基于车道可达性判定的收费广场车道选择行为仿真方法与流程

1.本发明涉及道路车辆交通流的仿真方法，具体的说是一种基于车道可达性判定的收费广场车道选择行为仿真方法。

背景技术：

2.收费广场车道选择行为仿真指的是基于交通仿真技术模拟车辆在进入收费广场时，根据现场收费站运营情况、车流运行状况等，做出变换车道或保持车道的行为并最终通过收费车道的过程。截至2020年6月，全国高速公路总里程约15万公里，收费站数量总计9367个。为减缓收费站拥堵、提升用户体验以及减少人工投入，“一站一策”、精准治堵的理念被广泛提出。在对具体收费站进行现状评估和改造管控方案制定的过程中，交通仿真通常是快速、有效、可靠的评价手段之一，而收费广场车道选择行为仿真是收费站交通仿真中的重要一环。
3.收费广场车道选择是一个动态、多衡量指标且随机复杂的过程。现有的收费广场车道选择行为仿真技术大致包括：基于商业仿真软件进行仿真、基于自研的收费车道选择模型进行仿真。
4.其中，许多典型商业仿真软件如vissim并不具备针对高速公路收费站区域的车辆行为模型，在对收费站场景进行仿真时应用效果受限。
5.自研的收费车道选择模型则多将收费类型、排队长度(mtc)、忙闲程度(etc)、前车到收费亭距离、目标车道间距等指标作为选择收费车道的依据，但其缺乏对各收费车道可达性的估计，可能产生过多的冒险性连续变道行为，造成失真的车流交织现象。此外，现有技术对车辆换道多采用前期进行判断型换道、临近收费站且还未在正确车道上时才进行强制型换道的方式。在收费广场较为拥堵的情况下，可能出现大量未成功实现判断型换道的车辆在收费站最近端聚集性插队的现象，不符合实际情况。

技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于车道可达性判定的收费广场车道选择行为仿真方法，以解决采用动态车道选择的现有收费广场车道选择行为仿真技术，存在的冒险性连续变道行为和在收费站最近端异常聚集性插队的问题。
7.解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
8.一种基于车道可达性判定的收费广场车道选择行为仿真方法，其特征在于，包括：
9.步骤s1、参见图2，针对包含多条收费广场车道的收费站交通流仿真场景，将所述收费广场车道由其起点至终点依次划分为自由变道区、强制变道区和禁止变道区，并为每一辆已输入所述收费站交通流仿真场景中进行仿真的车辆vj均设置一组变道区长度参数，包含：自由变道区长度强制变道区长度和禁止变道区长度并且，为每一辆车辆vj的自由变道区长度强制变道区长度和禁止变道区长度预设默认长度，依次记为free_l、force_l和
forbid_l；
10.其中，所述收费广场车道的终点为收费站，每一条所述收费广场车道的长度及其每一辆车辆vj的禁止变道区长度均为常数，所述自由变道区长度根据强制变道区长度变化而相应变化；
11.其中，所述收费站交通流仿真场景的全部收费广场车道的集合记为lanes；所述禁止变道区为收费站前方因收费岛分隔而禁止变道的区域，通常设定为收费岛前端至收费亭的区域；所述强制变道区用于模拟尚未处于正确收费车道上的车辆vj就近进行强制型变道的过程，强制变道区的默认长度force_l不应过小，以免不满足车辆vj完成强制换道所需的最小空间，优选设定在20m以上。
12.步骤s2、在所述收费站交通流仿真场景的仿真过程中，每次进入当前仿真步长ti时，先对所述车辆vj执行步骤s3至步骤s7，以生成每一辆车辆vj在当前仿真步长ti的行为规范；其中，i为整数；
13.步骤s3、若所述车辆vj未被初始化，也即所述车辆vj刚开始进入收费广场，则对所述车辆vj进行以下初始化：将所述车辆vj的自由变道区长度强制变道区长度和禁止变道区长度均初始化为默认长度，即
14.若所述车辆vj已被初始化且仍处于收费广场车道，则直接执行步骤s4；
15.步骤s4、根据各条收费广场车道是否关闭，以及所述车辆vj与各条收费广场车道的匹配情况，获取所述车辆vj进入当前仿真步长ti时所有可以使用的收费广场车道，记为当前可用收费车道集合该集合中的车道记为当前可用收费车道
16.步骤s5、评估所述车辆vj从当前所在车道换道至每一条所述当前可用收费车道的可达性，将具有可达性的当前可用收费车道记为可达收费车道所述车辆vj进入当前仿真步长ti时的全部可达收费车道的集合记为时的全部可达收费车道的集合记为其中，所述当前所在车道为所述车辆vj进入当前仿真步长ti时所在的收费广场车道，
17.步骤s6、基于步骤s5的可达性评估结果，对所述车辆vj的强制变道区长度进行动态调整，即：
18.若所述车辆vj存在至少一条所述可达收费车道则将所述车辆vj的强制变道区长度重置为默认长度，即
