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考虑车车与车路通讯并存的路侧单元优化布设方法

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中国公路学报 2022年第10期35卷 226-243页

作者：龚思远赵璐武亚龙孙康赵祥模徐志刚长安大学信息工程学院陕西西安710064

路侧单元(Road Side Unit,RSU)作为车路协同系统(Cooperative Vehicle Infrastructure System,CVIS)中路侧感知控制网与网联化车辆自组网的重要节点,其布设方案对车路交互效能、系统建设成本与协同服务水平均产生较大影响。现有RSU优化... 详细信息

路侧单元(Road Side Unit,RSU)作为车路协同系统(Cooperative Vehicle Infrastructure System,CVIS)中路侧感知控制网与网联化车辆自组网的重要节点,其布设方案对车路交互效能、系统建设成本与协同服务水平均产生较大影响。现有RSU优化布设研究主要基于车路(Vehicle to Infrastructure,V2I)通讯,忽视了车车(Vehicle to Vehicle,V2V)通讯的转发和中继作用,也缺乏对RSU设备及线网布设成本的相关考量。针对上述问题,面向V2V和V2I通讯并存环境,考虑信息覆盖正向收益与设备/线网布设负向收益,构建面向综合收益最优的RSU布设方案优化模型。首先结合信息流-交通流耦合模型获取传播时间矩阵,提出权重约束可达性算法,构建布设方案与信息覆盖正向收益之间的关系方程。然后针对动态最优布设方案条件下的最优线网布设问题,提出改进的最小生成树模型,并以此设计综合收益最优的RSU优化布设模型。最后,基于井字形算例路网,进行模型验证和关键系数敏感性分析;并基于Sioux Falls路网,将所提出的模型与现有未考虑信息流-交通流耦合特性的RSU优化布设模型进行对比。研究结果表明:所构建的布设方法可较好地反映实际信息流传播状态,覆盖率误差在5%以内;RSU最优布设方案与交通流运行状态密切相关,交叉口及路段中节点均有成为最优节点的可能;RSU布设方案将受线网/设备布设成本和信息生命周期的直接影响;对比现有模型,在Sioux Falls路网和所给定参数的条件下,所提方法在信息覆盖率和布设后的综合收益方面相较现有方法均提升了30%以上。

关键词：交通工程优化布设交通流信息流耦合传播路侧单元车路协同系统最小生成树

高速公路行车风险路侧感知系统的设备优化布设

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浙江大学学报（工学版） 2023年第6期57卷 1137-1146页

作者：李立平振东徐志刚汪贵平长安大学电子与控制工程学院陕西西安710064 山东省交通规划设计院集团有限公司山东济南250101 长安大学信息工程学院陕西西安710064

采用最大信息系数相关性检验遴选行车风险度量指标,提出基于信息熵理论的行车风险多指标度量与融合方法;构建以获取行车风险熵最大为目标,考虑系统建设成本、设备检测范围的路侧感知设备布设优化模型.基于多车道高速公路车辆行驶轨迹,... 详细信息

采用最大信息系数相关性检验遴选行车风险度量指标,提出基于信息熵理论的行车风险多指标度量与融合方法;构建以获取行车风险熵最大为目标,考虑系统建设成本、设备检测范围的路侧感知设备布设优化模型.基于多车道高速公路车辆行驶轨迹,通过算例获得在不同预算约束条件下的最优路侧设备布设方案,分析设备选型、传统的等间距设备布设方法、原始数据噪声等因素对路侧感知系统获取道路行车风险能力的影响.结果表明,路侧感知系统建设经费增加与系统行车风险获取能力提升呈现边际效用递减规律,相较于设备数量过多或过少的情况,设置数量适中的路侧感知设备费效比更高,优化后的设备布设方案的费效比比等间距布设方案的费效比高,原始数据测量误差不超过10%不会影响设备优化布设方案的计算结果.

关键词：高速公路行车风险路侧感知设备优化布设信息熵

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智慧高速多元交通感知设备优化布设方法研究

智慧高速多元交通感知设备优化布设方法研究

作者：李勇勇长安大学

学位级别：硕士

近年来,随着国内人均汽车保有量的迅速增加,高速公路交通安全和拥堵等问题日益凸显。智慧高速是解决以上问题的有效途径,其通过多元感知和现代通信技术对高速公路的交通流参数和异常事件进行实时、精准的感知,并将大数据运算后的决策反... 详细信息

