道路通行行為研究進(jìn)展及其展望

道路通行行為研究進(jìn)展及其展望*

石建軍1▲李鵬飛1劉小 明1，2李文芳1

(1.北京工業(yè)大學(xué)北京市交通工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室北京 100124;2.中華人民共和國交通運(yùn)輸部北京 100736)

摘要道路通行行為是交通行為領(lǐng)域重要的研究熱點(diǎn)，文中系統(tǒng)梳理了道路通行行為的學(xué)術(shù)研究現(xiàn)狀、存在問題、研究方法及發(fā)展前景。闡述了道路通行行為的定義，分析比較了通行行為與駕駛行為、駕駛員行為的區(qū)別和聯(lián)系。提出將道路通行行為分為基本通行行為、攻擊性通行行為、路徑選擇行為以及競爭與協(xié)作通行行為四部分，總結(jié)了國內(nèi)外道路通行行為發(fā)展現(xiàn)狀，分析了存在問題，并對其未來發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。為改善道路通行行為研究方法，針對道路通行行為的多種交通行為特點(diǎn)，提出了適用于道路通行行為的研究方法和手段(時空法、實(shí)驗(yàn)法和模擬仿真)，探討了各研究方法的應(yīng)用現(xiàn)狀、優(yōu)缺點(diǎn)、以及在不同研究階段的適用性。最后對道路通行行為的發(fā)展趨勢進(jìn)行了探討并提出了建議。

關(guān)鍵詞交通行為；道路通行行為；交互車輛；車輛軌跡；實(shí)驗(yàn)；模擬仿真

中圖分類號：U491.3文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

收稿日期：2014-06-30修回日期：2014-09-04

通訊作者▲第一作者()簡介：石建軍(1962-)，碩士，副教授.研究方向：交通行為與控制.E-mail:jjsb@bjut.edu.cn

*“973”國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(批準(zhǔn)號：2012CB723303)資助

Progress and Prospect of Research on Road Traffic Behavior

SHI Jianjun1LI Pengfei1LIU Xiaoming1,2LI Wenfang1

(1.KeyLaboratoryofTrafficEngineering,

BeijingUniversityofTechnology,Beijing100124,China

2.MinistryofTransportofthePeople'sRepublicofChina,Beijing100736,China)

Abstract:The road traffic behavior is an important research focus in the field of traffic behaviors. This paper reviewed and summarized the academic situation, existing problems, research methods and development prospects of the road traffic behavior. The road traffic behavior is defined. The difference and relation among the driving behavior, the driver behavior and road traffic behavior is analyzed. The road traffic behavior includes four sections: the basic traffic behavior, aggressive traffic behavior, route choice behavior and competition/cooperation traffic behavior. This paper analyzed the research situation on each category, illustrate the existing problems, and expound the research trend in road traffic behavior. In order to improve the method of road traffic behavior research, based on varieties of traffic behavior characteristics of traffic behavior, the appropriate research methods and means (space-time method, experimental and simulation) were proposed. The role of different research stage was discussed from its advantages, disadvantages and applicability. The future development trend and suggestions of the road traffic behavior are proposed. This paper developed a framework of road traffic behavior, and the future development trend was discussed.

Key words:traffic behavior; road en-route behavior; interactive vehicle; vehicle trajectory; experiment; simulation

0引言

隨著中國城鎮(zhèn)化、機(jī)動化進(jìn)程不斷加快，交通擁堵、通行效率低下、事故風(fēng)險增加成為困擾各大城市的交通難題。研究表明，不同的道路通行行為對通行效率、事故風(fēng)險和能耗排放有較大影響。直觀來說，每1次車輛運(yùn)動的執(zhí)行都會干擾交通流的正常運(yùn)行，增加交通整體運(yùn)行的不穩(wěn)定性。Zhao等[1]對多步式擠壓換道(multistep approaching lane changing,MALC)和普通換道(normal lane changing,NLC)進(jìn)行了研究對比，結(jié)果表明MALC比NLC持續(xù)時間增加6.7 s，速度降低14 km/h，影響車輛數(shù)增加6輛，影響交通流的正常運(yùn)行。根據(jù)德國NVENT-FAS協(xié)會公布的道路交通事故主要原因分析報告，在車輛行駛過程中并線或車道變換和駛離車道2種行為造成的事故占總事故率的28%和15%[2]。車輛間競爭式通行行為使得駕駛?cè)藶榱藸帄Z速度、空間領(lǐng)先優(yōu)勢而進(jìn)行頻繁的加速和減速，Holmen等[3]分析了駕駛行為參數(shù)(車速、行駛距離等)對的CO，Nox，HC尾氣排放的影響，研究表明車輛的加減速的變化強(qiáng)度直接影響汽車尾氣的排放；Rakha等[4]研究發(fā)現(xiàn)車輛加速會增加CO和HC的排放，而減速的影響相對較小。

