高速公路车道分配与入口多匝道协同控制方法

为提升多车道高速公路主线合流区通行效率，由于主线合流区各车道交通特征差异，针对多条匝道相互合流再一同汇入主线的情况，分析了主线合流区流量均衡状态、各车道饱和状态和匝道流量对通行效率的影响，提出了多车道高速公路车道分配与入口多匝道协同控制模型，主要通过主线车道控制引导上游主线车辆提前选择合适车道行驶，同时采用入口多匝道控制协调匝道合流区各汇入匝道车辆的驶入，实现主线和匝道的通行效率最大化提升。仿真验证及工程应用结果表明：通过主线车道控制引导上游主线车辆尽量选择内侧车道行驶，尽管会增加内侧车道行驶车辆的车均延误，但明显降低了主线和匝道的整体车均延误，说明主线车道控制与入口多匝道控制相结合对合流区通行效率提升优势明显，且主线合流区各车道流量均衡有助于提升入口匝道汇入效率。     

高速公路改扩建分离式立交左入导改匝道控制方法

为解决两侧新建模式下高速公路枢纽互通改扩建期间形成的匝道左入导改点，存在的合流区车辆速度离散程度高、匝道车辆左入汇入主线风险隐患突出、S型切换车辆加速条件受限等问题，通过分析左入导改点车辆运行特征，提出了高速公路改扩建分离式立交左入导改匝道控制方法，包括入口匝道控制、速度引导、碰撞预警等主动交通控制策略，以确保在左入汇入合流区处匝道上车辆行驶速度与主线内侧车道上车辆接近，提升匝道左入汇入行车安全水平。甬台温高速公路改扩建工程(三门麻岙岭至临海青岭段)的吴岙枢纽互通实践效果表明，在枢纽互通改扩建期左入导改点实施主动交通控制，有利于保障行车秩序、降低合流区速度离散性、提升交通安全水平。     

高速公路改扩建分离式立交左入导改匝道控制方法

为解决两侧新建模式下高速公路枢纽互通改扩建期间形成的匝道左入导改点，存在的合流区车辆速度离散程度高、匝道车辆左入汇入主线风险隐患突出、S型切换车辆加速条件受限等问题，通过分析左入导改点车辆运行特征，提出了高速公路改扩建分离式立交左入导改匝道控制方法，包括入口匝道控制、速度引导、碰撞预警等主动交通控制策略，以确保在左入汇入合流区处匝道上车辆行驶速度与主线内侧车道上车辆接近，提升匝道左入汇入行车安全水平。甬台温高速公路改扩建工程(三门麻岙岭至临海青岭段)的吴岙枢纽互通实践效果表明，在枢纽互通改扩建期左入导改点实施主动交通控制，有利于保障行车秩序、降低合流区速度离散性、提升交通安全水平。     

高速公路改扩建分离式立交左入导改匝道控制方法

为解决两侧新建模式下高速公路枢纽互通改扩建期间形成的匝道左入导改点，存在的合流区车辆速度离散程度高、匝道车辆左入汇入主线风险隐患突出、S型切换车辆加速条件受限等问题，通过分析左入导改点车辆运行特征，提出了高速公路改扩建分离式立交左入导改匝道控制方法，包括入口匝道控制、速度引导、碰撞预警等主动交通控制策略，以确保在左入汇入合流区处匝道上车辆行驶速度与主线内侧车道上车辆接近，提升匝道左入汇入行车安全水平。甬台温高速公路改扩建工程(三门麻岙岭至临海青岭段)的吴岙枢纽互通实践效果表明，在枢纽互通改扩建期左入导改点实施主动交通控制，有利于保障行车秩序、降低合流区速度离散性、提升交通安全水平。     

高速公路改扩建分离式立交左入导改匝道控制方法

为解决两侧新建模式下高速公路枢纽互通改扩建期间形成的匝道左入导改点，存在的合流区车辆速度离散程度高、匝道车辆左入汇入主线风险隐患突出、S型切换车辆加速条件受限等问题，通过分析左入导改点车辆运行特征，提出了高速公路改扩建分离式立交左入导改匝道控制方法，包括入口匝道控制、速度引导、碰撞预警等主动交通控制策略，以确保在左入汇入合流区处匝道上车辆行驶速度与主线内侧车道上车辆接近，提升匝道左入汇入行车安全水平。甬台温高速公路改扩建工程(三门麻岙岭至临海青岭段)的吴岙枢纽互通实践效果表明，在枢纽互通改扩建期左入导改点实施主动交通控制，有利于保障行车秩序、降低合流区速度离散性、提升交通安全水平。     

