Motorway traffic control with connected automated vehicles
Authors: Μαρκαντωνάκης Βασίλειος 
Published: December 2024

Η επανάσταση του Συνδεδεμένου Αυτόματου Οχήματος (CAV) έχει ήδη ξεκινήσει, προσφέροντας νέα οφέλη και λύσεις κινητικότητας στην κοινωνία. Τα αυτόματα οχήματα έχουν τη δυνατότητα να συλλέγουν πολλαπλούς τύπους δεδομένων από την εκάστοτε υποδομή αλλά και να ανταλάσσουν δεδομένα με άλλα συνδεδεμένα οχήματα, φέρνοντας έτσι την επανάσταση στην ατομική κινητικότητα μέσα στα επόμενα χρόνια. Οι κατασκευαστές οχημάτων βιώνουν τη μετάβαση και γίνονται πάροχοι καινοτόμων λύσεων κινητικότητας (IMS), αντικαθιστώντας τον μέχρι τώρα ρόλο της απλής παραγωγής συμβατικών οχημάτων. Τέτοιες τεχνολογικές εξελίξεις και λύσεις έρχονται με τη μορφή Προηγμένων Συστημάτων Υποβοήθησης Οδηγού (ADAS), που ήδη περιλαμβάνονται στην πλειοψηφία των οχημάτων που παράγονται σήμερα. Αυτά τα συστήματα μπορούν να συμβάλλουν στη βελτίωση της ασφάλειας και στην αύξηση της απόδοσης της ροής της κυκλοφορίας στους αυτοκινητόδρομους, παράγοντας ένα φιλικό προς το περιβάλλον δίκτυο μεταφορών για όλους τους χρήστες του δρόμου. Η ανάπτυξη, δοκιμή και αξιολόγηση στρατηγικών ελέγχου κυκλοφορίας για συστήματα ADAS, είναι ένα ενδιαφέρον θέμα που έχει συγκεντρώσει μεγάλη δυναμική στην ερευνητική και βιομηχανική κοινότητα την τελευταία δεκαετία. Η ανάπτυξη αυτών των στρατηγικών έγκειται πολύ στην ικανότητα των αυτόματων οχημάτων CAV να αν- τιδρούν με ελεγχόμενο τρόπο σύμφωνα με τις επικρατούσες κυκλοφοριακές συνθήκες, χρησιμοποιώντας τη δική τους τεχνολογία ανίχνευσης. Αυτές οι στρατηγικές μπορεί να προτείνουν ένα νέο όριο ταχύτητας, έναν ελιγμό αλλαγής λωρίδας, μια νέα τιμή χρονικού διαστήματος ή μια ειδική συμβουλή λωρίδας που πρέπει να εφαρμοστεί από τα αυτόματα οχήματα. Στην τρέχουσα εργασία, μια σειρά στρατηγικών ελέγχου κυκλοφορίας σε τοπικό επίπεδο για μικτή κυκλοφορία αξιολογούνται μέσω μικροσκοπικών προσομοιώσεων, σε δύο πραγματικά δίκτυα αυτοκινητοδρόμων που χρησιμοποιούν διάφορα ποσοστά αυτομάτων οχημάτων που λειτουργούν τόσο ως συλλέκτες δεδομένων όσο και ως ενεργοποιητές αποφάσεων. Οι στρατηγικές ελέγχου λαμβάνουν μετρήσεις πυκνότητας, ροής ή ταχύτητας σε πραγματικό χρόνο και παρέχουν μια σειρά ενεργειών που πρέπει να ενεργοποιηθούν με τη χρήση αυτόματων οχημάτων σύμφωνα με την πολιτική που έχει υιοθετηθεί. Λαμβάνοντας υπόψη την απλότητά τους ως προς τον σχεδιασμό ελέγχου, οι στρατηγικές ελέγχου παρουσιάζουν μια ικανοποιητική συμπεριφορά ελέγχου σε όλα τα σενάρια ελέγχου που εξετάστηκαν. Η ανάλυση και η βελτιστοποίηση ενός δικτύου πολλαπλών προορισμών θεωρείται συνήθως μια πολύπλοκη εργασία. 