基于群决策和熵权法的换道轨迹评价研究_李振龙.pdf

第 卷第 期重 庆 交 通 大 学 学 报（自 然 科 学 版）年 月 （）：基于群决策和熵权法的换道轨迹评价研究李振龙，董爱华，杨 磊（北京工业大学 城市交通学院，北京）摘要:针对换道轨迹评价中指标间的信息重叠和指标权重设定的主观性问题,提出了基于相关性分析和因子分析的评价指标选取方法,从1 6个参数中选出了表征舒适性、高效性、平顺性、生态性和安全性的1 1个评价指标;运用层次分析法计算指标主观权重,运用群决策理论计算专家权重,运用熵权法计算指标客观权重,从而提出层次分析法、群决策理论和熵权法相结合的指标权重设定方法,计算得出安全性、高效性、舒适性、生态性、平顺性的权重分别为0.7 3、0.1 5、0.0 6、0.0 4、0.0 2,从而建立换道轨迹评价体系,并用该体系对驾驶模拟获取的换道轨迹进行了评价。结果表明,提出的换道轨迹评价体系较为全面且减少了指标间的信息重叠,综合了主观上的专家经验和客观上的数据信息使评价结果更为合理,对轨迹性能的重要性排序可为轨迹规划中设置约束条件时的侧重倾向提供参考;构建的换道轨迹评价体系和提出的评价方法为换道轨迹评价提供了参考。关 键 词:换道轨迹评价;因子分析;群决策理论;熵权法中图分类号:U 4 9 1.1文献标志码:A文章编号:1 6 7 4-0 6 9 6(2 0 2 3)0 1-1 2 0-0 8E v a l u a t i o no fL a n eC h a n g eT r a j e c t o r yB a s e do nG r o u pD e c i s i o na n dE n t r o p yW e i g h tM e t h o dL IZ h e n l o n g,D ONGA i h u a,YANGL e i(C o l l e g eo fM e t r o p o l i t a nT r a n s p o r t a t i o n,B e i j i n gU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y,B e i j i n g1 0 0 1 2 4,C h i n a)A b s t r a c t:A i m i n ga tt h ei n f o r m a t i o no v e r l a pb e t w e e ni n d i c a t o r si nt h el a n ec h a n g et r a j e c t o r ye v a l u a t i o na n dt h es u b j e c t i v ep r o b l e m i nt h es e t t i n go fi n d i c a t o r w e i g h t s,a m e t h o df o rs e l e c t i n ge v a l u a t i o ni n d i c a t o r sb a s e do nc o r r e l a t i o na n a l y s i sa n df a c t o ra n a l y s i sw a sp r o p o s e d.F i r s t l y,1 1e v a l u a t i o ni n d i c a t o r st h a tc h a r a c t e r i z e dc o m f o r t,e f f i c i e n c y,s m o o t h n e s s,e c o l o g ya n ds a f e t yw e r es e l e c t e df r o m1 6p a r a m e t e r s.T h e n,a n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s sw a su s e dt oc a l c u l a t es u b j e c t i v ew e i g h t so f i n d i c a t o r s,g r o u pd e c i s i o nt h e o r yw a su s e dt oc a l c u l a t ee x p e r tw e i g h t s,a n de n t r o p yw e i g h tm e t h o dw a su s e dt oc a l c u l a t eo b j e c t i v ew e i g h t so fi n d i c a t o r s.T h e r e f o r e,a ni n d e xw e i g h ts e t t i n gm e t h o dc o m b i n i n ga n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s,g r o u pd e c i s i o nt h e o r ya n de n t r o p yw e i g h tm e t h o dw a sp r o p o s e d.T h ew e i g h t so f s a f e t y,e f f i c i e n c y,c o m f o r t,e c o l o g ya n ds m o o t h n e s sw e r e c a l c u l a t e d t ob e 0.7 3,0.1 5,0.0 6,0.0 4a n d0.0 2r e s p e c t i v e l y.M o r e o v e r,t h el a n ec h a n g et r a j e c t o r ye v a l u a t i o ns y s t e m w a se s t a b l i s h