一种交叉口直行车辆运行稳定性评价方法技术

本发明专利技术公开了一种交叉口直行车辆运行稳定性评价方法，用来评估交叉口内受许可相位下左转车辆影响的直行车辆的运行安全性。该方法包括以下几个部分：参数初始化、获取直行车流车头时距的时间序列、相空间重构、Lyapunov稳定性分析、离群值删除和离群率计算。该评价方法所需要的数据只有直行车流的车头时距序列。通过编写的程序来自动实现该算法框架，分析了长春四个交叉口的直行车流运行安全性。该发明专利技术的贡献是提供了一种定量和容易实现的方法，以评估交叉口直行车流的运行安全性。在实践中，可将其应用于信号控制方案或渠化方案的改进前后的效果评价当中。前后的效果评价当中。前后的效果评价当中。

【技术实现步骤摘要】
一种交叉口直行车辆运行稳定性评价方法


[0001]本专利技术属于交通安全领域。具体涉及一种交叉口直行车辆运行稳定性评价方法。

技术介绍

[0002]在左转许可相位的信号交叉口中，按照法律法规，左转车辆必须让行直行车辆。这就意味着，直行车辆的通行不应受到许可相位下左转车辆的影响。然而，这种假设过于理想，无法反应真实交通流运行状态。事实上，我国某些驾驶人不太具备通行优先权的意识。他们更倾向于通过车辆博弈来获取许可相位下的优先权，根据实际交通情况来做决策，这种行为被称为是非严格优先权现象。
[0003]一些学者已经关注到非严格优先权现象。王炜发现无信号交叉口的冲突车流在高峰期间轮流通过交叉口，他放弃了间隙接受分析方法，提出了基于车队的单车道交叉口通行能力和延误模型。在这之后，孟永平和李爱增进行了大量的工作来计算双车道交叉口的通行能力，他们假设左转车流与有着较大临界间隙的直行车流等价。此外，Kaysi和Abbany开发了一个基于二元probit的行为模型，用来预测司机发生非严格优先行为的概率，比如在一个无信号的十字路口通过竞争来获取通行优先权。
[0004]对于左转许可相位的交叉口，以往的研究大多讨论非严格优先权下的左转行为。曲昭伟的研究发现，与左转保护相位下的车辆相比，左转许可相位下的车辆总是有着更大的加速度，以使自己比对向直行车辆更早到达潜在的冲突点。由于司机将更多的注意力分配到油门踏板上，所以对于刹车反应的时间增加了。为了缓解对优先权的竞争，白乔文试图优化左转弯引导线的设计形式，他在左弯引导线上设置了三个关键点。他的方法是通过左弯引导线来约束许可相位下的左转车辆的路径，并迫使左转车辆到达潜在冲突点的时间晚于对向直行的车辆。这些研究结果表明，在非严格优先权条件下，直行车辆在左转许可相位下的运行安全受到了严重影响。然而，很少有研究对受左转许可车辆影响下的直行车辆运行安全性进行定量分析。因此，我们通过这项专利技术研究弥补这一不足。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就在于克服上述现有技术中存在的不足，而提供一种交叉口直行车辆运行稳定性评价方法，该评价方法用来评估交叉口内受许可相位下左转车辆影响的直行车辆的运行稳定性和安全性。
[0006]为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种交叉口直行车辆运行稳定性评价方法，其特征在于：包括以下几步骤：
[0007]S1：参数初始化；
[0008]S2：采集直行车流车头时距参数，获取车头时距序列；
[0009]S3：根据所获取的车头时距序列进行相空间重构；
[0010]S4：进行Lyapunov指数稳定性分析；
[0011]S5：删除离群值，并计算离群率。
[0012]进一步的，在上述的步骤S1中的参数初始化的具体包括如下步骤：
[0013]S11：定义离群率γ，它表示为是从原始车头时距序列中去除的离群值的数量N
r
占原始车头时距序列样本数量N0的比值，；
[0014]S12：对参数进行初始化设置，设置迭代次数ρ＝0，离群值的数量N
r
＝0。
[0015]进一步的，上述步骤S2获取车头时距序列的具体步骤S21是：采集直行车流车头时距参数，用记录现场调查中收集到的原始车头时距序列。
[0016]进一步的，上述步骤S3相空间重构的具体步骤包括：
[0017]S31：将直行交通流视为一个动态系统，所有的车头时距数据组成一维时间序列；
[0018]S32：确定相空间重构的4个关键参数，即迟滞时间嵌入窗τ
w
、嵌入维数m、平均周期p；
[0019]S33：采用C
‑
C法计算迟滞时间和嵌入窗的值，通过关联积分同时估算出迟滞时间和嵌入窗的值，具体计算过程如下：
[0020]假设车头时距序列为h＝{h
i
|i＝1,2,...N}，N是样本量，一个新的相位空间H＝{H
i
|H
i
＝[h
i
,h
i+t
,h
i+(m
‑
1)t