19.参见图4，若所述车辆vj不存在所述可达收费车道则将所述车辆vj的强制变道区长度调整为强制变道区长度调整值以使调整长度后的强制变道区的远收费站端位于默认长度force_l的强制变道区的远收费站端和车辆vj进入当前仿真步长ti时的所在位置之间，如图4所示，也即将车辆vj发生强制型变道的位置以一定概率提前，其现实意义是多数人在发现当前可用收费车道都已排满时会就近等待
进入队伍，只有少数人可能选择往前继续行驶以在离收费站更近处进行插队；
[0020][0021]
式中，是通过以0为均值的正态分布概率密度函数生成的处于区间范围内的随机数值；
[0022]
为所述当前所在车道的长度，为所述车辆vj的禁止变道区长度，为从所述当前所在车道的起点到所述车辆vj进入当前仿真步长ti时的所在位置的行车距离，force_l为强制变道区的默认长度；
[0023]
其中，上述强制变道区长度调整值的计算公式是用于模拟：当车辆vj发现所有当前可用收费车道已排满队或不可达时，在当前位置等候进入排队车流的可能性较高，而在默认长度force_l的强制变道区内等候进入排队车流的可能性较小，而具体在哪个位置进行强制型换道的概率则由正态分布概率密度函数生成的随机数值决定。
[0024]
步骤s7、根据所述车辆vj进入当前仿真步长ti时的所在位置，以及，由步骤s3至步骤s6所设定的车辆vj的变道区长度参数(也即调整后的强制变道区长度和对应的自由变道区长度)，判断所述车辆vj处于哪一个变道区，并据此生成所述车辆vj在当前仿真步长ti的行为规范：
[0025]
其中，优选按禁止变道区、强制变道区和自由变道区的顺序来判断所述车辆vj处于哪一个变道区，若判断处于某一变道区则不继续判断是否处于下一个变道区，以此提高计算效率。
[0026]
当所述车辆vj处于禁止变道区时，禁止所述车辆vj在当前仿真步长ti进行变道行为，并根据所述车辆vj的车辆属性以及当前所在车道的收费类型，设定所述车辆vj在当前仿真步长ti行驶至收费站处进行相应的交易行为，包含mtc、etc两种交易行为，其中，mtc交易行为表现为车辆vj在收费站处持续数秒的停车过程；etc交易行为则表现为车辆vj以20km/h的行驶速度通过收费站的收费通道；
[0027]
当所述车辆vj处于强制变道区时，若所述当前所在车道处于强制变道区时，若所述当前所在车道也即所述车辆vj在某一条当前可用收费车道上，则所述车辆vj维持行驶在当前所在车道上，否则，所述车辆vj以距离当前所在车道最近的当前可用收费车道为目标进行强制型变道，以模拟尚未处于正确收费车道上的车辆vj就近进行强制型变道的过程；
[0028]
当所述车辆vj处于自由变道区时，所述车辆vj按照预设的驾驶员变道判断规则进行判断型变道；
[0029]
步骤s8、按照步骤s2所生成的每一辆车辆vj的行为规范，执行当前仿真步长ti的仿真，完成后进入下一个仿真步长t
i+1
。
[0030]
从而，本发明通过将收费广场车道划分为自由变道区、强制变道区和禁止变道区，规范车辆vj在处于该三个变道区时相应的变道行为，并且，通过步骤s6对车辆vj的强制变道
区长度进行动态调整，使车辆vj发生强制型变道的位置以一定概率提前，实现对车辆vj插队行为的控制，避免收费广场车道选择行为仿真出现车辆在收费站最近端异常聚集性插队的现象，因此，能够有效提升收费广场车道选择行为仿真的准确性。
[0031]
优选的：所述步骤s4中，确定是否为所述当前可用收费车道的原则为依次满足以下条件：
[0032]
条件一、如果某一条收费广场车道处于关闭状态，则该条收费广场车道不纳入所述当前可用收费车道集合
[0033]
条件二、如果所述收费站有称重要求且所述车辆vj为货车，则未配备有秤台的收费广场车道不纳入所述当前可用收费车道集合
[0034]
条件三、如果所述车辆vj为配有电子标签的车辆，则收费类型为mtc、etc和mix中任意一种的收费广场车道为所述当前可用收费车道
[0035]
如果所述车辆vj为无电子标签的车辆，则收费类型为mtc或mix的收费广场车道为所述当前可用收费车道
[0036]
其中，mix表示mtc和etc混合的收费类型。
[0037]
作为本发明的优选实施方式：参见图3，所述步骤s5中，对于所述收费站交通流仿真场景的收费广场为图2所示矩形收费广场的情况，基于三角目测区域分析方法，评估所述车辆vj从当前所在车道换道至任意一条所述当前可用收费车道的可达性，包括：
[0038]
步骤s5-1、将需要进行可达性评估的当前可用收费车道记为目标可用收费车道avai_lt，按以下方式确定该目标可用收费车道需要进行三角目测区域分析的中间车道集合该集合中的车道记为中间车道anal_l：
