[论文解读] Effect of Driver Behavior on Spatiotemporal Congested Traffic Patterns at Highway Bottlenecks in the Framework of Three-Phase Traffic Theory

Boris S. Kerner|arXiv (Cornell University)|Dec 23, 2010

Traffic control and management参考文献 38被引用 6

一句话总结

本文利用三相交通理论中的Kerner-Klenov随机交通流模型，研究驾驶员行为如何影响高速公路瓶颈处时空交通拥堵模式。研究提出一种类驾驶员自适应巡航控制（DA-ACC）系统，显著减少拥堵，并识别出DA-ACC车辆的临界阈值（超过该阈值则不会发生交通阻塞），且不降低驾驶舒适度。

ABSTRACT

We present results of numerical simulations of the effect of driver behavior on spatiotemporal congested traffic patterns that result from traffic breakdown at an on-ramp bottleneck. The simulations are made with the Kerner-Klenov stochastic traffic flow model in the framework of three-phase traffic theory. Different diagrams of congested patterns at the bottleneck associated with different driver behavioral characteristics are found and compared each other. An adaptive cruise control (ACC) in the framework of three-phase traffic theory introduced by the author (called a "driver alike ACC" (DA-ACC)) is discussed. The effect of DA-ACC-vehicles on traffic flow, in which without the DA-ACC-vehicles traffic congestion occurs at the bottleneck, is numerically studied. We show that DA-ACC-vehicles improve traffic flow considerably without any reduction in driving comfort. It is found that there is a critical percentage of DA-ACC-vehicles in traffic flow: If the percentage of the DA-ACC-vehicle exceeds the critical one no traffic breakdown occurs at the bottleneck. A criticism of a recent "criticism of three-phase traffic theory" is presented

研究动机与目标

• 分析驾驶员行为差异如何影响高速公路瓶颈处拥堵交通模式的形成与演化。
• 评估自适应巡航控制（ACC）系统——特别是类驾驶员ACC（DA-ACC）——对交通稳定性和拥堵动力学的影响。
• 确定DA-ACC是否可在不降低驾驶舒适度的前提下，防止瓶颈处发生交通阻塞。
• 通过仿真挑战近期对三相交通理论的批评，证明其预测有效性。

提出的方法

• 在三相交通理论框架下，使用Kerner-Klenov随机交通流模型进行数值仿真。
• 通过调整随机跟车模型中的参数，对不同驾驶员行为特征进行建模。
• 实现一种类驾驶员自适应巡航控制（DA-ACC），模拟人类响应模式以维持安全车距与速度。
• 生成并比较不同驾驶员行为特征配置及DA-ACC渗透率下的交通模式时空图。
• 在不同条件下模拟匝道瓶颈处的交通阻塞，以评估拥堵发生与传播情况。
• 通过系统性地改变DA-ACC渗透率，识别出可防止交通阻塞的临界DA-ACC车辆比例。

实验结果

研究问题

• RQ1 驾驶员行为如何影响高速公路瓶颈处拥堵交通模式的时空结构？
• RQ2 引入DA-ACC车辆对瓶颈处交通阻塞的发生概率与严重程度有何影响？
• RQ3 是否存在一个DA-ACC渗透率的临界阈值，可完全防止瓶颈处发生交通阻塞？
• RQ4 DA-ACC是否可在不降低驾驶舒适度（按模型中的感知）的前提下改善交通流？
• RQ5 三相交通理论如何经受近期批评，特别是在预测拥堵动力学方面？

主要发现

• 引入DA-ACC车辆显著提升了高速公路瓶颈处的交通流稳定性，降低了发生交通阻塞的可能性。
• 存在一个DA-ACC车辆的临界比例，超过该比例后瓶颈处将不再发生交通阻塞，表明交通动力学中存在相变现象。
• DA-ACC渗透率的临界阈值是防止拥堵形成的决定性因素，尽管摘要中未给出具体数值百分比。
• DA-ACC在不降低驾驶舒适度的情况下改善了交通流，因为该系统模拟了自然的人类驾驶行为。
• 该模型支持三相交通理论的有效性，并通过展示其在模拟现实世界拥堵现象中的预测能力，反驳了近期对其的批评。