近年来,随着国内人均汽车保有量的迅速增加,高速公路交通安全和拥堵等问题日益凸显。智慧高速是解决以上问题的有效途径,其通过多元感知和现代通信技术对高速公路的交通流参数和异常事件进行实时、精准的感知,并将大数据运算后的决策反馈给高速行驶的车辆,有效的降低了事故发生概率并提升了交通效率。然而,如何将多元感知设备合理地布设在高速公路上,在满足相应感知性能指标的同时,又能服从布设成本的约束,仍是一个亟待解决的关键问题。为此,本文提出了基于DBSCAN聚类的高速公路路段划分方法和基于遗传算法的路侧设备优化布设方法,并构建了智慧高速感知设备布设仿真平台,利用杭甬高速G92(杭绍段)和沪昆高速的一段(下文合称为G92高速)历史交通数据为研究对象,对本文提出的方法进行了验证。现将本文主要的研究内容阐述如下:首先,本文面向行程时间估计、事件检测、交通状态预测和交通感知设备组合布设4个方面,对感知设备的布设研究进行了归纳和总结。并对常见的多种路侧感知设备类型和性能参数进行了充分调研。在此基础上,本文提出了一种基于DBSCAN有序聚类模型的路段划分方法,它采用路段里程和速度或车流量作为聚类指标,将所有路段单元的样本量作为输入,然后设定初始值扫描半径和最小包含点数,随机选取一个未被访问的样本进行簇划分,进而遍历所有样本,按照速度或流量的相似性划分为不同的簇。而路段里程保证了被划分为一类的样本是相邻和有序的。从而,将交通流参数特征相似的高速公路划分为不同路段,为后续在相应路段进行优化布设做好准备。此外,本文在研究了单目标优化布设模型的基础上,提出了考虑路段行程时间和布设成本的多目标优化模型。在求解该模型时,通过加权求和法将多目标函数转化为单目标函数,然后将转化后的新目标函数作为优化目标,利用遗传算法进行迭代求解,得到最优的目标函数值。为了从理论上验证所提出方法的可行性和准确性,我们构建了3公里的仿真测试道路,通过在每公里路段设计不同的交通事件模拟出具有不同交通流特征的仿真数据。并利用此数据对本文提出的方法进行验证。经过大量实验可知,随着感知设备布设数量的增加,行程时间估计误差下降到较低水平之后就不会继续下降,而是处于一个来回波动的状态。本文提出的多目标优化模型选择了路段行程时间估计误差趋于理想值时,设备成本最低的布设方案。通过该方案,感知设备获得的行程时间与真值的误差仅为0.0255s。最后,我们将交通流仿真器SUMO和网络仿真器OMNe T++进行双向耦合,构建智慧高速感知设备优化布设仿真平台。以G92高速历史交通数据为研究对象,将本文提出的优化布设方法应用于实际案例。首先利用DBSCAN有序聚类方法,将该78.075公里的高速公路划分为了8个路段。参考行业内认可的高速交通状态路侧感知设备体系建设指南,将划分后的路段分为了不同的感知性能等级。在每一级路段中,同时考虑路段行程时间估计误差和布设成本,构建了多目标优化模型,并通过遗传算法进行求解。结果表明,L3级路段由于采用了全向雷达和视频检测器相融合的全覆盖布设方案,因此感知系统所获得的行程时间与真实值非常相近;本文提出的优化布设方法应用于L1和L2级路段。L2级路段采用了雷视一体机作为感知设备进行优化布设,其检测精度能够达到98.5%;而L1级路段选择了视频检测器进行优化布设,检测精度可以达到84.2%;原因在于,视频检测器检测范围较小、感知精度较低,若全线布设则成本非常巨大。本文方法在综合考虑了检测精度与设备成本之后,对检测精度做了一定程度的妥协。但从总体来看,各个路段的行程时间估计精度都能达到较高水平,验证了本文所提方法的有效性。

关键词：智慧高速优化布设有序聚类模型遗传算法行程时间多元感知

车路协同环境下考虑车车通讯的路侧单元优化布设方法研究

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车路协同环境下考虑车车通讯的路侧单元优化布设方法研究

作者：赵璐长安大学

学位级别：硕士

车路协同系统(Cooperative Vehicle Infrastructure System,CVIS)是提高现有道路交通运行安全、通行效率与用户体验的重要手段,是辅助智能网联/自动驾驶车辆安全运行的有效载体。路侧单元(Road Side Unit,RSU)作为车路协同系统中路侧感... 详细信息