[0039]
所述中间车道集合包含：所述目标可用收费车道avai_lt，以及，所述当前所在车道与目标可用收费车道之间的车道；但不包含当前所在车道
[0040]
步骤s5-2、在所述车辆vj的左右两侧各设置一个呈等腰三角形的三角目测区域，所述三角目测区域的对称轴穿过所述车辆vj的中心并垂直于所述收费广场车道，所述三角目测区域的顶角角度记为2θ，且θ＝45
°
；
[0041]
步骤s5-3、计算所述目标可用收费车道的每一条中间车道anal_l的三角目测覆盖率ρ：
[0042]
ρ＝∑d/2gapk；
[0043]
gapk＝δn
×w×
tanθ；
[0044]
式中，∑d为进入所述当前仿真步长ti时，位于所述中间车道anal_l上的目测覆盖车辆的车身长度之和，所述目测覆盖车辆为车辆位置处于所述三角目测区域覆盖之内的车辆，所述车辆位置一般采用车辆vj的车头中心点；δn为间隔车道数量，所述当前所在车道侧方的第δn条收费广场车道为进行三角目测覆盖率ρ计算的中间车道anal
l
；w为所述收费广场车道的车道宽度；
[0045]
步骤s5-4、如果所述目标可用收费车道的每一条中间车道anal_l的三角目测覆盖率ρ均小于预设的阻碍系数阈值，则该目标可用收费车道具有所述可达性，也即可以作为所述可达收费车道其中，所述阻碍系数阈值的取值在0至1之间；所述三角目测覆盖率p的值越大，表示所述车辆vi从当前所在车道换道至目标可用收费车道的障碍越多；所述阻碍系数阈值表征具有可达性的目标可用收费车道的障碍阈值。
[0046]
从而，本发明基于三角目测区域分析方法，也即步骤s5-1至步骤s5-4，实现对车辆vj从当前所在车道j换道至任意一条当前可用收费车道的可达性评估，规范化了车辆vj的连续变道行为，避免车辆vj作出冒险性连续变道行为，更大程度的减少了仿真中的碰撞、换道失败或车流过度交织的情况，进一步提升了收费广场车道选择行为仿真的准确性。
[0047]
作为本发明的优选实施方式：所述步骤s7中，当所述车辆vj处于自由变道区时，所述车辆vj进行判断型变道的方式为：
[0048]
步骤s7-1、计算每一条所述可达收费车道的综合评估指标
[0049][0050][0051][0052][0053]
式中，a1、a2、a3和a4依次为前方车流长度权重系数、平均速度权重系数、变道距离权重系数和收费类型权重系数，a1+a2+a3+a4＝1；
[0054]
表示进入当前仿真步长ti时，所述可达收费车道位于所述车辆vj前方的前方车流长度；vk为车头位于所述车辆vj的车头前方的前方车辆，表示全部前方车辆vk的合集，为位于所述可达收费车道上的前方车辆vk的车身长度，为位于所述可达收费车道上的全部前方车辆vk的车身长度之和；和分别为所述车辆vj的全部可达收费车道的前方车流长度中的最小值和最大值；
[0055]
表示进入当前仿真步长ti时，所述可达收费车道上全部前方车辆vk的平均速度；表示位于所述可达收费车道上的前方车辆vk的车速，表示位于所述可达收费车道上的全部前方车辆vk的车速之和，表示位于所述可达收费车道上的全部前方车辆vk的数量；和分别为所述车辆vj的全部可达收费车道的平均速度中的最小值和最大值；
[0056]
表示进入当前仿真步长ti时，所述车辆vj从当前所在车道变道至所述可达收费车道所需切换的车道数量；和分别为所述车辆vj变道至全部所述可达收费车道所需的车道数量中的最小值和最大值；
[0057]
mix表示mtc和etc混合的收费类型；
[0058]
步骤s7-2、根据步骤s7-1的计算结果，将综合评估指标最小的可达收费车道记为目标可达收费车道；
[0059]
步骤s7-3、计算换道概率
[0060]
若所述当前所在车道为可达收费车道则：则：式中，表示所述当前所在车道的综合评估指标的综合评估指标表示全部所述可达收费车道的综合评估指标中的最小值；
[0061]
若所述当前所在车道不是可达收费车道则：
[0062]
步骤s7-4、按步骤s7-3计算得到的换道概率判断所述车辆vj是否进行换道，如果判断结果为是，则所述车辆vj进行从当前所在车道j换道至所述目标可达收费车道的判断型变道；如果判断结果为否，则所述车辆vj维持在当前所在车道
[0063]
从而，本发明基于综合评估指标通过步骤s7-1至步骤s7-4，实现处于自由变道区的车辆vj的判断型变道，能够适应多种收费类型混搭的复杂收费站交通流仿真场景。
[0064]
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0065]
