[論文レビュー] Freeway Lane Management Approach in Mixed Traffic Environment with Connected Autonomous Vehicles

Omar Khadeer Hussain, Amir Ghiasi+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 9, 2016

Traffic control and managementEngineering被引用数 21

ひとこと要約

本稿では、混在交通環境下における連結自動運転車両（CAVs）に割り当てる最適な高速道路のレーン数を決定するための分析的マネージドレーンモデルを提案する。三つのCAV技術シナリオ—ニュートラル、コーシャー、アグレッシブ—を用いて、より攻撃的なCAV技術は、より短い頭上間隔と効率的な流れにより、専用レーンの必要性を低減することが示された。数値結果から、CAVの浸透率が高いほど、容量の顕著な向上が確認された。

ABSTRACT

Connected autonomous vehicles (CAV) technologies are about to be in the market in the near future. This requires transportation facilities ready to operate in a mixed traffic environment where a portion of vehicles are CAVs and the remaining are manual vehicles. Since CAVs are able to run with less spacing and headway compared with manual vehicles or mixed traffic, allocating a number of freeway lanes exclusive to CAVs may improve the overall performance of freeways. In this paper, we propose an analytical managed lane model to evaluate the freeway flow in mixed traffic and to determine the optimal number of lanes to be allocated to CAVs. The proposed model is investigated in two different operation environments: single-lane and managed lane environments. We further define three different CAV technology scenarios: neutral, conservative, and aggressive. In the single-lane problem, the influence of CAV penetration rates on mixed traffic capacity is examined in each scenario. In the managed lanes problem, we propose a method to determine the optimal number of dedicated lanes for CAVs under different settings. A number of numerical examples with different geometries and demand levels are investigated for all three scenarios. A sensitivity analysis on the penetration rates is conducted. The results show that more aggressive CAV technologies need less specific allocated lanes because they can follow the vehicles with less time and space headways.

研究の動機と目的

• 混在交通環境下における連結自動運転車両（CAVs）を含む高速道路の流れ性能を評価するための分析的モデルの開発。
• さまざまなCAV浸透率および技術水準下でのCAVに割り当てる最適なマネージドレーン数の特定。
• ニュートラル、コーシャー、アグレッシブの異なるCAV技術シナリオが高速道路の容量およびレーン効率に与える影響の評価。
• 多様な交通需要および幾何的条件下での単一レーンおよびマネージドレーン構成の性能評価。

提案手法

• 著者らは、CAVを含む混在交通における車両追従ダイナミクスおよびレーン変更行動を統合した分析的マネージドレーンモデルを構築した。
• 三つのCAV技術シナリオを定義した：ニュートラル（ベースライン）、コーシャー（やや広い間隔）、アグレッシブ（最小限の間隔および頭上間隔）。
• モデルは、時間的および空間的頭上間隔パラメータを用いて、CAVプラトーの効率性とそれが全体の高速道路容量に与える影響を定量化した。
• さまざまな高速道路の幾何形状および需要レベルに対して数値例を実施し、各シナリオ下での性能をシミュレートした。
• CAV浸透率に対する感度分析を実施し、それが容量および最適レーン割り当てに与える影響を評価した。
• 最適な専用CAVレーン数を特定するために、単一レーンおよびマネージドレーン構成を比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 異なる浸透率およびCAV技術水準下でのCAVに割り当てる最適なマネージドレーン数は何か？
• RQ2 CAVの導入は、混在交通環境下での全体の高速道路容量にどのように影響するか？
• RQ3 ニュートラル、コーシャー、アグレッシブの異なるCAV技術シナリオは、レーン利用効率および流れ効率にどのように影響するか？
• RQ4 多様な交通需要下での単一レーンおよびマネージドレーン構成の性能差は何か？
• RQ5 最適なレーン割り当ては、CAV浸透率の変化に対してどの程度感受性を示すか？

主な発見

• より攻撃的なCAV技術は、時間的および空間的頭上間隔が顕著に短くなるため、専用レーンの必要数が減少し、プラトー効率が向上する。
• CAVの浸透率が高い状況では、マネージドレーン構成が単一レーン構成を上回る性能を示し、特に攻撃的な技術シナリオで顕著であった。
• ニュートラルCAVシナリオは最適性能を達成するための専用レーン数が最も多く必要となるが、アグレッシブシナリオでは少ないレーン数で同等の容量を達成できる。
• 感度分析により、レーン割り当てはコーシャーおよびニュートラルシナリオにおいてCAV浸透率に対して最も感受性が高く、浸透率が高くなると収益が減少する傾向にあることが確認された。
• 数値結果から、攻撃的なCAV技術下では、たとえ専用レーンが1本のみであっても、専用レーンなしの状況と比較してスループットが顕著に向上することが示された。
• モデルは、最適なレーン割り当てが特定のCAV技術水準に強く依存しており、特に攻撃的なシステムでは1レーンあたりの容量増加が顕著であることを示した。