J. Zhao b گروه مهندسی ترافیک، دانشگاه علم و فناوری شانگهای، شانگهای، جمهوری خلق چینhttps://orcid.org/0000-0003-0741-4911مشاهده اطلاعات بیشتر نویسنده

S. P. Hoogendoo از گروه حمل و نقل و برنامه ریزی، دانشگاه صنعتی دلفت، دلفت، هلندhttps://orcid.org/0000-0002-1579-1939مشاهده اطلاعات بیشتر نویسنده

M. Wang، گروه حمل و نقل و برنامه ریزی، دانشگاه صنعتی دلفت، دلفت، هلند مشاهده اطلاعات بیشتر نویسنده

• دانلود نقل قول
• https://doi.org/10. 1080/21680566. 2021. 1991505
• علامت متقاطع

• 1. مقدمه
• 2. معماری را کنترل کنید
• 3. فرمول مشکل را کنترل کنید
• 4. نتایج شبیه سازی و تجزیه و تحلیل
• 5. نتیجه گیری و کار آینده

مقاله پژوهشی

یک رویکرد کنترلی بهینه برای یکپارچه سازی سیگنال های ترافیکی و مسیرهای خودروی تعاونی در تقاطع ها

• مقاله کامل
• ارقام و داده ها
• منابع
• استناد
• معیارهای
• صدور مجوز
• چاپ مجدد و مجوزها
• مشاهده PDF PDFView EPUB EPUB

چکیده

نمایش فرمول ها: ? فرمول های ریاضی به صورت MathML کدگذاری شده اند و در این نسخه HTML با استفاده از MathJax نمایش داده می شوند تا نمایش آن ها بهبود یابد. علامت کادر را بردارید تا MathJax خاموش شود. این ویژگی به جاوا اسکریپت نیاز دارد. برای بزرگنمایی روی یک فرمول کلیک کنید.

یک رویکرد یکپارچه برای بهینه سازی سیگنال های ترافیکی و مسیرهای خودروی تعاونی در تقاطع های شهری پیشنهاد شده است. لایه بالایی سیگنال های بهینه را با استفاده از شمارش تعیین می کند و لایه پایین مسیرها را تحت هر طرح سیگنال امکان پذیر بهینه می کند. در لایه زیرین، شتاب های جوخه با توجه به راحتی و تأخیر بهینه می شوند و در عین حال محدودیت های حرکتی و الزامات ایمن را برآورده می کنند. فاز قرمز به عنوان یک محدودیت منطقی اعمال می شود که وسایل نقلیه را برای ماندن در پشت خط توقف محدود می کند. مانورهای جوخه معمولی مانند تقسیم و نزدیک شدن را می توان در لایه زیرین گنجاند. رویکرد کنترل یکپارچه با نیازهای ترافیکی سازگار است و در ترکیب حرکات مختلف ترافیک در طول فازهای سیگنال چندگانه انعطاف پذیر است. عملکرد کنترلر با شبیه سازی سه سناریو طراحی شده تایید می شود. مقایسه با بهینه سازی مسیر و بهینه سازی سیگنال، مزیت های توان عملیاتی، مصرف سوخت، تاخیر و توقف خودرو را نشان می دهد و بینش هایی را در مورد الگوهای بهینه در سیگنال ها و مسیرها نشان می دهد.