第一，本发明通过将收费广场车道划分为自由变道区、强制变道区和禁止变道区，规范车辆vj在处于该三个变道区时相应的变道行为，并且，通过步骤s6对车辆vj的强制变道区长度进行动态调整，使车辆vj发生强制型变道的位置以一定概率提前，实现对车辆vj插队行为的控制，避免收费广场车道选择行为仿真出现车辆在收费站最近端异常聚集性插队的现象，因此，能够有效提升收费广场车道选择行为仿真的准确性。
[0066]
第二，本发明基于三角目测区域分析方法，也即步骤s5-1至步骤s5-4，实现对车辆vj从当前所在车道j换道至任意一条当前可用收费车道的可达性评估，规范化了车辆vj的连续变道行为，避免车辆vj作出冒险性连续变道行为，更大程度的减少了仿真中的碰撞、换道失败或车流过度交织的情况，进一步提升了收费广场车道选择行为仿真的准确性。
[0067]
第三，本发明基于综合评估指标通过步骤s7-1至步骤s7-4，实现处
于自由变道区的车辆vj的判断型变道，能够适应多种收费类型混搭的复杂收费站交通流仿真场景。
附图说明
[0068]
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
[0069]
图1为本发明的收费广场车道选择行为仿真方法的流程示意图；
[0070]
图2为本发明中变道区、强制变道区和禁止变道区的划分示意图；
[0071]
图3为本发明中三角目测区域的示意图；
[0072]
图4为本发明步骤s6动态调整强制变道区长度的示意图。
具体实施方式
[0073]
下面结合实施例及其附图对本发明进行详细说明，以帮助本领域的技术人员更好的理解本发明的发明构思，但本发明权利要求的保护范围不限于下述实施例，对本领域的技术人员来说，在不脱离本发明之发明构思的前提下，没有做出创造性劳动所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
[0074]
实施例一
[0075]
如图1至图4所示，本发明公开的是一种基于车道可达性判定的收费广场车道选择行为仿真方法，包括：
[0076]
步骤s1、参见图2，针对包含多条收费广场车道1的收费站交通流仿真场景，将所述收费广场车道1由其起点至终点依次划分为自由变道区1free、强制变道区1force和禁止变道区1forbid，并为每一辆已输入所述收费站交通流仿真场景中进行仿真的车辆vj均设置一组变道区长度参数，包含：自由变道区长度强制变道区长度和禁止变道区长度并且，为每一辆车辆vj的自由变道区长度强制变道区长度和禁止变道区长度预设默认长度，依次记为free_l、force_l和forbid_l；
[0077]
其中，所述收费广场车道1的终点为收费站2，每一条所述收费广场车道1的长度及其每一辆车辆vj的禁止变道区长度均为常数，所述自由变道区长度根据强制变道区长度变化而相应变化；
[0078]
其中，所述收费站交通流仿真场景的全部收费广场车道1的集合记为lanes；所述禁止变道区1forbid为收费站2前方因收费岛分隔而禁止变道的区域，通常设定为收费岛前端至收费亭的区域；所述强制变道区1force用于模拟尚未处于正确收费车道上的车辆vj就近进行强制型变道的过程，强制变道区1force的默认长度force_l不应过小，以免不满足车辆vj完成强制换道所需的最小空间，优选设定在20m以上。
[0079]
步骤s2、在所述收费站交通流仿真场景的仿真过程中，每次进入当前仿真步长ti时，先对所述车辆vj执行步骤s3至步骤s7，以生成每一辆车辆vj在当前仿真步长ti的行为规范；其中，i为整数；
[0080]
步骤s3、若所述车辆vj未被初始化，也即所述车辆vj刚开始进入收费广场，则对所述车辆vj进行以下初始化：将所述车辆vj的自由变道区长度强制变道区长度
和禁止变道区长度均初始化为默认长度，即
[0081]
若所述车辆vj已被初始化且仍处于收费广场车道1，则直接执行步骤s4；
[0082]
步骤s4、根据各条收费广场车道1是否关闭，以及所述车辆vj与各条收费广场车道1的匹配情况，获取所述车辆vj进入当前仿真步长ti时所有可以使用的收费广场车道1，记为当前可用收费车道集合该集合中的车道记为当前可用收费车道
[0083]
步骤s5、评估所述车辆vj从当前所在车道换道至每一条所述当前可用收费车道的可达性，将具有可达性的当前可用收费车道记为可达收费车道所述车辆vj进入当前仿真步长ti时的全部可达收费车道的集合记为时的全部可达收费车道的集合记为其中，所述当前所在车道为所述车辆vj进入当前仿真步长ti时所在的收费广场车道1，
[0084]
步骤s6、基于步骤s5的可达性评估结果，对所述车辆vj的强制变道区长度进行动态调整，即：
[0085]
若所述车辆vj存在至少一条所述可达收费车道则将所述车辆vj的强制变道区长度重置为默认长度，即
[0086]