'Ενας προορισμός μπορεί να έχει περισσότερες από μία εναλλακτικές διαδρομές, οι οποίες είναι συνήθως μεγαλύτερες τόσο σε απόσταση όσο και σε χρόνο. Στις περισσότερες περιπτώσεις, οι χρήστες του δρόμου επιλέγουν τη διαδρομή τους (η οποία συνήθως αντιστοιχεί στη συντομότερη διαδρομή) με βάση τον χρόνο ταξιδιού, προκειμένου να φτάσουν στον προορισμό τους όσο το δυνατόν νωρίτερα. Αυτό σημαίνει ότι κατά τις ώρες αιχμής, η χωρητικότητα της διαδρομής μπορεί να φτάσει ή να υπερβεί τη μέγιστη τιμή της, οδηγώντας σε συνθήκες κυκλοφοριακής συμφόρησης. Πολυάριθμες μελέτες στη βιβλιογραφία αντιμετωπίζουν το πρόβλημα της αναδρομολόγησης οχημάτων προκειμένου να αποτραπεί ο σχηματισμός συμφόρησης τόσο σε αστικά δίκτυα όσο και σε αυτοκινητόδρομους, προτείνοντας στρατηγικές δυναμικής εκχώρησης κυκλοφορίας χρησιμοποιώντας στρατηγικές με ανατροφοδότηση ή βέλτιστα προβλήματα ελέγχου. Στην τρέχουσα εργασία, ένα μακροσκοπικό μοντέλο κυκλοφοριακής ροής πρώτης τάξης πολλαπλών λωρίδων για δίκτυα αυτοκινητοδρόμων που ενσωματώνει χαρακτηριστικά πτώσης χωρητικότητας, χρησιμοποιείται σε ένα βέλτιστο πρόβλημα ελέγχου, για να καταδείξει την ολοκληρωμένη χρήση διαφόρων μέτρων ελέγχου της κυκλοφορίας. Μεταξύ αυτών των μέτρων είναι ο κύριος έλεγχος ροής κυκλοφορίας, ο έλεγχος αλλαγής λωρίδας, ο έλεγχος μέτρησης ράμπας και ο δυναμικός έλεγχος ανάθεσης κυκλοφορίας. Οι βέλτιστες λύσεις ελέγχου που προκύπτουν από τη διατύπωση του προβλήματος Τετραγωνικού Προγραμματισμού (QP), τοποθετούνται σε ένα πλαίσιο Προγνωστικού Ελέγχου Μοντέλου (MPC) για δοκιμή μέσω εφαρμογής των ενεργειών ελέγχου για διάφορα ποσοστά αυτόματων οχημάτων, μέσα σε ένα περιβάλλον μικροπροσομοίωσης. 'Ενα πραγματικό δίκτυο αυτοκινητο- δρόμων με πολλαπλούς προορισμούς και διαδρομές, προσδιορίστηκε ως το δίκτυο για τις ανάγκες των αξιολογήσεων βελτιστοποίησης του επιπέδου του δικτύου. Τα αποτελέσματα αποδείχθηκαν ωφέλιμα για όλα τα ποσοστά CAV που εξετάστηκαν για την επίτευξη του κύριου στόχου καθεμιάς από τις εμπλεκόμενες στρατηγικές ελέγχου της κυκλοφορίας. Οι ενέργειες αλλαγής λωρίδας προσέφεραν διπλή συμβολή· δηλαδή να επιτευχθεί κατάλληλη κατανομή των οχημάτων σε όλες τις λωρίδες και να ανακατευθύνει την κυκλοφορία χρησιμοποιώντας όλες τις εναλλακτικές διαδρομές. Επιπλέον, ακόμη και σε χαμηλές τιμές αυτόνομων οχημάτων, τα CAV ήταν σε θέση να οδηγήσουν τη μέση ταχύτητα όλων των οχημάτων κοντά στο όριο ταχύτητας που είχε προταθεί, εφαρμόζοντας έλεγχο στην ροή κυκλοφορίας MTFC στον κύριο αυτοκινητόδρομο. Επιπλέον, η χρήση ενεργειών μετρήσεων ράμπας RM σε συγκεκριμένες ράμπες εισόδου ήταν απαραίτητη για να διατηρηθεί η περιοχή συγχώνευσης σε καθεστώς κάτω από κρίσιμη πυκνότητα και να αποφευχθεί ο σχηματισμός συμφόρησης στον αυτοκινητόδρομο.