1. مقدمه

تنظیم زیر حد متوسط چراغ راهنمایی یکی از دلایل اصلی تأخیر در سفر و همچنین مصرف بیش از حد سوخت و انتشار در جاده های شهری در نظر گرفته می شود (اوبیرگو و جین 2016). تعداد قابل توجهی از مطالعات برای رفع این مشکل در تقاطع های شهری از دیدگاه های طراحی ، کنترل و مدیریت انجام شده است (ژائو ، نانوپ و وانگ 2020 ؛ گلر ، منندز و مایر 2014). فناوری متصل و خودکار وسیله نقلیه (CAV) زیرساخت های کنار جاده را قادر می سازد تا با الگوریتم های کنترل وسیله نقلیه پردازنده ارتباط برقرار کنند (وانگ و همکاران 2014). نوید بهینه سازی بیشتر شرایط ترافیک منجر به افزایش تعداد مطالعات اختصاص داده شده به افزایش عملیات ترافیک در تقاطع های سیگنال شده توسط طراحی بهبود یافته و یکپارچه سیگنال های راهنمایی و رانندگی و/یا مسیرهای CAV شده است.< SPAN> تنظیم زیر حد متوسط چراغ راهنمایی یکی از دلایل اصلی تأخیر در سفر و همچنین مصرف بیش از حد سوخت و انتشار در جاده های شهری در نظر گرفته می شود (اوبیرگو و جین 2016). تعداد قابل توجهی از مطالعات برای رفع این مشکل در تقاطع های شهری از دیدگاه های طراحی ، کنترل و مدیریت انجام شده است (ژائو ، نانوپ و وانگ 2020 ؛ گلر ، منندز و مایر 2014). فناوری متصل و خودکار وسیله نقلیه (CAV) زیرساخت های کنار جاده را قادر می سازد تا با الگوریتم های کنترل وسیله نقلیه پردازنده ارتباط برقرار کنند (وانگ و همکاران 2014). نوید بهینه سازی بیشتر شرایط ترافیک منجر به افزایش تعداد مطالعات اختصاص داده شده برای تقویت عملیات ترافیک در تقاطع های سیگنال شده توسط طراحی بهبود یافته و یکپارچه سیگنال های راهنمایی و رانندگی و/یا مسیرهای CAV شده است. یکی از مهمترین دلایل تأخیر در سفر و همچنین مصرف بیش از حد سوخت و انتشار گازهای گلخانه ای در جاده های شهری (اوبیرگو و جین 2016). تعداد قابل توجهی از مطالعات برای رفع این مشکل در تقاطع های شهری از دیدگاه های طراحی ، کنترل و مدیریت انجام شده است (ژائو ، نانوپ و وانگ 2020 ؛ گلر ، منندز و مایر 2014). فناوری متصل و خودکار وسیله نقلیه (CAV) زیرساخت های کنار جاده را قادر می سازد تا با الگوریتم های کنترل وسیله نقلیه پردازنده ارتباط برقرار کنند (وانگ و همکاران 2014). نوید بهینه سازی بیشتر شرایط ترافیک منجر به افزایش تعداد مطالعات اختصاص داده شده به افزایش عملیات ترافیک در تقاطع های سیگنال شده توسط طراحی بهبود یافته و یکپارچه سیگنال های راهنمایی و رانندگی و/یا مسیرهای CAV شده است.

چهار جهت با توجه به جوخه CAV در تقاطع های شهری، یعنی سیستم های تقاطع تعاونی، الگوریتم های مشاوره سرعت، برنامه ریزی مسیر CAV و بهینه سازی سیگنال های ترافیکی و مسیرهای خودرو مورد بررسی قرار گرفته اند. الگوریتم های تقاطع تعاونی یک تقاطع بدون سیگنال ایجاد می کنند تا CAV هایی را که بدون برخورد از تقاطع خارج می شوند، هماهنگ کنند (لی و پارک 2012؛ Ahmane و همکاران 2013؛ لی، پارک و یون 2013؛ زوهدی و راخا 2016؛ 201 و همکاران. اما چالش های این خط تحقیقاتی این است که چگونه الزامات ایمنی عابران پیاده و دوچرخه سواران را در نظر بگیریم. سیستم های مشاوره سرعت مانند GLOSA (مشاوره سرعت بهینه نور سبز) (Stevanovic، Stevanovic و Kergaye 2013؛ Li, Dridi و El-Moudni 2014؛ Stebbins و همکاران 2017) و Eco-Approach and Departure system (Altan. 2017؛ هائو و همکاران 2018؛ وانگ، وو و بارت 2019)، با هدف ارائه توصیه های سرعت برای جلوگیری از توقف هنگام عبور از تقاطع های علامت دار، باعث توقف و مصرف انرژی کمتر می شوند. با این حال، تنها وسایل نقلیه فردی در این سیستم ها در نظر گرفته می شوند و از مزایای بهره برداری از پلاتوهای کلی خودرو غفلت می کنند. سیستم های برنامه ریزی مسیر CAV مسیرهای خودرو را در تقاطع های مجزا بهینه می کنند (ژائو و همکاران 2018؛ جیانگ و همکاران 2017) یا در امتداد یک راهرو (اسدی و وحیدی 2010؛ کمال و همکاران 2012؛ او، لیو، و لیو 2015؛ او، لیو، و لیو، وان، 2015). و Luckow 2016؛ HomChaudhuri، Vahidi و Pisu 2017؛ Liu، Wang و Hoogendoo 2019)، در حالی که اطلاعات فاز سیگنال و زمان بندی به عنوان ورودی های برون زا برای مسئله بهینه سازی و در نتیجه برتری اطلاعات یکپارچه سرعت بین خودروها استفاده می شود. و موقعیت) و زیرساخت ها (یعنی پارامترهای سیگنال) به دلیل عدم بهینه سازی سیگنال با مشکل مواجه می شوند.

