高速公路智能汽车自动超车控制算法仿真研究

针对传统智能车辆跟随轨迹控制方法所存在的延迟反应问题,基于车辆的实际行驶和理想行驶的状态偏差,建立了智能车辆超车过程中的轨迹跟随运动模型,并将车辆运动学模型和动力学模型相结合,提出了智能车辆超车过程中的控制算法.在PreScan软件和matlab/simulink的联合仿真环境下,实现了智能车辆超车过程中轨迹跟随控制,并进行了60kmn/h、80km/h、100km/h和120km/h速度下的仿真验证.仿真实验结果表明,车辆的行驶速度越高,轨迹跟随的精度也就越精确.     

关于车道线图像识别轨迹规划跟踪仿真

针对智能车辆在结构化道路上行驶时车道线识别不精确,常用轨迹规划跟踪中没有考虑避障与车辆运动学及动力学约束的问题,提出用双边沿检测与霍夫变换结合卡尔曼滤波来自适应确定感兴趣区域进行车道线检测的方法,并采用符合车辆运动学的五次参数方程生成行驶轨迹,并加入车辆几何宽度信息和车辆动力学约束以保证车辆行驶安全,根据环境变化结合有限状态机切换车道保持、超车、换道、停车线停车四种行驶状态.仿真结果证明,改进方法可以快速识别跟踪车道线,保证车辆避障安全的前提下切换行驶状态进行轨迹跟踪.在结构化道路环境中,车辆安全行驶跟踪精度较高.     

基于HMM的车辆行驶状态实时判别方法研究

对交通视频车辆轨迹时序特征下的车辆行驶状态进行研究,提出了一种基于隐马尔科夫模型（Hidden Markov model,HMM）的车辆行驶状态实时判别方法.首先对轨迹序列进行了基于轨迹长度的去不完整轨迹序列、对车辆轨迹点序列的线 性平滑滤波和最小二乘线性拟合的预处理操作,保证了所获得轨迹序列的有效性;其次,提出一种基于车辆运行轨迹点序列方向角的车辆轨迹特征值表示方法和基于方向角区间划分的HMM观察值序列生成方法,该方法以方向角的区间变化来区分不同轨迹模式的特征;最后,采用多观察值序列下的Baum-Welch 算法训练得到相关交通场景轨迹模式类的最优HMM 参数,并通过实时获取车辆行驶轨迹段与相应模型的匹配,实现对车辆行驶状态的实时判别. 仿真实验验证了本文方法的有效性和稳定性.     

双车道公路弯道驾驶员轨迹决策行为研究

车辆行驶轨迹是道路路线安全性和舒适性评价的重要指标之一。采用计算机仿真技术,模拟驾驶员操纵车辆行驶时的轨迹决策行为,研究在自由流交通状态下,道路几何线形对车辆行驶轨迹的影响规律。为此,在郭孔辉院士提出的预瞄最优曲率模型的基础上,引入了SK道路几何模型,建立了实际道路条件输入的驾驶员方向控制模型。得到以下主要研究结论：当驾驶员轨迹决策行为只受道路本身条件影响时,且车辆在进入曲线段时,行驶轨迹存在着朝曲线内侧偏移的运动趋势;在出曲线段时,车辆行驶轨迹趋向朝曲线外侧偏移。平曲线半径大小对驾驶员轨迹决策行为有着显著的影响,圆曲线半径越大,行车轨迹侧向偏移量越小,反之越大。     

交叉口车辆左转避撞行为建模与仿真

由于无法对交叉口车辆左转的各种控制策略进行实地测评, 在提出了交叉口车辆左转运动轨迹模型的基础上, 建模了两种主要的车辆左转避撞行为。采用C#语言设计开发了交叉口微观交通仿真系统, 实现了车辆在交叉口左转避撞行为的动态模拟和分析。结果表明不同交通需求状况下合理设置左转避撞行为可以有效降低车辆平均延误时间、车辆启停次数等指标适合于不同交通控制策略的模拟和评价。     

滑行式两栖车辆最佳航行航角的仿真分析

研究提高两栖车辆水上性能,针对提高滑行式两栖车辆速度性能,为减小水上行驶阻力,从车辆水上行驶状态出发,以改善航行倾角作为突破口,分析出关于倾角的阻力表达式,采用标准κ—ε模型和流体体积法(VOF)多相流模型,用Fluent软件建立了车辆周围流体的湍流仿真模型,对滑行式两栖车辆水上行驶时的受力情况进行了仿真.结果得出车辆以排水方式和滑行方式在水上行驶时使阻力最小的最佳航行倾角,为滑行式两栖车辆设计提供重要依据.     

