智能網(wǎng)聯(lián)汽車協(xié)同控制技術(shù)（第1版）課件 第1-4章 智能網(wǎng)聯(lián)汽車相關(guān)技術(shù)發(fā)展過程-智能網(wǎng)聯(lián)汽車實(shí)時(shí)路徑?jīng)Q策方法

智能網(wǎng)聯(lián)汽車協(xié)同控制技術(shù)第1版智能交通與智能駕駛系列本書討論的是借助車路協(xié)同技術(shù)的智能網(wǎng)聯(lián)汽車系統(tǒng)。借助車路協(xié)同技術(shù)高效可靠的通信機(jī)制，可使交通路網(wǎng)內(nèi)車輛和基礎(chǔ)設(shè)施之間形成高效可靠的信息交互機(jī)制，進(jìn)一步提高智能網(wǎng)聯(lián)汽車的智能控制，有效解決交通擁堵和交通安全問題。本書基于車路協(xié)同體系探討了智能網(wǎng)聯(lián)汽車的路徑?jīng)Q策和速度引導(dǎo)方法，研究了智能網(wǎng)聯(lián)汽車動力學(xué)模型、編隊(duì)控制模型及編隊(duì)切換控制技術(shù)和主動安全控制技術(shù)，最后介紹了研究采用的智能網(wǎng)聯(lián)汽車編隊(duì)控制硬件在環(huán)仿真平臺。本書適合從事車路協(xié)同技術(shù)應(yīng)用和智能交通研究的人員閱讀參考，也可以作為智能交通、人工智能等專業(yè)師生的參考用書。

簡介戰(zhàn)略意義《交通強(qiáng)國建設(shè)綱要》《中國制造2025》《2018年智能網(wǎng)聯(lián)汽車標(biāo)準(zhǔn)工作要點(diǎn)》《國家車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南（智能網(wǎng)聯(lián)汽車）》2020年，《智能汽車創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略》2022年，《“十四五”現(xiàn)代綜合交通運(yùn)輸體系發(fā)展規(guī)劃》智能網(wǎng)聯(lián)汽車已成為國家大力支持的未來交通系統(tǒng)的重點(diǎn)發(fā)展方向智能網(wǎng)聯(lián)汽車6種關(guān)鍵技術(shù)1）環(huán)境感知技術(shù)2）智能決策技術(shù)3）協(xié)同控制技術(shù)4）V2X通信技術(shù)5）云平臺與大數(shù)據(jù)技術(shù)6）信息安全技術(shù)本書研究重點(diǎn)1）設(shè)計(jì)了面向智能網(wǎng)聯(lián)汽車的高實(shí)時(shí)性車路協(xié)同體系2）定義了車輛與路側(cè)智能設(shè)備間的數(shù)據(jù)交互方式與交互軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案3）提出了一種基于多源信息融合的交通狀態(tài)評價(jià)方法第1章

智能網(wǎng)聯(lián)汽車相關(guān)技術(shù)發(fā)展過程1.1車路協(xié)同技術(shù)1.2智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)1.3車輛編隊(duì)技術(shù)利用最新的科技手段解決交通安全問題1.1車路協(xié)同技術(shù)車路協(xié)同系統(tǒng)·采用先進(jìn)的無線通信和新一代互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)·全方位實(shí)施車車、車路動態(tài)實(shí)時(shí)信息交互·在全時(shí)空動態(tài)交通信息采集與融合的基礎(chǔ)上開展車輛主動安全控制和道路協(xié)同管理·充分實(shí)現(xiàn)人車路的有效協(xié)同·保證交通安全，提高通行效率，從而形成安全、高效和環(huán)保的道路交通系統(tǒng)1.1車路協(xié)同技術(shù)1.1車路協(xié)同技術(shù)1.2智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)智能網(wǎng)聯(lián)汽車·搭載先進(jìn)的車載傳感器、控制器、執(zhí)行器等裝置，融合現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的一種新型智能汽車·實(shí)現(xiàn)車與X（人、車、路、云端等）智能信息交換共享·擁有復(fù)雜的環(huán)境感知、智能決策、協(xié)同控制和執(zhí)行等功能·保障車輛安全、舒適、節(jié)能、高效行駛，并最終可替代駕駛?cè)藢?shí)現(xiàn)自動駕駛1.3車輛編隊(duì)技術(shù)車輛編隊(duì)控制技術(shù)目的在于充分利用道路條件，保證道路交通安全與高效行駛的條件下，將一系列車輛進(jìn)行統(tǒng)一車輛隊(duì)列管理，使具有相同行駛路徑的車輛能夠根據(jù)交通狀況，以協(xié)同合作的方式完成車輛隊(duì)列巡航、跟隨、組合與拆分、換道等相關(guān)控制策略1.3車輛編隊(duì)技術(shù)第2章面向智能