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面向混合车流的匝道合并虚拟编队控制

面向混合车流的匝道合并虚拟编队控制

作者：郭毅佳大连理工大学

学位级别：硕士

高速匝道区域由于车道数减少,且匝道车辆需要换道汇入主路,导致合并区域易发停走波及拥塞现象,是影响道路通行能力的瓶颈区域。智能交通系统的出现,为该问题提供了新的解决方案,其方案的核心便是对智能网联汽车进行有效调度规划。在智... 详细信息

高速匝道区域由于车道数减少,且匝道车辆需要换道汇入主路,导致合并区域易发停走波及拥塞现象,是影响道路通行能力的瓶颈区域。智能交通系统的出现,为该问题提供了新的解决方案,其方案的核心便是对智能网联汽车进行有效调度规划。在智能交通系统中,智能网联汽车凭借着强大的探测感知及网联交互能力,能够与交通参与者进行高效协同,实现对车流的有效调节。但是智能网联汽车的发展将是曲折且漫长的,其中自主式驾驶辅助车辆与更高等级的网联式驾驶辅助车辆将是重要的发展阶段,两种车辆也将长期共存。因此,本文以上述混合车流为研究对象,对匝道合并相关问题进行了如下研究:(1)对混合车流的特性进行了研究。本文分析了自主式驾驶辅助车辆与网联式驾驶辅助车辆的微观跟车模型,以此为基础对两者宏观稳定状态及纵向稳定性方面进行了理论研究,并通过仿真实验说明了两种车辆稳定性的差异。(2)对匝道合并场景进行构建。本文首先将匝道区域划分为预合并区、速度调整区及汇入区,并应用了基于事件触发的优化机制。其后,本文基于车路协同体系提出了一种面向混合车流的匝道合并系统,包含云计算层、边缘计算层、路层及车层,以实现对混合车流的探测及调度。(3)基于上述的匝道合并系统,本文应用了虚拟编队合并控制方法,具体步骤包含:I.预合并区将通行时间分配问题建模为MILP问题,为车辆分配通行次序。II.速度调整区通过哈密顿函数,实时分配车辆速度,以实现预设的通行次序。III.汇入区通过虚拟编队方法保持车辆通行顺序,并减少匝道车辆由于换道引发的车流扰动。最后,本文设计了C-HDV模块,以拓展上述方法到混合车流场景,并通过CAV引导HDV的方式完成混合车流的匝道合并。(4)本文利用交通仿真控制器SUMO等相关软件对混合车流的匝道合并场景进行构建,并通过全CAV场景及混合车流场景对基于虚拟编队的合并方法进行验证。仿真结果验证了该方法可有效降低车辆的通行延迟,提高道路吞吐量,并可以对混合车流进行有效调控。

关键词：混合车流匝道合并虚拟编队

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大型广场文艺表演虚拟编队系统的设计与实现

大型广场文艺表演虚拟编队系统的设计与实现

作者：郭妍哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

大型广场文艺表演是通过表演人员的的表演，并配以优美动听的音乐、造型独特的服装、五彩缤纷的灯光等。这些装饰艺术与精美绝伦的队形相结合，从而产生一系列的队形变化。这些元素的叠加形成了整场广场文艺表演的演出效果。本文主要针... 详细信息

大型广场文艺表演是通过表演人员的的表演，并配以优美动听的音乐、造型独特的服装、五彩缤纷的灯光等。这些装饰艺术与精美绝伦的队形相结合，从而产生一系列的队形变化。这些元素的叠加形成了整场广场文艺表演的演出效果。本文主要针对提高编排阶段的工作效率，最大限度的减少人力物力的浪费，改进编导团队的工作方式，构建了大型广场文艺表演智能编队系统。其设计目的是能够辅助导演完成即兴创意、自动生成点位的智能编队系统。智能编队系统是以计算机仿真和虚拟现实技术为基础，并应用到大型广场文艺表演中。大型广场文艺表演人数在七千到九千人不等，如果遇到复杂表演的则需要上万人。由于人数较多，在计算机仿真技术没有兴起时，传统的编排方式给导演和工作人员都造成了极大的困难。随着现代科技的发展，以计算机仿真为基础的虚拟编排的兴起使得大规模人群表演的智能编排成为可能，为导演团队供了便利。本文将根据广场文艺表演的实际工作情况与现存问题，分析智能编排的发展现状并根据问题给出了解决方案。对于表演队形的生成，研究了基本的几何队形图案，来满足一般的队形需要，但是由于实际应用中的队形复杂多变，为了使队形更加生动具体还研究了动态视频的提取方法。采用直线拟合的方法对路径和运动进行控制，并研究了其他几种路径曲线和相应的运动控制技术，详细的讨论了不同运动路径所采用的算法和依据的原则，为软件的下一步改进奠定理论基础。最后，基于论文工作的研究成果，设计实现了一个虚拟编队系统，对于表演的编排、现场的二维可视化都具有借鉴意义。