考虑侧倾的无人车NMPC轨迹跟踪控制

针对高速行驶工况下,无人车转弯时的侧倾易导致车辆模型非线性程度增加,引起轨迹跟踪精度下降和状态失稳的问题,设计一种考虑车辆侧倾因素,基于非线性模型预测控制(NMPC)的无人车轨迹跟踪控制器.根据拉格朗日分析力学和车辆运动学,考虑车辆侧倾几何学和载荷转移效应,建立考虑侧倾因素的非线性车辆模型,包括车体动力学模型和修正的“Magic Formula”轮胎模型;基于此车辆模型,构建非线性模型预测控制器(NMPC)的预测模型,并设定控制器的线性、非线性约束,以保证车辆的运动状态处于稳定区域内.在Carsim和Simulink联合仿真平台上,验证车辆高速蛇形工况和双移线工况下的轨迹跟踪控制效果,仿真结果显示,所设计的控制器可有效改善高速弯道工况下的跟踪精度和车辆状态稳定性.     

ITS和GPS系统下车辆实时调度问题的研究

ITS和GPS技术的发展使得道路交通状况和车辆位置能够被实时监控,从而车辆调度中心能够根据道路交通状况实时调整车辆行驶路线,以避开交通拥挤路段,降低车辆的行驶时间。建立了ITS和GPS系统下车辆实时调度模型,并且就车辆行驶过程中如何降低问题的状态空间进行了研究。     

复杂车路环境下自动驾驶车辆换道仿真研究

自动驾驶车辆换道决策的算法设计对确保自动驾驶车辆的安全平稳运行至关重要.在现有研究基础上,综合考虑了换道车辆与原车道、目标车道前后多辆车的冲突关系,通过引入车辆侵略系数建立复杂路况下的多人动态博弈模型,以寻找自动驾驶车辆在复杂车路环境下的换道决策以及轨迹线规划的最佳策略.随后,通过NGSIM(Next Generation Simulation)数据探究车辆行驶特性,得到车辆侵略系数的准确分布,搭建仿真环境,给出本模型下自动驾驶车辆在不同路况中的策略选择以及对应的轨迹线示意,并将结果与其它模型求得结果进行比较.根据仿真结果,上述算法有效地完成了自动驾驶车辆在复杂车路环境下换道的关键技术问题,可为自动驾驶车辆的换道决策提供一定的技术指导.     

TR-light：基于多信号灯强化学习的交通组织方案优化算法

针对多变环境条件下的交通堵塞问题,将强化学习、神经网络、多智能体和交通仿真技术结合起来,提出了用于优化多路口条件下交通状况的trajectory reward light(TR-light)模型。该方法具有几个显著特点：基于红绿灯拟定交通组织方案;将多智能体强化学习用于红绿灯控制;通过红绿灯的协同达到区域级的交通组织优化;在智能体每次行为执行结束后实施轨迹重构,在OD对不改变的情况下改变车辆行驶路径,根据方案和重构轨迹来计算智能体的最终回报。通过SUMO进行交通仿真实验和交通指标对比,验证了该模型在多交叉口中能够提高路网畅通率,改善交通状态。实验表明该模型可行,可有效缓解交通拥堵。     

基于双向长短记忆网络的异常驾驶行为检测

异常驾驶行为的识别对交通安全起着至关重要的作用,准确识别异常驾驶行为能够显著提高驾驶安全。目前,针对车辆行驶过程中的异常驾驶行为,如急加速、急减速、突然左转或右转等的检测识别,主要采用视频监控或聚类的方法完成。在这两种方法中,前者的实际效果受到应用场景的制约,而后者则不能针对具体的单个车辆进行驾驶行为识别。针对以上问题,使用一种基于双向长短记忆网络（Bi-LSTM）及全连接神经网络（FC）的拓展神经网络检测模型,该模型能有效利用行车数据在时间序列上发生突变时的特征,提高异常驾驶行识别准确率。将车辆行车数据处理后制作数据集并对模型进行训练,训练完成后的神经网络模型能够有效利用行车数据的时间序列特征,准确识别车辆的异常驾驶行为,准确率可达到98.08%。     

Bounded Queries, Approximations, and the Boolean Hierarchy

This paper investigates nondeterministic bounded query classes in relation to the complexity of NP-hard approximation problems and the Boolean Hierarchy. Nondeterministic bounded query classes turn out be rather suitable for describing the complexity of NP-hard approximation problems. The results in this paper take advantage of this machine-based model to prove that in many cases, NP-approximation problems have the upward collapse property. That is, a reduction between NP-approximation problems of apparently different complexity at a lower level results in a similar reduction at a higher level. For example, if M C reduces to (log n)-approximating M C using many–one reductions, then the Traveling Salesman Problem (TSP) is equivalent to M C under many–one reductions. Several upward collapse theorems are presented in this paper. The proofs of these theorems rely heavily on the machinery provided by the nondeterministic bounded query classes. In fact, these results depend on a surprising connection between the Boolean hierarchy and nondeterministic bounded query classes.     