車輛在城市交通系統(tǒng)中的通行行為決定了城市路網(wǎng)的通行效率、交通安全和能耗排放水平，是城市順暢交通決定性因素之一。目前道路通行行為研究多集中在跟馳、換道、分合流點(diǎn)等的車輛運(yùn)動表現(xiàn)方面，缺少在不同社會文化、道路環(huán)境下車輛間為爭奪道路資源而進(jìn)行的個體與群體、群體與群體的道路通行行為研究，以及由此導(dǎo)致的交通運(yùn)行效率、交通安全、尾氣排放等影響研究。因此，筆者從道路通行行為的概念開始，闡述了道路通行行為區(qū)別于駕駛行為、駕駛?cè)诵袨榈难芯刻攸c(diǎn)，明確了道路通行行為的研究內(nèi)容，結(jié)合目前研究進(jìn)展和成果，提出道路通行行為研究的主要方向和發(fā)展趨勢，在此基礎(chǔ)上提出適用于道路通行行為的研究方法。

1道路通行行為概念

道路通行行為是駕駛?cè)笋{駛機(jī)動車交通工具實(shí)現(xiàn)出行目標(biāo)過程中與其他車輛交互的行為表現(xiàn)，簡稱通行行為。通行行為與駕駛行為、駕駛?cè)诵袨橥瑢俳煌ㄐ袨檠芯糠懂?，但在?cè)重點(diǎn)上存在明顯差異。不同研究者對駕駛行為和駕駛?cè)诵袨閮烧叩母拍畲嬖谡J(rèn)識上的不同[5-6]。因此，在闡述通行行為之前，應(yīng)該先明確駕駛?cè)诵袨椤Ⅰ{駛行為、通行行為的概念，以及三者之間的區(qū)別與聯(lián)系，見表1。

駕駛?cè)诵袨橹饕芯狂{駛?cè)嗽诓煌{駛條件(如疲勞、飲酒、藥物等)所表現(xiàn)出的行為特性，是個體類型交通行為的研究，常常涉及駕駛認(rèn)知、技能、感覺、學(xué)習(xí)等；駕駛行為則描述的是車輛在不同交通環(huán)境下的運(yùn)動規(guī)律，是從物理學(xué)的角度對車輛運(yùn)動規(guī)律進(jìn)行研究，但缺乏目標(biāo)車輛對其它車輛的影響機(jī)理研究。通行行為由駕駛行為發(fā)展而來，在駕駛行為的基礎(chǔ)上有了更廣的外延和更深的研究。通行行為的研究對象為交互的車輛行為，突破了原有駕駛行為以人-車單元作為研究對象的局限，同時研究對象不涉及駕駛?cè)说膫€體認(rèn)知、感覺、技能等。因此，通行行為研究對象具有以下4個特點(diǎn)。

表1　駕駛?cè)诵袨?、駕駛行為和通行行為比較

1) 駕駛?cè)说能囕v工具。通行行為研究強(qiáng)調(diào)人的能動性和車輛的工具性。在駕駛過程中人承擔(dān)信息的感知、處理、決策以及執(zhí)行過程，車輛是1種工具，具有物質(zhì)、能量和信息特征。當(dāng)汽車發(fā)展到自動駕駛階段，以車輛正常行駛為目的的駕駛?cè)瞬僮餍袨閷⑾В簿蜔o通行行為。

2) 特定交通環(huán)境。通行行為的研究是在特定的交通環(huán)境中進(jìn)行的，包括社會環(huán)境、道路交通環(huán)境和自身環(huán)境3個方面。

3) 車輛間的交互行為。道路通行行為主要研究關(guān)系型交通行為的表現(xiàn)。在道路車流量小時，車輛之間的距離大，運(yùn)行自由度大，其行為僅受到道路交通環(huán)境的制約，不作為通行行為主要研究對象，其與車輛跟馳行為的界定類似[7]。