رویکردهای یکپارچه بهینه سازی سیگنال های راهنمایی و رانندگی و مسیرهای وسیله نقلیه در (لی ، Elefteriadou ، و Ranka 2014 ؛ Yang ، Guler و Menendez 2016 ؛ Xu et al. 2018 ؛ Feng ، Yu و Liu 2018 ؛ Guo et al. 2019) به طور کلی اتخاذ می کنندیک ساختار دو لایه برای حل مشکل. در لایه بهینه سازی سیگنال ، روش شمارش (Li ، Elefteriadou و Ranka 2014 ؛ Xu et al. 2018) و روش بازگشت به جلو/عقب مشابه (فنگ ، یو و لیو 2018 ؛ گوا و همکاران 2019) اعمال می شود ، اعمال می شود. در حالی که سیگنال ها در چند مطالعه به صراحت بهینه نشده اند (لی ، Elefteriadou و Ranka 2014 ؛ Yang ، Guler و Menendez 2016 ؛ Yu et al. 2018). مرحله قرمز در لایه سیگنال به عنوان محدود کننده زمان ورود در نظر گرفته می شود (Guo et al. 2019 ؛ Feng ، Yu و Liu 2018 ؛ Xu et al. 2018) ، که نیاز به تخمین زمان ورود وسیله نقلیه در نوار توقف دارد. در لایه مسیر وسیله نقلیه ، بر خلاف بهینه سازی مسیر کل ستون ، مسیرهای رهبر افلاطون (فنگ ، یو و لیو 2018 ؛ یو و همکاران 2018) یا مسیرهای شخصی خودرو (Xu و همکاران 2018) بهینه شده اندبار محاسباتی را کاهش دهید. از طرف دیگر ، از روشهای برنامه ریزی مسیر مبتنی بر قانون برای شبیه سازی مسیرها استفاده می شود (لی ، Elefteriadou و Ranka 2014 ؛ Yang ، Guler و Menendez 2016). نشانه قرمز در (Xu et al. 2018 ؛ Feng ، Yu و Liu 2018 ؛ Yu et al. 2018) به عنوان محدودیت شرایط ترمینال در موقعیت و/یا سرعت در نظر گرفته می شود. این متأسفانه به دلیل مشکلات در تعیین شرایط ترمینال در هر تقاطع ، کاربرد در یک راهرو با تقاطع های متعدد را محدود می کند.

برای نتیجه گیری ، مطالعات فعلی محدود به یک وسیله نقلیه واحد در مورد بهینه سازی مسیر است ، به استثنای مزایای احتمالی در نظر گرفتن پلات کلی. با توجه به بهینه سازی سیگنال ، مراحل قرمز در تحقیقات موجود در این خط با محدود کردن زمان ورود و/یا شرایط ترمینال ارائه می شود و باعث محاسبه اضافی زمان ورود و دامنه کاربرد محدود تقاطع های جدا شده می شود. بنابراین ، ضرورت پیشنهاد یک رویکرد برای ادغام بهینه سازی سیگنال با برنامه ریزی مسیر افلاطون که در تقاطع های جدا شده محدود نمی شود.

