基于改进人工势场法的无人驾驶车辆局部路径规划的研究

本文旨在研究在结构化道路上行驶的无人驾驶汽车的局部路径规划.基于人工势场法,利用高斯组合隶属函数建立引力的目标点函数,在引力点函数中考虑障碍物约束和车辆约束,并引入调节因子,建立了改进的无人驾驶汽车人工势场模型,消除了传统人工势场法容易陷入局部极小的问题.硬件在环试验结果验证了所提方法的有效性.     

改进人工势场法的避障轨迹规划

避障轨迹规划是无人驾驶技术栈中不可或缺的一环,关系到无人驾驶车辆在道路上行驶时的安全性。文章主要研究基于人工势场法的轨迹规划方法,针对该方法中的局部最优及目标不可达的固有缺陷,考虑到在结构化道路上行驶的车辆纵向的变化能力远大于横向。提出了基于Frenet坐标系的势场分布改进方法,将势场沿横向按比例缩放,避免了自车在进行借道绕行时由于多重势场的叠加而产生的路径抖动甚至规划失败。针对局部最优问题,建立了基于安全走廊的逃逸轨迹规划方法。当自车陷入目标不可达情况时,通过动态调整势场引导自车规划出最优方案。最后,在不同交通场景下对提出的改进方案进行了仿真验证,仿真结果表明,提出的方案能够有效提升人工势场法的性能。     

基于极大代数的多航空器无冲突4D航迹生成

航空器在同高度汇聚飞行时总会存在飞行冲突,文中根据极大代数法的思想,将航空器到达交叉点离散的过程线性化,并且针对同一终端区航空器离场向同一导航点汇聚的实际航路结构,给出了问题的具体描述,建立了具体的终端区单航路极大代数服务模型,并将其推广到通用情况下.在单航路模型基础上根据极大代数思想设计了终端区航路汇聚模型,解决了同高度航空器汇聚的冲突问题,可以将2条线型航线在交叉点的冲突规避,实现4D航迹的无冲突预测.对模型进行了算例验证,结果表明,极大代数能够较好的解决航空器航迹冲突的问题,实现航空器到关键点的无冲突放行,从而一定程度上提高了空域资源的利用率.     

考虑前后方车辆行驶状态的ACC系统控制方法

为提高车辆的通行效率和道路利用率,在拥挤工况下,将新型人工势场应用到车辆的智能控制中。把前后两辆车看做两个势场中心,设计了一种车辆控制系统,使车辆在车流中实行车辆跟随时,考虑前后方车辆的位置和速度后,自动寻找最佳跟车距离。通过对人工势场和车辆控制的研究,采用新型人工势场函数和3自由度汽车动力学模型构建基于误差预瞄的车辆控制数学模型,将其应用到单个或多个车辆的控制中,使车辆能在拥挤工况下根据前后车的相对位置和速度自动调节车距。通过仿真得到控制车辆各行驶参数和所受势场合力的时间历程图,验证了所提出ACC控制方法的有效性。     

基于人工势场法的车道保持系统

针对车道保持系统中的横向控制问题,采用人工势场法设计了转角控制器。选择跨道时间为势场参数,建立多模式跨道时间模型,以跨道时间为变量设计势场函数,以得到的势场力代入参考车辆模型得到理想横摆角速度和理想侧向加速度,以车速为阈值计算出理想方向盘转角,用PID控制跟踪理想方向盘转角实现车道保持。利用Carsim/Simulink联合仿真验证了该方法的有效性,还与传统道路势场法做了对比,并在实车上验证了其可靠性。     

欠驱动船舶自主避碰的算法设计

为解决传统A~*算法在船舶路径规划中存在的路径不平滑及大范围地图下搜索效率不高等问题,根据能量守恒定律对A~*算法中的评价函数进行重新定义,提出改进A~*算法;同时引入人工势场法(artificial potential field, APF),并对APF中的斥力场系数进行修正;结合2种改进方法,考虑欠驱动船舶的运动特性,设计出一种混合算法。通过MATLAB进行仿真对比,发现所提出的混合算法规划路径更优、效率更高。     

智能汽车对无信号交叉口行人的避撞控制

针对智能汽车在无信号交叉口对横穿行人的避撞问题,研究了主动转向避撞控制策略.基于多层模型预测控制方法,采用分层控制策略设计局部规划层控制器与全局跟踪层控制器,在此基础上根据交叉口处汽车与行人的轨迹特征计算人车碰撞剩余时间,改进传统人工势场法构造避撞函数,规划出既能规避交叉口内存在碰撞风险的行人又能使偏差最小的局部避撞路...     