关键词：大型广场文艺表演虚拟编队队形变换路径构造运动控制

一种面向虚拟列车编队应用的列车动态运行轨迹预测方法研究

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一种面向虚拟列车编队应用的列车动态运行轨迹预测方法研究

2022中国自动化大会

作者：田世润燕飞北京交通大学电子信息工程学院北京交通大学轨道运行控制系统国家工程研究中心

虚拟编队技术作为新一代的列控技术,采用缩短列车运行间隔的方式,增加了现有铁路线路运输能力,并能够根据实时客流量对列车线路容量进行动态调整。随着对编队列车控制策略研究的逐渐深入,编队中列车如何根据前车高不确定性、高复杂度的... 详细信息

虚拟编队技术作为新一代的列控技术,采用缩短列车运行间隔的方式,增加了现有铁路线路运输能力,并能够根据实时客流量对列车线路容量进行动态调整。随着对编队列车控制策略研究的逐渐深入,编队中列车如何根据前车高不确定性、高复杂度的运行状态,预测出安全、高精度的列车运行轨迹,成为目前编队列车安全控制策略发展所面临的关键难题。对此本文提出了一种基于列车动力学模型的列车动态运行轨迹预测方法,以提升虚拟编队内部列车运行轨迹预测的真实度和精确度。

关键词：虚拟编队列车动力学建模列车运行轨迹预测

来源： cnki会议评论

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个人快速交通系统智能协同控制与优化

北京师范大学学报（自然科学版） 2022年第6期58卷 830-837页

作者：孙沐霖赵春晓北京建筑大学电气与信息工程学院北京建筑大学未来城市设计高精尖创新中心北京100044

提出了一种新型智能协同控制运行方案,基于个人快速交通(PRT)车辆的运行规则与车辆间的自组织关系,以自底向上的方式建立动态知识图谱,用以辅助车辆运行决策;通过领航者-跟随者策略在车辆行驶过程中形成虚拟车队运行,在此基础上,将滚动... 详细信息

提出了一种新型智能协同控制运行方案,基于个人快速交通(PRT)车辆的运行规则与车辆间的自组织关系,以自底向上的方式建立动态知识图谱,用以辅助车辆运行决策;通过领航者-跟随者策略在车辆行驶过程中形成虚拟车队运行,在此基础上,将滚动优化策略与粒子群算法(PSO)相结合,对车辆的加速度和减速度进行滚动优化调整,缩短了PRT车辆形成虚拟编队的运行时间,进一步提高了PRT系统的运输能力.结果表明:智能协同控制运行方案使得PRT车辆形成虚拟编队所耗时间平均减少了约38%,每小时运输客流量平均提高了约1.5倍;该运行方案保证了PRT系统运行的高效性和安全性,符合低碳出行、绿色发展的需要.

关键词：个人快速交通系统动态知识图谱虚拟编队滚动优化粒子群算法

陆探一号卫星严格回归轨道管道导航在轨应用与验证

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空间控制技术与应用 2023年第5期49卷 11-20页

作者：杨盛庆王禹岳杨刘美师王嘉轶栗双岭上海航天控制技术研究所上海201109 上海市空间智能控制技术重点实验室上海201109 上海卫星工程研究所上海201109

严格回归轨道的设计基于高阶次的地球非球形引力场模型,属于太阳同步回归、冻结轨道,回归周期始末的地固系空间轨迹高度重合.卫星在轨的自主管道导航以地面设计的严格回归轨道作为参考轨道,卫星与参考轨道形成一个虚拟编队.严格回归轨... 详细信息

严格回归轨道的设计基于高阶次的地球非球形引力场模型,属于太阳同步回归、冻结轨道,回归周期始末的地固系空间轨迹高度重合.卫星在轨的自主管道导航以地面设计的严格回归轨道作为参考轨道,卫星与参考轨道形成一个虚拟编队.严格回归轨道的设计未考虑大气阻力,卫星在轨由于大气阻力导致的轨道衰减可由自主定轨与参考轨道的偏差进行估算.为了实现参考轨道的重复使用,严格回归轨道的设计也未考虑历元相关的日月三体引力等摄动影响,轨道倾角的长期运动和周期运动规律需要结合在轨数据进行辨识.本文应用陆探一号的在轨遥测数据,对上述轨道运动特性进行了分析.