参见图4，若所述车辆vj不存在所述可达收费车道j则将所述车辆vj的强制变道区长度调整为强制变道区长度调整值以使调整长度后的强制变道区1force的远收费站端位于默认长度force_l的强制变道区1force的远收费站端和车辆vj进入当前仿真步长ti时的所在位置之间，如图4所示，也即将车辆vj发生强制型变道的位置以一定概率提前，其现实意义是多数人在发现当前可用收费车道都已排满时会就近等待进入队伍，只有少数人可能选择往前继续行驶以在离收费站2更近处进行插队；
[0087][0088]
式中，是通过以0为均值的正态分布概率密度函数生成的处于区间范围内的随机数值；
[0089]
为所述当前所在车道的长度，为所述车辆vj的禁止变道区长度，为从所述当前所在车道的起点到所述车辆vj进入当前仿真步长ti时的所在位置的行车距离，force_l为强制变道区1force的默认长度；
[0090]
其中，上述强制变道区长度调整值的计算公式是用于模拟：当车辆vj发现所有当前可用收费车道已排满队或不可达时，在当前位置等候进入排队车流的可能性较高，而在默认长度force_l的强制变道区1force内等候进入排队车流的可能性较小，而具体在哪个位置进行强制型换道的概率则由正态分布概率密度函数生成的随机数值决定。
[0091]
步骤s7、根据所述车辆vj进入当前仿真步长ti时的所在位置，以及，由步骤s3至步骤s6所设定的车辆vj的变道区长度参数(也即调整后的强制变道区长度和对应的自由变道区长度)，判断所述车辆vj处于哪一个变道区，并据此生成所述车辆vj在当前仿真步长ti的行为规范：
[0092]
其中，优选按禁止变道区1forbid、强制变道区1force和自由变道区1free的顺序来判断所述车辆vj处于哪一个变道区，若判断处于某一变道区则不继续判断是否处于下一个变道区，以此提高计算效率。
[0093]
当所述车辆vj处于禁止变道区1forbid时，禁止所述车辆vj在当前仿真步长ti进行变道行为，并根据所述车辆vj的车辆属性以及当前所在车道的收费类型，设定所述车辆vj在当前仿真步长ti行驶至收费站2处进行相应的交易行为，包含mtc、etc两种交易行为，其中，mtc交易行为表现为车辆vj在收费站2处持续数秒的停车过程；etc交易行为则表现为车辆vj以20km/h的行驶速度通过收费站2的收费通道；
[0094]
当所述车辆vj处于强制变道区1force时，若所述当前所在车道处于强制变道区1force时，若所述当前所在车道也即所述车辆vj在某一条当前可用收费车道上，则所述车辆vj维持行驶在当前所在车道上，否则，所述车辆vj以距离当前所在车道最近的当前可用收费车道为目标进行强制型变道，以模拟尚未处于正确收费车道上的车辆vj就近进行强制型变道的过程；
[0095]
当所述车辆vj处于自由变道区1free时，所述车辆vj按照预设的驾驶员变道判断规则进行判断型变道；
[0096]
步骤s8、按照步骤s2所生成的每一辆车辆vj的行为规范，执行当前仿真步长ti的仿真，完成后进入下一个仿真步长t
i+1
。
[0097]
从而，本发明通过将收费广场车道1划分为自由变道区1free、强制变道区1force和禁止变道区1forbid，规范车辆vj在处于该三个变道区时相应的变道行为，并且，通过步骤s6对车辆vj的强制变道区长度进行动态调整，使车辆vj发生强制型变道的位置以一定概率提前，实现对车辆vj插队行为的控制，避免收费广场车道选择行为仿真出现车辆在收费站最近端异常聚集性插队的现象，因此，能够有效提升收费广场车道选择行为仿真的准确性。
[0098]
以上为本实施例一的基本实施方式，可以在该基本实施方式的基础上做进一步的优化、改进和限定：
[0099]
优选的：所述步骤s4中，确定是否为所述当前可用收费车道的原则为依次满足以下条件：
[0100]
条件一、如果某一条收费广场车道1处于关闭状态，则该条收费广场车道1不纳入所述当前可用收费车道集合
[0101]
条件二、如果所述收费站2有称重要求且所述车辆vj为货车，则未配备有秤台的收费广场车道1不纳入所述当前可用收费车道集合
[0102]
条件三、如果所述车辆vj为配有电子标签的车辆，则收费类型为mtc、etc和mix中任意一种的收费广场车道1为所述当前可用收费车道
[0103]
如果所述车辆vj为无电子标签的车辆，则收费类型为mtc或mix的收费广场车道1为所述当前可用收费车道
[0104]
其中，mix表示mtc和etc混合的收费类型。
[0105]
实施例二
[0106]
在上述实施例一的基础上，本实施例二还采用了以下优选的实施方式：
[0107]
参见图3，所述步骤s5中，对于所述收费站交通流仿真场景的收费广场为图2所示矩形收费广场的情况，基于三角目测区域分析方法，评估所述车辆vj从当前所在车道换道至任意一条所述当前可用收费车道的可达性，包括：