高速公路主线提前换道与入口匝道协同控制研究

为提高多车道高速公路合流区采用入口匝道控制的管控效果，针对多车道高速公路不同车道之间的交通特性，通过调整合流区路面标线施划方式，提出了多车道高速公路主线提前换道与入口匝道协同控制策略。利用主线提前分散换道诱导更多主线车辆选择内侧车道行驶，以降低主线上游驶入合流区选择外侧两车道的比例，而入口匝道控制根据主线外侧两车道流量动态调整匝道车辆汇入主线的时机和数量，以达到合流区整体运行效率最优，提升合流区通行能力。案例分析发现，在入口匝道流量为600 pcu/h时，若主线上游流量分别为3 600、4 800和5 400 pcu/h,诱导150 pcu/h主线车辆提前换道可以分别降低整体车均延误4.41%、7.57%和50.55%,诱导300 pcu/h主线车辆提前换道可以分别降低整体车均延误5.94%、10.39%和61.03%,验证了协同控制策略的有效性。     

高速公路加速车道上车辆的汇入模型

为了揭示高速公路合流区加速车道上车辆的运行规律，利用摄像机等观测仪器对中国许多省市高速公路合流区匝道车辆的汇入特征数据进行了大量调查。在对大量调查数据进行分析处理的基础上运用微分法建立了匝道车辆的汇入模型和行驶距离模型。该模型不但解释了调查结果，而且对高速公路规划设计、控制管理等工程实践有重要的指导意义。     

快速路入口匝道车辆汇入决策模型研究

快速路合流区交通行为复杂,车辆行驶轨迹不固定,导致车辆行为难以预测.为了深入研究入口匝道车辆汇入决策发生条件,在不做任何理想化假设的情况下,对平峰、高峰期间快速路合流区汇入车辆行驶数据进行全区域采集.通过统计合流区车辆汇入间隙频率分布来分析汇入行为发生条件.发现高峰与平峰汇入间隙差别明显,初步判断外侧车道高峰临界间隙约为3s,平峰临界间隙约为2s.在此基础上,梳理高峰期间数据,筛选出对车辆汇入决策影响较重要的变量,建立高峰匝道车辆汇入决策Fisher判别[1]模型.最后,对所建立模型进行交叉验证,发现模型准确率可达87％.     

基于视频识别的互通合流区交通冲突空间分布

为深入研究高速公路互通合流区交通冲突空间分布特征,克服传统数据采集的条件限制,弥补断面数据采集的缺点,利用无人机视频采集高精度、区域连续的多车辆轨迹数据,并运用OpenCV视频自动分析系统和Matlab扩展工具,依据帧间差分法和时空上下文视觉跟踪算法原理,进行车辆识别与跟踪,记录采集范围内车辆每一帧的微观车辆运动数据。运用交通冲突识别指标TDTC(Time Difference to Collision)同时识别同车道和异车道冲突,将交通冲突分为严重冲突、中度冲突和一般冲突,并使用累计频率法确定严重冲突与中度冲突的阈值为3.1 s,中度冲突与一般冲突的阈值为7.8 s。依据地面坐标绘制直观的交通冲突空间分布图,并进行了量化统计分析。发现在靠近互通合流区匝道出口处及合流区末端是交通冲突比较集中且交通冲突比较严重的区段;整个互通合流区的严重冲突率呈现先增后减再增加的趋势;主线交通量比匝道交通量对交通冲突率空间分布的影响大,匝道大车比例比主线大车比例对交通冲突率空间分布的影响大。     

高速公路互通式立交入口管理策略研究

高速公路互通式立交入口区是影响立交整体运行的关键点段,为了减轻入口合流区的拥挤、提高高速公路互通式立交的整体效率、提高车辆行驶的安全性,在交通需求增大到一定程度时,要采用一些交通管理控制措施。根据互通式立交匝道入口区域的特点,本文对高速公路网可靠性作用较大的互通立交匝道和主线的管理控制策略进行了研究。分析了入口合流区的几何和交通特性,对匝道和主线分别提出了不同管理控制策略,即:高速公路匝道入口控制策略和主线车道运行约束策略。     

匝道合流交通场景下自动驾驶汽车安全性测试评价方法

矿用无人运输车辆作业环境恶劣,存在大曲率弯道、坡道等非结构化道路明显特征,对无人化运输控制要求高。为改善PID等传统控制算法适应性问题,提高无人驾驶轨迹跟踪的车辆横纵向控制精度,提出一种纯跟踪与PID结合的多点预瞄横向控制、考虑模糊控制表参数拟合的纵向控制方法,减少控制参数的同时提高算法效果。根据传统控制算法设计基础控制器,结合基础算法优势进行横向与纵向控制算法设计,通过硬件在环仿真和实车测试验证算法的性能。试验结果表明,横向控制算法与斯坦利算法相比,车辆路径跟踪精度有明显改善,纵向控制方面,速度跟随误差<1 km/h,保证了车辆驾驶时的平稳性与舒适性。     

