公交专用道复用技术及其车辆分形协作方法研究

论文摘要

在保证公交优先的前提下,针对公交专用道频繁出现时段性的道路闲置现象和现有公交专用道复用技术中存在的问题,研究了新型保证公交优先的公交专用道时分复用方法。首先,提出了基于路权优先级的公交专用道时分复用概念,为研究出较为完善的公交专用道复用方法及对其进行完整阐述,建立了公交专用道时分复用方法的技术体系。并对其中公交专用道时分复用系统、采用联合Kalman滤波方法的GPS/DR/RFID组合定位方法、公交专用道的复用规则、公交专用道时分复用方法能够实施的可行基础条件等进行具体阐述。公交专用道时分复用方法的核心是研究公交专用道时分复用的时空控制方法,对各类型车辆复用的时间和空间进行控制。为动态确定各类型车辆使用专用道的时间和空间,相应地提出时间片和空间片两个概念,其中空间片的划分是根据路段特征和公交车辆位置进行的,在空间片划分的基础上,对不同类型车辆能够使用空间片内公交专用道的时间片进行分配。并通过时间片和空间片划分结果的表达,转化为能否控制车辆借还道行为的显示信息。针对公交专用道时分复用过程中多车同时借用专用道以及为保证公交优先必须及时顺利还道等问题,本文引入Ⅶ技术,为车辆协作中感知情境信息的关键通信环节提供支持,引入分形理论,通过简单单元的叠加和集成简化车辆协作系统,依靠简单的控制规则对车辆的协作过程进行管控,提出了Ⅶ支持下的车辆分形协作方法并将其应用到公交专用道的时分复用中予以解决。最后,选取杭州市快速公交1号线(简称B1线)为公交专用道时分复用方法的仿真实验对象,在PARAMICS交通仿真环境中,通过二次开发进行仿真实验,分析公交专用道时分复用方法中的关键参数选取及其优化过程,并对比时分复用方法实施前后和车辆分形协作前后路段的交通状态变化。仿真实验结果表明：通过关键参数优化后的公交专用道时分复用方法在适用的交通流量和公交车流密度范围内能够保证公交优先的前提下提高车辆的平均行驶速度、降低路段的车流密度和减少平均车辆路段行程时间。在进行公交专用道时分复用的同时实施车辆分形协作方法,能够减少车辆的还道时间和因公交专用道复用引起的公交车辆延误。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 背景
• 1.2 关键技术及研究现状
• 1.2.1 公交专用道复用技术
• 1.2.2 车辆协作技术
• 1.2.3 目前研究中存在的问题
• 1.3 本文的研究内容及组织结构
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 组织结构
• 第二章 公交专用道时分复用方法的技术体系
• 2.1 基于路权优先级的公交专用道时分复用概念
• 2.2 公交专用道时分复用方法的技术体系结构
• 2.3 公交专用道时分复用系统
• 2.4 采用联合Kalman滤波方法的GPS/DR/RFID组合定位方法
• 2.4.1 建立坐标系
• 2.4.2 基于联合Kalman滤波方法的GPS/DR/RFID组合定位信息融合模型
• 2.4.3 状态方程的建立
• 2.4.4 系统观测方程的建立
• 2.4.5 组合定位系统的联合Kalman滤波算法
• 2.5 公交专用道时分复用实施规则
• 2.6 公交专用道时分复用方法实施的可行基础条件
• 2.6.1 定性分析
• 2.6.2 定量分析
• 2.7 本章小结
• 第三章 公交专用道时分复用的时空控制方法
• 3.1 问题描述
• 3.2 路权代表点设置
• 3.3 空间片划分
• 3.4 基于路权优先等级的时间片动态划分机理
• 3.5 空间片中各SSL的时间片动态划分
• 3.5.1 当前时刻借道判别模型
• 3.5.2 迫近车辆的确定
• 3.5.3 迫近车辆行程时间预测
• 3.5.4 借道车辆行程时间预测
• 3.5.5 空间片首SSL的时间片划分
• 3.5.6 空间片内其它SSL的时间片划分
• 3.6 时间片和空间片表达
• 3.7 时分复用方法的参数选择及优化
• min'>3.7.1 设定初始R、α和T_min
• 3.7.2 目标函数
• 3.7.3 约束条件
• 3.7.4 优化设计
• 3.8 本章小结
• 第四章 Ⅶ支持下车辆分形协作方法及其在公交专用道时分复用中的应用
• 4.1 Ⅶ支持下车辆协作系统
• 4.2 分形理论概述
• 4.3 车辆协作系统的分形特征分析
• 4.3.1 车辆在空间分布上具有的自相似性
• 4.3.2 车辆一般的协作过程具有自相似性
• 4.3.3 协作单元功能上具有自相似性
• 4.4 分形体建模
• 4.4.1 分形体外形模型
• 4.4.2 分形体功能模型
• 4.4.3 分形体构造的实现
• 4.5 Ⅶ支持下车辆分形协作过程的协作控制方法
• 4.5.1 分形体协作控制规则
• 4.5.2 垂直协作控制
• 4.5.3 水平协作控制
• 4.6 公交专用道时分复用过程存在的车辆协作问题
• 4.7 Ⅶ支持下的车辆借、还道行为模型及其协作行为产生
• 4.7.1 Ⅶ支持下的车辆借、还道行为模型
• 4.7.2 Ⅶ支持下的车辆借、还道过程的协作行为产生
• 4.7.3 Ⅶ支持下的车辆换道安全距离
• 4.8 时分复用路段的主动式车辆分形协作
• 4.9 时分复用路段的强迫式车辆分形协作
• 4.9.1 第一阶段
• 4.9.2 第二阶段
• 4.10 本章小结
• 第五章 公交专用道的时分复用及其车辆分形协作方法仿真实验
• 5.1 交通系统仿真及PARAMIC简介
• 5.2 公交专用道时分复用方法的PARAMICS仿真
• 5.2.1 建立杭州市B1线及其周围市区主要路段所组成的路网
• 5.2.2 PARAMICS环境中的公交专用道时分复用系统的建立
• 5.2.3 公交专用道时分复用方法仿真及实验结果分析
• 5.3 车辆分形协作方法在公交专用道时分复用中的应用
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 附录
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果