برای پر کردن شکافهای علمی ، این مقاله یک روش کنترل یکپارچه بهینه سازی سیگنال ها و مسیرهای مربوط به افلاطون CAV را در تقاطع های کامل استاندارد ارائه می دهد. در لایه فوقانی ، تمام برنامه های سیگنال امکان پذیر به شرط طول چرخه سیگنال شمارش می شوند و هر برنامه سیگنال امکان پذیر به صورت تکراری به لایه پایین منتقل می شود. لایه پایین شتاب شتاب های کلی افلاطون CAV را در هر برنامه سیگنال امکان پذیر ، بهینه سازی راحتی سواری (با به حداقل رساندن شتاب) و میانگین تأخیر سفر (با حداکثر سرعت) تعیین می کند ، با توجه به محدودیت های شتاب های قابل قبول ، مرزهای سرعت و نیازهای رانندگی ایمن. فاز قرمز به عنوان یک محدودیت موقعیت منطقی تدوین می شود تا وسایل نقلیه بتوانند بر این اساس به سیگنال ها واکنش نشان دهند. برنامه سیگنال بهینه با یافتن مقدار حداقل عملکرد هدف در بین کلیه برنامه های سیگنال امکان پذیر در لایه بالایی تعیین می شود. تخلیه صف و انتقال از سرعت کم به سرعت زیاد (یا برعکس) در لایه پایین در نظر گرفته می شود.

رویکرد یکپارچه سیگنال و کنترل مسیر به دلیل طراحی محدودیت فاز قرمز منطق انعطاف پذیر است. بر خلاف محدودیت های شرایط ترمینال موجود در مراحل قرمز که نیاز به دانش قبلی از زمان ورود هر وسیله نقلیه دارند ، فرمول ما محدودیت منطقی را اعمال می کند و از این طریق محدود به یک تقاطع جدا شده نیست. لایه بهینه سازی مسیر پیشنهادی همچنین می تواند تحت سیگنال های تطبیقی بدون پیش تعیین وسایل نقلیه متوقف شود ، که یکی از محدودیت ها را در آن قرار می دهد (لیو ، وانگ و هوگندورن 2019). رویکرد یکپارچه برای ترکیب حرکات مختلف ترافیک در مراحل مختلف سیگنال مقیاس پذیر است. سرانجام ، عملکرد رویکرد کنترل یکپارچه با شبیه سازی سه سناریو و دو سناریوی پایه تأیید می شود. نتایج شبیه سازی مزایای رویکرد کنترل پیشنهادی را نشان می دهد.

بقیه مقاله به شرح زیر سازماندهی شده است. اول ، معماری کنترل معرفی می شود و به دنبال آن فرمولاسیون کنترل یکپارچه برای مسیر وسیله نقلیه و سیگنال ترافیک انجام می شود. سپس طراحی آزمایش و تجزیه و تحلیل شبیه سازی مورد بحث قرار می گیرد. بخش آخر نتیجه گیری و دستورالعمل هایی را برای کارهای آینده ارائه می دهد.

2. معماری را کنترل کنید

در این بخش ، مشکل کنترل سلسله مراتبی مشخص شده است که پارامترهای سیگنال در لایه بالایی را تعیین می کند و مسیرهای وسیله نقلیه را در لایه پایین بهینه می کند. بعداً ، فرضیات عملیاتی (به عنوان مثال حداقل و حداکثر شتاب وسایل نقلیه قابل قبول) نشان داده شده است.

2. 1کنترل مشکل کنترل

بدون از بین رفتن کلی ، ما در نظر می گیریم که افلاطون CAV به تقاطع سیگنال شده از چهار بازو نزدیک می شوند ، و کافه های پایین دست قبل از خطوط توقف صف می شوند ، همانطور که در شکل 1 (a) نشان داده شده است. الگوریتم کنترل مسیر طولی هنگامی ایجاد می شود که رهبر پلاتون نزدیک به هر جهت وارد منطقه کنترل شود ، که منطقه داخلی دایره در شکل 1 (a) است. مرکز منطقه کنترل کنترل کننده سیگنال است و شعاع منطقه کنترل دامنه ارتباطی (به طور معمول 200 متر) است.

یک رویکرد کنترلی بهینه برای یکپارچه سازی سیگنال های ترافیکی و مسیرهای خودروی تعاونی در تقاطع ها