车路协同系统(Cooperative Vehicle Infrastructure System,CVIS)是提高现有道路交通运行安全、通行效率与用户体验的重要手段,是辅助智能网联/自动驾驶车辆安全运行的有效载体。路侧单元(Road Side Unit,RSU)作为车路协同系统中路侧感知控制网与网联化车辆自组网的重要节点,其布设方案对车路交互效能、系统建设成本与协同服务水平产生较大影响,故吸引了业界的广泛关注。现有RSU优化布设研究主要基于车路(Vehicle to Infrastructure,V2I)通讯并考虑覆盖范围最优,忽视了车车(Vehicle to Vehicle,V2V)通讯的转发和中继作用,也缺乏对RSU设备及线网布设成本的相关考量。针对上述问题,论文基于车路协同环境下的V2V和V2I通讯,考虑信息覆盖正向收益与设备/线网布设负向收益,构建面向综合收益最优的RSU布设方案优化模型。论文工作如下:(1)针对V2V通讯和V2I通讯并存的车路协同环境下,V2V通讯在路侧感知控制和网联车辆自组网中表现出的转发和中继作用对路侧单元布设优化的影响,论文综合考虑RSU信息覆盖正向收益、设备安装成本和线网布设成本负向收益,结合V2V通讯和V2I通讯对RSU优化布设方法做详细分析,明确路网与候选布设节点等关键定义和重要假设,从而确定布设方案与综合收益之间的关系。(2)面向考虑综合收益最优的路侧单元优化布设需求,提出了基于V2V/V2I通讯环境的RSU优化布设模型。首先基于现有信息流-交通流耦合模型,构建各相邻节点间的信息传播时间矩阵;然后,在给定信息生命周期下,根据上述时间矩阵建立权重约束可达性(Weight Constraint Reachability,WCR)算法,用来明确动态RSU布设方案与信息覆盖车辆数之间的关系,并建立信息覆盖正向收益方程。最后,针对动态最优布设方案条件下的最优线网布设问题,论文提出了改进最小生成树模型,并以此为基础设计综合收益最优的RSU优化布设模型。(3)针对非线性约束对拟构建的RSU优化布设模型求解算法所造成的高计算时间和复杂度问题,提出了布设优化模型非线性约束线性化方法,并设计优化求解算法对布设问题进行求解。首先,将模型中的非线性变量根据实际物理意义对其线性化,使其优化模型转化为线性化模型;然后,设计基于GAMS的中小规模路网路侧单元布设优化求解算法,同时对本文构建的模型进行初步求解;最后,基于较大规模的路网设计基于遗传算法的路侧单元优化布设模型求解算法,并基于GAMS理论最优值验证该算法的求解效率与正确性,便于后续实际大型网络的求解。(4)基于VISSIM仿真软件生成的简易井字型算例路网和现有的Sioux Falls复杂路网,对所提出的路侧单元优化布设模型进行了正确性和有效性的验证。首先,基于简易井字型路网,采用基于GAMS的中小规模路网路侧单元布设优化求解算法,进行了模型验证和关键系数敏感性分析;其次,基于Sioux Falls路网,采用基于遗传算法的优化求解算法,将本文提出的模型与现有未考虑信息流-交通流耦合特性的RSU优化布设模型对比,验证模型的有效性。实验结果表明,论文提出的布设方案可较好的反映实际信息流传播状态,覆盖率误差在5%以内;RSU最优布设方案与交通流运行状态密切相关,交叉口及路段中节点均有成为最优节点的可能;RSU布设方案将受线网/设备布设成本和信息生命周期的直接影响。对比现有模型,在Sioux Falls路网和给定参数的条件下,本模型在信息流覆盖率和布设后的综合收益方面均提升了30%以上。综上,论文针对V2V/V2I通讯并存的车路协同系统的实际工程问题中需要着重考虑的系统效能/收益与布设方案之间的关系,构建了RSU优化布设模型。所提出的模型可为未来车路协同和智慧公路项目的实际建设中RSU的实际布设问题提供一定的理论指导和技术支撑。

关键词：车路协同系统路侧单元优化布设信息流传播最小生成树

GPS/伪卫星相对定位中伪卫星优化布设模型研究

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中国矿业大学学报 2012年第1期41卷 120-126页

作者：刘超高井祥于子晏王坚中国矿业大学国土环境与灾害监测国家测绘局重点实验室江苏徐州221008 中国矿业大学环境与测绘学院江苏徐州221116

分别阐述了GPS绝对定位精度因子(PDOP,HDOP,VDOP)与相对定位精度因子(PRDOP,HRDOP,VRDOP)的相关理论,并进行了相应的公式推导,系统比较了两种定位因子的异同点,说明了采用相对定位因子作为相对定位中伪卫星布设依据的必要性;在此基础上... 详细信息

分别阐述了GPS绝对定位精度因子(PDOP,HDOP,VDOP)与相对定位精度因子(PRDOP,HRDOP,VRDOP)的相关理论,并进行了相应的公式推导,系统比较了两种定位因子的异同点,说明了采用相对定位因子作为相对定位中伪卫星布设依据的必要性;在此基础上,建立了以高度角、方位角和观测时间为自变量,双差相对精度因子为因变量的四维模型,论述了运用该模型进行伪卫星优化布设的具体步骤.并分别以PDOP和PRDOP为例,通过实测数据对模型进行测试和分析.结果表明:PDOP与PRDOP具有相似的变化趋势,但其局部不一致;建立的四维模型为PRDOP的变化趋势进行了全时空显示,为高效的伪卫星选址工作提供了可靠的依据,实现了伪卫星的最优化布设.