4) 個體取得資源最優(yōu)。在道路資源有限的條件下，駕駛?cè)硕际且宰陨砟軌蚋?、更安全的通行為目的的，不同是達(dá)到目的所使用的行為方式。駕駛?cè)酥g為追求空間、速度上的優(yōu)勢而相互競爭，在不斷的博弈過程中達(dá)成平衡條件。

通行行為從行為學(xué)角度研究車輛間的交互行為規(guī)律以及信息對駕駛?cè)说挠绊?，是關(guān)系型交通行為的研究。因此通行行為在研究內(nèi)容上分為2個方面：①道路上人所駕駛的車輛間的交互進(jìn)程，包括個體、群體行為研究，個體與群體行為研究，群體與群體行為研究；②信息對駕駛?cè)寺窂竭x擇行為影響研究。

2道路通行行為研究內(nèi)容

道路通行行為借助跟馳行為、換道行為、分合流行為等典型的駕駛行為研究發(fā)展而來。按照車輛行為表現(xiàn)和駕駛?cè)诵睦砬榫晨梢詫⑵浞譃榛就ㄐ行袨?、攻擊性通行行為、路徑選擇行為以及競爭和協(xié)作通行行為。

2.1基本通行行為

跟馳、換道和超車行為是通行行為中最基本的行為表現(xiàn)?；就ㄐ行袨榈难芯坑兄谏钊肓私獾缆方煌魈匦?，對于通行能力、交通安全、交通仿真等方面的分析有著重要意義。

1) 跟馳行為。跟馳行為作為通性行為的基礎(chǔ)，經(jīng)過60年的發(fā)展取得了豐富的研究成果。從最初的基于車輛運(yùn)動學(xué)特性發(fā)展的刺激-反應(yīng)類模型和安全距離模型，到后來講認(rèn)知心理學(xué)理論引入跟馳模型形成心理-生理類模型，再到20世紀(jì)90年代Bando等[8]提出的優(yōu)化速度模型，隨后學(xué)者相繼提出智能駕駛模型、元胞自動機(jī)模型，進(jìn)一步完善了跟馳行為的研究。近幾年，學(xué)者將重點(diǎn)集中在跟馳行為與換道行為的融合，以及駕駛?cè)藗€體特性對跟馳行為的影響方面：何兆成[9]等在優(yōu)化速度模型的基礎(chǔ)上，考慮車輛橫向分析提出超車期望概念，將車輛跟馳行為與換道超車期望進(jìn)行了綜合考慮；曾友志等[10]考慮駕駛?cè)藬_動風(fēng)險偏好異質(zhì)的影響，認(rèn)為前車與跟馳駕駛?cè)藬_動風(fēng)險偏好系數(shù)比值越小，越有利于抑制擾動的傳播和交通堵塞的形成；吉林大學(xué)金盛[6]在博士論文中基于駕駛員視覺注意特性建立了車輛跟馳模型；Jin[11]等通過側(cè)向偏移跟馳模型分析了不同車道寬度對車輛跟馳行為的影響。以往的研究一般僅約束于1種類型的交通信息，或是車輛位置，或是速度差和加速度差信息。不同的交通流狀態(tài)和道路環(huán)境導(dǎo)致不同的跟馳行為?，F(xiàn)有大多數(shù)研究成果主要集中在單車道領(lǐng)域，然而將現(xiàn)有跟馳模型直接應(yīng)用到2車道或多車道仍面臨重要挑戰(zhàn)。