Manoeuvring target tracking with coordinated-turn motion using stochastic non-linear filter

Allowing for perturbations in speed and turn rate of a target moving in a coordinated turn obeys a non-linear stochastic differential equation. Existing algorithms for coordinated turn tracking avoid this problem by ignoring perturbations in the continuous time model and adding process noise only after discretisation. The dynamic model used here adds small perturbations, modelled as independent Brownian motion processes, to the speed and turn rate. The target state is to be recursively estimated from noisy discrete-time measurements of the target's range and bearing. In particular, this paper examines the effect of the perturbations in speed and turn rate on the coordinated turn motion of the aircraft, and subsequently the stochastic algorithm is developed by deriving the evolutions of conditional means and variances for estimating the state of the aircraft. By linearizing the stochastic differential equations about the mean of the state vector using first-order approximation, the mean trajectory of the resulting first-order approximated stochastic differential model does not preserve the perturbation effect felt by the moving target; only the variance trajectory includes the perturbation effect. For this reason, the effectiveness of the perturbed model is examined on the basis of the second-order approximations of the system non-linearity. The theory of the non-linear filter of this paper is developed using the Kolmogorov forward equation ‘between the observation’ and a functional difference equation for the conditional probability density ‘at the observation’. The effectiveness of the second-order non-linear filter is examined on the basis of its ability to preserve perturbation effect felt by the aircraft. The Kolmogorov forward equation, however, is not appropriate for numerical simulations, since it is the equation for the evolution of the conditional probability density. Instead of the Kolmogorov equation, one derives the evolutions for the moments of the state vector, which in our case consists of positions, velocities and turn rate of the manoeuvring aircraft. Even these equations are not appropriate for the numerical simulations, since they are not closed in the sense that computing the evolution of a given moment involves the knowledge of higher-order moments. Hence we consider the approximations to these moment evolution equations. Simulation results are introduced to demonstrate the usefulness of an analytic theory developed in this paper.     

考虑失效路段恢复的动态应急资源车辆调度模型

重大灾害救援中,应急资源车辆调度时常因某些道路毁损（通行功能失效）而绕行,相对延长了调度时间。基于现实可行性和必要性,将抢修失效路段与资源调度联为二级递阶系统,并考虑车辆行驶时间的动态性,建立了数学模型,同步规划道路恢复和车辆路径,为有效提升救援效率提供了新的途径。设计了双层基于启发式算法的求解策略,作为模型的直接应用和说明,最后的算例验证了模型和算法的合理性和可行性。     

Monotone iterative simulation of the multilane traffic dispersion model

In this study, the multilane traffic flow is modeled as a nonlinear Poisson equation in a two-dimensional space. The model is derived from the interaction among vehicles and the assumption that vehicles will tend toward the equilibrium state under a given traffic condition. A monotone iterative scheme for the nonlinear model, which is a finite difference approximation of the model, is presented. The convergency is also discussed herein. At last, a numerical example is employed to explain the model.     

车辆红外图像的计算机仿真

真实的车辆红外图像的生成是红外场景生成和实现其虚拟漫游的关键技术，它也同时在遥感测量、交通管理、车辆设计、国防和军事等众多领域有着广泛地应用。分析了影响地面车辆红外特征的各种环境及内部因素，建立了车身表面热平衡方程，并以此提出车辆三维红外成像模型。还模拟了大气传输过程对红外成像的影响，并运用计算机图形学理论设计适合红外图像的绘制方法。最后给出了地面车辆红外图像的模拟结果。从实验结果看，该方法模拟效果真实，算法可靠。     

大规模无线传感器网络中高效按需充电规划

随着无线充电技术的日趋成熟,特别是磁共振无线充电技术的发展,利用移动充电车和无线充电技术给无线传感器补充能量,以保证无线传感器网络持续运转,成为新的研究热点。为此,主要介绍在大规模的无线传感器网络中,如何调度多个充电车给网络中的待充电传感器补充能量。为了均衡多个充电车的充电任务,缩小整个充电任务的完成时间,提出了充电总耗时最短问题,希望能为多个充电车找到各自的充电路径,使得多个充电车中耗时最长的任务完成时间最短。因为充电总耗时最短问题是一个NP难问题,难以在多项式时间内找到最优解,所以针对该问题提出了一个近似比为5的近似算法。最后用模拟实验证明了算法的性能,实验表明该算法的实际近似比不足2。     

Thrust-vectored energy turns

Turning performance is studied in ‘energy approximation’ for aircraft incorporating thrust vectoring. Over much of the energy range, this capability provides a small efficiency improvement in energy rate and in sustainable turn rate. For aircraft with static thrust in excess of weight, a spectacular improvement in maneuverability is realized at energies low enough to permit hover; in energy approximation, this amounts to instantaneous turn capability. A numerical example illustrates the effect, which is dominant at low energies, and has influence at high energies as well.     

单路口右转信号的模糊控制策略

针对单路口右转车辆在转入方向车流稀疏的情况下仍在等待而造成不必要延误的现象作了分析 ,基于人的对单路口右转车辆控制决策过程 ,提出了一种控制算法并设计了模糊控制器 ,把禁行方向机动车和自行车队长度作为输入 ,以此来决定下一相位右转车辆绿时提前的时间 (前时 )长短。仿真结果表明 :此种方法能够有效地减少右转车辆不必要的延误