网联混行环境下隧道突发事件冲突消解策略研究

作     者：邱春香 

作者单位：吉林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王琳虹

授予年度：2024年

学科分类：03[法学] 081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0838[工学-公安技术] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0306[法学-公安学] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：隧道 混行环境 强制换道 换道博弈 冲突消解 

摘      要：在隧道环境下,交通事故不仅极易运发广泛的交通拥堵,亦有可能引发二次事故,导致严重的人员伤亡及财产损失。车联网及自动驾驶技术,通过克服驾驶人在视觉信息获取及反应时间方面的局限,能够显著提高隧道内的交通安全及通行效率。由于技术和经济水平的限制,预计在可预见的未来,网联自动驾驶车辆(CAV)与网联人工驾驶车辆(CMV)将在隧道内共存行驶。面对此类混合车流场景,本研究在城市三车道公路隧道的背景下,针对因紧急情况引起的强制车道变换行为,构建了一个包含强制性车道变换特征的车辆博弈换道模型,并基于该模型和交通波,提出冲突消解策略。 首先,本研究通过车联网收集车流量、平均车速以及预测的理想变道时间等数据,构建了一个成本函数来确定CAV的目标车道;采用安全间隙作为换道可行性的评估标准,并据此调整换道决策。接着,建立了一个换道模型,旨在分析CAV与其目标车道后车之间的交互博弈过程。模型区分了CAV与CMV间的不完全信息动态博弈以及CAV间的合作博弈,并引入了换道收益矩阵。该矩阵不仅考虑了换道过程中的效率性和安全性收益,还包括了为体现强制性换道行为特征而设置的换道成功奖励和目标车道后方车辆让行的协作激励。通过求解完美贝叶斯均衡和合作博弈解,最大化双方在强制换道策略中的利益。进一步地,本研究利用交通波动理论分析车流排队及消散过程;并基于博弈换道模型,采用实时交通监控与信息传递、事故区域临时分割、车辆调度与协同控制、事故现场快速处置等策略,旨在确保车辆安全换道的同时,最大化道路资源的利用,提高换道效率,减少对其他车辆的影响,从而提升隧道通行效率。 通过结合Python编程和SUMO仿真平台,本研究模拟了三车道公路隧道内的交通流动,验证了基于博弈换道模型的冲突消解策略的有效性。通过对平均最大排队长度、平均延误时间和车流速度等关键指标的统计分析,并利用SUMO的LC2013和SL2015模型作为参考,结果显示本研究提出的换道博弈模型在减少隧道交通冲突、提高通行效率方面具有显著优势,也进一步强调了CAV在增强交通安全和提升效率方面的潜力。