2) 換道行為。與跟馳行為相比，換車道行為駕駛?cè)说臎Q策過程更加復(fù)雜，也更難于描述。Gipps[12]首次提出換道模型決策結(jié)構(gòu)框架，之后的換道模型研究總的結(jié)構(gòu)近似，只是在一些模型細(xì)節(jié)上有所區(qū)別。Troutbeck等[13]研究發(fā)現(xiàn)“間隙爭奪”和“優(yōu)先共享”行為；Hidas[14]將換道行為分為3種類型：自由換道、合作換道和強(qiáng)制換道。Ben-Akiva等[15]在NGSIM報告中基于強(qiáng)制換道行為提出了合作與競爭換道模型。Sun[16]綜合考慮了駕駛?cè)颂匦院筒煌{駛場景對換道行為的影響。國內(nèi)學(xué)者主要針對我國駕駛?cè)颂匦赃M(jìn)行換道行為研究，魏麗英等[17]采用元胞自動機(jī)模型研究了城市混合交通流下的車輛換道行為。劉小明等[18]提出應(yīng)用動態(tài)重復(fù)博弈原理建立換道模型。車路協(xié)同環(huán)境下?lián)Q道行為的交互建模也是研究熱點(diǎn)，李珣等[19]針對未來車路協(xié)同環(huán)境所提供的車輛交互基礎(chǔ)信息，提出了1種考慮局部區(qū)域車輛狀態(tài)優(yōu)化的協(xié)同換道模型?，F(xiàn)有換道模型多針對高速公路建立，不能準(zhǔn)確的反映城市道路的換道行為。在擁擠條件下，城市道路換道行為受駕駛?cè)颂匦杂绊戄^大，但目前缺乏城市道路駕駛?cè)藫Q道特性、駕駛偏好及車輛交互過程研究。因此，未來換道行為研究需著重考慮換道過程中車輛之間的交互與博弈過程，同時完善駕駛?cè)藫Q道行為特征數(shù)據(jù)采集，使之能夠更加真實(shí)反映現(xiàn)實(shí)交通特性。

3) 超車行為。超車行為指車輛在雙車道或多車道道路上借用左側(cè)或逆向車道進(jìn)行超車行駛的交通行為。1938年，Matson和Forbes[20]提出了基于超車開始和結(jié)束條件的超車過程劃分方式。柏偉等[21]將超車過程分為超車、換道、并道3個階段，建立了1種新的超車模型。研究者將超車行為看成是換道行為的1種，區(qū)別只在于雙車道公路和高速公路2種超車環(huán)境的不同。

從車輛表現(xiàn)看超車行為確實(shí)是2次換道行為的組合，超車行為研究可超車間隙和可回車間隙，與換道行為的可接受間隙類似，但是駕駛?cè)嗽趫?zhí)行超車和換道行為時的需求、動機(jī)是不同的，產(chǎn)生2種截然不同的道路資源占用形式。

(1) 超車需求。①對期望車速的需求，當(dāng)快車處于慢車后面時，快車希望保持自己的期望速度便產(chǎn)生了超車需求；②安全需求，駕駛?cè)嗽诟兄獫撛谖ｋU條件下會進(jìn)行加速、減速、換道、超車等相應(yīng)的行為。例如，當(dāng)某一小汽車跟隨在大貨車后面時，由于視野的遮擋和大型車速度的限制會對后方小汽車駕駛?cè)嗽斐森h(huán)境和心理上的不安全感，從而產(chǎn)生超車需求。

(2) 超車動機(jī)表現(xiàn)為對速度領(lǐng)先優(yōu)勢的占有，超車時借用內(nèi)側(cè)或?qū)ο蜍嚨劳瓿沙囆袨?，在超越待超車輛后返回原車道，但并不是為了爭奪和長期占用道路資源，而換道行為則可能對內(nèi)側(cè)車道進(jìn)行長時間的資源占用，影響其他車輛的快速通行，降低道路的通行效率。

因此，超車行為在行為需求、動機(jī)、行為表現(xiàn)上都區(qū)別于換道行為，不能將超車行為簡單的看成2次換道行為的疊加，需要針對此行為進(jìn)行專門、細(xì)致的研究。

2.2攻擊性通行行為

隨著機(jī)動化水平的提高，路怒癥、攻擊性駕駛成為人們熟悉的詞匯，這些行為威脅道路車輛安全。攻擊性通行行為是1種危害或傾向危害人身財(cái)產(chǎn)安全的行為方式，其表現(xiàn)為：超速駕駛、追尾、從右側(cè)超車、闖紅燈、大聲鳴笛等[22]，行為表現(xiàn)從低到高可分為心理憤怒，言語、肢體表現(xiàn)，極端暴力行為。駱勇等[23]對攻擊性駕駛行為的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行研究，分析了挫折、個人、環(huán)境因素對攻擊性駕駛行為的影響。Iversen等[24]研究發(fā)現(xiàn)在交通安全方面，駕駛?cè)藨B(tài)度能夠較好的預(yù)測未來駕駛員的風(fēng)險行為。Efrat等[25]基于計(jì)劃行為理論對攻擊性行為進(jìn)行了預(yù)測，結(jié)果表明該理論能很好的預(yù)測駕駛員攻擊意圖。從行為學(xué)角度來講，攻擊性通行行為是個體對群體的1種行為，是駕駛?cè)?種有意識的行為，具有惡意性、傷害性和指向性的特點(diǎn)[15]，不同于競爭式通行行為。攻擊性通行行為在行為識別、測量方面比較困難，主要通過調(diào)查問卷、行為量表的方式進(jìn)行研究。攻擊性通行行為的研究涉及駕駛?cè)说膽B(tài)度、意圖、主觀規(guī)范等方面，需要一定的心理學(xué)知識。國外采用的駕駛?cè)诵袨榱勘頌锽lanchard等[27]編制的“Larson Driver′s Stress Profile”。而國內(nèi)一般從國外翻譯而來，在適用性、準(zhǔn)確性上可能存在差異。并且現(xiàn)有研究多從定性的角度對攻擊性通行行為進(jìn)行分析，未作深層次的定量分析，難以在實(shí)際中應(yīng)用。

