基于路网节点安全评价的应急救援车辆路径规划方法研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jialufeng
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近年来,新冠疫情、自然灾害、人为事故等突发事件的频发给人类生命与财产带来巨大损失,严重影响社会秩序稳定与经济发展。为了迅速控制突发事件的负面影响,应急救援车辆必须在动态交通环境和交通拥堵等不确定性因素干扰下将救援人员与物资以最快速度送到现场,保障人民的生命和财产安全,稳定现场秩序。然而,受道路交通各种主客观因素影响,应急救援车辆在路段交汇处遭遇交通事故的现象时有发生,严重威胁救援人员和人民的生命安全,并导致救援失败。为了让应急救援更加安全可靠地开展,本文考虑了应急救援车辆的优先通行特性,研究应急场景下信号交叉口与高快速路合流区的交通安全评价模型,并将安全因素纳入路径规划,提出了动态路网下应急救援车辆路径定时协同规划方法,以期在优先保障应急救援车辆出行效率的前提下尽可能兼顾其行车安全。同时,为了进一步提升应急救援车辆出行的安全水平,本文提出了应急救援车辆最优路径运行瞬时风险识别方法,动态监测其沿最优路径行驶过程中的行车风险,并选取合理的预警参数和方式,协助应急救援车辆科学地规避危险。研究工作如下:(1)研究了应急场景下的信号交叉口安全评价问题。分析了信号交叉口车辆纵向到达与横向偏移分布规律,结合应急救援车辆随机到达与优先通行特性,建立了一种基于相位分解的机动车冲突概率模型,并根据冲突概率阈值划分交叉口各栅格的风险等级,构建信号交叉口应急安全评价模型。综合运用实测数据、VISSIM与SSAM仿真软件验证了模型的有效性,并以广州市天河区五山路-粤汉路信号交叉口为研究对象,剖析该交叉口分别在无信号控制、信号配时优化和流量控制策略下的安全状况。信号交叉口应急安全评价模型可为应急救援车辆路径规划提供路网节点风险数据。(2)研究了应急场景下的高快速路合流区安全评价问题。探究主路与匝道交通流运行特性,根据3种交通流状态建立车辆纵向到达概率模型,考虑交通组成、车辆实际尺寸、车道宽度、加速车道长度等参数,建立主路车辆横向偏移与匝道车辆汇入概率模型,并融入应急救援车辆优先通行权的随机干扰项,构建车辆冲突概率模型。同时,集成冲突概率模型与动能损失模型,提出一种高快速路合流区应急安全评价模型,并通过实验证明了模型有效性。依托合流区实际交通数据挖掘合流区安全状况与速度、流量之间的内在联系,从交通安全优化层面提出速度与流量控制建议值。高快速路合流区应急安全评价模型可为应急救援车辆路径规划提供路网节点风险数据。(3)研究了动态路网下基于路网节点安全评价模型的应急救援车辆路径规划问题。分析了城市路网交通环境不确定性对路径规划的扰动作用,结合应急救援车辆路径规划对出行安全与出行效率的现实需求,在路网节点安全评价模型的基础上,提出一种考虑应急救援车辆优先通行特性和交通拥堵规避的路径定时协同规划方法,并设计改进波纹扩散算法进行求解。运用控制变量法设计仿真实验证明了本文方法在优化路径行程时间、提升路径出行安全水平上的优势。本文路径规划方法可为应急救援车辆最优路径运行瞬时风险识别选择路径方案与驾驶环境,协助应急救援车辆安全、快捷地到达现场。(4)研究了应急救援车辆最优路径运行瞬时风险识别问题。分析了应急救援车辆沿最优路径行驶过程中的潜在风险致因,综合考虑应急救援车辆在两种典型驾驶状态下与周围车辆的交互博弈关系,根据车辆运行工况提取时间风险与空间风险评价指标,运用故障树分析法推导车辆运行时空风险,并基于此分别提出应急救援车辆在跟驰状态与换道状态下的最优路径运行瞬时风险识别模型。同时,采用车辆运动轨迹数据分析不同风险预警参数的识别精度,提出了应急救援车辆与社会车辆之间的风险换算关系,确定瞬时风险预警阈值和方式。结果表明,本文模型可迅速、准确地识别各类危险驾驶场景,为应急救援车辆行车安全预警提供理论支持。通过对上述问题的研究,进一步丰富了交通安全评价、应急救援车辆路径规划及其风险识别相关理论,改善现有应急救援决策管理中的薄弱环节,提高应急救援车辆的出行效率与行车安全水平,为应急救援行动的路径选择提供辅助性决策支持。
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