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原文传递 V2X环境下基于交通信息协同传输的优化建模与能耗控制

论文题名：	V2X环境下基于交通信息协同传输的优化建模与能耗控制
关键词：	交通流;V2X通信技术;协同传输;数值模拟
摘要：	自工业革命以来，汽车的产生给人类带来巨大的便利，从而促进交通运输业的飞速发展。为了满足交通运输的发展需求，各个城市之间的道路也从简单变为复杂，随即出现的交通堵塞问题也越来越复杂。因此，针对解决交通堵塞问题的研究变得十分紧迫。然而，以往的研究者们只能通过传统的方法去研究解决交通堵塞问题。　　虽然传统的研究方法能为解决交通堵塞问题提供一定的理论基础，但得出的研究结论并不完全适用于当下的交通现状。随着科技的进步，在交通流理论研究当中运用V2X通信技术能够极大地解决当前道路出现的拥堵问题。因此，以交通流理论为框架，借助V2X通信技术探究如何有效解决交通堵塞问题成为了当前交通流研究的热门内容。本文以V2X通信技术为技术支撑，在经典交通流模型的基础上，通过考虑交通信息协同传输效应建立了全新的交通流模型，并通过理论分析以及数值模拟得出相关的研究结论。　　全文的主要工作如下：　　一、将道路中的车辆密度和最优流量的偏差协同整合到X(V2X)环境中，由此提出了一种新的格子流体力学模型。在理论分析的基础上，探讨了在密度与最优流量偏差协同传输效应下的稳定条件和mKdV方程。运用数值模拟方法以交通流的密度波、迟滞环和车辆油耗与污染物的排放为仿真内容。结果表明，密度与最优流量偏差协同传输效应能够有效缓解交通拥堵。更重要的是，还可以降低V2X环境下的车辆燃油消耗和尾气排放。　　二、基于物理信息系统，综合V2X环境下车头时距和速度的偏差协同传输效应，提出了一种扩展的跟驰模型。通过理论分析，发现车头时距和速度的偏差协同传输效应与交通系统稳定性条件和mKdV方程密切相关。此外，通过模拟交通系统的车头时距和迟滞环的演变过程，证实了车头时距和速度的偏差协同传输效应在很大程度上缓解了交通拥堵。更重要的是，基于新的能耗模型的仿真结果表明，车头时距和速度的偏差协同传输效应可以显著降低V2X环境下的车辆的能耗。　　三、V2X环境下，各种交通信息处在一个开放的网络系统。在双车道驾驶环境下，驾驶员在换道过程中，网络攻击会提供具有迷惑性的虚假信息。为了抵抗网络攻击的负面影响，基于网络攻击提供的虚假流入换道率，构建了一种融合驾驶员预期效应的网络攻击双车道格子流体力学模型。通过理论推导，分析了虚假流入换道率对交通稳定性的影响，并推导了相应的mKdV方程。利用数值模拟方法，探究了虚假流入换道率引起的密度波演化和交通迟滞现象。由于虚假流入换道率影响了实际换道的车辆速度，因此，本文还探究了新模型对交通系统的能量消耗产生的影响。　　四、基于网络攻击引起的双车道的虚假流入、流出换道率，构建了一种新的网络攻击双车道格子流体力学模型。通过理论分析以及推导了相应的mKdV方程，得出了网络攻击引起的虚假流入换道率和虚假流出换道率会影响交通系统稳定性的结论。运用数值模拟对新模型进行仿真，从密度分布和流量分布等方面探究虚假流入换道率和虚假流出换道率对交通系统稳定性的作用。最后分析新模型对车辆油耗和尾气排放的作用。　　总之，在V2X环境下，考虑交通信息偏差协同传输效应以及不同的网络攻击效应能有效解决交通拥堵问题。更为关键的是，本文提出的交通流研究模型对车辆能耗等方面具有减少车辆污染物的排放，降低能源消耗的作用。因此，本文提出的交通流模型可为城市智能交通的运行发展及大数据人工智能时代的智慧交通研究提供有益的参考。
作者：	罗春莉
专业：	物理学
导师：	彭光含
授予学位：	硕士
授予学位单位：	广西师范大学
学位年度：	2023