基于行人位置预测的人车转向避撞路径规划

针对行人违规过街导致人车碰撞事故频发的交通安全问题,采用改进人工势场法并考虑行人行为的不确定性,对车辆避撞路径进行动态规划.为表达行人违规过街时的方向不确定性,提出一种基于加权效用函数法的行人过街方向概率模型,并以此为基础预测行人位置.针对动态障碍的转向避撞轨迹规划,以避撞安全距离为基础,提出一种相对位置自适应的变长轴...     

基于弹性绳理论的自主车辆防碰撞的路径规划

基于人工势场的引导策略,通过建立包括车道边界和障碍车的道路危险势场,采用弹性绳模型实现了车辆在高速公路上的车道保持和紧急避障功能。为了保证车辆在高速情形下避障的安全性,在障碍车辆原有势场基础上,在障碍车辆的前后各增加一个引导势场,使车辆能够提前避障,从而避障过程更安全。再结合Carsim仿真,在车辆的路径跟随过程中观察主车的横摆角速度的变化来判断车辆的稳定性。对直道和弯道两种情形进行避障仿真对比分析,结果表明:在障碍车辆前后添加引导势场能提前避障,从而使避障过程更安全。     

基于改进人工势场法的智能车辆超车路径规划研究

为提高智能车辆的行车安全性,基于人工势场法,通过分析超车驾驶行为规律,建立超车最小纵向安全距离及其约束模型,提出新型障碍物虚拟力场作用域,引入基于前车工况的斥力系数和调节因子,设立虚拟局部目标点,建立了改进的路径规划模型。利用MATLAB和CarSim软件联合建立基于模型预测控制的路径跟踪仿真平台,对改进模型进行了验证。仿真结果表明,改进的路径规划模型安全有效地实现了智能车辆的超车行为。     

交通冲突量的BP神经网络预测方法

交通冲突预测是进行交通事故预防和制定安全改善措施的有效手段，节约观测时间和人力。针对BP网络的缺点，提出了改进的快速BP算法，建立了交通冲突量的BP神经网络预测方法，并应用该方法对具体的交叉口交通冲突量的预测实例进行了研究，实践验证了该方法的有效性。     

机动车交通冲突技术研究综述

对机动车-机动车交通冲突定义、交通冲突度量指标、冲突严重性判定以及交通冲突评价与预测等的国内外研究进展做了归纳和综述。分析表明,目前交通冲突研究存在以下主要问题:传统的冲突度量指标存在各自的局限性和不一致性,冲突潜在碰撞的后果严重性研究处于初始阶段,交通事件分级模型和相关性需要进一步研究和确认,冲突严重性判定存在一致性问题,交通冲突产生和发展的微观机理研究不足,缺乏真实环境下整个区域相互作用车辆精确连续轨迹追踪的数据获取手段。建议未来从以下方向进行优化:复合的改进度量指标比单一指标更为科学合理,并要考虑冲突潜在碰撞的后果严重性;统一和规范交通冲突度量指标的使用也有一定意义;需要针对多个参与者的"区域连锁冲突"进行更深入的研究;可通过采集区域多车辆连续时空轨迹大数据,得到区域多车辆冲突时空演变模型,并进行交通冲突实时预警和干预研究;另外可通过大量精确数据量化和统一区分各级交通冲突的阈值,并验证交通冲突技术的有效性;在不同设施对象及冲突的空间特征等方面的探索等也会丰富交通冲突研究体系;最后,以上所有的改进方向离不开高精度大范围的采集方法和高效精确的处理手段,故急需真实环境下、长时间的整个区域相互作用车辆精确连续轨迹追踪的大数据获取手段。     

T形交叉口3相位信号配时改进及优化

在城市道路交通系统中。交叉口是道路网中通行能力的瓶颈和交通事故的高发区域,随着交通量的日益增大。T形交叉口交通效率越来越低。通过对T形交叉口3相位信号配时设置方法进行研究来提高T形交叉口运行效率。分析了T形交叉口交通冲突特性,提出了T形交叉口信号相位设置的相关建议。通过对现行十字彤交叉口信号配时公式进行改进,取得更加适合T形交叉口3相位信号配时方法,并结合工程实例,对此方法进行阐述。此信号配时改进方法对T形3相位交叉口信号配时,具有一定的实用性。     