]}将由迟滞时间嵌入维数m两个变量构建，嵌入时间序列的关联积分公式如下：
[0021][0022]式中：M是m维空间中嵌入点的数量，通过M＝N
‑
(m
‑
1)t计算，d
ij
是h
i
‑
h
j
的超常态，θ(r
‑
d
ij
)由下式确定，这个方程给出了时距序列h中嵌入点的一对公式，
[0023][0024]下式给出了确定的检验统计公式ΔS(m,t)：
[0025]ΔS(m,t)＝max{S(m,r,t)
‑
minS(m,r,t)}
[0026]下式给出了N
→
∞时S(m,r,t)的计算公式：
[0027][0028]最佳迟滞时间是函数ΔS(m,t)～t的第一个极小值，
[0029]下式给出了确定τ
w
的检验统计公式S
cor
(t)：
[0030][0031]其中
[0032]嵌入窗τ
w
是函数S
c
o
r
(t)～t的最小值点，
[0033]基于以上内容，m可以通过下式计算：
[0034]τ
w
＝(m
‑
1)
·
t
[0035]对于平均周期P的计算，首先要通过傅里叶变换得到车头时距序列A1,A2，......An的振幅。然后，平均周期P可由以下公式计算得出：
[0036][0037]式中：f
i
表示频率，A
i
表示振幅。
[0038]进一步的，上述步骤S4中的Lyapunov指数稳定性分析的具体步骤包括：
[0039]S41：通过计算Lyapunov指数来确定车头时距序列稳定性，该指数量化了具有迟滞时间和嵌入维数m的相位空间中相邻初始轨迹的散度，其表示为：
[0040][0041]S42：通过Wolf算法计算Lyapunov指数，Wolf算法给出了到达轨迹终点时的最大Lyapunov指数，下式给出了基本函数，
[0042][0043]式中：L
m
表示最大Lyapunov指数，表示系统演变时间，是迭代的总次数，ξ(τ0)是基准点和相邻点之间的欧氏距离，ξ'(τ
κ
)是ξ(τ0)以步长κ演化后的欧氏距离，通过最大Lyapunov指数L
m
的值来确定时间序列的稳定性，当L
m
小于0时，系统将收敛到一个固定点，可识别为系统稳定，相反，当L
m
大于0时，表明系统是不稳定的，此外，当Lyapunov指数为0时，系统将处于临界状态。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种交叉口直行车辆运行稳定性评价方法，其特征在于：包括以下几步骤：S1：参数初始化；S2：采集直行车流车头时距参数，获取车头时距序列；S3：根据所获取的车头时距序列进行相空间重构；S4：进行Lyapunov指数稳定性分析；S5：删除离群值，并计算离群率。2.根据权利要求1所述的一种交叉口直行车辆运行稳定性评价方法，其特征在于：上述步骤S1参数初始化的具体步骤包括：S11：定义离群率γ，它表示为是从原始车头时距序列中去除的离群值的数量N
r
占原始车头时距序列样本数量N0的比值；S12：对参数进行初始化设置，设置迭代次数ρ＝0，离群值的数量N
r
＝0。3.根据权利要求1所述的一种交叉口直行车辆运行稳定性评价方法，其特征在于：上述步骤S2获取车头时距序列的具体步骤S21是：采集直行车流车头时距参数，用记录现场调查中收集到的原始车头时距序列。4.根据权利要求1所述的一种交叉口直行车辆运行稳定性评价方法，其特征在于：上述步骤S3相空间重构的具体步骤包括：S31：将直行交通流视为一个动态系统，所有的车头时距数据组成一维时间序列；S32：确定相空间重构的4个关键参数，即迟滞时间嵌入窗τ
w
、嵌入维数m、平均周期p；S33：采用C
‑
C法计算迟滞时间和嵌入窗的值，通过关联积分同时估算出迟滞时间和嵌入窗的值，具体计算过程如下：假设车头时距序列为h＝{h
i
|i＝1,2,...N}，N是样本量，一个新的相位空间H＝{H
i
|H
i
＝[h
i
,h
i+t
,h
i+(m
‑
1)t
]}将由迟滞时间嵌入维数m两个变量构建，嵌入时间序列的关联积分公式如下：式中：M是m维空间中嵌入点的数量，通过M＝N
‑
(m
‑
1)t计算，d
ij
是h
i
‑
h
j
的超常态，θ(r
‑
d
ij
)由下式确定，这个方程给出了时距序列h中嵌入点的一对公式，下式给出了确定的检验统计公式ΔS(m,t)：ΔS(m,t)＝max{S(m,r,t)
‑
minS(m,r,t)}下式给出了N
→
∞时S(m,r,t)的计算公式：最佳迟滞时间是函数ΔS(m,t)～t的第一个极小值，下式给出了确定τ
w
的检验统计公式S
...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊帅，朱晓东，孟维伟，郭丽苹，牛凯，由婷婷，罗瑞琪，高佳宁，
申请(专利权)人：中国市政工程华北设计研究总院有限公司，
类型：发明
国别省市：