網(wǎng)聯(lián)汽車的車路協(xié)同系統(tǒng)2.1車路協(xié)同技術(shù)特征分析2.2面向智能網(wǎng)聯(lián)汽車的車路協(xié)同系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.3車路數(shù)據(jù)交互軟件系統(tǒng)車路協(xié)同技術(shù)目的：實(shí)現(xiàn)交通智能化管理、動態(tài)交通信息服務(wù)等智能交通系統(tǒng)職能基礎(chǔ)：車內(nèi)網(wǎng)、車際網(wǎng)和車載互聯(lián)網(wǎng)遵循一定通信協(xié)議與交互標(biāo)準(zhǔn)，在相互獨(dú)立交通元素個(gè)體之間進(jìn)行通信與數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇笙到y(tǒng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)與傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在交通領(lǐng)域的延伸第2章面向智能網(wǎng)聯(lián)汽車的車路協(xié)同系統(tǒng)2.1車路協(xié)同技術(shù)特征分析通過先進(jìn)通信網(wǎng)絡(luò)將人、車、路三個(gè)基本交通要素綁在一起，定制化開發(fā)各要素上的終端軟硬件，實(shí)現(xiàn)對要素?cái)?shù)據(jù)與指令的交互2.1車路協(xié)同技術(shù)特征分析為傳統(tǒng)交通帶來的變革（1）近場自組織通信支持各節(jié)點(diǎn)在通信范圍內(nèi)自動組網(wǎng)（2）高實(shí)時(shí)性穩(wěn)定傳輸?shù)脱舆t、低丟包率，更穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸（3）多源異構(gòu)節(jié)點(diǎn)交互各智能設(shè)備或終端能夠自由發(fā)送具有自身特征的數(shù)據(jù)包2.2面向智能網(wǎng)聯(lián)汽車的車路協(xié)同系統(tǒng)設(shè)計(jì)面對的問題：一是受技術(shù)條件和成本限制；二是研究成果場景不符合交通實(shí)際。2.2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)目的解決的方法：更豐富、準(zhǔn)確、高實(shí)時(shí)性的車輛數(shù)據(jù)匯總進(jìn)行評估分析，大大提高評價(jià)精度。2.2面向智能網(wǎng)聯(lián)汽車的車路協(xié)同系統(tǒng)設(shè)計(jì)兩部分：車載終端；路側(cè)終端。2.2.2車路信息交互場景2.2面向智能網(wǎng)聯(lián)汽車的車路協(xié)同系統(tǒng)設(shè)計(jì)兩個(gè)核心功能：（1）智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息交互（2）基于車輛數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)交通狀態(tài)感知2.2.2車路信息交互場景2.2面向智能網(wǎng)聯(lián)汽車的車路協(xié)同系統(tǒng)設(shè)計(jì)車輛離開上一個(gè)交叉口（點(diǎn)A）時(shí)，系統(tǒng)開始記錄所需行車數(shù)據(jù)，在離開下一個(gè)交叉口（點(diǎn)D）時(shí)將在路段上生成的數(shù)據(jù)發(fā)送給RSU2。從點(diǎn)A到點(diǎn)D間的時(shí)間間隔即為車輛在路段上的通過時(shí)間；當(dāng)車輛進(jìn)入RSU2的通信范圍（點(diǎn)B）時(shí)，雙方將建立穩(wěn)定的V2X通信。2.2.3車路數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)交互方法2.3車路數(shù)據(jù)交互軟件系統(tǒng)兩項(xiàng)主要開發(fā)內(nèi)容：（1）基于安卓系統(tǒng)的深度開發(fā)（2）高實(shí)時(shí)性的數(shù)據(jù)采集與通信功能設(shè)計(jì)2.3.1車路數(shù)據(jù)交互軟件系統(tǒng)總體目標(biāo)兩個(gè)主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)：（1）采用智能網(wǎng)聯(lián)汽車行駛數(shù)據(jù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)檢測器數(shù)據(jù)（2）面向智能網(wǎng)聯(lián)汽車建立車路信息交互機(jī)制2.3車路數(shù)據(jù)交互軟件系統(tǒng)（1）檢測數(shù)據(jù)方案本方案采用OBD無線傳輸數(shù)據(jù)2.3.2車路數(shù)據(jù)交互軟件系統(tǒng)方案論證2.3車路數(shù)據(jù)交互軟件系統(tǒng)（2）協(xié)同通信方案本方案采用LTE-V模塊2.3.2車路數(shù)據(jù)交互軟件系統(tǒng)方案論證2.3車路數(shù)據(jù)交互軟件系統(tǒng)（3）車載終端系統(tǒng)方案本方案采用Android系統(tǒng)2.3.2車路數(shù)據(jù)交互軟件系統(tǒng)方案論證2.3車路數(shù)據(jù)交互軟件系統(tǒng)車載終端程序包括如下三部分：●系統(tǒng)層，在Linux系統(tǒng)下完成Android源碼的編譯和燒錄?！