(dāng)前路段情況可能會(huì)有改善，但也可能會(huì)在其他地方造成駕駛行為的不合理?？梢允褂谩皡?shù)標(biāo)記”工具，在Link25設(shè)定局域參數(shù)縮短臨界距離。不過(guò)，實(shí)際應(yīng)用中網(wǎng)絡(luò)很大，人工去設(shè)置可能也是力不從心的。

（4）完美方法，TransModeler7.0增加的功能

為了從根本上解決這一問(wèn)題，TransModeler 7.0中新增額外的變道影響（Impact from additional lanes）參數(shù)。美國(guó)用戶用默認(rèn)駕駛行為參數(shù)值1.0（TransModeler 6.1版本中為1.0），中國(guó)用戶可以選擇小于1.0的值，比如0.25，甚至0。我們將參數(shù)額外的變道影響記為α，變道次數(shù)N所需的最小距離D用公式計(jì)算 D=D0*（1.0 + α * (N - 1))，其中D0為臨界距離值。對(duì)美國(guó)用戶而言，α=1，D0=400m時(shí)，變道三次最晚在1200m處開(kāi)始選擇；而對(duì)于中國(guó)用戶而言，α=0.25，D0=400m時(shí)，變道三次只需要在600m處選擇。參數(shù)α可以反映駕駛行為的激進(jìn)與保守。另外，參數(shù)也區(qū)分了是否重型車。

引入新的參數(shù)后，仿真瞬時(shí)界面效果如下：

審核編輯：黃飛

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