关键词：严格回归轨道管道导航太阳同步回归轨道冻结轨道虚拟编队大气阻力日月三体引力

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陆地探测一号卫星严格回归轨道控制实践

航天控制 2023年第6期41卷 37-43页

作者：岳杨杜耀珂陈筠力王文妍杨盛庆完备上海航天控制技术研究所上海201108 上海市空间智能控制技术重点实验室上海201108 上海航天技术研究院上海201109

陆地探测一号卫星搭载了L波段多极化SAR进行对地观测,为保证高精度、高频次的地面时空重访,卫星在轨进行了严格回归轨道控制。针对双星分批部署的任务约束问题,基于严格回归轨道特性,分析了发射窗口差异对轨控的影响,初期组网捕获采用... 详细信息

陆地探测一号卫星搭载了L波段多极化SAR进行对地观测,为保证高精度、高频次的地面时空重访,卫星在轨进行了严格回归轨道控制。针对双星分批部署的任务约束问题,基于严格回归轨道特性,分析了发射窗口差异对轨控的影响,初期组网捕获采用了摄动补偿控制策略,能够有效减少燃料消耗。针对严格回归轨道的长期面内外控制在轨实践情况进行了分析研究,在轨飞行结果表明,卫星真实轨迹维持在参考轨迹附近百米级管径内,满足了预期的管径控制要求。

关键词：严格回归轨道虚拟编队轨道保持在轨实践陆探一号

太阳同步回归轨道的轨道面外运动及在轨数据分析

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上海航天（中英文） 2023年第1期40卷 136-143页

作者：杨盛庆王文妍杜耀珂完备王嘉轶穆少阳上海航天控制技术研究所上海201109 上海市空间智能控制技术重点实验室上海201109

针对近地太阳同步回归轨道的轨道面外运动,基于在轨遥测数据分析了轨道倾角和降交点地方时的运动变化规律。日月三体摄动对轨道倾角产生了长周期和短周期的运动,基于数据驱动方法进行了不同周期运动的辨识与分解,并与经典的解析解进行... 详细信息

针对近地太阳同步回归轨道的轨道面外运动,基于在轨遥测数据分析了轨道倾角和降交点地方时的运动变化规律。日月三体摄动对轨道倾角产生了长周期和短周期的运动,基于数据驱动方法进行了不同周期运动的辨识与分解,并与经典的解析解进行了比对。解析解反映的倾角半月周期运动与在轨数据基本一致,可以作为倾角半月周期运动的预报依据。基于轨道面外运动特征,分析了自主轨迹保持任务中虚拟编队构形参数与轨道面外参数的相关性。在精确回归轨道保持时充分考虑了轨道面外运动的特征,降低了自主轨道面外控制的频次。研究结果可以作为轨道面外运动轨迹优化的基础。

关键词：太阳同步回归轨道倾角降交点地方时日月三体摄动自主轨迹保持虚拟编队

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个人快速交通的协同智能控制与优化

个人快速交通的协同智能控制与优化

作者：孙沐霖北京建筑大学

学位级别：硕士

随着机动车保有量逐年递增,我国大中城市交通拥堵的问题愈加严峻,给人们出行带来了新的挑战。现阶段城市中已成形的公共交通体系,一方面不能有效避免拥挤,另一方面不能满足人们个性化的出行需求。为了改善大中城市人们的出行现状,缓解... 详细信息

