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原文传递沪宁高速自动驾驶专用车道设置策略及仿真研究

论文题名：	沪宁高速自动驾驶专用车道设置策略及仿真研究
关键词：	自动驾驶;专用车道;高速公路;微观建模
摘要：	高速公路是城市间联络的重要方式，承载着巨大的客货运交通量，随着社会经济发展，高速公路正面临着事故频发、拥堵频繁等挑战。自动驾驶技术作为前述问题的有效解决方案正受到国内外学术界、工业界的关注。近年来自动驾驶技术发展迅速，有望在高速公路等环境下得到普及应用。本文针对中低渗透率环境下高速公路自动驾驶车辆专用车道设置问题进行研究，依据专用道隔离形式和设置位置提出了微观交通仿真框架和模型，为评估设置高速公路自动驾驶专用车道的安全性以及效率影响提供依据。　　首先，本文在结合国内外已有文献及成熟专用车道设计形式的基础上，分析专用车道功能，提出“硬隔离”、“软隔离”、非强制隔离等自动驾驶专用车道隔离形式，考虑沿内侧车道设置、中间车道、外侧车道以及硬路肩的专用车道设置位置，讨论了自动驾驶车辆专用车道不同位置时交织区形式，以此为基础设计了四种专用车道环境，为后续微观建模比较分析提供基础环境。　　其次，考虑自动驾驶车辆以及常规车辆的特点，对自动驾驶车辆以及常规车辆进行微观建模，构建两种车型的跟驰模型、换道模型以及自动驾驶车辆的队列控制模型。提出了适用于专用车道环境的自动驾驶车辆换道及队列控制模型，实现自动驾驶车辆在专用道环境下保持等速小间距队列行驶，提高整体的运行效率以及安全性。针对传统智能驾驶员IDM跟驰模型中存在的缺陷，本文提出了加速度约束以及加速度微调修复方法。　　然后，在提出的车辆微观模型基础上，使用C++和Python搭建微观交通仿真平台，依据沪宁高速固定检测器数据提取了交通流基本参数和速度累积频率分布曲线，使用遗传算法对所建立的微观模型中部分参数进行标定，使得所建立的微观交通仿真平台有效代表真实环境。通过选取安全性和效率评价指标，对指标进行t检验以选取有效指标，随后对不同渗透率、不同流量环境下自动驾驶车辆专用车道设置效果进行综合评估。仿真结果表明：（1）多数情况下，设置自动驾驶车辆专用车道能够使得高速公路的整体通行性能有所提高，仅有当渗透率低于5%的情况会使得道路的整体性能下降。（2）在安全—效率平衡的策略下，整体优化效果介于-12.4%~+33.2%之间，优化效果随渗透率提高而提高，表明自动驾驶技术的使用有助于显著提高安全性和通行效率。（3）渗透率低于10%时，软隔离专用道比硬隔离专用车道在不同设置策略下表现更好；渗透率高于15%时，设置硬隔离专用车道的整体优化效果普遍优于设置软隔离专用车道。软隔离方式的专用车道在112个场景下具有优化效果，对比硬隔离方式专用车道在98个场景下具有优化效果，普适性更佳，（4）不同策略下，专用车道设置在内侧相比设置在外侧性能略有提升，平均提升了2.4%。　　最后，在对本文研究内容总结的基础上分析了研究不足之处以及未来研究展望。
作者：	吴坤润
专业：	交通运输工程
导师：	张健;蒋大治
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2021