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隧道与主线出口间小净距路段车辆行驶特征分析

唐皓 唐忠泽 张驰 韦彬 张昆仑 杨坤

唐皓, 唐忠泽, 张驰, 韦彬, 张昆仑, 杨坤. 隧道与主线出口间小净距路段车辆行驶特征分析[J]. 交通信息与安全, 2023, 41(4): 33-43. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2023.04.004
引用本文: 唐皓, 唐忠泽, 张驰, 韦彬, 张昆仑, 杨坤. 隧道与主线出口间小净距路段车辆行驶特征分析[J]. 交通信息与安全, 2023, 41(4): 33-43. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2023.04.004
TANG Hao, TANG Zhongze, ZHANG Chi, WEI Bin, ZHANG Kunlun, YANG Kun. An Analysis of Driving Behavior on Short Distance Section between Tunnel and the Exit of Main Roadway[J]. Journal of Transport Information and Safety, 2023, 41(4): 33-43. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2023.04.004
Citation: TANG Hao, TANG Zhongze, ZHANG Chi, WEI Bin, ZHANG Kunlun, YANG Kun. An Analysis of Driving Behavior on Short Distance Section between Tunnel and the Exit of Main Roadway[J]. Journal of Transport Information and Safety, 2023, 41(4): 33-43. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2023.04.004

隧道与主线出口间小净距路段车辆行驶特征分析

doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2023.04.004
基金项目: 

国家重点研发计划项目 2020YFC1512005

深圳市综合交通设计研究院有限公司项目 HT2020211077

详细信息
    作者简介:

    唐皓(1975—),高级工程师. 研究方向:道路交通安全. E-mail: 68087585@qq.com

    通讯作者:

    张驰(1981—),博士,教授. 研究方向:道路交通安全. E-mail: zhangchi@chd.edu.cn

  • 中图分类号: U412.36+6

An Analysis of Driving Behavior on Short Distance Section between Tunnel and the Exit of Main Roadway

  • 摘要: 当受地理与投资因素限制,山区高速公路隧道与主线出口间距离低于规范值,则该区域称为小净距路段。为描述该区域车辆行驶特征,充实山区公路设计与交通管控的理论基础,在我国秦岭服务区等7处山区高速公路小净距路段,通过无人机定点俯拍采集高清行车视频,基于视频提取全域车辆高精度速度与轨迹数据,实现车辆行驶特征分析。本研究基于SIFT算法进行视频配准;基于YOLOv5与DeepSORT算法实现车辆检测与连续跟踪;采用Savitzky-Golay滤波器对数据进行光滑滤波。基于以上方法,可获得高精度车辆行驶数据。经验证,车速精度可达到95%以上,轨迹误差小于20 cm。而后,考虑了净距长度、车辆类型、车道分布等指标,从多角度多因素对行车特征进行了分析。结果显示:①小净距路段车辆行驶特征与普通路段有明显的差异,车速分布不满足正态分布规律;②整体上驶出车辆在渐变段起点前10~20 m左右会稳定车辆运行状态;③由于视角更高,货车相对小车能更快识别出口路况,所以车速相对平稳;④内侧驶出小车在渐变段起点20 m后以1.1~1.4 m/s的横向速度驶入减速车道,当主线为左偏曲线最有利于驶出;⑤净距长度对驾驶行为产生的影响最为明显,交通流方面交通量是最大的影响因素,道路线形因素中曲线偏转方向及偏转角是最大的影响因素。

     

  • 图  1  DJI-Mavic 2 zoom无人机

    Figure  1.  DJI- Mavic 2 zoom drone

    图  2  小净距工程案例分布

    Figure  2.  Distribution of short distance sections

    图  3  航拍采集实景图

    Figure  3.  Aerial photography collection picture

    图  4  图像配准防抖

    Figure  4.  Image registration stabilization

    图  5  车辆检测与跟踪

    Figure  5.  Vehicle detection and tracking

    图  6  Savitzky-Golay数据滤波

    Figure  6.  Data filtering

    图  7  车辆轨迹与速度分布

    Figure  7.  Vehicle trajectoryand speed distribution

    图  8  隧道出口小净距路段变道车辆速度图

    Figure  8.  Changes in the speed of vehicles changing lanes in the short distance section at the exit of the tunnel

    图  9  驶出车辆轨迹图

    Figure  9.  Trajectory of outgoing vehicles

    图  10  部分小净距路段运行速度数据频率分布直方图

    Figure  10.  Histogram of frequency distribution of running speed data on some short distance sections

    表  1  调研路段

    Table  1.   Investigation section 单位: m

    公路名称 构造物 隧道长度 净距长度
    西汉高速 朱雀停车区 6 300 15
    秦岭服务区1 6 160 23
    秦岭服务区2 11 200 25
    皇冠互通1 330 23
    皇冠互通2 370 150
    福银高速 辋川互通 1 500 630
    沪陕高速 竹林关互通 1 080 30
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    表  2  数据准确性检验

