[论文解读] Dedicated Lane for Connected and Automated Vehicle: How Much Does A Homogeneous Traffic Flow Contribute?

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

Traffic control and management参考文献 23被引用 4

一句话总结

本文研究了专用自动驾驶车辆（CAV）车道在不同市场渗透率（MPR）下对交通流特性的影响。通过头部分布、通信密度和速度-流量图分析，表明在90% MPR时，单条CAV车道可将最优流量提升至每车道每小时3,400辆，减少头时间隔的波动性，并稳定通信密度，降低数据包丢失风险。

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.

研究动机与目标

• 评估专用CAV车道在不同市场渗透率（MPR）下对交通流特性的影响。
• 量化CAV车道实施对速度-流量关系、头部分布和通信密度的改善程度。
• 评估CAV车道配置如何支持稳定、可预测的通信并降低数据包丢失概率。

提出的方法

• 建模两种交通配置：混合交通与不同CAV市场渗透率的专用CAV车道。
• 分析头部分布以评估车辆间时间间隔的一致性。
• 基于车辆间距和每车道CAV浓度测量通信密度。
• 构建速度-流量图以识别稳定流量区域和最优流量速率。
• 使用统计分析比较不同配置下头时间隔标准差及CAV密度一致性。
• 在受控条件下模拟交通流，以隔离专用CAV车道的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 专用CAV车道在不同市场渗透率下如何影响速度-流量关系？
• RQ2 与混合交通流相比，CAV车道在多大程度上减少了头时间隔波动性？
• RQ3 CAV车道配置如何影响通信密度的一致性及数据包丢失概率？
• RQ4 在高市场渗透率下，单条CAV车道可实现的最大最优流量速率是多少？
• RQ5 专用车道中CAV的集中程度如何影响通信性能的可预测性？

主要发现

• 专用CAV车道扩展了速度-流量曲线的稳定区域，并在90%市场渗透率时将最优流量速率提升至每车道每小时3,400辆。
• 即使在部分市场渗透率下，CAV车道仍能降低头部分布的标准差，表明车辆间间距更加一致。
• CAV集中于单一车道可实现更可预测且一致的CAV密度，从而提升通信可靠性。
• 稳定的CAV密度使通信密度保持在稳定水平，从而降低数据包丢失概率。
• CAV车道通过促进更平滑、更可预测的车辆交互，提升了交通流的稳定性和效率。