2.3路徑選擇行為

基于時間序列可以將駕駛?cè)?次出行分為3個步驟：出行活動準(zhǔn)備、道路交通出行、交通出行回報[28]，見圖1。路徑選擇行為研究信息對駕駛?cè)送ㄐ行袨闆Q策的影響[29]。干宏程[30]采用問卷調(diào)查方法探索了可變信息標(biāo)志(VMS)同時提供快速路以及替換路徑行程時間條件下的路徑選擇行為，對影響因素進(jìn)行了多變量分析，建立了路徑選擇二元probit模型。徐天東等[31]研究表明VMS發(fā)布路徑交通信息的精確性、完整性、駕駛?cè)说膫€人屬性是影響路徑選擇行為的主要因素。趙凜等[32]研究表明"前景理論"在描述出行者的路徑選擇行為時能夠在一定程度上克服"期望效用理論"的不足，可以較準(zhǔn)確地刻畫出行者在不確定性條件下的路徑選擇決策行為。張波[33]基于前景理論在有限理性框架下進(jìn)行研究了出行者的動態(tài)路徑選擇行為。

圖1　出行者出行過程示意圖

現(xiàn)階段城市交通控制中心依靠浮動車數(shù)據(jù)、視頻檢測數(shù)據(jù)等手段可以準(zhǔn)確、及時的獲得城市道路的交通狀態(tài)，卻無法為交通個體提供個性化的信息服務(wù)，形成信息需求與供給矛盾。道路交通系統(tǒng)中的出行者追求的是用戶最優(yōu)，而管理者追求的是系統(tǒng)最優(yōu)，這就形成了1個博弈問題。在出行中，駕駛?cè)藗€體獲得的交通信息有限，無法動態(tài)優(yōu)化路徑選擇。通常情況下，駕駛?cè)私邮艿叫畔⒌氖菧?zhǔn)完備動態(tài)交通信息，需要對信息品質(zhì)進(jìn)行認(rèn)知、判別和決策，建立駕駛?cè)藗€體的行駛路徑。交通控制信息的最終目的是均衡路網(wǎng)中時空資源，緩解交通供需矛盾，而如何準(zhǔn)確的分析駕駛?cè)藢?zhǔn)完備交通信息的認(rèn)知與決策過程則是路徑選擇行為的研究重點(diǎn)。駕駛?cè)俗鳛榈缆方煌ㄏ到y(tǒng)的核心，是1個有獨(dú)特思維的復(fù)雜個體。在整個出行過程中駕駛?cè)烁鶕?jù)所獲得的交通信息不斷地改變自己的出行路徑，研究駕駛?cè)嗽诼窂竭x擇行為上的個人偏好，全面考慮駕駛?cè)诵袨樘匦?，建立?zhǔn)確的路徑選擇行為模型，有助于交通控制方案的制定。

隨著現(xiàn)代信息科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，建立在交通云計(jì)算基礎(chǔ)上的交通信息中心具有強(qiáng)大的計(jì)算和存儲能力，在車輛物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中，能夠?yàn)榈缆肪W(wǎng)絡(luò)上所有車輛的行駛路徑進(jìn)行優(yōu)化安排，實(shí)現(xiàn)均衡路網(wǎng)交通。在優(yōu)質(zhì)的路徑誘導(dǎo)和信任的基礎(chǔ)上，路徑選擇行為的研究將集中在車輛行駛路徑安排問題和車輛路徑選擇行為控制裝置2個方面。