e da n du s e dt oe v a l u a t et h el a n ec h a n g et r a j e c t o r yo b t a i n e d b yd r i v i n gs i m u l a t i o n.T h er e s u l t ss h o w t h a tt h ep r o p o s e dl a n ec h a n g et r a j e c t o r ye v a l u a t i o ns y s t e mi sr e l a t i v e l yc o m p r e h e n s i v ea n dr e d u c e st h eo v e r l a po fi n f o r m a t i o nb e t w e e ni n d i c a t o r s,w h i c hc o m b i n e ss u b j e c t i v ee x p e r t e x p e r i e n c ea n do b j e c t i v ed a t a i n f o r m a t i o nt om a k e t h ee v a l u a t i o nr e s u l t sm o r e r e a s o n a b l e.S o r t i n gt h ei m p o r t a n c eo ft r a j e c t o r yp e r f o r m a n c ec a np r o v i d ear e f e r e n c ef o rt h et e n d e n c yt of o c u sw h e ns e t t i n gc o n s t r a i n t si nt r a j e c t o r yp l a n n i n g;t h ec o n s t r u c t e dl a n ec h a n g et r a j e c t o r ye v a l u a t i o ns y s t e m a n dt h ep r o p o s e de v a l u a t i o nm e t h o dp r o v i d ear e f e r e n c e f o r l a n ec h a n g e t r a j e c t o r ye v a l u a t i o n.K e yw o r d s:l a n ec h a n g e t r a j e c t o r ye v a l u a t i o n;f a c t o ra n a l y s i s;g r o u pd e c i s i o nt h e o r y;e n t r o p ym e t h o d 收稿日期：；修订日期：基金项目：国家自然科学基金项目（）第一作者：李振龙（），男，山西五台人，副教授，博士，主要从事交通控制与驾驶行为方面的研究。：通信作者：董爱华（），女，内蒙古赤峰人，硕士研究生，主要从事驾驶行为方面的研究。：引 言换道和跟驰是两项基本驾驶行为，换道过程更复杂，易产生交通冲突，降低运行效率，甚至引发事故。许多学者对换道微观模型进行了研究，换道轨迹作为换道微观模型中的重要部分，决定了车辆能否安全、高效、顺畅、生态的完成换道过程，也决定了驾驶人能否保持舒适的体验。研究换道轨迹评价指标和评价方法，找到优秀的换道轨迹，对提高交通运行效率和安全，减少拥堵和污染排放有重要意义。国内外学者对换道轨迹进行了许多研究，裴玉龙等在建立换道轨迹模型时考虑了曲率连续性；蒋锐等用加速度和速度构建了换车道危险系数；等用横向加速度评价舒适性；闰尧等用换道轨迹长度评价换道效率；顾金刚等认为前车速度和车头间距影响换道过程的舒适性和效率；张新锋等根据周围交通车辆状态确定舒适性和换道效率的比重；等用换道时间和换道距离作为变量进行轨迹规划；柯涛新增燃油经济性建立目标函数，并人为设定权重比值为安全性舒适性经济性 ；薛清等用碰撞时间倒数、车头时距等评价碰撞风险；马小龙等用碰撞时间和碰撞余量评价安全性。综上，在换道轨迹评价方面，有的研究单纯以平顺性或安全性或舒适性为目标，全面性不足。有的研究综合考虑安全性、舒适性、高效性，但选取的指标可能存在信息重叠。在指标权重上，有的学者根据经验人为主观设定，有的学者根据客观交通数据通过数学计算进行取值，可能会造成评价结果过于主观或评价结果随数据波动而变化等问题。针对以上问题，以相关性分析和因子分析筛选出的参数为评价指标，运用层次分析法得到指标主观权重，同时结合群决策理论和熵权法降低指标权重设定的主观性，最终得到主客观综合指标权重，建立了换道轨迹评价体系，并将该体系应用于驾驶模拟得到的换道轨迹中，评价结果验证了该体系的合理性。实验设计和数据提取 实验设备实验采用北京工业大学交通工程重点实验室的驾驶模拟平台，该平台包括驾驶模拟器、投影仪、车辆传感系统、电脑等 部分，实验过程中模拟器以 的频率动态采集位置、速度、加速度、横向偏移、刹车、油门等车辆运行和操控数据。车辆实验过程中的震动感、音效、油门、刹车等与真实驾驶过程中感觉基本一致。实验场景设计以兴延高速作为实验场景的设计原型，道路总长为 ，双向四车道，道路横断面为 （车道宽度 ，中央分隔带宽度 ，肩宽 ），交通流为自由流状态，限速 。实验过 程 的 道 路 交 通 标 志 线 设 置 及 规 格 符 合道路交通标志和标线。被试实验邀请 名被试，被试的视力和听力状态良好，驾龄在 年以上且有高速公路驾驶经历。通过预实验及问卷获得被试基本情况，筛除不符合实验要求的被试，最终保留被试 名，其中男性 名，女性 名，被试选取基本遵从中国现有驾驶人分布情况。驾驶任务在正式实验前，首先由实验员对被试进行实验前培训，确保被试能够熟练操作驾驶模拟器；之后进入正式实验，被试按照个人驾驶习惯在设计道路上进行驾驶模拟实验。换道过程提取根据车