19、交通协同驾驶与无车道变更道路运输系统解析

交通协同驾驶与无车道变更道路运输系统解析

1. 非线性优化问题

在交通场景中，考虑车辆的加速、减速以及安全因素，会构建一个非线性优化问题。其目标函数是最小化重叠轨迹的总长度，这里的轨迹重叠长度指的是一辆车的时空轨迹段与另一辆车的轨迹段可能在交叉路口内同时出现的长度。已知车辆的速度和加减速情况，重叠长度可以根据运动方程写成一个积分方程。

该问题的约束条件如下：
- 最大加速度或减速度。
- 最大和最小速度。
- 同一车道上两辆连续车辆之间的最小车头间距。

为了解决这个非线性规划问题，采用了启发式算法，如基于序列二次规划的有效集方法和基于Karush - Khun - Tucker条件计算的内点法。后来，有研究将基于轨迹优化的策略进行了扩展，并在包含多个交叉路口的走廊中实施。基于VISSIM的模拟测试表明，该策略能显著提高交通效率、安全性以及空气质量。

2. 匝道协同驾驶策略

2.1 虚拟车辆映射策略

匝道协同驾驶在本质上是交叉路口协同驾驶的简化情况，因为匝道汇入和通过交叉路口都存在车辆冲突，且匝道汇入区域在拓扑结构上比交叉路口更简单。因此，通过简单修改，可将交叉路口的策略应用于匝道汇入。虚拟车辆映射策略是其中一种，它通过将一条车道上的车辆映射到另一条车道来生成虚拟车辆，以实现高速公路上的车辆与匝道上的车辆之间的平滑纵向控制。该策略简单且安全有保障，但并非最优策略。具体分为以下三种情况来生成虚拟车辆：
- 情况1 ：当估计车辆B在汇入后位于车辆A之后时，车辆B将车辆A映射到自己所在的车道，生成虚拟车辆A。
- 情