随着机动车保有量逐年递增,我国大中城市交通拥堵的问题愈加严峻,给人们出行带来了新的挑战。现阶段城市中已成形的公共交通体系,一方面不能有效避免拥挤,另一方面不能满足人们个性化的出行需求。为了改善大中城市人们的出行现状,缓解城市道路交通的压力,提出将个人快速交通（Personal Rapid Transit,PRT）作为大中城市未来出行方式的一种发展方向。PRT系统是一种可以实现点对点运输,能够满足出行个性化需求,致力于缓解城市交通拥堵现象的新型智能交通运输模式。然而传统PRT系统因其单个车辆座位数量有限,且行驶环境信息复杂多变,难以满足城市大运量的交通运输需求。针对该问题提出了一种新型协同智能控制运行方案,旨在通过使PRT车辆在行驶线路上形成虚拟编队,从而在保证安全的前提下有效减小跟车距离,提高PRT系统线路的通过效率,达到提高运量的目的。本文主要工作内容如下:（1）通过对多智能体的原理、组织构成和智能体之间信息交互机制的研究,分析了多智能体系统智能化、分布式的特点,结合PRT系统的运行要求,建立了PRT车辆协同运行控制框架。（2）通过对PRT车辆相关实体运行特征进行分析和刻画,分析车辆的状态及知识表示,确定PRT车辆的行为和行为规则,研究构成虚拟编队的智能车辆个体之间的自组织交互,采用以自底向上的方式建立动态知识图谱以辅助车辆运行决策。（3）针对PRT车辆在行驶线路上行成虚拟编队的问题,通过对多车编队运行场景和控制系统结构的分析,研究PRT车辆的移动特性、车辆间的相互影响和车辆跟随行驶控制模式,采用领航者-跟随者策略（Leader-follower）在车辆行驶过程中形成虚拟编队运行。（4）在基于动态知识图谱以辅助车辆运行决策和领航者-跟随者策略形成虚拟编队模型的基础上,提出将滚动优化策略（Rolling Optimization Strategy,ROS）与粒子群算法（Particle Swarm Optimization,PSO）结合对车辆的加速度、减速度进行滚动优化调整,缩短PRT车辆形成虚拟编队的运行时间,进一步提高PRT系统的运输能力。据实验结果显示,在十辆车编组情况时,该协同智能控制运行方案使PRT车辆形成虚拟编队所耗时间平均减少了38%,每小时运输客流量平均提高了1.5倍,表明该协同运行方案保证了PRT系统运行的高效性和安全性,符合低碳出行,绿色发展的需要。

关键词：个人快速交通系统动态知识图谱虚拟编队滚动优化粒子群算法

面向城市轨道交通灵活编组的列车运行图编制方法

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面向城市轨道交通灵活编组的列车运行图编制方法

作者：李雨璇北京交通大学

学位级别：硕士

近年来随着城市化的快速发展,人们对公共交通的要求越来越高。同时,随着人民出行需求和各方面需求的进一步升高,现有轨道交通的发展速度已经无法满足人民日益增长的出行需求,这也导致我国交通运输的供求矛盾越来越严重。列车运行调度是... 详细信息

近年来随着城市化的快速发展,人们对公共交通的要求越来越高。同时,随着人民出行需求和各方面需求的进一步升高,现有轨道交通的发展速度已经无法满足人民日益增长的出行需求,这也导致我国交通运输的供求矛盾越来越严重。列车运行调度是协调轨道交通运输供求矛盾的关键,然而现有的面向灵活编组的方案都是以调度员的经验为基础,缺少科学的决策依据。同时,缺乏最优的数学模型和最优的运算流程,使得现有的资源无法得到充分的利用,导致了资源的浪费。因此,基于自适应虚拟编队策略在任意时刻实现有效且正确的编组具有重要的意义。本文考虑了不同时段客流的需求,结合列车在线路上的运行情况,设计了面向城市轨道交通灵活编组的列车运行图编制优化模型,主要内容如下:(1)本文建立了面向灵活编组的列车运行动态模型和乘客客流量动态模型。在考虑乘客方与运营方双方利益的优化目标前提下,结合相关约束条件,建立面向城市轨道交通灵活编组的列车运行图优化模型,从而获得灵活的自适应虚拟编队策略。与传统的高峰编组低峰解编的策略不同的是,基于自适应虚拟编队策略,综合考虑车站状态、动态客流属性以及优化目标,在任意时刻实现有效且正确的编组。(2)本文采用能够将复杂约束条件进行松弛和分解的拉格朗日松弛算法求解面向城市轨道交通灵活编组的列车运行图优化模型。本文通过对不同时段的列车停站时间、发车间隔以及列车运行图的对比分析,验证了拉格朗日松弛算法的可行性;通过与基准算法的对比分析,验证了拉格朗日松弛算法的求解优势。(3)本文设计并开发了一套面向动态灵活编组的ATS仿真系统,并基于该系统,实现对面向城市轨道交通灵活编组的列车运行图优化方法的验证。首先,通过观测ATS仿真系统的运行图以及虚拟车辆的运行效果,验证了面向城市轨道交通灵活编组的列车运行图优化方法的可行性。同时站场显示中也可以看出本文求解获得的自适应虚拟编队策略会综合客流等因素判断列车是否加入编组。在以上对面向城市轨道交通灵活编组的列车运行图优化方法的构建、验证以及实现的基础上,本文可以通过客流情况进而进行虚拟编队的灵活编组,同时设计非周期的列车运行图,随客流情况的变化停站时间成正比变化。仿真结果表明,与以往固定的停站时间相比,既提高了列车利用率,又提高了乘客乘坐舒适度。图39幅,表11个,参考文献56篇。

关键词：虚拟编队灵活编组列车运行图拉格朗日松弛算法