[0108]
步骤s5-1、将需要进行可达性评估的当前可用收费车道记为目标可用收费车道avai_lt，按以下方式确定该目标可用收费车道需要进行三角目测区域分析的中间车道集合该集合中的车道记为中间车道anal_l：
[0109]
所述中间车道集合包含：所述目标可用收费车道avai_lt，以及，所述当前所在车道与目标可用收费车道之间的车道；但不包含当前所在车道
[0110]
步骤s5-2、在所述车辆vj的左右两侧各设置一个呈等腰三角形的三角目测区域3，所述三角目测区域3的对称轴3a穿过所述车辆vj的中心并垂直于所述收费广场车道1，所述三角目测区域3的顶角角度记为2θ，且θ＝45
°
；
[0111]
步骤s5-3、计算所述目标可用收费车道的每一条中间车道anal_l的三角目测覆盖率ρ：
[0112]
ρ＝∑d/2gapk；
[0113]
gapk＝δn
×w×
tanθ；
[0114]
式中，∑d为进入所述当前仿真步长ti时，位于所述中间车道anal_l上的目测覆盖车辆的车身长度之和，所述目测覆盖车辆为车辆位置处于所述三角目测区域3覆盖之内的车辆，所述车辆位置一般采用车辆vj的车头中心点；δn为间隔车道数量，所述当前所在车道侧方的第δn条收费广场车道1为进行三角目测覆盖率ρ计算的中间车道anal
l
；w为所述收费广场车道1的车道宽度；
[0115]
步骤s5-4、如果所述目标可用收费车道的每一条中间车道anal_l的三角目测覆盖率ρ均小于预设的阻碍系数阈值，则该目标可用收费车道具有所述可达性，也即可以作为所述可达收费车道其中，所述阻碍系数阈值的取值在0至1之间；所述三角目测覆盖率p的值越大，表示所述车辆vj从当前所在车道换道至目标可用收费车道的障碍越多；所述阻碍系数阈值表征具有可达性的目标可用收费车道的障碍阈值。
[0116]
从而，本发明基于三角目测区域分析方法，也即步骤s5-1至步骤s5-4，实现对车辆vj从当前所在车道j换道至任意一条当前可用收费车道的可达性评估，规范化了车辆vj的连续变道行为，避免车辆vj作出冒险性连续变道行为，更大程度的减少了仿真中的碰撞、换道失败或车流过度交织的情况，进一步提升了收费广场车道选择行为仿真的准确性。
[0117]
实施例三
[0118]
在上述实施例一或实施例二的基础上，本实施例三还采用了以下优选的实施方式：
[0119]
所述步骤s7中，当所述车辆vj处于自由变道区1free时，所述车辆vj进行判断型变道的方式为：
[0120]
步骤s7-1、计算每一条所述可达收费车道的综合评估指标
[0121][0122][0123][0124][0125]
式中，a1、a2、a3和a4依次为前方车流长度权重系数、平均速度权重系数、变道距离权重系数和收费类型权重系数，a1+a2+a3+a4＝1；
[0126]
表示进入当前仿真步长ti时，所述可达收费车道位于所述车辆vj前方的前方车流长度；vk为车头位于所述车辆vj的车头前方的前方车辆，表示全部前方车辆vk的合集，为位于所述可达收费车道上的前方车辆vk的车身长度，为位于所述可达收费车道上的全部前方车辆vk的车身长度之和；和分别为所述车辆vj的全部可达收费车道的前方车流长度中的最小值和最大值；
[0127]
表示进入当前仿真步长ti时，所述可达收费车道上全部前方车辆vk的平均速度；表示位于所述可达收费车道上的前方车辆vk的车速，表示位于所述可达收费车道上的全部前方车辆vk的车速之和，表示位于所述可达收费车道上的全部前方车辆vk的数量；和分别为所述车辆vj的全部可达收费车道的平均速度中的最小值和最大值；
[0128]
表示进入当前仿真步长ti时，所述车辆vj从当前所在车道变道至所述可达收费车道所需切换的车道数量；和分别为所述车辆vj变道至全部所述可达收费车道所需的车道数量中的最小值和最大值；
[0129]
mix表示mtc和etc混合的收费类型；
[0130]
步骤s7-2、根据步骤s7-1的计算结果，将综合评估指标最小的可达收费车道记为目标可达收费车道；
[0131]
步骤s7-3、计算换道概率
[0132]
若所述当前所在车道为可达收费车道则：则：式中，表示所述当前所在车道的综合评估指标的综合评估指标表示全部所述可达收费车道的综合评估指标中的最小值；
[0133]
若所述当前所在车道不是可达收费车道则：
[0134]
步骤s7-4、按步骤s7-3计算得到的换道概率判断所述车辆vj是否进行换道，如果判断结果为是，则所述车辆vj进行从当前所在车道j换道至所述目标可达收费车道的判断型变道；如果判断结果为否，则所述车辆vj维持在当前所在车道
[0135]