耱?qū)動層，Android系統(tǒng)中間件的程序開發(fā)。●應(yīng)用層，基于AndroidStudio工具的AndroidApp開發(fā)。2.3.3車載終端軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)2.3車路數(shù)據(jù)交互軟件系統(tǒng)車載終端程序包括如下三部分：●系統(tǒng)層，在Linux系統(tǒng)下完成Android源碼的編譯和燒錄?！耱?qū)動層，Android系統(tǒng)中間件的程序開發(fā)?！駪?yīng)用層，基于AndroidStudio工具的AndroidApp開發(fā)。2.3.3車載終端軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)2.3車路數(shù)據(jù)交互軟件系統(tǒng)路側(cè)終端沒有操作系統(tǒng)。路側(cè)終端程序包括如下三部分：●初始化程序，時(shí)鐘、引腳配置、模塊驅(qū)動、通信參數(shù)設(shè)置。●主循環(huán)程序，車載終端數(shù)據(jù)交互、計(jì)算車輛與路口的間距、評價(jià)的道路運(yùn)行狀態(tài)?！裰袛喑绦?，接受中斷和定時(shí)中斷。2.3.4路側(cè)終端軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)第3章基于車路信息融合的交通運(yùn)行狀態(tài)評價(jià)方法3.1車路信息融合技術(shù)分析3.2基于信息融合的交通運(yùn)行狀態(tài)模糊評價(jià)方法研究3.3交通狀態(tài)評價(jià)方法實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證3.1車路信息融合技術(shù)分析融合過程：1）像素級融合最低層2）特征級融合中間層3）決策級融合最高層3.2車路信息融合技術(shù)分析3.2.1目前常用的交通評價(jià)方法3.2車路信息融合技術(shù)分析3.2.2多級模糊綜合方法結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)該方法首先根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的隸屬度理論把交通狀態(tài)定性評價(jià)轉(zhuǎn)化為具有強(qiáng)對比性的定量評價(jià)，對受到動靜態(tài)交通因素制約的對象得出當(dāng)前交通狀態(tài)的評價(jià)結(jié)果，用于解決交通狀態(tài)評價(jià)中非確定性問題。3.2車路信息融合技術(shù)分析3.2.3一級模糊評價(jià)空間模糊評價(jià)集合評價(jià)矩陣評價(jià)矩陣降半柯西型的隸屬度函數(shù)3.2車路信息融合技術(shù)分析3.2.3一級模糊評價(jià)空間取隸屬度函數(shù)分布區(qū)間界限0.25i為兩個(gè)相鄰評語的中間隸屬度，對應(yīng)隸屬度關(guān)系如圖：3.2車路信息融合技術(shù)分析3.2.3一級模糊評價(jià)空間第一級交通評價(jià)空間給定一個(gè)模糊向量那么，第一級交通評價(jià)模型為3.2車路信息融合技術(shù)分析3.2.3一級模糊評價(jià)空間實(shí)時(shí)交通數(shù)據(jù)在一級模型間的流向3.2車路信息融合技術(shù)分析3.2.3一級模糊評價(jià)空間3.2車路信息融合技術(shù)分析3.2.3一級模糊評價(jià)空間3.2車路信息融合技術(shù)分析3.2.3一級模糊評價(jià)空間3.2車路信息融合技術(shù)分析3.2.3一級模糊評價(jià)空間3.2車路信息融合技術(shù)分析3.2.3一級模糊評價(jià)空間3.2車路信息融合技術(shù)分析3.2.4基于樣本數(shù)據(jù)的層次分析法●對評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重進(jìn)行科學(xué)配比●挖掘三個(gè)評價(jià)指標(biāo)的相互強(qiáng)弱關(guān)系●權(quán)威指標(biāo)比例：平均通過時(shí)間6平均停車次數(shù)2平均停息時(shí)間33.2車路信息融合技術(shù)分析3.2.4基于樣本數(shù)據(jù)的層次分析法分析法計(jì)算步驟●步驟1根據(jù)表3-6得出判斷矩陣●步驟2對判斷矩陣的列進(jìn)行歸一化處理3.2車路信息融合技術(shù)分析3