网联车与常规车混合路网行程时间可靠性研究

作     者：刘佳瑜 

作者单位：西南交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘海旭

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 082302[工学-交通信息工程及控制] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：路网 混合交通流 网联车 行程时间可靠性 动态交通分配 元胞传输模型 

摘      要：车联网环境是未来发展的必然趋势,将带来道路交通环境的巨大改变。但交通系统的智能化不是一蹴而就的,在发展过渡阶段,必然会出现网联车与常规车混合行驶的情况,对这一阶段进行管理和控制十分重要。在城市交通快速发展的今天,出行者对出行质量愈发重视,越来越关注行程时间的波动性。而不完全车联网环境可能带来出行者出行、路网交通运行的不确定性,从而影响行程时间。因此,本文立足于网联车与常规车混合的交通环境,分析混合路网的道路交通特性以及出行者的行程时间波动,进而开展混合路网行程时间可靠性研究。首先,对研究相关的理论知识进行了梳理和总结。介绍了用于刻画网联车与常规车微观特性的跟驰模型、用于混合路网建模和交通分配的元胞传输模型(Cell Transmission Model,CTM)以及用于模型验证的交通仿真平台SUMO。分析了行程时间可靠性影响因素,梳理了可靠性的定义和计算方法,从不同的定义角度,分类总结了几种常用的可靠性指标。其次,量化混合路网中不同类别车辆的交互作用对道路交通流的影响,得到不同网联车占比下的路段流量-密度关系图,进一步分析交通流宏观参数与网联车占比的关系。在此基础上,改进经典模型,建立考虑两类车辆混合的CTM模型以描述混合路网的流量传输规律。考虑出行者对路网认知的差异,建立并求解混合路网动态随机用户平衡模型,输出均衡时的车辆行程时间用于可靠性分析。随后,考虑随机因素的影响,提出了综合考虑概率指标和确定性指标(缓冲时间指数、延迟指数)的综合可靠性指标。分析路网均衡时的行程时间样本分布规律,通过分布拟合确定路径行程时间累积分布函数,计算综合指标进而求得路径行程时间可靠性。在此基础上,建立混合路网行程时间可靠性模型,以路径为单元,分别计算OD对、路网行程时间可靠性,提出了混合路网行程时间可靠性计算流程。最后,基于构建的混合路网动态交通分配模型及可靠性计算流程进行算例路网的行程时间可靠性分析。基于交通仿真平台SUMO设计混合路网仿真场景,经仿真验证,表明模型具有较高的准确性,误差在10%以内;提出的综合指标能较为全面、系统的评价行程时间可靠性。算例结果显示,路网行程时间可靠性受需求水平、道路结构以及出行者路径选择行为影响,提高网联车占比能增强可靠性,但占比增加与提升效果不呈正相关,网联车占比在30%～50%区段时改善效果最为明显;通过计算不同路网需求水平下的可靠性,发现当网联车占比从0提升至90%,低、中、高需求水平下路网的可靠性分别提升了13.45%、14.26%和16.60%,反映了网联车在交通拥堵状态下改善道路性能,提升运行效率的优越性。