从而，本发明基于综合评估指标通过步骤s7-1至步骤s7-4，实现处于自由变道区1free的车辆vj的判断型变道，能够适应多种收费类型混搭的复杂收费站交通流仿真场景。
[0136]
本发明不局限于上述具体实施方式，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均落在本发明的保护范围之中。

技术特征：

1.一种基于车道可达性判定的收费广场车道选择行为仿真方法，其特征在于，包括：步骤s1、针对包含多条收费广场车道(1)的收费站交通流仿真场景，将所述收费广场车道(1)由其起点至终点依次划分为自由变道区(1free)、强制变道区(1force)和禁止变道区(1forbid)，并为每一辆已输入所述收费站交通流仿真场景中进行仿真的车辆v
j
均设置一组变道区长度参数，包含：自由变道区长度强制变道区长度和禁止变道区长度并且，为每一辆车辆v
j
的自由变道区长度强制变道区长度和禁止变道区长度预设默认长度，依次记为free_l、force_l和forbid_l；其中，所述收费广场车道(1)的终点为收费站(2)，每一条所述收费广场车道(1)的长度及其每一辆车辆v
j
的禁止变道区长度均为常数，所述自由变道区长度根据强制变道区长度变化而相应变化；步骤s2、在所述收费站交通流仿真场景的仿真过程中，每次进入当前仿真步长t
i
时，先对所述车辆v
j
执行步骤s3至步骤s7，以生成每一辆车辆v
j
在当前仿真步长ti的行为规范；其中，i为整数；步骤s3、若所述车辆v
j
未被初始化，则对所述车辆v
j
进行以下初始化：将所述车辆v
j
的自由变道区长度强制变道区长度和禁止变道区长度均初始化为默认长度；若所述车辆v
j
已被初始化且仍处于收费广场车道(1)，则直接执行步骤s4；步骤s4、根据各条收费广场车道(1)是否关闭，以及所述车辆v
j
与各条收费广场车道(1)的匹配情况，获取所述车辆v
j
进入当前仿真步长t
i
时所有可以使用的收费广场车道(1)，记为当前可用收费车道集合该集合中的车道记为当前可用收费车道步骤s5、评估所述车辆v
j
从当前所在车道换道至每一条所述当前可用收费车道的可达性，将具有可达性的当前可用收费车道记为可达收费车道其中，所述当前所在车道为所述车辆v
j
进入当前仿真步长t
i
时所在的收费广场车道(1)；步骤s6、基于步骤s5的可达性评估结果，对所述车辆v
j
的强制变道区长度进行动态调整，即：若所述车辆v
j
存在至少一条所述可达收费车道则将所述车辆v
j
的强制变道区长度重置为默认长度；若所述车辆v
j
不存在所述可达收费车道则将所述车辆v
j
的强制变道区长度调整为强制变道区长度调整值调整为强制变道区长度调整值式中，是通过以0为均值的正态分布概率密度函数生成的处于
区间范围内的随机数值；为所述当前所在车道的长度，为所述车辆v
j
的禁止变道区长度，为从所述当前所在车道的起点到所述车辆v
j
进入当前仿真步长t
i
时的所在位置的行车距离，force_l为强制变道区(1force)的默认长度；步骤s7、根据所述车辆v
j
进入当前仿真步长t
i
时的所在位置，以及，由步骤s3至步骤s6所设定的车辆v
j
的变道区长度参数，判断所述车辆v
j
处于哪一个变道区，并据此生成所述车辆v
j
在当前仿真步长t
i
的行为规范：当所述车辆v
j
处于禁止变道区(1forbid)时，禁止所述车辆v
j
在当前仿真步长t
i
进行变道行为；当所述车辆v
j
处于强制变道区(1force)时，若所述当前所在车道则所述车辆v
j
维持行驶在当前所在车道上，否则，所述车辆v
j
以距离当前所在车道最近的当前可用收费车道为目标进行强制型变道；当所述车辆v
j
处于自由变道区(1free)时，所述车辆v
j
按照预设的驾驶员变道判断规则进行判断型变道；步骤s8、按照步骤s2所生成的每一辆车辆v
j
的行为规范，执行当前仿真步长t
i
的仿真，完成后进入下一个仿真步长t
i+1
。2.根据权利要求1所述基于车道可达性判定的收费广场车道选择行为仿真方法，其特征在于：所述步骤s4中，确定是否为所述当前可用收费车道的原则为依次满足以下条件：条件一、如果某一条收费广场车道(1)处于关闭状态，则该条收费广场车道(1)不纳入所述当前可用收费车道集合条件二、如果所述收费站(2)有称重要求且所述车辆v
j
为货车，则未配备有秤台的收费广场车道(1)不纳入所述当前可用收费车道集合条件三、如果所述车辆v
j
为配有电子标签的车辆，则收费类型为mtc、etc和mix中任意一种的收费广场车道(1)为所述当前可用收费车道如果所述车辆v
j
