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基于CPS的交通流特征分析及其反馈控制研究
| 论文题名： | 基于CPS的交通流特征分析及其反馈控制研究 |
| 关键词： | 交通流;信息物理系统;软件设计;反馈控制;响应延迟时间 |
| 摘要： | 随着交通系统内车辆密度的增加，交通拥堵以及交通事故特别是高速路上的车辆追尾事故的发生愈发频繁，导致这种状况的原因通常是驾驶系统不能及时应对外部条件的变化，而信息物理融合系统(CPS，Cyber Physical Systems)的提出为我们研究交通问题提供了途径。信息物理融合系统是将物理世界与网络世界耦合起来的多维综合型系统，能够对物理世界进行实时的控制。本文利用CPS将交通物理与交通信息耦合，利用嵌入计算功能的网络端快速处理信息并提供操作指令给物理端的功能，间接降低跟驰过程中响应延迟时间，使得驾驶系统能够更快的做出应变，抑制甚至抵消交通拥堵，保证交通流的平滑。本文的主要工作如下: (1)针对现有耦合映射车辆跟驰模型(CM，Coupled Map Car-FollowingModel)的固有特征及其不足。利用车辆跟驰模型中信息响应延迟时间，提出了均衡车头距的概念，并在均衡车头距的前提下，经多组实验量化设计了跟驰过程中的平均响应延迟时间。同时在CPS下对CM进行了新的定义。嵌入计算功能的网络端提供操作指令给驾驶系统，同时驾驶系统的状态变化信息反馈给网络端，形成典型的CPS理论分析。与传统的CM对比来验证所建立模型的正确性。表明交通信息与交通物理的融合起到明显的抑制交通拥堵的效果。 (2)考虑CPS下整个交通流中多车跟驰反馈的影响。嵌入计算功能的网络端能够宏观的对多车控制过程进行跟踪与提供操作指令，并实时的进行状态更新与监测多车跟驰模型的物理过程。为此对CPS-CM下增加了反馈控制项，建立了CPS下多车耦合映射跟驰模型，进行了仿真验证，利用偏离率分析表明各种反馈因子对交通拥堵的抑制效果。并且算法表明交通物理与交通信息互相作用的过程有效。 (3)将CPS应用到多种道路场景，分别进行了建模，并进行了稳定性分析，探索CPS下多道路场景间的无缝切换方法。对多种跟车状态以及跟车场景进行了研究，有效地实现对交通流中单个车辆的微观控制和保证交通流平滑的宏观控制，从而整体上可实现对交通拥堵抑制的最佳效果。 |
| 作者： | 曹张保 |
| 专业： | 软件工程 |
| 导师： | 安吉尧;李高志 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湖南大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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