Collaborative merging strategy for freeway ramp operations in a connected and autonomous vehicles environment

In a connected vehicle environment, vehicles are able to communicate and exchange detailed information such as speed, acceleration, and position in real time. Such information exchange is important for improving traffic safety and mobility. This allows vehicles to collaborate with each other, which can significantly improve traffic operations particularly at intersections and freeway ramps. To assess the potential safety and mobility benefits of collaborative driving enabled by connected vehicle technologies, this study developed an optimization-based ramp control strategy and a simulation evaluation platform using VISSIM, MATLAB, and the Car2X module in VISSIM. The ramp control strategy is formulated as a constrained nonlinear optimization problem and solved by the MATLAB optimization toolbox. The optimization model provides individual vehicles with step-by-step control instructions in the ramp merging area. In addition to the optimization-based ramp control strategy, an empirical gradual speed limit control strategy is also formulated. These strategies are evaluated using the developed simulation platform in terms of average speed, average delay time, and throughput and are compared with a benchmark case with no control. The study results indicate that the proposed optimal control strategy can effectively coordinate merging vehicles at freeway on-ramps and substantially improve safety and mobility, especially when the freeway traffic is not oversaturated. The ramp control strategy can be further extended to improve traffic operations at bottlenecks caused by incidents, which cause approximately 25% of traffic congestion in the United States.     

人机混驾环境下无信号交叉口自动驾驶汽车左转运动规划研究

为了使自动驾驶汽车在人机混驾环境下能安全、高效地左转通过无信号交叉口，在借鉴人类驾驶人左转时会对周围车辆驾驶意图进行提前预判的基础上，提出了一种基于周围车辆驾驶意图预测的自动驾驶汽车左转运动规划模型。首先将无信号交叉口处周围车辆的驾驶意图分为左转、右转、直行3种类型，利用相关向量机预测周围车辆驾驶意图，以概率形式输出意图预测结果并实时更新，进一步界定自动驾驶汽车与周围车辆的潜在冲突区域并判断是否存在时空冲突；接着，在充分考虑他车速度、航向及车辆到达冲突区域边界距离的基础上建立基于部分可观测马尔可夫决策过程的自动驾驶汽车左转运动规划模型，生成一系列期望加速度；最后，基于Prescan-Simulink联合仿真平台搭建无信号交叉口仿真场景，对所提左转运动规划方法进行仿真验证，将基于博弈论的运动规划方法、基于人工势场理论的运动规划方法与所提出的方法进行比较，并选取行进比例达到1所用的时间和碰撞次数作为评价指标。研究结果表明：基于相关向量机的驾驶意图预测方法可在自动驾驶汽车到达交叉口之前准确预测出他车驾驶意图；基于部分可观测马尔可夫决策过程的左转运动规划方法能够通过速度调整策略实现人机混驾环境下自动驾驶汽车与周围车辆在无信号交叉口处的交互；不同算法对比效果表明，所提左转运动规划方法在自动驾驶汽车与不同数量周围车辆交互的仿真场景下均可有效避免碰撞事故发生并提高自动驾驶汽车左转通过无信号交叉口的效率。     

Gap metering for active traffic control at freeway merging sections

Freeway merging sections are critical segments that can recurrently activate peak-hour traffic congestion. This article proposes a novel vehicular gap control method as a new Active Traffic Management (ATM) strategy to be added to the existing Intelligent Transportation System (ITS) toolboxes for freeway merge control. The proposed strategy, “Gap Metering,” can be considered a non-stopping mainline version of ramp metering. It utilizes signals advising mainline through vehicles to yield sufficient gaps for merging vehicles. Detailed system design and control methods are proposed and implemented in VISSIM (please spell out the abbreviation of VISSIM for this first instance), a microsimulation software package. Different driver behavior sets with different standstill headway values are created to allow switching between gap-metered vehicles and regular vehicles. We evaluate the proposed system through two VISSIM models built and calibrated, respectively, for both the I-894 corridor in Milwaukee, WI, and the Riverside Drive segment on I-35 northbound in Austin, TX. Both corridors experience severe morning peak-hour congestion. We use the I-894 corridor for testing the system design parameters and use the I-35 corridor to conduct a comparison with the ramp metering strategies. The I-894 results indicate an average of 10–20% network delay reduction among all scenarios. We then tested the scenario on the I-35 corridor and compared with the ALINEAR ramp metering. Gap metering strategies alone or combined with ramp metering can, respectively, reduce 17% and 27% more total delay than ramp metering only control at 20% compliance rate.     