为无电子标签的车辆，则收费类型为mtc或mix的收费广场车道(1)为所述当前可用收费车道其中，mix表示mtc和etc混合的收费类型。3.根据权利要求1或2所述基于车道可达性判定的收费广场车道选择行为仿真方法，其特征在于：所述步骤s5中，基于三角目测区域分析方法，评估所述车辆v
j
从当前所在车道换道至任意一条所述当前可用收费车道的可达性，包括：步骤s5-1、将需要进行可达性评估的当前可用收费车道记为目标可用收费车道avai_lt，按以下方式确定该目标可用收费车道需要进行三角目测区域分析的中间车道集合该集合中的车道记为中间车道anal_l：所述中间车道集合包含：所述目标可用收费车道avai_lt，以及，
所述当前所在车道与目标可用收费车道之间的车道；步骤s5-2、在所述车辆v
j
的左右两侧各设置一个呈等腰三角形的三角目测区域(3)，所述三角目测区域(3)的对称轴(3a)穿过所述车辆v
j
的中心并垂直于所述收费广场车道(1)，所述三角目测区域(3)的顶角角度记为2θ，且θ＝45
°
；步骤s5-3、计算所述目标可用收费车道的每一条中间车道anal_l的三角目测覆盖率ρ：ρ＝∑d/2gap
k
；gap
k
＝δn
×
w
×
tanθ；式中，∑d为进入所述当前仿真步长t
i
时，位于所述中间车道anal_l上的目测覆盖车辆的车身长度之和，所述目测覆盖车辆为车辆位置处于所述三角目测区域(3)覆盖之内的车辆；δn为间隔车道数量，所述当前所在车道侧方的第δn条收费广场车道(1)为进行三角目测覆盖率ρ计算的中间车道anal
l
；w为所述收费广场车道(1)的车道宽度；步骤s5-4、如果所述目标可用收费车道的每一条中间车道anal_l的三角目测覆盖率ρ均小于预设的阻碍系数阈值，则该目标可用收费车道具有所述可达性；其中，所述阻碍系数阈值的取值在0至1之间。4.根据权利要求1或2所述基于车道可达性判定的收费广场车道选择行为仿真方法，其特征在于：所述步骤s7中，当所述车辆v
j
处于自由变道区(1free)时，所述车辆v
j
进行判断型变道的方式为：步骤s7-1、计算每一条所述可达收费车道的综合评估指标的综合评估指标的综合评估指标的综合评估指标的综合评估指标的综合评估指标式中，a1、a2、a3和a4依次为前方车流长度权重系数、平均速度权重系数、变道距离权重系数和收费类型权重系数，a1+a2+a3+a4＝1；表示进入当前仿真步长ti时，所述可达收费车道位于所述车辆v
j
前方的前方车流长度；v
k
为车头位于所述车辆v
j
的车头前方的前方车辆，表示全部前方车辆v
k
的合集，为位于所述可达收费车道上的前方车辆v
k
的车身长度，为位于所述可达收费车道上的全部前方车辆v
k
的车身长度之和；和分别为所述车辆v
j
的全部可达收费车道的前方车流长度中的最小值和最大值；
表示进入当前仿真步长ti时，所述可达收费车道上全部前方车辆v
k
的平均速度；表示位于所述可达收费车道上的前方车辆v
k
的车速，表示位于所述可达收费车道上的全部前方车辆v
k
的车速之和，表示位于所述可达收费车道上的全部前方车辆v
k
的数量；和分别为所述车辆v
j
的全部可达收费车道的平均速度中的最小值和最大值；表示进入当前仿真步长t
i
时，所述车辆v
j
从当前所在车道变道至所述可达收费车道所需切换的车道数量；和分别为所述车辆v
j
变道至全部所述可达收费车道所需的车道数量中的最小值和最大值；mix表示mtc和etc混合的收费类型；步骤s7-2、根据步骤s7-1的计算结果，将综合评估指标最小的可达收费车道记为目标可达收费车道；步骤s7-3、计算换道概率若所述当前所在车道为可达收费车道则：则：式中，表示所述当前所在车道的综合评估指标的综合评估指标表示全部所述可达收费车道的综合评估指标中的最小值；若所述当前所在车道不是可达收费车道则：步骤s7-4、按步骤s7-3计算得到的换道概率判断所述车辆v
j
是否进行换道，如果判断结果为是，则所述车辆v
j
进行从当前所在车道换道至所述目标可达收费车道的判断型变道；如果判断结果为否，则所述车辆v
j
维持在当前所在车道

技术总结

本发明公开了一种基于车道可达性判定的收费广场车道选择行为仿真方法，通过将收费广场车道划分为自由变道区、强制变道区和禁止变道区，规范车辆在处于该三个变道区时相应的变道行为，基于三角目测区域分析方法，实现对车道的可达性评估，规范化车辆的连续变道行为，避免车辆作出冒险性连续变道行为，更大程度的减少了仿真中的碰撞、换道失败或车流过度交织的情况，并且，通过步骤S6对车辆的强制变道区长度进行动态调整，使车辆发生强制型变道的位置以一定概率提前，实现对车辆插队行为的控制，避免收费广场车道选择行为仿真出现车辆在收费站最近端异常聚集性插队的现象，因此，能够有效提升收费广场车道选择行为仿真的准确性。的准确性。的准确性。