考虑连锁冲突的城市公交车行车风险量化分析方法

为了量化城市公交车给区域混合交通带来的安全风险，通过提取交通冲突数据并识别连锁冲突，研究了公交车行车风险的量化分析方法。在数据采集上，采用了航拍图像并基于YOLOv4网络学习航拍目标的外观特征，检测并跟踪航拍车辆，从而提取带精细属性的车辆轨迹数据。在冲突识别上，将不同车道上可能发生横向碰撞的车辆对之间的相对位置作为约束条件，在跟驰模型的基础上补充了匹配相邻车道上车辆对的动态关系，从而将经典碰撞时间(TTC)模型扩展至可同时识别侧向冲突的二维TTC模型；基于车辆刺激-反应理论标定每个冲突车辆对区域交通造成连续干扰的时空范围，根据干扰范围的动态变化建立冲突间的作用关系并形成时序性的冲突树模型，从而识别连锁冲突并追溯连续风险形成的因果过程。在风险研究上，从3个方面量化不同状态下城市公交车的行车风险:①基于二维TTC模型解析冲突频率；②在此基础上结合累积频率法解析冲突严重性；③通过连锁冲突比例及冲突树长度解析冲突聚集的概率和范围大小。采集广州大桥路段航拍视频进行实验研究，结果表明:城市公交车在拥堵常发路段不仅冲突风险高，且带有较高的冲突严重性和区域聚集性；拥堵流中公交车的冲突频率超过9次(/ veh·min)；公交车的严重冲突率为33.39%，远远高于小汽车的16.61%；公交车的区域连锁冲突发生率为30.75%，达到了小汽车(14.67%)的2倍。      

区分冲突类型的路段实时碰撞风险预测模型

使用交通数据建立路段实时碰撞风险预测模型(RTCPM)是主动交通安全管理的基础,路侧精细感知的行车数据和替代安全指标(SSMs)在RTCPM领域有着潜在价值.基于此,采用路侧精细感知数据生成SSMs作为输入,提出一种区分冲突类型的路段实时碰撞风险预测模型.以路段精细交通数据为基础,提取多种类别的交通参数以构建包含多类交...     

交通控制与诱导集成的关键问题评述

分析了交通控制和交通诱导的相互影响与相互作用。综述了交通控制系统和交通诱导系统集成的研究现状,重点对交通控制和交通诱导集成的6个关键问题进行了讨论分析。提出应用演化博弈论、有限理性和人工情感等研究探讨驾驶员对交通诱导信息的反应机理和先由交通诱导系统将交通流诱导到合适的路网上然后由交通控制系统来适应这些交通流的思想建立集成模型。提出应用人工交通系统与平行系统的思想来研究交通控制和交通诱导的集成实施问题,通过人工交通系统的"计算试验"对交通控制方案和诱导方案进行试验和评估,期望为交通控制和交通诱导二者的集成提供新的思路和方法。     

城市快速路出入口匝道联动控制策略研究

以北京市快速路为研究对象,对分布密集的出入口匝道实施信号联动控制.为减少驶入与驶出车流间的交织冲突,保证快速路主线交通流处于最佳运行状态,提出出入口匝道信号联动控制方法.采用Vissim对提出的控制方法进行模拟验证,结果表明该方法可以提高主线车辆的运行速度,有效缓解交织区的严重冲突现象.     

基于自适应神经网络模糊推理系统的交叉口交通冲突数预测

自适应神经网络模糊系统在建立对象输入和输出关系时,与传统的数学方法不同,它是基于数据的建模。本文利用这一系统特性,建立平面交叉口交通冲突数与进入交叉口内的左转交通量、右转交通量、直行交通量和行人过街交通量之间模型,提出自适应神经网络模糊系统预测交叉口冲突数的方法,建立一种快速获取交通冲突数的预测方法,为交通冲突数的调查开辟了新的途径。     

基于可接受间隙理论的交通冲突判别方法研究

回顾了国内外关于交通冲突技术的研究现状,介绍已有的交通冲突判别方法,总结近年来国内外学者使用交通冲突判别方法的发展过程.以信号交叉口行人与右转车的交通冲突为研究对象,进行相应的数据采集,并利用SIMI软件提取两者的运动状态数据.选取减速度作为判别标准对两者的交通冲突进行判别,利用可接受间隙理论中的临界间隙法确定减速度判别冲突的临界值,最终对采集的数据进行冲突判别,并得到判别结果.     

基于Poisson过程的交通冲突预测模型研究

交通冲突预测是利用交通流运行特征,预测出可能发生交通冲突的次数,从而为道路交叉口等交通交汇处的交通安全评价提供一种较为可靠和可行的方法。影响车辆发生冲突的因素包括车辆在冲突点的暴露时间、车辆到达潜在冲突点的特性以及车辆间的车头时距等。在对交通冲突点的冲突过程分析的基础上,给出了交通冲突次数的定义,包括大于2辆车连续通过冲突点的交通状况.应用Poisson随机过程理论,建立潜在冲突点机动车间交通冲突次数的预测模型。预测结果的对比分析研究表明,基于随机过程的交通冲突预测模型的预测值与实际观测值最接近。