V2X环境下典型交通瓶颈路段多车协同行驶系统信息物理优化关键技术研究

There are serious safety and important efficiency problems of multi-vehicles cooperative driving due to the particularity of driving environment and the limited driver sight distance in the representative bottleneck area. Take the representative curve area for example, cooperative vehicles must interact with each other frequently through cooperative information for obtaining their own reliable information and trusted service to realize multi-vehicle cooperative driving process. Thus, the effect of multi-vehicles cooperative driving greatly depends on the reliability degree of vehicle cooperative information and the trust degree of cooperative interaction. Meanwhile, the development of V2X provides the opportunity to optimize the cooperative driving performance in the representative bottleneck area. .Therefore, take the cyber physical deeply fusion as breakthrough point and use the V2X technology as communication method, in the cyber physical optimizing process of multi-vehicles cooperative driving system, this project establishes multi-vehicles cooperative driving cyber physical model to reveal the spatiotemporal evolution laws of multi-vehicles cooperative driving cyber physical system. Based on established cyber physical model, on the one hand, this project focuses on studying some cooperative information reliability optimization process related key problems of information resources, information propagation and information processing to improve reliability of the cooperative information; on the other hand, this project focuses on studying the multi-vehicles cooperative interaction trust mechanisms related key issues of trust relationship description, the trust degree evaluation，interaction availability guarantee mechanism and the trust delivery mechanism of entire multi-vehicles cooperative driving system to improve trustworthiness of the multi-vehicles interaction. The above works aim to improve multi-vehicles cooperative performance of the representative curve area..This project promotes the safety and efficiency of multi-vehicles cooperative driving cyber physical system in the representative bottleneck area under V2X through improving cooperative driving information reliability and interaction trustworthiness.

典型交通瓶颈区域因驾驶员视距受限和特殊道路环境特征，车辆间无法有效协同进而严重影响行驶安全和效率。以典型弯道区域为例，车辆间需要通过信息进行频繁交互以获得各自的可靠信息和可信服务，才能实现有效协同。因此，多车协同效果很大程度上取决于信息的可靠程度和交互的可信程度。同时，V2X技术的兴起为典型瓶颈区域多车协同优化提供了契机。.为此，本课题以信息物理深度融合为切入点，以V2X技术为通信手段，在典型弯道区域多车协同行驶系统信息物理优化中，通过建立多车协同行驶信息物理模型，揭示其时空演化规律。基于建立的信息物理模型，一方面研究信息采集、信息传输和信息处理中的可靠性优化关键问题，提高协同信息可靠性；另一方面研究车车交互信任关系刻画方法、可信度评估模型、交互有效性保障机制和全局可信传递机制，提升交互可信性，以提高多车协同性能。通过提高信息可靠性和交互可信性来提升典型瓶颈路段多车协同行驶的安全和效率。

典型交通瓶颈区域因路形和环境特殊、驾驶员感知范围受限以及车辆操控性能突变等因素，交通事故率远高于普通路段，普遍被认为是制约城市道路通行能力的典型瓶颈区域。本课题以典型交通瓶颈区域为研究场景，对协同驾驶信息物理系统建模、多车行驶的协同信息可靠性和车车交互可信机制进行研究，以提高V2X（vehicle to everything）环境下典型交通瓶颈区域通行效率和改善交通安全水平。在信息可靠性方面，为了使在VANET中车辆间实现可靠、快速的消息传播，提出基于无缝连接的消息传播机制（SC-MPM）以实现车辆在V2X通信中提供无缝连接的切换过程和低时延数据，发表SCI论文1篇；在此基础上，为了提高典型瓶颈区域车辆共享紧急警告信息（EWM）传输的质量，将改进的有限自动机用于典型瓶颈区域的协同驾驶系统，提出一种最优传输可靠性增强机制（OTREM），研究表明该方法能显著降低传输时延，显著提高EWM传播的可靠性，发表EI论文1篇；在此基础上，由于车载边缘计算中车辆的移动性会导致车辆到边缘服务器的通信链路动态变化导致任务的完成时间、传输能耗、执行成本的增加，提出了一种基于贪婪算法的2种切换策略，发表EI论文1篇。在信息可信方面，从人类驾驶员行为特征与自动控制器的可信关系分析，提出一种改进的考虑纵向驾驶中驾驶员特点和自动驾驶的车辆跟驰模型，揭示了在考虑延迟决策和激进性以及自动控制器的情况下驾驶员做出决定的行为特征，发表SCI论文1篇；在此基础上，为提升车辆与交通控制系统之间的协同，提出了一种改进的基于膜计算的多车辆优化方法，发表SCI论文1篇；在进一步研究中考虑到协同驾驶过程中时滞效应可能有助于改善交通流，因此，通过考虑交通流的时滞效应建立了一个新的双车道高速公路格子模型，研究表明在双车道交通流的格子模型中交通流的时滞效应有助于交通流的稳定性，发表SCI论文1篇；同时考虑到历史当前累积效应对交通流的影响，提出了一种基于历史当前累积效应的新型交通流动力学模型，通过线性和非线性理论分析了电流积分效应对交通流的影响，发表SCI论文1篇。综上所述，本课题通过研究V2X环境下的信息可靠性和交互可信性有利于提升典型瓶颈路段多车协同行驶，为提升典型交通瓶颈路段多车协同行驶系统的安全和效率具有重要意义。