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智能网联车辆与普通车辆混合车流交通状态估计方法研究

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第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.2.1 智能车辆发展研究

1.2.2 交通流模型及仿真研究

1.2.3 交通状态估计模型方法研究

1.2.4 国内外研究总结

1.3 本文主要内容

1.4 论文技术路线

1.5 本章小结

第二章 智能网联车辆与人工驾驶车辆模型概述

2.1 智能网联车辆跟驰模型选择

2.1.1 IDM模型概述

2.1.2 IDM参数标定

2.2 基于交通状态的智能网联车辆控制策略

2.2.1 IDM模型参数对车辆驾驶行为及宏观交通参数影响

2.2.2 智能网联车辆控制策略说明

2.3 人工驾驶车辆模型选择

2.4 本章小结

第三章 智能网联车辆与普通车辆混合环境下路段交通流基本图

3.1 正常情况下交通流基本图

3.2 靠近拥挤路段交通流基本图

3.3 拥挤路段交通流基本图

3.4 驶离拥挤路段交通流基本图

3.5 本章小结

第四章 基于kalman滤波的交通状态估计方法

4.1 Kalman滤波的基本原理

4.2 宏观交通流模型——元胞传输模型

4.3 基于kalman滤波的交通状态估计模型构建

4.3.1 测量方程

4.3.2 状态更新方程

4.4 本章小结

第五章 智能网联车辆与普通车辆混合车流密度估计方法

5.1 混合交通环境分类

5.1.1 数值仿真跟驰模型选取

5.1.2 仿真场景的搭建

5.1.3 时间平均车速、区间平均车速计算方法

5.1.4 仿真数据处理分析及结果评价

5.2 混合交通环境下高速公路路段密度估计方法

5.3 本章小结

第六章 基于Vssim二次开发的仿真场景构建及交通状态估计方法评价

6.1 Vissim仿真场景

6.1.1 Vissim参数标定

6.1.2 仿真参数的设置

6.2 仿真测试及交通状态估计方法评估

6.2.1 自由流场景测试

6.2.2 全拥堵场景测试

6.3 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 研究结论

7.2 研究展望

致谢

参考文献

附录

作者简介

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摘要

近些年来,随着我国机动车拥有量的快速提升,道路交通通行需求也快速增加。同时,高速公路大规模建设的减缓以及高速公路节假日免费通行政策使得交通供给与交通需求矛盾格外尖锐。现阶段的发展已经不容许我们继续扩大道路建设,改善高速公路运营与管理水平是唯一缓解供给与需求失衡问题的方法,而高速公路交通状态的全面感知是一切运营管理的基础,其中路段密度对高速公路管理者尤为重要。
  此外,机器学习技术、视频处理技术、传感器技术的飞速发展,也带来了车辆的变革。众多互联网公司与传统车企都投入重资加速智能汽车的研发,许多实用技术已经应用在车辆上,如自适应巡航系统、自主停车系统等等,智能汽车实际在道路行驶不会久远。在此情况下,未来的道路交通环境将会很长一段时间为智能汽车与普通汽车混合的局面。
  本文立足于智能网联汽车与普通汽车混合的交通环境,对高速公路路段密度估计方法进行研究,进而估计道路交通状态。
  首先,为了实现智能网联车辆与普通车辆混合的交通环境。论文对现有的交通模型进行了全面的了解,结合分析了智能网联车辆应该具有的驾驶特性,选定了合适的模型模拟智能网联车辆的驾驶行为,并利用NG-SIM数据库对模型的参数进行了标定。同时,论文以此为基础提出了智能网联汽车的控制策略,也对各个策略下的模型参数进行了说明。
  其次,研究智能网联车辆与普通车辆混合车流宏观交通流基本图。为确定混合交通流的宏观交通参数,论文利用Vissim的二次开发功能,结合前文提出的智能网联车辆模拟模型以及NG-SIM数据标定软件参数,实现了智能网联车辆与普通车辆混合环境的仿真。在此基础上多次实验获取了混合交通流的宏观交通参数。
  然后,通过数值仿真方法,确定智能网联车辆占比达40%时,智能网联车辆平均速度能够准确表征路段区间平均车速,并以此将混合交通流分为两类。此后,论文提出不同条件下的两种路段密度估计方法:利用固定检测器数据的kalman滤波估计方法,基于BP神经网络融合kalman估计值与智能网联车辆数据的融合方法,并讨论了各自适用场景。
  最后,论文设计仿真场景,对提出的路段密度估计方法进行了验证,并对两种方法使用环境进行研究。研究得出神经网络融合方法与kalman估计方法孰优孰劣与道路交通流和智能网联车辆占比有关。总体为自由流时段应用kalman滤波估计方法,拥挤流及高智能网联车辆占比且交通流发生变化环境,应用神经网络方法较优。

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