2.4競爭與協(xié)作通行行為

競爭與協(xié)作通行行為是指交通實(shí)體在道路交通環(huán)境中為實(shí)現(xiàn)快速通行的目的，與其他交通實(shí)體所展開的爭奪速度、空間領(lǐng)先所表現(xiàn)出來的駕駛行為，主要指競爭與協(xié)作。

從行為學(xué)角度講，競爭與協(xié)作通行行為是社會文化、道德約束在交通層面的反映，屬于個體與群體、群體與群體之間的1種行為，破窗效應(yīng)和從眾心理[19]深刻影響著駕駛?cè)嗽诘缆方煌ōh(huán)境中的行為表現(xiàn)。由于周圍環(huán)境、社會文化以及自身道德水平等原因，形成了我國道路交通的競爭式通行行為和發(fā)達(dá)國家的協(xié)作式通行行為的差異。諸多學(xué)者已經(jīng)開始此方面的研究，如合作換道、強(qiáng)制換道、競爭換道等，但由于文化、地域的差異沒有系統(tǒng)的對競爭與協(xié)作通行行為展開研究。競爭與協(xié)作通行行為的研究從個體和群體兩個角度進(jìn)行。

從個體角度，基于駕駛?cè)诵袨榉诸愄崛〔煌缆翻h(huán)境駕駛?cè)说男袨樘卣鳎芯拷徊婵?、快速路出入口等易發(fā)生競爭通行行為的地點(diǎn)車輛之間的交互、決策行為?，F(xiàn)有駕駛行為決策模型多是將駕駛?cè)嗣嫦蚪煌_突時的行為決策簡化為“1次決策”，缺乏對車輛交互過程中不同駕駛?cè)诵袨闆Q策間相互影響的分析?；谏鲜鲈?，在通行行為研究時應(yīng)深入分析車輛行為特征，利用動態(tài)重復(fù)博弈理論、多Agent的行為決策理論等方法對車輛交互模型進(jìn)行研究，以使該模型與實(shí)際駕駛?cè)诵袨楦右恢隆?/p>

從群體角度，利用調(diào)查、軌跡捕捉、仿真等手段研究競爭與協(xié)作通行行為的產(chǎn)生原因、影響因素等，基于競爭與協(xié)作行為模式下所建立的車輛交互模型，研究兩類行為在道路通行能力、交通安全和能耗排放的差異，綜合比較競爭與協(xié)作行為的優(yōu)劣，可以為交通控制與管理和提升道路安全設(shè)施設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

3道路通行行為研究方法

道路通行行為的研究方法主要有時空法、實(shí)驗(yàn)法和模擬仿真，見圖2。時空法主要用于獲得車輛的運(yùn)動軌跡，是道路通行行為研究的基礎(chǔ)，用于研究車輛交互行為規(guī)律；實(shí)驗(yàn)法是為了去除過多的干擾，研究單一因素對通行行為的影響，目的是建立通行行為模型；模擬仿真可以方便的實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)中所不能進(jìn)行的研究，利用通行行為模型進(jìn)行交通仿真，可以對車輛交互行為規(guī)律進(jìn)行驗(yàn)證，對模型進(jìn)行修正。

圖2　通行行為研究方法

3.1時空法

通行行為研究車輛在行駛過程中車輛間的交互行為，表現(xiàn)為車輛在道路交通環(huán)境中的時間與空間維度上的變化，為了獲取直接、精確、不受干擾的車輛通行行為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，采用樣本觀察和事后判斷相結(jié)合的方法，通過研究駕駛?cè)嗽诳陀^道路環(huán)境下的借助車輛所表現(xiàn)的行為軌跡來提取通行行為規(guī)律。圖3所示為幾種數(shù)據(jù)調(diào)查方法的比較，視頻軌跡方法顯示出明顯的優(yōu)勢。

目前供研究者使用的軌跡提取軟件較多，如表2所示。大部分軟件都采用人工點(diǎn)選的方法提取車輛軌跡，不能自動的進(jìn)行車輛的識別、跟蹤和提取。PETS(Performance Evaluation of Tracking and Surveillance)主要進(jìn)行計(jì)算機(jī)圖像識別、事件檢測以及性能評價方面的研究，具體包括個人和車輛跟蹤、數(shù)量和密度檢測、事件檢測等。該技術(shù)的發(fā)展可應(yīng)用于視頻中車輛的識別、跟蹤、以及換道超車等事件的自動化識別，為通行行為規(guī)律的研究提供豐富、精確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

