Microscopic traffic simulations for exploring theinteraction dynamics of connected & autonomousvehicles in merging scenarios
Birleşme senaryolarında bağlantılı ve otonomaraçların dinamik etkileşimlerini keşfetmekiçin mikroskopic simülasyon
- Tez No: 637216
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ NAZIM KEMAL ÜRE
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Uçak Mühendisliği, Aircraft Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Uçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Uçak ve Uzay Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 104
Özet
Günümüz trafiğindeki Otonom Araçların (AV) sayısı arttıkça, trafik üzerindeki olası olumsuz etkilerini dikkate almak gerekli ve önemlidir. Bu nedenle trafik simülasyonun dan faydalanarak avantajları ve dezavantajları öngörülebilir. Aynı zamanda bu sayede entegre ve işletime alınma sürecinde karşılaşılacak negatif yönlerine uygulanabilinir çözüm önermek mümkün. Bu bağlamda, gerçekçi bir trafik simülasyonuna sahip olmak, bu tahmin sonuçlarının doğruluğunu artırır. Bu nedenle, bu tezin ana amacı otonom araçlar dahil karışık (mixed) trafik için gerçekçi trafik simülasyon ortamı tasarlamak, otonom araçlar ve isanlarla control edilebilen araçların (HOV) etkileşimini analiz etmektir. Aynı zamanda otonom araçların trafik akışı üzerindeki etkilerini verimlilik ve güvenlik açısından analiz etmektir. Bu hedefe ulaşmak için bu tez, trafik simülasyonu ve güvenlik göstergelerinin teorisini ve terimlerini inceler, ayrıca trafik simülasyonunun temelleri olan geleneksel araba-takip (car-following) ve şerit-değiştirme (lane-changing) modellerini de incelemektedir. Daha sonra AV'lerin (Autonomous Vehicles) HOV'lerle (Human Operated Vehicles) etkileşim modellerini simüle etmek ve sonunda trafik güvenliği ve akış parametreleri üzerindeki etkilerini incelemek için bu tez, mikroskobik trafik simülasyon aracı olarak Simulation of Urban Mobility (SUMO) kullanır. Ayrıca, tezin ikinci yarısında, SUMO'daki orijinal 2D senaryosunun 3D modelini oluşturmak için SUMO, Unity 3D Game Engine'a entegre edilmiştir. Bu sayede canlı bir ajan olarak insan sürücüsüyle ego aracını kontrol ederek simülasyonumuz daha gerçekçi hale gelmiştir. Ayrıca bu şekilde, SUMO'nun 'reaktif' ajan yapısının aksine etkileşimli ajan davranışının temsil edilmesi sağlanır. Bu da bize SUMO'nun her şeyi bilen ve merkezi yapısının ötesine geçebilmesi fırsatını veriyor. Bu doğrultuda SUMO ve Unity arasında iletişim oluşturmak için TCP / IP bağlantısı kullanılmış ve bu iki platform arasında araç ve diğer simülasyon bilgilerini iletmek için SUMO-TraCI kütüphanesi kullanılmıştır. Trafik senaryosu olarak, birleşme alanlarına (tali yol ana yola kavuşması) odaklandık. Bu senaryonun üzerine çalışmasının amacı, AV'lerin merging alanlarında güvenlik açısından kritik olayların sayısı (SCE) ve trafik akışı üzerinde ne tür etkileri olacağını anlamaktır. Bu nedenle üç olası ana senaryo düşünülmüştür: * Rampa-üstü yolun ana yola normal bağlanması senaryosu. * Birleşme bölgesinde hızlanma şeridinin eklenmesi senaryosu. * Birleşme alanlarında AV'ler arasında bağlantı kurulması senaryosu. Ayrıca, her senaryo, ana yola birleşme sırasında AV ve HOV için farklı sayı kombinasyonlarını dikkate alan birkaç alt senaryoya bölünmüştür. Son olarak, bir kaç ADAS (Advanced Driving Assistance System) özelliğini simülasyon ortamına ekleyerek, çok-işaretli