智能網(wǎng)聯(lián)汽車仿真與測(cè)試課件：動(dòng)態(tài)元素仿真之交通流建模

動(dòng)態(tài)元素仿真之交通流建模SimulationandTestingofIntelligentNetworkedVehicle智能網(wǎng)聯(lián)汽車仿真與測(cè)試目錄Contents交通流模型01PanoSim中的TrafficTools交通工具02ViewTools查看工具03交通流模型01一、交通流模型1.什么是交通流模型01微觀交通流模型中，每一個(gè)交通參與者都是一個(gè)獨(dú)立的移動(dòng)單元，因此，需要包含顯性的交通參與者行為模型。02宏觀交通流模型的目的是獲取某一區(qū)域內(nèi)交通參與者的宏觀變化情況，如流速與流量變化等，因此，它可能并不重視個(gè)別交通參與者的行為特征。交通模型是模擬真實(shí)世界交通的數(shù)學(xué)模型。根據(jù)仿真顆粒度不同，可以將交通模型分為宏觀交通流和微觀交通流。一、交通流模型2.LWR宏觀交通流模型LWR(Lighthill-Whitham-Richards)模型使用連續(xù)性方程表示交通流的連續(xù)性行為。該模型假設(shè)交通流總是處于平衡狀態(tài)。換言之，它假設(shè)流中任何點(diǎn)在任何時(shí)間的速度和密度值都是根據(jù)均衡關(guān)系進(jìn)行的。這是一個(gè)理想假設(shè)。LWR模型包括三個(gè)部分：源自流體論的連續(xù)性方程交通流基本方程(q=uk)速度-密度平衡方程一、交通流模型2.LWR宏觀交通流模型下式即為宏觀交通的守恒方程，一條道路被劃分為若干路段，當(dāng)沒有車輛進(jìn)入路段或離開該路段時(shí)遵守該守恒方程。式中，q=q(t,x)是流量，k=k(t,x)是密度。LWR模型中，假設(shè)交通始終保持平衡。因此，上式可以轉(zhuǎn)化為下式形式：一、交通流模型2.LWR宏觀交通流模型接上一頁(yè)：u=u(k)是流速，可以建立u與k之間的映射關(guān)系，因此:由于u(k)并非定值，即

，因此上式如下:上式就是LWR的核心方程。一、交通流模型3.IDM交通流型介紹微觀交通模型根據(jù)具體場(chǎng)景可以分為換道模型，跟車模型，切入模型和切出模型。IDM考慮了車輛自由行駛和跟車行駛的情況。實(shí)際上，IDM可能是世界上使用最廣泛的模型。一、交通流模型IDM模型進(jìn)行了如下假設(shè):假設(shè)車輛的加速度與自身的速度是一個(gè)嚴(yán)格遞減函數(shù)。當(dāng)沒有車輛或障礙物進(jìn)行阻擋得前提下，車輛傾向于以期望速度V0行駛。當(dāng)前方存在前車或者障礙物時(shí)，車輛的加速度與距離呈遞增關(guān)系，即距離趨近時(shí)會(huì)自動(dòng)降低速度。值得注意的是，當(dāng)障礙物或前車在交互范圍之外，本車不會(huì)受到影響，仍然進(jìn)行自由行駛。本車的加速度與前車的車速呈遞增關(guān)系，即本車與前車之間的距離在交互距離之內(nèi)，前車的速度越大，本車也會(huì)傾向于加速，直到車速達(dá)到期望速度V0。本車和前車或障礙物之間的存在最小間隔S0，這導(dǎo)致本車與前車或障礙物之間的距離逐漸縮小到最小間隔s時(shí)，本車會(huì)傾向于急減速，以保證最小間隔。一、交通流模型IDM模型進(jìn)行了如下假設(shè):在最小間隔基礎(chǔ)上，還存在一個(gè)安全距離S0+vT，T為安全時(shí)間。安全距離是在最小間隔基礎(chǔ)上將車速和安全事件納入安全考慮范圍，從而讓車輛更好地與前車或障礙物保持一定間隔，預(yù)防碰撞發(fā)生。受到紅綠燈等交通基礎(chǔ)設(shè)施的約束。加速度的變化率，即加速度應(yīng)當(dāng)小于一定值，即加速度不可以任意導(dǎo)數(shù)增大或減少。一般加速度≤1.5m/s2。IDM模型的公式為:02PanoSim中的TrafficTools交通工具二、PanoSim中的TrafficTools交通工具TrafficTools中可設(shè)置正常交通流，或稱之為隨機(jī)交通流。每個(gè)World文件有系統(tǒng)默認(rèn)的隨機(jī)交通，預(yù)覽時(shí)實(shí)現(xiàn)有隨機(jī)車輛在地圖內(nèi)，按照交通規(guī)則運(yùn)行，可以使得場(chǎng)景更加逼真。如圖所示點(diǎn)擊左側(cè)文件結(jié)構(gòu)的“Normal”節(jié)點(diǎn)，可以打開隨機(jī)交通的屬性窗口。隨機(jī)交通模型參數(shù)分為:Basic、VehicleRatio和DriverRatio三大類。二、PanoSim中的TrafficTools交通工具TrafficTools中也可設(shè)置異常交通流，如圖所示點(diǎn)擊左側(cè)文件結(jié)構(gòu)的“Abnormal”節(jié)點(diǎn)可以打開異常交通流的屬性窗口。異常交通流模型參數(shù)分為:MeanSpeed、EmergencyRatio、CommonRatio和CasualRatio四個(gè)參數(shù)，MeanSpeed表示平均車速，EmergencyRatio表示駕駛?cè)蝿?wù)緊急比例，CommomRatio表示駕駛?cè)蝿?wù)正常比例，CasualRatio表示駕駛?cè)蝿?wù)輕松比例。二、PanoSim中的TrafficTools交通工具關(guān)于TrafficDataset中，還包括三類模型TrafficLightModel、CrosswalkModel和BarrierModel。TrafficLightModel用于根據(jù)紅綠燈信號(hào)控制隨機(jī)車輛，實(shí)現(xiàn)路口交通；CrosswalkModel根據(jù)人行橫道上的隨機(jī)行人控制隨機(jī)車輛，避免隨機(jī)車碰撞行人；BarrierModel根據(jù)停車場(chǎng)出入口車輛進(jìn)出控制出入口抬桿的擺動(dòng)。二、PanoSim中的TrafficTools交通工具如圖所示，除上述的默認(rèn)正常交通流外，“TrafficTools”區(qū)域主要包含“Traffic”按鈕，用戶可以點(diǎn)擊該按鈕打開已導(dǎo)入的外部交通模型。PanoSim除了支持軟件內(nèi)置的交通模型外，還支持用戶通過腳本的方式自定義交通模型。03ViewTools查看工具三、ViewTools查看工具“ViewTools”區(qū)域主要包括“Preview”(預(yù)覽)按鈕，用以預(yù)覽場(chǎng)景地圖的3D模型。此外，還可以進(jìn)行視角切換(鳥瞰視角,跟隨視角,駕駛員視角