[论文解读] Potentials and Implications of Dedicated Highway Lanes for Autonomous Vehicles

Jordan Ivanchev, Alois Knoll+3 more|arXiv (Cornell University)|Sep 22, 2017

Traffic control and management参考文献 23被引用 12

一句话总结

本文通过分析建模和新加坡高速公路的宏观仿真，评估了专用自动驾驶汽车（AV）车道的影响，发现尽管在自动驾驶汽车早期普及阶段，AV车道可将AV的行程时间减少约25%，但会增加传统车辆的延误，并导致交通向其他道路转移。当自动驾驶汽车渗透率达到饱和点后，其优势逐渐减弱，在用户均衡条件下整体效果不再显著。

ABSTRACT

The introduction of autonomous vehicles (AVs) will have far-reaching effects on road traffic in cities and on highways.The implementation of automated highway system (AHS), possibly with a dedicated lane only for AVs, is believed to be a requirement to maximise the benefit from the advantages of AVs. We study the ramifications of an increasing percentage of AVs on the traffic system with and without the introduction of a dedicated AV lane on highways. We conduct an analytical evaluation of a simplified scenario and a macroscopic simulation of the city of Singapore under user equilibrium conditions with a realistic traffic demand. We present findings regarding average travel time, fuel consumption, throughput and road usage. Instead of only considering the highways, we also focus on the effects on the remaining road network. Our results show a reduction of average travel time and fuel consumption as a result of increasing the portion of AVs in the system. We show that the introduction of an AV lane is not beneficial in terms of average commute time. Examining the effects of the AV population only, however, the AV lane provides a considerable reduction of travel time (approx. 25%) at the price of delaying conventional vehicles (approx. 7%). Furthermore a notable shift of travel demand away from the highways towards major and small roads is noticed in early stages of AV penetration of the system. Finally, our findings show that after a certain threshold percentage of AVs the differences between AV and no AV lane scenarios become negligible.

研究动机与目标

• 评估专用AV车道对新加坡高速公路及全市交通性能的影响。
• 分析不同AV渗透率对行程时间、燃油消耗、通行能力及道路使用的影响。
• 在用户均衡条件下，对比设有和不设专用AV车道的情景。
• 考察AV车道对非高速公路路网的意外影响。
• 识别AV车道的饱和点，即在此之后其效益变得可忽略不计。

提出的方法

• 对简化的交通情景进行分析评估，以建模专用AV车道的效益。
• 使用包含真实出行需求的新加坡宏观交通仿真模型，以模拟用户均衡状态。
• 应用需求差异度量指标（ΔD,k）量化在设有AV车道与不设AV车道情景之间，交通分配的变化。
• 在高速公路、主干道和次干道上建模行程时间、燃油消耗和通行能力。
• 在不同AV渗透率下，对比AV车道情景与基线情景下的系统级性能指标。
• 定义饱和点，即AV车道容量被完全利用的临界点，超过该点后效益将不再显著提升。

实验结果

研究问题

• RQ1 在混合交通环境中引入专用AV车道是否能减少所有车辆的平均行程时间？
• RQ2 AV车道的引入如何影响高速公路与其他道路类型之间的交通分布？
• RQ3 在设有和不设专用AV车道的情况下，AV渗透率对燃油消耗和道路通行能力有何影响？
• RQ4 AV车道效益变得可忽略不计的AV渗透率水平是多少？
• RQ5 传统车辆如何应对因AV专用车道导致的高速公路车道减少？

主要发现

• 在自动驾驶汽车早期普及阶段，引入专用AV车道可使AV的行程时间减少约25%，但会使传统车辆的行程时间增加约7%。
• 当引入AV车道时，尤其是在AV渗透率较低时，大量出行需求从高速公路转移至主干道和次干道。
• 当AV车道达到饱和点后，AV车道与无AV车道情景之间的行程时间与通行能力差异变得可忽略不计。
• 在所有AV渗透率水平下，不设AV车道的基线情景均优于设有AV车道的情景，且在AV车道未达饱和前，两者差距最为显著。
• 由于车道被排除，高速公路通行能力下降，导致传统车辆避开高速公路，转而选择主干道，从而加剧了这些道路的拥堵。
• 仿真结果证实，更高的AV渗透率可降低所有车辆的平均行程时间和燃油消耗，无论是否实施AV车道。