uyarıların sürücülerin üzerine olan etkisi analiz edilmiştir. Bu amaç için Unity 3D ortamında görsel ve işitsel arayüz olmak üzere iki tür uyarıcı tasarlanmıştır. Bu arayüzler tasarlanırken çarpışma süresi (TTC) ve öndeki araca olan mesafe güvenlik göstergeleri olarak kabul edilmiştir. (1) görsel arayüz: sürücü, sürüş sırasında farklı renklerin ortaya çıktığı görsel uyarıcı tarafından uyarılır, mesela, kırmızı renk tehlikeli durumu, sarı ise sürücüden dikkat edilmesi gereken durumları temsil eder. (2) işitsel geribildirim: simülasyon ortamına sürüşün farklı durumlarını temsil etmek için farklı sesler ayarlayarak sürücü uyarılıyor. Aynı görsel arayüzdeki gibi burda renk yerine iki farklı ses kullanılmıştır. Kırmızı renk yerine sert bir ses kullanırken sarı renk yerine daha yumuşak ses sürücüyü uyarmak için kallanılmıştır. Simülasyon sonuçları, özellikle birleşme senaryolarında otonom araçların varlıklarının arttıkça önlem alınmadığı taktirde trafik üzerine negatif etkisi olabileceğini gösterir. Hızlanma şeridinin eklenmesi ya da birleşme alanında (merge zone) iletişim ağının kurulması bu problemi çözmekte faydalı olduğu anlaşılmıştır. Hızlanma şeridinin eklenmesi sonucunda arabaların tali yolda bekleme süresi epeyce azalmaktadır. Aynı şekilde araçların arasında bağlantı kurarak bekleme süresi önemli ölçüde azalıyor. Ama tali yoldan ana yola kavuşma esnasında firenleme açısından baktığımızda, hızlanma şeridi olduğu zaman, firenleme sayısı artıyor. Bu şekilde, hızlanma şeridi tali yoldan ana yola birleşme süresini düşürürken firenleme sayısının artmasına sebep olduğu ve enerji kaybı açısından verimi düşürdüğü anlaşılmıştır. Güvenlık açısından sonuçları incelediğimizde bunu fark ediyoruz ki hızlanma şeridini ekleyerek araçların görünürlüğü artmakla beraber olası çarpışma ihtimali düşüyor. Benzer şekilde araçların arasında bağlantı olduğu zaman da güvenlik artmaktadır. Eş zamanlı simülasyon (co-simulation) sonuçları incelediğinde , 2D (iki boyutlu) SUMO pilatformunu Unity 3D ye bağladığı durumda simülasyon gerçeğliği ciddi bir şekilde arttığı gözlenmiştir. Örneğin, sadece ego aracının hız profili ele alındığında, sadece SUMO 2D'de doğrusal bir hat iken Unity 3D'ye bağlandığı durumda bu hız profili zaman içerisinde dalgalı bir şekilde ilerlemektedir, bu durum gerçekçi bir insan davranışını ifade etmektedir. Görsel ve işitsel uyarılar verimlilik açısından incelendiğinde, her iki uyarı verimliliği önemli ölçüde arttırmaktadır. Mesela herhangi bir uyarıcı olmadığında ego aracının hız profiline bakıldığı zaman görülüyor ki, ego aracının hız profili uyarı olmayınca geniş bir hız aralıklarında dalgalanırken görsel ve işitsel uyarı olunca bu dalgalanma daha düşük aralıkta gerçekleşmektedir. Dolayısıyla görsel ve işitsel uyarıların aracın stabil davranmasını sağladığı ve verimliliğini arttırdığı anlaşılmıştır. Güvenlik açısından görsel ve işitsel uyarıların etkisine bakmak için TTC (Time to Collision) güvenlik göstergesi kayd edilmiştir. Bunun için TTC iki farklı aralıkta kayda alınmıştır. Bu aralıklar tehlikeli durumlar ve dikkat gerektiren durumları içermektedir. Bu şekilde, tehlikeli durumlar, dikkat gerektiren durumlara oranlandığında, bu oranın herhangi bir uyarı olmadan 1 iken, görsel ve işitsel uyarıcılar varken sırasıyla 0.34'e ve 0.24'e düştüğü gözlenmiştir. Dolayısıyla bu uyarıların sürücünün güvenliğini büyük ölçüde arttırdığı görülmüştür.