关键词： GPS/伪卫星组合技术绝对定位精度因子相对定位精度因子优化布设

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基于路段流量相关性的检测器优化布设

华南理工大学学报（自然科学版） 2011年第3期39卷 107-113页

作者：王殿海徐程祁宏生金盛吉林大学交通学院吉林长春130022 浙江大学建筑工程学院浙江杭州310058

根据路网中路段间流量的相关性,提出了一种路网交通检测器优化布设方法.通过路径-路段发生矩阵得到关键路段数量,并分析了网络规模、网络连通性、OD对数量及路径数量对关键路段数的影响;综合考虑路径覆盖率、道路等级、道路长度以及配... 详细信息

根据路网中路段间流量的相关性,提出了一种路网交通检测器优化布设方法.通过路径-路段发生矩阵得到关键路段数量,并分析了网络规模、网络连通性、OD对数量及路径数量对关键路段数的影响;综合考虑路径覆盖率、道路等级、道路长度以及配套设施等因素,建立了最优关键路段组选择的多目标优化模型;提出了通过线性组合由关键路段流量推算其他路段流量的方法.在典型Nguyen-Dupuis网络上的验证表明,该方法具有较强的实用价值.

关键词：检测器优化布设流量相关性关键路段多目标优化

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智慧高速路侧感知设备优化布设方法研究

电子设计工程 2023年第16期31卷 11-15,20页

作者：邱兴友徐志航田彬温金川梁丽娟杜世贝浙江杭绍甬高速公路有限公司浙江杭州311241 长安大学信息工程学院陕西西安710064

为了研究智慧高速路侧设备优化布设问题、合理布设方案,在SUMO和OMNET++双向耦合仿真平台中模拟出高速公路基本路段场景以及发生异常事件的高速公路场景,采用根据交通流参数变化来判定事件是否发生的事件间接检测算法以及路侧检测设备... 详细信息

为了研究智慧高速路侧设备优化布设问题、合理布设方案,在SUMO和OMNET++双向耦合仿真平台中模拟出高速公路基本路段场景以及发生异常事件的高速公路场景,采用根据交通流参数变化来判定事件是否发生的事件间接检测算法以及路侧检测设备检测范围内直接感知异常事件相结合的方法,来研究考虑检测范围视频检测器布设方案对异常事件的检测效益,并综合考虑布设成本,通过仿真实验得到考虑检测范围视频检测器布设方案的合理布设间距为300 m。

关键词：路侧设备优化布设事件检测仿真测试

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拱桥健康监测系统传感器优化布设研究与应用

工程技术研究 2022年第10期7卷 120-122页

作者：钱俊扬州万福投资发展有限责任公司江苏扬州225000

拱桥是常见的桥型之一,健康监测是了解和掌握桥梁运营期状态的重要手段。文章首先调研分析了影响拱桥运营期安全的风险源;接着介绍了健康监测系统的各组成部分、监测布点确定的原则和方法;最后根据万福快速路京杭大运河大桥结构特点和... 详细信息

拱桥是常见的桥型之一,健康监测是了解和掌握桥梁运营期状态的重要手段。文章首先调研分析了影响拱桥运营期安全的风险源;接着介绍了健康监测系统的各组成部分、监测布点确定的原则和方法;最后根据万福快速路京杭大运河大桥结构特点和相关规范要求,确定了健康监测系统的布点位置与数量,为后续同类桥梁健康监测方案的设计提供参考。

关键词：拱桥健康监测优化布设 MAC法

首都圈地区跨断层流动形变监测场地优化布设探讨

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大地测量与地球动力学 2013年第A1期33卷 1-4,15页

作者：陆明勇牛安福黄宝森刘天海马牧军寇建新于海生李宁张金城中国地震应急搜救中心北京100049 中国地震台网中心北京100045

依据跨断层流动形变测量规范,兼顾监测场地的可控性和均匀性、监测服务目的以及活动断裂的地震易发性等,探讨了首都圈地区跨断层流动形变监测场地的优化布设。

关键词：首都圈地区跨断层流动形变监测场地映震效能断层活动优化布设