[논문 리뷰] Dedicated Lane for Connected and Automated Vehicle: How Much Does A Homogeneous Traffic Flow Contribute?

Zijia Zhong, Joyoung Lee|arXiv (Cornell University)|2019. 06. 30.

Traffic control and management참고 문헌 23인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 다양한 시장 점유율(MPR)에서 전용 연결 및 자율 주행 차량(CAV) 차선이 교통 흐름 특성에 미치는 영향을 조사한다. 헤드웨이 분포, 통신 밀도, 속도-유량도를 사용하여, 90% MPR에서 단일 CAV 차선이 1차선당 시간당 3,400대의 최적 유량을 달성하고, 헤드웨이 변동성을 줄이며 통신 밀도를 안정화시켜 패킷 손실 위험을 감소시킨다는 것을 입증한다.

ABSTRACT

Dedicated lanes for connected and automated vehicles (CAVs) can not only provide the technological accommodation, but also the desired market incentive for road user to adapt CAVs. Thus far, the majority of the impact assessment of CAV focused on the network-wide benefits. In this paper, we investigate the change of the traffic flow characteristic with two configurations of dedicated CAV lane across levels of market penetration. The traffic flow characteristics are quantified from the perspectives of headway distribution, communication density, and speed-flow diagram. The results highlight the contributions of the CAV lane. First, CAV lanes significantly improves the speed-flow characteristics by extending the stable region of the speed-flow curve and yielding a greater optimum flow. The highest value of optimum flow is 3400 vehicle per lane per hour at 90% MPR with one CAV lane. Furthermore, the concentration of CAVs at a lane results a narrower headway distribution (with smaller standard deviation), even with partial market penetration. Moreover, the CAV lane creates a more consistent CAV density which maintains the communication density level at a predictable level, hence decreasing the probability of packet drop.

연구 동기 및 목표

• 전용 CAV 차선이 다양한 시장 점유율(MPR)에서 교통 흐름 특성에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• CAV 차선 구현으로 인한 속도-유량 관계, 헤드웨이 분포, 통신 밀도 향상 정도를 정량화하기 위해.
• CAV 차선 구성이 안정적이고 예측 가능한 통신을 지원하고 패킷 손실 확률을 감소시키는 방식으로 영향을 미치는지 평가하기 위해.

제안 방법

• 다양한 CAV 시장 점유율을 가진 혼합 교통 및 전용 CAV 차선의 두 교통 구성 모델링.
• 차량 간 시간 간격 일관성 평가를 위해 헤드웨이 분포 분석.
• 차선당 차량 간격과 CAV 집중도에 기반한 통신 밀도 측정.
• 안정된 유량 영역과 최적 유량률을 식별하기 위해 속도-유량도 구성.
• 표준편차를 비교하여 헤드웨이 표준편차와 CAV 밀도 일관성 평가.
• 전용 CAV 차선의 영향을 분리하기 위해 통제된 조건에서 교통 흐름 시뮬레이션.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 전용 CAV 차선은 다양한 시장 점유율에서 속도-유량 관계에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 혼합 교통 흐름 대비 CAV 차선은 헤드웨이 변동성을 어느 정도 줄이는가?
• RQ3 CAV 차선 구성은 통신 밀도 일관성과 패킷 손실 확률에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ4 고시장 점유율에서 단일 CAV 차선을 통해 도달 가능한 최대 최적 유량률은 얼마인가?
• RQ5 전용 차선 내 CAV 집중도는 통신 성능 예측 가능성에 어떻게 영향을 미치는가?

주요 결과

• 전용 CAV 차선은 속도-유량 곡선의 안정 영역을 연장하고, 90% 시장 점유율에서 1차선당 시간당 3,400대의 최적 유량을 달성한다.
• 부분 시장 점유율에서도 CAV 차선은 헤드웨이 분포 표준편차를 줄여 차량 간 간격의 일관성을 높인다.
• CAV가 한 개의 차선에 집중될 경우 더 예측 가능하고 일관된 CAV 밀도를 만들어내어 통신 신뢰성을 향상시킨다.
• 안정된 CAV 밀도는 통신 밀도를 일정 수준 유지함으로써 패킷 손실 확률을 감소시킨다.
• 전용 CAV 차선은 더 부드럽고 예측 가능한 차량 간 상호작용을 가능하게 하여 교통 흐름의 안정성과 효율성을 향상시킨다.