視頻軌跡方法具有精度高、覆蓋范圍大等優(yōu)點(diǎn)，在交通行為的研究中是最常用的研究方法，但有1個不可避免的問題：拍攝平臺。理想的拍攝平臺應(yīng)有足夠的高度且垂直于觀測道路，但是現(xiàn)實(shí)環(huán)境提供的允許條件較少，造成軌跡數(shù)據(jù)提取存在一定的誤差。美國聯(lián)邦公路局在NGSIM中利用高速公路旁的高層樓房架設(shè)拍攝平臺，獲得了精確的車輛視頻資料。無人飛行器平臺不受道路條件的約束，可以正攝于道路上方進(jìn)行視頻資料的獲取，平臺抖動也可以通過云臺的自穩(wěn)系統(tǒng)解決，現(xiàn)有問題在于飛行時間過短，一般飛行時間在15 min左右，難以進(jìn)行長時間的觀測。因此，在采用時空法進(jìn)行視頻資料拍攝時要根據(jù)自己的需求進(jìn)行取舍。

圖3　數(shù)據(jù)調(diào)查方法比較 [20]

3.2實(shí)驗(yàn)法

時空法是基于現(xiàn)實(shí)道路環(huán)境所進(jìn)行的，獲取的是復(fù)雜交通環(huán)境下的車輛運(yùn)行特性，其影響因素較多，不便進(jìn)行行為規(guī)律研究。因此，在調(diào)查的基礎(chǔ)上研究者應(yīng)重視實(shí)驗(yàn)的研究方法，形成通行行為獨(dú)有的實(shí)驗(yàn)研究。

表2　車輛軌跡提取軟件

實(shí)驗(yàn)法是指在真實(shí)的道路交通環(huán)境中，通過改變道路環(huán)境獲取車輛行為的變化，從而研究車輛通行行為的基本規(guī)律。在實(shí)驗(yàn)中，首先應(yīng)明確實(shí)驗(yàn)的目的，確定實(shí)驗(yàn)過程中的具體分析對象和要求，確定實(shí)驗(yàn)方案，然后采集并分析獲取的車輛運(yùn)行參數(shù)，最終獲取所需要的結(jié)論。道路交通環(huán)境較為復(fù)雜，同時又有駕駛?cè)艘蛩氐挠绊?，因此在?shí)驗(yàn)中除了自變量因素的改變，應(yīng)盡量去除實(shí)驗(yàn)場景中環(huán)境的變化。真實(shí)環(huán)境實(shí)驗(yàn)的最終目的是建立準(zhǔn)確、恰當(dāng)?shù)耐ㄐ行袨槟Ｐ?，為下一階段的計(jì)算機(jī)仿真提供理論支撐。

圖4為快速路入口2種不同的布置形式。圖4(a)僅在入口采用畫線表示車輛行駛方向，通過現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，當(dāng)入口流量較大時，不滿足排隊(duì)等待現(xiàn)狀的車輛②就會冒險強(qiáng)行匯入主線，與車輛①發(fā)生路權(quán)爭奪行為，可能引發(fā)不安全后果。圖4(b)在入口處除了畫線還設(shè)置了硬隔離設(shè)施，強(qiáng)制車輛在入口處形成隊(duì)列依次匯入主線，提高交通安全。分析2種場景對駕駛?cè)说挠绊懀容^車輛在不同流量、速度、車型下表現(xiàn)出來的通行行為，研究其行為規(guī)律，有助于深入理解道路布置形式對交通安全和通行效率的影響，對道路通行能力研究和道路形式設(shè)計(jì)具有重要意義。

為了在短時間內(nèi)取得滿足要求的數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行需要投入較多的人力、物力，有時會涉及到道路設(shè)施的更改，需要相關(guān)部分的配合，實(shí)驗(yàn)的實(shí)施較為麻煩，因此，適用性受到較大限制。

圖4　不同快速路入口布置形式下的車輛行為示意圖

3.3模擬仿真

隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算已成為繼實(shí)驗(yàn)和理論之后第3種學(xué)科類形態(tài)[36]。信息技術(shù)的進(jìn)步使得計(jì)算機(jī)可以模擬真實(shí)處理問題的實(shí)驗(yàn)場景或人的思維過程來解決許多問題。在通行行為研究方面，模擬仿真主要表現(xiàn)在2個方面．