.2.4基于樣本數(shù)據(jù)的層次分析法分析法計(jì)算步驟●步驟3計(jì)算矩陣各行之和●步驟4對步驟3的和進(jìn)行歸一化處理3.2車路信息融合技術(shù)分析3.2.4基于樣本數(shù)據(jù)的層次分析法分析法計(jì)算步驟●步驟5計(jì)算一致性指標(biāo)●步驟6計(jì)算一致性比例3.2車路信息融合技術(shù)分析3.2.5二級模糊評價(jià)空間新的模糊子集新的模糊關(guān)系給定一個(gè)模糊向量第二級模糊向量權(quán)重矩陣3.2車路信息融合技術(shù)分析3.2.5二級模糊評價(jià)空間第二級模糊向量權(quán)重矩陣第二級交通評價(jià)空間評價(jià)指數(shù)的集合最后的道路評價(jià)得分3.3交通狀態(tài)評價(jià)方法實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證3.3.1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)●車載OBU●RSU智能終端●LTE-V短程自組網(wǎng)模塊實(shí)現(xiàn)兩者間的V2X自組網(wǎng)3.3交通狀態(tài)評價(jià)方法實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證3.3.2實(shí)驗(yàn)流程●實(shí)驗(yàn)道路：北京市石景山區(qū)蘋果園南路部分路段●實(shí)驗(yàn)道路靜態(tài)參數(shù)：3.3交通狀態(tài)評價(jià)方法實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證3.3.2實(shí)驗(yàn)流程●實(shí)驗(yàn)參數(shù)3.3交通狀態(tài)評價(jià)方法實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證3.3.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析●377條有效數(shù)據(jù)●小時(shí)間隔對全部有效數(shù)據(jù)進(jìn)行整理3.3交通狀態(tài)評價(jià)方法實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證3.3.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析3.3交通狀態(tài)評價(jià)方法實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證3.3.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析3.3交通狀態(tài)評價(jià)方法實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證3.3.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析3.3交通狀態(tài)評價(jià)方法實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證3.3.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析●評價(jià)得分在一定范圍內(nèi)浮動，得分具有較為明顯的周期特征，周一和周五的交通狀態(tài)較差?！衿椒鍟r(shí)段實(shí)驗(yàn)路段，東向西方向比西向東方向運(yùn)行好；高峰時(shí)段則相似。相關(guān)結(jié)論與實(shí)驗(yàn)過程中觀察到的實(shí)際交通狀態(tài)一致，發(fā)揮了分值評價(jià)方法在交通狀態(tài)對比與分析過程中的作用?！癞?dāng)評價(jià)得分與歷史同期數(shù)據(jù)有較大差異時(shí)，系統(tǒng)可及時(shí)判斷是否存在交通異常事件。這為城市車路協(xié)同環(huán)境下交通狀態(tài)判斷與事件檢測提供了依據(jù)。第4章智能網(wǎng)聯(lián)汽車實(shí)時(shí)路徑?jīng)Q策方法4.1路徑規(guī)劃算法分析4.2智能網(wǎng)聯(lián)汽車實(shí)時(shí)路徑規(guī)劃系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.3基于車路協(xié)同的路徑規(guī)劃優(yōu)化方法研究4.4優(yōu)化方法實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證第4章智能網(wǎng)聯(lián)汽車實(shí)時(shí)路徑?jīng)Q策方法本章重點(diǎn)：建立基于車路協(xié)同系統(tǒng)的新型區(qū)域路徑實(shí)時(shí)決策方法。●根據(jù)實(shí)時(shí)情況，動態(tài)計(jì)算當(dāng)前路段路阻。●選擇行程時(shí)間最少的路線?！