摘要
信号交叉口作为城市道路交通系统的重要组成部分，各行驶方向异同的车辆在此汇聚转向。在多股车流的动态博弈下，车辆速度波动较大，易引发交通拥堵及事故，加之交叉口处交通设施的强制约束，使得该区域的通行能力远低于城市基本路段通行能力。随着汽车横、纵向自动控制技术及无线通信网络技术的飞跃发展，融合物联网、车辆智能控制等技术为多车协同驾驶提供了技术支持，使车辆以队列形式行驶成为可能。基于此，本文聚焦车联网环境下信号交叉口车辆群体行为，借助建模描述与仿真分析等手段，探讨关于车辆群体生成与管控过程中的系列问题。 首先针对车联网环境下信号交叉口车流自组织展开研究。在对车联网概念及其信息特性进行界定的基础上，对信号交叉口交通流运行特征进行分析。引入车流自组织概念，挖掘网联信息加载下的信号交叉口车流自组织特性。考虑车辆群体协同驾驶可能，从宏观角度探究车流自组织对交通秩序及交通运行的影响，阐明车队组织的积极意义。 其次对信号交叉口场景下的车辆群体行为进行建模分析。考虑车辆队列在交叉口进口道的空间群体特性，将进口道划分为换道区及跟驰区两个物理区域。基于车队的行为表现及交叉口通行状态，分别构建换道区单车换道行为模型、车队整体换道行为模型及跟驰区车队跟驰行为模型、排队—启动行为模型。选取事故/单车故障、行人违反交通规则两类场景，借助描述性分析手段，对信号交叉口区域特殊情况下的车辆群体行为特性进行分析。 再次开展了面向仿真的场景现状分析与管控策略研究。从车联网环境下车辆群体行为仿真测试需求出发，在实地采集真实交通数据的基础上，筛选出合适的信号交叉口运行评价指标。充分考虑车联网环境下车辆的运行特性，提出基于车队及车群形式的车辆群体行为管控策略。 最后完成了车联网环境下车辆群体行为的仿真与评价。通过搭建车辆群体行为仿真平台，获取交叉口现状及不同车辆群体管控策略下的多维集计运行数据。在此基础上，针对固定信号配时控制交叉口的车辆群体组织优化问题，调整车辆队列规模，探究不同车队规模对各进口道通行效率提升的影响，寻求给定固定信号配时下较为理想的车辆群体组织形式，并对特殊情况下的车辆群体行为进行了仿真分析。 综上，本文以城市信号交叉口为研究场景，考虑车联网及通信等新兴技术手段，从车辆群体行为协同优化角度出发，以新的视角有针对性地研究信号交叉口车辆群体行为特性，并借助仿真手段对此进行验证比较。研究形成了“交通调查+理论分析+建模描述+微观仿真”等多技术有机结合的总体分析框架，为车联网环境下的车辆队列组织大规模落地应用提供理论支撑，为类似场景下的车辆群体管控提供方案与思路，具有一定的工程实际应用价值。
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