Ανάπτυξη πλαισίου επικινδυνότητας στην κυκλοφοριακή ροή αυτοκινητοδρόμων
Authors: Γιολδάσης Χρήστος 
Published: September 2021

Οι οδικές μεταφορές αποτελούν μία σημαντική κοινωνική και οικονομική δραστηριότητα που αναπτύσσεται ραγδαία. Παρά την σημασία τους, οι οδικές μεταφορές εγείρουν και ένα πλήθος προκλήσεων που πρέπει να αντιμετωπιστούν. Το ζήτημα της οδικής ασφάλειας είναι η πιο σημαντική από αυτές. Τα τροχαία δυστυχήματα οδηγούν σε 1.35 εκατομμύρια θανάτους ετησίως, ενώ αποτελούν την 8η κατά σειρά αιτία θανάτου διεθνώς και την 1η αιτία θανάτου για τους ανθρώπους που βρίσκονται στην ηλικιακή ομάδα 5-29 ετών. Η οδική ασφάλεια και ειδικότερα η θεωρία της κυκλοφοριακής ροής αποτελούν ένα σημαντικό αντικείμενο ερευνητικής μελέτης. Στα πλαίσια της παρούσας διατριβής μελετώνται μικροσκοπικά οι συνθήκες επικινδυνότητας σε αυτοκινητοδρόμους, θεωρώντας ως συνθήκες επικινδυνότητας τα ακόλουθα δύο κυκλοφοριακά συμβάντα: το κυκλοφοριακό πλήγμα και την εξαναγκασμένη αλλαγή λωρίδας. Τα δύο αυτά συμβάντα αποτελούν μη καταστροφικά συμβάντα και χρησιμοποιούνται ως υποκατάστατα συγκρούσεων. Από τις έως τώρα μελέτες σχετικά με αυτά τα συμβάντα φαίνεται ότι μέχρι στιγμής οι ερευνητές προσανατολίζονται στην ερμηνεία των φαινομένων, στα χαρακτηριστικά τους, στους μηχανισμούς και στους φυσικούς νόμους που τα διέπουν καθώς και στις επιπτώσεις τους στην κυκλοφοριακή ροή. Αντίθετα υπάρχει έλλειψη στην μελέτη των γενεσιουργών αιτιών των φαινομένων αυτών και στην περιγραφή αυτών των αιτιών. Για να κατανοηθούν οι συνθήκες επικινδυνότητας δημιουργήθηκε ένα σύνολο δεδομένων τροχιάς κίνησης οχημάτων που εμπλέκονται σε συμβάντα κυκλοφοριακού πλήγματος και εξαναγκασμένης αλλαγής λωρίδας. Τα συμβάντα εντοπίζονται μετά από παρακολούθηση πολλών ωρών βίντεο κυκλοφοριακής ροής. Επί πλέον δημιουργούνται τροχιές κίνησης οχημάτων σε ροή χωρίς συμβάντα. Το σύνολο δεδομένων τροχιάς εξάγεται χειρωνακτικά και διαφέρει από το ευρέως χρησιμοποιούμενο σύνολο δεδομένων τροχιάς NGSIM καθώς επικεντρώνεται σε συμβάντα αντί για συνεχόμενη κυκλοφορία και μας δίνει την ευκαιρία να έχουμε εποπτεία των καταγραφών βίντεο από τα οποία προέκυψαν οι τροχιές κίνησης των οχημάτων. Αφού ολοκληρωθεί η βαθμονόμηση των τροχιών, επιλέγονται κυκλοφοριακές μεταβλητές που περιγράφουν μικροσκοπικά την κίνηση. Για τα συμβάντα οι τιμές των μεταβλητών υπολογίζονται την στιγμή έναρξης των συμβάντων. Στιγμή έναρξης για την εξαναγκασμένη αλλαγή λωρίδας θεωρείται η στιγμή κατά την οποία ο οδηγός αρχίζει τον ελιγμό για να αλλάξει λωρίδα. Για το κυκλοφοριακό πλήγμα, στιγμή έναρξης θεωρείται η στιγμή κατά την οποία το όχημα ξεκινά να επιβραδύνει. Για την ροή χωρίς συμβάντα επιλέγονται τυχαίες στιγμές. Για την πιο αποτελεσματική μελέτη των δεδομένων ορίζονται 4 πληθυσμοί: ο πληθυσμός Α που περιλαμβάνει όλα τα δεδομένα που αντιστοιχούν σε ροή χωρίς συμβάντα και σε ροή με συμβάντα, ανεξάρτητα αν τα συμβάντα είναι εξαναγκασμένη αλλαγή λωρίδας ή κυκλοφοριακό πλήγμα, ο πληθυσμός Β που περιλαμβάνει όλα τα δεδομένα που αντιστοιχούν σε ροή χωρίς συμβάντα και σε ροή με συμβάντα, όταν τα συμβάντα αναφέρονται σε κυκλοφοριακό πλήγμα, ο πληθυσμός Γ που περιλαμβάνει όλα τα δεδομένα που αντιστοιχούν σε ροή χωρίς συμβάντα και σε ροή με συμβάντα, όταν τα συμβάντα αναφέρονται σε εξαναγκασμένη αλλαγή