Özet (Çeviri)
As the number of Autonomous Vehicles (AVs) in today's traffic increases, it is important to incorporate their existence in traffic simulations to consider their possible negative effects on traffic and predict their advantages and disadvantages to propose feasible solutions concerning their deployment and operation. In this regard, having a realistic traffic simulation increases the accuracy of such prediction results. Therefore, the main aim of this master thesis is to design realistic traffic simulation environment for mixed traffic including AVs, to analyze the interaction of AVs and Human Operated Vehicles (HOVs). At the same time, analyze the AVs effects on traffic flow in terms of efficiency and safety. To achieve this goal, the thesis studies the background theory and terms behind traffic simulation and safety indicators, it also studies the traditional car-following and lane-change models which are the fundamentals of the traffic simulation. Then, in order to simulate the interaction patterns of AVs with HOVs and eventually examine their effect on traffic safety and flow parameters, this thesis uses Simulation of Urban Mobility (SUMO) as the microscopic traffic simulation tool. Also, in second half of thesis, SUMO is integrated to Unity 3D game engine to create 3D model of the original 2D scenario in SUMO and control the ego vehicle with human driver as live agent which can make our simulation more realistic. Besides, it allows the interactive agent behavior to be represented in contrast to 'reactive' agent structure of SUMO. This also gives us the opportunity to go beyond the 'omniscient' and centralized structure of SUMO. For this reason, TCP/IP connection have been used to generate a communication between SUMO and Unity, and SUMO-TraCI library have been used to transmit vehicles and other simulation information between these two platforms. As a case study for human-in-the-loop co-simulations, we focused on on-ramp merging scenario. The aim of this case-study is to understand what kind of effects AVs will have on the number of safety critical events (SCE) and traffic flow in a merging scenario. For this reason we consider three possible main scenarios, (1) normal connection of on-ramp road to main road, (2) merging in presence of acceleration lane in merge zone, (3) connected AVs in merging areas. Additionally, each scenario is divided to several sub-scenarios which considers different combinations of numbers for AV and HOV during merging at on-ramp. Finally, few ADAS (Advanced Driving Assistance System) features have been added to simulation environment to analyze the impact of multi-cue interfaces on drivers. For this purpose, two types of cues have been designed in Unity 3D environment, visual and auditory interfaces. During designing these interfaces the Time to Collision (TTC) and distance to lead vehicle have been considered as safety indicators. (1) visual interface: the driver being warned by visual interface with appearance of different colors during driving, like red represents dangerous, yellow represents the situations needing attention from driver. (2) auditory feedback: by setting different sounds to represent the different situations of driving into the simulation environment, the driver has been warned.
Benzer Tezler
- Effects of bus priority methods on adjacent mixed traffic
Karma trafik akışında otobüs önceliği yöntemlerinin etkileri
NIMA DADASHZADEH
Doktora
İngilizce
2019
Trafikİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MURAT ERGÜN
- A multi-objective optimization framework for trade-off among pedestrian delays and vehicular emissions at signal controlled intersections
Sinyal denetimli kavşaklarda yaya gecikmeleri ile taşıt emisyonlarını ödünleştirmek için çok-amaçlı bir eniyileme çerçevesi
GÖRKEM AKYOL
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Ulaşımİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HİLMİ BERK ÇELİKOĞLU
- Cooperative vehicular systems and freeway traffic control applications: A method for cooperative merging in freeway traffic
İşbirlikçi taşıt sistemleri ve otoyol trafiği denetim uygulamaları: Otoyol trafiğinde işbirlikçi katılım için bir yöntem
İSMET GÖKŞAD ERDAĞI
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Ulaşımİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HİLMİ BERK ÇELİKOĞLU
- Karayolu trafik simülasyonu
Highway traffic simülation
ERCÜMENT YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2006
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolKaradeniz Teknik ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Y.DOÇ.DR. CEMAL KÖSE
- İzole sinyalize kavşaklarda yapay zekâ teknikleri ile trafik sinyal kontrolü ve optimizasyonu
Optimization and control of traffic signal with artificial intelligence techniques at isolated signalized intersections
ERSİN KORKMAZ