襁x取北京市望京地區(qū)的典型區(qū)域路網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。4.1路徑規(guī)劃算法分析研究現(xiàn)狀●先進(jìn)的路徑規(guī)劃系統(tǒng)需依靠海量實(shí)時(shí)交通數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)?！袼脭?shù)據(jù)主要通過車輛行駛軌跡、手機(jī)信令和檢測器等間接獲取，與真實(shí)場景存在一定的差異，導(dǎo)致計(jì)算精度和實(shí)時(shí)性不足?！裢ǔ２豢紤]車輛在燈控信號影響下轉(zhuǎn)向時(shí)間，與實(shí)際環(huán)境存在路阻差異。4.1路徑規(guī)劃算法分析本章方法優(yōu)點(diǎn)1）考慮所處相位可能遇到的信號燈控事件。2）考慮燈控信號影響下不同轉(zhuǎn)向行程的時(shí)間差異。3）微觀視角下的行程時(shí)間預(yù)測，實(shí)時(shí)性高。4.2智能網(wǎng)聯(lián)汽車實(shí)時(shí)路徑規(guī)劃系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.2.1車路協(xié)同場景描述及路徑規(guī)劃系統(tǒng)設(shè)計(jì)目的●遠(yuǎn)程服務(wù)端用于匯總區(qū)域內(nèi)的實(shí)時(shí)路網(wǎng)信息并提供路徑規(guī)劃服務(wù)?！裰悄苘囕d信息終端與路側(cè)終端建立V2X網(wǎng)絡(luò)通信，根據(jù)車輛總線和傳感器信息向路側(cè)終端上報(bào)數(shù)據(jù)，向遠(yuǎn)程服務(wù)發(fā)送路徑規(guī)劃請求?！衤穫?cè)終端根據(jù)同時(shí)段內(nèi)同向的所有上報(bào)數(shù)據(jù)來計(jì)算各車道的行程時(shí)間，上報(bào)遠(yuǎn)程服務(wù)端，并根據(jù)行程時(shí)間和所采集的信號機(jī)控制信息實(shí)時(shí)向車載終端返回所需信息和指令。4.2智能網(wǎng)聯(lián)汽車實(shí)時(shí)路徑規(guī)劃系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.2.2智能網(wǎng)聯(lián)汽車路徑規(guī)劃策略分階段的區(qū)域路網(wǎng)最優(yōu)規(guī)劃方法的路網(wǎng)分層分級思路——降低運(yùn)算復(fù)雜度，提高可靠度。規(guī)劃策略步驟：（1）車載終端發(fā)送路徑規(guī)劃請求（2）遠(yuǎn)程服務(wù)端計(jì)算最優(yōu)（3）尋找重合路段（4）規(guī)劃路線發(fā)至車載終端（5）區(qū)域最優(yōu)規(guī)劃（6）以節(jié)點(diǎn)2為起點(diǎn)重新計(jì)算4.3基于車路協(xié)同的路徑規(guī)劃優(yōu)化方法研究4.3.1車路信息交互過程（1）點(diǎn)A表示車輛尚未駛?cè)氡緱l道路（2）點(diǎn)B表示車輛剛剛駛離上游節(jié)點(diǎn)的交叉口區(qū)域（3）點(diǎn)C表示車輛從路段區(qū)域駛?cè)虢徊婵趨^(qū)域（4）點(diǎn)D表示車輛駛離交叉口區(qū)域4.3基于車路協(xié)同的路徑規(guī)劃優(yōu)化方法研究4.3.1車路信息交互過程交叉口路側(cè)終端主要功能（計(jì)算路阻前）：（1）數(shù)據(jù)匯總（2）數(shù)據(jù)分揀（3）數(shù)據(jù)清洗4.3基于車路協(xié)同的路徑規(guī)劃優(yōu)化方法研究4.3.1車路信息交互過程交叉口路側(cè)終端主要功能（計(jì)算路阻前）：（1）數(shù)據(jù)匯總（2）數(shù)據(jù)分揀（3）數(shù)據(jù)清洗4.3基于車路協(xié)同的路徑規(guī)劃優(yōu)化方法研究4.3.2路阻計(jì)算方法●路阻值：預(yù)測任意一輛即將進(jìn)入路段的車輛駛離前方交叉口時(shí)所需的行程時(shí)間?！衩枯v車路阻值均是獨(dú)立的。6輛網(wǎng)聯(lián)汽車駛?cè)肽骋宦范蔚穆纷栌?jì)算三種情形：①有停車（1、2、3號車）②無停車有減速（4號車）③勻速行駛（5、6號車）4.3基于車路協(xié)同的路徑規(guī)劃優(yōu)化方法研究4.3.2路阻計(jì)算方法計(jì)算路阻排隊(duì)消散時(shí)間當(dāng)當(dāng)4.3基于車路協(xié)同的路徑規(guī)劃優(yōu)化方法研究4.3.2路阻計(jì)算方法最大延誤時(shí)間排隊(duì)長度考慮車輛在行駛過程中的勻速和減速過程，有4.3基于車路協(xié)同的路徑規(guī)劃優(yōu)化方法研究4.3.2路阻計(jì)算方法分別計(jì)算對于三種情形下進(jìn)入路段的車輛的具體駛出時(shí)間4.3基于車路協(xié)同的路徑規(guī)劃優(yōu)化方法研究4.3.2路阻計(jì)算方法4.3基于車路協(xié)同的路徑規(guī)劃優(yōu)化方法研究4.3.