1) 虛擬交通情境。利用虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔顯示器、駕駛模擬器、動作捕捉等設(shè)備，設(shè)計(jì)研發(fā)通行情境設(shè)置調(diào)度系統(tǒng)，在計(jì)算機(jī)模擬交通流的背景下，實(shí)驗(yàn)人員通過駕駛模擬器制造不同的通行行為，用以干擾主被試者，即通過人-人交互研究通行行為，如圖5所示。主被試者佩戴沉浸式眼睛進(jìn)行模擬駕駛，通過動作捕捉設(shè)備VMSENS Mox、生/心理測量、眼動儀等輸出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。根據(jù)不同駕駛場景、不同交互干擾下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行建模分析，進(jìn)而對通行行為作出更為深入的研究。

圖5　沉浸式眼鏡和動作捕捉設(shè)備協(xié)同研究

2) 交通仿真。交通仿真是研究者接觸最多的計(jì)算形式。近年來，由于新的計(jì)算手段和方式的提出，交通仿真不在局限于對模型穩(wěn)定性、真實(shí)性的驗(yàn)證，更多的關(guān)注于動態(tài)離散事件和混合系統(tǒng)的行為模擬。基于計(jì)算實(shí)驗(yàn)理論，相關(guān)學(xué)者提出了實(shí)驗(yàn)交通工程學(xué)和人工交通系統(tǒng)的概念[37]。未來通行行為的研究將不局限于傳統(tǒng)交通流理論的束縛，但是目前用于交通仿真系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)的已有方法都可以直接用于下一代交通仿真系統(tǒng)的建模與構(gòu)造，仿真系統(tǒng)構(gòu)建的核心依舊是個體和群體行為學(xué)模型的構(gòu)建以及實(shí)際交通系統(tǒng)的運(yùn)行規(guī)律、方式、方法和各種約束條件，同時還必須客觀地考慮文化和社會環(huán)境對于交通行為的影響。此外交通仿真還應(yīng)具有實(shí)時信息插入功能，能夠模擬交通流在交通事故等突發(fā)情況車輛的運(yùn)行狀態(tài)以及駕駛?cè)嗽谛畔l(fā)布、誘導(dǎo)條件下的運(yùn)行規(guī)律。

根據(jù)計(jì)算實(shí)驗(yàn)和計(jì)算智能的最新進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)下一代交通仿真系統(tǒng)的新方法包括：智能體方法與編程技術(shù)；Petri網(wǎng)及其衍生模型；復(fù)雜系統(tǒng)的語言動力學(xué)描述；元胞自動機(jī)及其廣義形式；模糊邏輯、神經(jīng)元網(wǎng)、遺傳演化程序和自然計(jì)算在內(nèi)的智能計(jì)算方法。

模擬仿真相比上述2種研究方法，不存在拍攝平臺、道路設(shè)施更改等問題，只要研究者制定了相應(yīng)的行為規(guī)則，就可以進(jìn)行交通的模擬與仿真，受到越來越多研究者的重視。然而模擬仿真的進(jìn)行是以精確的交通行為模型為基礎(chǔ)的，否則就會出現(xiàn)“仿而不真”的尷尬。

4結(jié)束語

當(dāng)前道路通行行為研究主要集中在駕駛行為方面，以人-車單元的車輛運(yùn)動表現(xiàn)為研究對象，屬于個體型交通行為的研究?，F(xiàn)有研究忽略了車輛是在具體的道路環(huán)境中行駛，車輛在正常行駛過程中不可避免的要與周圍車輛、環(huán)境發(fā)生交互行為。

本文針對研究存在的不足，建立道路通行行為研究體系，確定其研究對象為道路環(huán)境中交互運(yùn)動的車輛，明確道路通行行為的主要研究內(nèi)容，結(jié)合計(jì)算機(jī)圖像識別、虛擬交通情境以及計(jì)算實(shí)驗(yàn)等技術(shù)，構(gòu)建適用于道路通行行為研究的研究方法。

道路通行行為研究體系的構(gòu)建，為通行行為的系統(tǒng)研究提供了理論支持。在今后的研究中，應(yīng)深入研究不同社會文化、道路環(huán)境下車輛間為爭奪道路資源而進(jìn)行的個體與群體、群體與群體的交互行為，構(gòu)建特定情境下的道路通行行為模型，在此基礎(chǔ)上探討通行行為模式與通行、安全、秩序、排放的關(guān)系，以期為管理者提供科學(xué)、準(zhǔn)確的決策支持。

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