λωρίδας και ο πληθυσμός Δ που περιλαμβάνει όλα τα δεδομένα που αντιστοιχούν αποκλειστικά σε ροή με συμβάντα όταν τα συμβάντα αναφέρονται σε κυκλοφοριακό πλήγμα ή όταν τα συμβάντα αναφέρονται σε εξαναγκασμένη αλλαγή λωρίδας. Οι τιμές των μεταβλητών που έχουν προκύψει με βάση τα δεδομένα που έχουν αναπτυχθεί ομαδοποιούνται εφαρμόζοντας δύο αλγορίθμους βελτιστοποίησης συνάρτησης κόστους: τον Αλγόριθμο Κ-μέσων και τον Ασαφή Αλγόριθμο c-μέσων. Για την εφαρμογή των αλγορίθμων α) ορίζεται ο αριθμός των ομάδων που είναι εξ αρχής γνωστό ότι είναι δύο σε κάθε πληθυσμό, β) ορίζονται τα ζεύγη των μεταβλητών γ) εφαρμόζονται οι αλγόριθμοι και δ) ελέγχονται τα αποτελέσματα των αλγορίθμων χρησιμοποιώντας ως δείκτες τον ρυθμό ανίχνευσης και τον ρυθμό εσφαλμένου συναγερμού. Η ομαδοποίηση έδειξε την σημασία του μεγέθους του χωρικού διαχωρισμού για την διάκριση ανάμεσα σε συνθήκες επικινδυνότητας και έλλειψης επικινδυνότητας. Στην συνέχεια αναπτύσσονται μοντέλα διακριτών επιλογών logit με στόχο να μελετηθούν οι συνθήκες επικινδυνότητας μέσω της μελέτης των επιλογών των οδηγών. Πιο συγκεκριμένα, στην περίπτωση της ύπαρξης ή έλλειψης επικινδυνότητας ορίζουμε δύο διακριτές επιλογές για τον οδηγό: 1. Δεν μεταβάλλει την οδηγική του συμπεριφορά 2. Εφαρμόζει ενέργεια διαφυγής. Για τον πληθυσμό Α οι διακριτές επιλογές του οδηγού τροποποιούνται ως εξής: 1) δεν μεταβάλλει την οδηγική του συμπεριφορά και 2) μεταβάλλει την οδηγική του συμπεριφορά. Για τον πληθυσμό Β οι διακριτές επιλογές του οδηγού τροποποιούνται ως εξής: 1) δεν μεταβάλλει την οδηγική του συμπεριφορά και 2) επιβραδύνει. Για τον πληθυσμό Γ οι διακριτές επιλογές τροποποιούνται ως εξής: 1) δεν μεταβάλλει την οδηγική του συμπεριφορά και 2) αλλάζει λωρίδα. Τέλος για τον πληθυσμό Δ, στον οποίον υπάρχουν μόνον συμβάντα θεωρούνται οι εξής διακριτές επιλογές: 1) επιβραδύνει 2) αλλάζει λωρίδα. Αναπτύσσεται ένα σύστημα ελέγχου για την διαχείριση της επικινδυνότητας της κυκλοφορίας σε αυτοκινητοδρόμους σε μικροσκοπικό επίπεδο που, αξιοποιώντας πρότερη γνώση των συνθηκών επικινδυνότητας θα μπορεί να περιορίσει την επικινδυνότητα. Το σύστημα ελέγχου που προτείνεται παρακολουθεί την κίνηση σε μία λωρίδα κυκλοφορίας, στην οποία όλα τα οχήματα είναι εξοπλισμένα με τους κατάλληλους αισθητήρες ώστε να είναι εφικτό να μεταδίδουν πληροφορίες για την θέση y και την ταχύτητά τους v κάθε χρονική στιγμή t, αλλά και να λαμβάνουν τις αντίστοιχες πληροφορίες από το προπορευόμενο όχημα. Οι μεταβλητές κατάστασης του συστήματος είναι οι διαφορές θέσης (Δx) του καθενός από τα δύο διαδοχικά οχήματα Ν, Ν+1 σε χρονικό διάστημα ίσο με τον χρόνο δειγματοληψίας του συστήματος, ενώ προτείνεται ο έλεγχος να προκύπτει μέσω της μέτρησης του χωρικού διαχωρισμού δύο διαδοχικών οχημάτων σε πραγματικό χρόνο και της ταξινόμησής του στην αντίστοιχη ζώνη επικινδυνότητας. Στην περίπτωση που το όχημα βρίσκεται στην ζώνη επικινδυνότητας ενεργοποιείται το σύστημα και ελαττώνει την ταχύτητα του ακολουθούντος οχήματος ώστε να αυξηθεί ο χωρικός διαχωρισμός.Τέλος, γίνονται προτάσεις για μελλοντική έρευνα. Η μελλοντική έρευνα αναφέρεται στην ανάγκη επέκτασης της μελέτης των συνθηκών επικινδυνότητας και σε άλλα φαινόμενα όπως η ψευδοαλλαγή λωρίδας, αλλά και σε νέες μορφές κινητικότητας που αναπτύσσονται όπως η μικροκινητικότητα.