基于交通安全的高速公路出口区域限速确定方法研究

高速公路出口区域分流车辆常因不能充分减速高速驶入匝道，而引发追尾事故。文中应用微观仿真软件Vissim模拟沪蓉高速公路宜昌至恩施方向野山关出口处交通流状况，提出了一种改善出口处行车安全的分段限速方式，并对几种限速措施的效果进行了评价。     

单车场景下城市交叉口的智能驾驶车辆左转决策研究

在复杂动态的城市道路环境中,不同的交通参与者之间会不可避免地产生时间或空间上的冲突.针对该问题,对智能驾驶车辆在城市交叉口左转时潜在的冲突行为进行分析并建立决策模型.考虑了车辆运动模式并基于高斯过程回归模型(GPR)建立了直行车辆长时轨迹预测模型,结合轨迹预测提出了基于冲突消解的智能驾驶车辆决策流程(模型)和考虑多因素...     

城市快速路入口匝道速度控制研究

针对现有城市快速路入口匝道控制方法中驶入匝道的车辆需停车后才能汇入主线的典型问题,提出了对城市快速路入口匝道进行速度控制的方法。以速度为控制参量,在传统的需求-容量控制的基础上,提出了匝道汇入速度控制方法,使匝道上的车辆能够不停车地汇入主线;根据快速路主线上下游的通行能力以及运行特征,得到匝道汇入率,再由交通流基本流密速关系,确定匝道上车辆的控制速度。以上海市典型匝道———内环内侧武宁路上匝道为例,借助Vissim仿真软件,建立微观仿真模型,对该入口匝道进行速度控制的仿真评价。结果表明,与定时控制和无控制相比,对入口匝道进行速度控制可以减少路网平均延误和匝道平均延误,提高主线下游平均车速;减少匝道车辆平均停车次数。该类方法特别适合于上坡汇入高架快速路的匝道控制。     

快速路出口匝道衔接道路控制仿真研究

针对快速路出口匝道区域拥挤问题,建立了出口匝道衔接道路（即辅路）控制仿真模型,并通过Vissim验证,对比分析出口匝道衔接道路（辅路）在不控制、让行控制、定时控制和自适应信号控制下交通流的运行特性以及控制效果。通过对仿真结果的分析研究发现：在辅路让行出口匝道车辆优先驶出时,控制效果最佳;当让行控制失效影响出口匝道车辆驶出时,辅路控制是必要的;自适应信号控制能够取得最好的控制效果,总延误约可减少42％,特别是对主线交通状态的改善更可达46％以上。     

掉头车道设置在交叉口最右侧车道的应用—以黄山路-新大路交叉口为例

为了降低掉头车辆与其他车辆之间的冲突,保证交叉口整体通行能力和服务水平,在对常用掉头模式分析的基础上,提出将掉头车道与右转车道合并设置在最右侧的方法,并结合现场实际情况及交通运行特征,以黄山路-新大路交叉口作为案例进行应用分析。结果显示,掉头车道最右侧设置可以降低掉头车辆与其他车辆之间的冲突,在保证右转车辆正常通行的前提下,提高了掉头车辆的通行效率,对于保证道路通行畅通、行车安全有序起到了重要的推动作用。     

信号交叉口行车风险场建立及车辆通行行为优化

随着汽车逐步向智能化、网联化发展,智能网联车辆逐步进入实际应用阶段。进行智能网联车辆的通行行为优化,对提升驾驶安全性和行车效率,避免事故发生和交通拥堵至关重要。车辆在通过交叉口时将受到很多环境及运动因素的影响,而现有的通行优化模型难以准确表达各类因素共同作用下的行驶环境。为此,基于风险场理论建立由环境场和运动场组成的信号交叉口行车风险场,表征信号交叉口中每点的实时行车风险程度,从而引导车辆驶向风险值低点,并提供下一步长的位移及速度指引,实现车辆的动态轨迹优化及速度控制。典型场景下的仿真结果表明：在优化模型的控制下单车的信号交叉口通行效率明显提升,其中直行方向车辆单车平均通行效率提升最高,平均提升6.35%,通过对交叉口面积内所有车辆进行通行行为优化,交叉口通行效率提升了9.3%,这表明所建模型可以准确表达交叉口行车环境并优化车辆通行行为。研究结论可应用于自动驾驶车辆的交叉口通行控制,并为网联环境下的行车环境表达和安全驾驶控制提供模型基础。