    Table  2.   Data accuracy test

    车型分类 车速分类
    真实车速(km/h) 检测车速(km/h)
    小车 79 77
    79 79
    64.8 67
    86 80
    86 82
    74 79
    86.4 91
    69 66
    64.8 68
    大车 47 45
    45 41
    45 40.5
    64.2 65
    39.8 36
    43.2 39
    39 39
    57.6 59
    61.5 60
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    表  3  误差分析

    Table  3.   Error analysis

    车辆类型 误差极大值/(km/h) 极值误差率/% 均值误差/(km/h) 均值误差率/% 均值准确率/% 均方根误差/(km/h)
    大车 5 10 2.98 6.06 93.7 2.94
    小车 6 6.98 3.89 5.08 95.5 3.74
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    表  4  路段数据信息

    Table  4.   Data information

    路段 拍摄时长/min 小车总量/驶出车辆 大车总量/驶出车辆
    朱雀停车区 30 97/21 210/165
    秦岭服务区1 30 148/54 124/300
    秦岭服务区2 30 160/60 130/210
    皇冠互通1 30 191/35 106/230
    皇冠互通2 25 166/26 87/180
    辋川互通 30 195/50 124/200
    竹林关互通 25 93/45 88/45
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    表  5  各小净距路段车速数据描述信息

    Table  5.   Speed data description information of each short distance sections 单位: km/h

    小净距采集点 均值 中位数 标准差 方差 偏度 峰度 极大值 极小值 V85
    秦岭1号小净距 90.91 87.45 14.80 217.66 -0.12 0.27 123.91 42.22 97.85
    秦岭2~3号小净距 87.78 86.51 15.61 248.55 -0.26 -0.72 117.54 49.45 104.78
    木瓜园隧道小净距 85.26 86.4 12.56 157.73 0.21 -0.45 121.6 60.63 97.92
    无名隧道小净距 87.38 87.73 12.64 159.68 0.18 -0.42 120.36 57.6 101.65
    辋川隧道小净距 86.11 86.4 10.77 115.95 0.52 -0.16 120 62.27 97.92
    州河北隧道小净距 89.78 88.31 11.63 135.27 0.60 -0.25 119.13 61.29 103.59
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    表  6  正态性验证

    Table  6.   Normality verification

    小净距采集点 Z 渐近显著性
    秦岭1号小净距 0.128 0
    秦岭2~3号小净距 0.072 0.007
    木瓜园隧道小净距 0.077 0
    无名隧道小净距 0.084 0
    辋川隧道小净距 0.093 0
    州河北隧道小净距 0.109 0
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    表  7  影响因素信息统计

    Table  7.   Statistics of influencing factors

    路段名称 净距长度/m 交通流因素 道路几何因素
    交通量/(veh/h) 大型车比例/% 转向比例/% 半径/m 转角/(°) 偏向 纵坡/%
    秦岭1号小净距 30 710 24.98 15 直线 2
    秦岭2~3号小净距 33 430 37.48 9.7 直线 2
    木瓜园隧道小净距 25 720 21.58 3.7 直线 1.5
    无名隧道小净距 152 488 32.08 2.5 1 800 25 右偏 1.5
    辋川隧道小净距 605 804 19.68 6.1 1 500 16 左偏 /
    州河北隧道小净距 33 626 31.38 8 700 78 左偏 -0.65
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    表  8  各小净距变道速度和断面速度离散性数据表

    Table  8.   Discrete data table of lane change speed and section speed for each short distance

    路段 变道速度/(km/h) 断面速度/(km/h)
    平均值 速度变异系数 平均值 速度变异系数
    秦岭1号小净距 45.9 0.33 84.91 0.18
    秦岭2~3号小净距 53.9 0.26 87.24 0.15
    木瓜园隧道小净距 60.1 0.30 85.22 0.16
    无名隧道小净距 76.32 0.20 88.64 0.13
    辋川隧道小净距 61.68 0.21 86.55 0.17
    州河北隧道小净距 68.83 0.31 89.75 0.13
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    表  9  出口间最小净距

    Table  9.   The minimum distance between exits

    主线设计速度/(km/h) 最小净距/m
    单向2车道 单向3车道 单向4车道
    120 500 700 1 000
    100 400 600 800
    80 300 450 600
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    表  10  最小净距组成

    Table  10.   The composition of minimum value

    主线设计速度/(km/h) 最小净距/m
    明适应距离 识别距离
    120 100 350
    100 84 290
    80 67 230
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  • 收稿日期:  2022-04-16
  • 网络出版日期:  2023-11-23

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