城市道路竞争/协作通行行为方式选择模型

王长虹，石建军，刘小明,2，李鹏飞

(1.北京工业大学交通工程北京市重点实验室，北京 100124；2.交通运输部，北京 100736)

城市道路竞争/协作通行行为方式选择模型

王长虹1，石建军1，刘小明1,2，李鹏飞1

(1.北京工业大学交通工程北京市重点实验室，北京 100124；2.交通运输部，北京 100736)

研究道路资源有限条件下车辆竞争与协作通行行行为。根据北京市2条城市快速路基本路段的车辆运行轨迹数据，对竞争/协作通行行为进行了描述及比较，并将通行行为分为竞争和协作两类。以竞争/协作通行行为方式选择为因变量，将速度、加速度、间隙、速度差、加速度差等作为候选自变量，分析候选自变量与因变量之间的相关性。采用二项logit模型建立竞争/协作通行行为方式选择模型，对模型进行了参数估计，并对模型的可靠性进行了分析。

换道；竞争；协作；通行行为；城市道路

1 竞争协作通行行为描述

竞争与协作通行行为是指交通实体在道路交通环境中为实现快速通行的目的，与其他交通实体所展开的争夺速度、空间领先所表现出来的驾驶行为，主要指竞争与协作。道路交通资源有限的情况下即道路交通发生车辆排队、交通拥堵、车流变化等过程时所产生的换道过程常伴随竞争/协作通行行为的发生，车辆换道基本场景如图1所示。

图1 换道行为基本场景

根据追求利益动机的不同，该通行行为表现为竞争和协作两种形式。竞争/协作通行行为过程如图2所示。

协作通行行为：车辆在道路行驶时，为了达到快速通行的目的而导致换道的行为。此换道过程中前导车和跟随车通过减速或切换到其他车道而让行于换道车。

图2 竞争/协作通行行为过程描述

竞争通行行为：车辆在道路上行驶时，为达到期望行驶速度或者争夺空间领先而导致换道的通行行为。此换道过程中，当换道车发出换道请求时，前导车或者跟随车在第一时间并没有做出礼让行为，那么换道车辆则一直在寻求各种合适的换道机会，包括减速、加速甚至停下等待或者强迫目标车道车辆减速让道而并入目标车道，如果目标车道前导车和跟随车依然没有配合其减速或换道，那么换道车辆需要停在该位置等待合适的时机再进行换道，使得换道行为往复产生，这种换道行为会对目标车道车辆的运行产生明显的干扰。

2 竞争/协作通行行为方式选择建模

2.1 变量的选取

(1)因变量。车辆在城市道路上运行时，通过换道的方式获得更快的速度或者空间领先，这一过程中出现车辆之间的相互作用则产生竞争/协作通行行为。本文以竞争/协作通行行为的选择结果为因变量。将其分为竞争通行行为和协作通行行为2类，编码如表1所示。

表1 因变量编码

因变量只取0、1时，由于是型Bernoulli随机变量，则如下概率分布

P(yi=1)=πi

(1)

P(yi=0)=1-πi

(2)

根据离散型随机变量期望值定义，可得

E(yi)=1(πi)+0(1-πi)=πi

(3)

可推出

E(yi)=πi=β0+βixi

(4)

所以，作为由回归函数给定的因变量均值，E(yi)=β0+βixi是自变量水平为时的概率，即为选择竞争通行行为的概率。

(2)自变量。竞争/协作通行行为在车辆相互作用的换道过程中产生的，影响因素可以概括为换道车辆自身因素、周围车辆因素和相互作用因素。自身因素包括换道车速度、加速度等，周围车辆因素包括前导车速度、前导车加速度、跟随车速度、跟随车加速度；相互作用因素包括前导车与换道车的换道可接受间隙、跟随车与换道车的换道可接受间隙、前导车与换道车速度差、加速度差、跟随车与换道车的速度差、加速度差等。

2.2 模型建立

(1)变量选择。运用正向选择法对自变量进行逐步筛选，得出在0.05的显著性水平下的自变量有换道车速度、跟随车速度、前导车速度、跟随车与换道车的换道可接受间隙、前导车与换道车的加速度差。

(2)参数估计。对提取快速路基本路段的车辆换道过程的运行轨迹数据进行分析，得出拟合结果如表2所示。

表2 方程中的变量

a. 在步骤 1 中输入的变量: 换道车速度，跟随车速度，前导车速度，后车间隙，前导车加速度差。

从表2可得以下模型表达式

(5)

P协=1-P竞

(6)

式中：VH为换道车速度；VG为跟随车速度；VQ为前导车速度；GH为后车间隙；ADQ为前导车加速度差。

2.3 模型检验

模型估计系数的相关系数矩阵如表3所示，

从表3中我们可以看出各个估计系数之间的线性相关关系。各个系数之间的线性相关性都是较小的，因此各个参数之间的解释力不会受到太大的影响，说明该模型较为理想。

表3 相关矩阵

表4 Hosmer和Lemeshow检验

表4为H-L检验表，P=0.177 005，认为该模型能很好地拟合数据。

表5 Hosmer和Lemeshow检验的随机性表

表5为H-L检验的随机性表，表中观测值与期望值大致相同，可以直观认为，该模型拟合度较好。说明建立的二元Logit模型的预测能力较好。

3 结 论

(1)通行行为是在车辆换道过程中换道车与周围车辆之间的相互作用影响下产生的。将通行行为分为竞争和协作两种。在客观因素方面选取了车辆换道过程的运动轨迹参数，即换道车与前导车、跟随车的速度、加速度，可接受间隙等因素，分析自变量与因变量之间的关系。二元Logit选择模型很适合应用于定性因变量与自变量之间的关系描述。

(2)采用混合逐步选择法分析候选变量与因变量是否存在显著相关性。研究发现换道车、前导车、跟随车速度、后车间隙、前导车加速度差与竞争/协作通行行为方式选择显著相关。其他因素则与通行行为方式选择相关性不大。

(3)采用Logit回归模型，建立竞争/协作通行行为方式选择模型并对其进行了检验，结果表明，该模型拟合效果较好。

(4)由于数据有限，本文并未考虑竞争/协作通行行为产生过程中车辆之间的横向作用，而车辆之间的横向作用也是影响车辆竞争/协作通行方式选择的一个重要因素，因此下一步需要对竞争/协作通行行为的换道过程进行细化研究。为无人驾驶车辆的车辆传感系统提供理论依据，从而使无人驾驶车辆能够更加安全、可靠的在道路上行驶。

[1] 邝先验. 城市混合交通流微观仿真建模研究[D]. 广州：华南理工大学土木与交通学院,2014.

[2] 曲大义,陈文娇,杨万三,等.车辆换道交互行为分析和建模[J].公路交通科技,2016,33(6):88-94.

U491.3

C

1008-3383(2017)11-0163-02

2017-05-13

王长虹(1990-)，女、河北邢台人，研究方向：交通行为。