智能网联环境下应急车辆快速通行策略研究

摘要

城市突发事故通常具有很大破坏性，应急车辆快速到达事故现场可有效防止事故灾害扩大，所以缩短应急车辆行程时间对于提高应急服务质量和减少事故灾害造成的损失至关重要。然而当下城市交通拥堵时常发生，导致应急车辆优先快速通行难以实现，如何提高应急车辆在城市道路中的通行效率从而缩短应急车辆行程时间成为当下亟需解决的问题。近年来智能交通系统和智能网联车辆技术的快速发展和应用，改变了传统交通管理模式，为缓解交通拥堵提供了一种全新解决途径。因此，本文对智能网联环境下应急车辆快速通行策略进行研究。　　本文研究内容如下：　　(1)针对应急车辆在城市路段尤其在拥挤路段上的通行空间不足问题，提出了采用协同换道的应急车辆快速通行策略。通过将协同换道过程看作最优控制问题，并采用变分法求解车辆最优控制输入，从而优化了车辆在协同换道过程中的燃油消耗和乘客不舒适度。对三个不同车辆流密度的交通场景进行仿真实验，实验结果验证了本文提出的采用协同换道的应急车辆快速通行策略的有效性。　　(2)为提高无信号交叉口的车辆通行能力，引入冲突点模型对无信号交叉口建模，并建立了交叉口车辆通行控制架构。基于以上模型和控制架构，提出了一种基于冲突点的协同通行控制算法(PCTCA)计算车辆通行交叉口时刻。PCTCA算法提高了交叉口内的冲突点占据率，从而增加了交叉口中单位时间内通过的车辆数。通过与另外两种成熟的交叉口车辆通行控制算法进行对比实验，证明了提出的PCTCA算法在提高交叉口通行能力上的优良性能。　　(3)针对应急车辆在无信号交叉口中的优先快速通行问题，在PCTCA算法基础上，提出了考虑应急车辆优先通行的协同控制算法(EVTCA)。在该协同算法中，通过向常规车辆通行时间序列中插入应急车辆无延误通行时刻，确保了交叉口内应急车辆的优先无延误通行，并二次规划了受应急车辆影响的常规车辆通行交叉口时刻，防止了车辆在交叉口内的碰撞。仿真实验结果表明了本文所提EVTCA算法可实现交叉口内应急车辆的优先无延误通过，并减少对常规车辆通行时间的影响。

目录

声明

第 1 章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 研究现状

1.2.1 应急车辆城市路段快速通行研究

1.2.2 应急车辆交叉口快速通行研究

1.3 论文主要工作及组织安排

1.3.1 主要工作

1.3.2 组织安排

第 2 章 智能网联环境下应急车辆通行策略分析

2.1 应急车辆优先通行分析

2.1.1 应急车辆通行特点介绍

2.1.2 应急车辆通行问题分析

2.2 智能网联交通系统概述

2.2.1 智能网联交通系统介绍

2.2.2 智能网联交通系统关键技术

2.3 应急车辆快速通行策略分析

2.4 本章小结

第 3 章 应急车辆城市路段快速通行策略研究

3.1 城市路段车辆通行问题描述

3.1.1 微观交通流模型和车辆模型构建

3.1.2 优化指标制定

3.2 应急车辆城市路段快速通行策略

3.2.1 协同换道

3.2.2 分析求解

3.2.3 多换道车辆协同换道

3.3 仿真验证

3.3.1 单换道车辆协同换道实验

3.3.2 多换道车辆协同换道实验

3.3.3 应急车辆通过 1km 长路段实验

3.4 本章小结

第 4 章 应急车辆交叉口快速通行策略研究

4.1 交叉口车辆通行问题描述

4.1.1 交叉口模型构建

4.1.2 车辆模型构建

4.1.3 控制架构制定

4.2 应急车辆交叉口快速通行策略

4.2.1 最小时间间隔约束

4.2.2 基于冲突点的协同通行控制算法

4.2.3 考虑应急车辆优先通行的协同控制算法

4.2.4 车辆最优控制输入

4.3 仿真验证

4.3.1 对标算法

4.3.2 PCTCA 算法有效性验证

4.3.3 EVTCA 算法有效性验证

4.4 本章小结

总结与展望

参考文献

附录 A 攻读硕士学位期间发表的学术论文

致 谢