बड़े लेन-रहित गोल चक्करों पर स्वचालित वाहनों को नियंत्रित करना

लिंक की तालिका

सार और परिचय

वाहन मॉडलिंग

नॉनलाइनियर फीडबैक नियंत्रण

ओ.डी. कॉरिडोर और वांछित अभिविन्यास

सीमा और सुरक्षा नियंत्रक

सिमुलेशन परिणाम

निष्कर्ष

परिशिष्ट A: टक्कर का पता लगाना

परिशिष्ट बी: रूपांतरित आईएसओ-दूरी वक्र

परिशिष्ट सी: स्थानीय घनत्व

परिशिष्ट डी: सुरक्षा नियंत्रक विवरण

परिशिष्ट ई: नियंत्रक पैरामीटर

संदर्भ

सार- बड़े लेन-रहित राउंडअबाउट पर स्वचालित वाहनों को नियंत्रित करना चुनौतीपूर्ण है क्योंकि ज्यामितीय जटिलता और प्रवेश करने वाले, घूमने वाले और बाहर निकलने वाले वाहनों के बीच अक्सर टकराव होता है। यह पत्र राउंडअबाउट और जुड़ी हुई सड़क शाखाओं के भीतर वाहनों को नियंत्रित करने के लिए एक व्यापक पद्धति का प्रस्ताव करता है। विकसित वास्तविक समय वाहन आंदोलन रणनीति ऑफ़लाइन-कंप्यूटेड विस्तृत ओवरलैपिंग मूवमेंट कॉरिडोर पर निर्भर करती है, प्रत्येक मूल-गंतव्य (OD) आंदोलन के लिए एक, जो संबंधित OD वाहनों के स्वीकार्य आंदोलन क्षेत्रों को चित्रित करता है। इसके अलावा, स्थान-निर्भर वांछित अभिविन्यास गंतव्य द्वारा निर्धारित किए जाते हैं, ताकि संभावित वाहन संघर्षों को कम किया जा सके और यात्रा की दूरी कम की जा सके। एक वितरित (प्रति वाहन) आंदोलन नियंत्रण रणनीति, क्रमशः गोलाकार और सीधी चालों के लिए दो गैर-रेखीय प्रतिक्रिया नियंत्रकों (NLFC) का उपयोग करके, प्रत्येक वाहन को संबंधित OD गलियारे के भीतर उसके गंतव्य की ओर नेविगेट करने के लिए नियोजित की जाती है, वांछित अभिविन्यास के लिए जिम्मेदार होती है और अन्य वाहनों के साथ टकराव से बचती है; जबकि सीमा नियंत्रक गारंटी देते हैं कि गलियारे की सीमाओं का उल्लंघन नहीं किया जाएगा, और निकास को नहीं छोड़ा जाएगा। एक अत्यधिक जटिल केस स्टडी के रूप में, हम पेरिस में प्लेस चार्ल्स डी गॉल के प्रसिद्ध राउंडअबाउट पर विचार करते हैं, जिसकी चौड़ाई 38 मीटर है और इसमें एक दर्जन द्विदिश रेडियल सड़कें शामिल हैं, इसलिए कुल 144 ओडी हैं। प्रस्तुत विधि की प्रासंगिकता और प्रभावशीलता को सूक्ष्म सिमुलेशन और मैक्रोस्कोपिक डेटा के मूल्यांकन के माध्यम से सत्यापित किया जाता है।

सूचकांक शब्द- स्वचालित वाहन, लेन-मुक्त यातायात, सूक्ष्म सिमुलेशन, नॉनलाइनियर फीडबैक नियंत्रक

I. प्रस्तावना

यातायात की भीड़ के कारण होने वाले मुद्दों जैसे यात्रा में देरी, पर्यावरणीय गिरावट और यातायात सुरक्षा में कमी को दूर करने के लिए, पिछले दशकों में यातायात नियंत्रण के विभिन्न तरीकों को विकसित और आंशिक रूप से नियोजित किया गया है [1], [2]। हाल ही में, वाहन स्वचालन और संचार प्रणालियों (वीएसीएस) की एक विस्तृत विविधता विकसित की गई है जो वाहनों की व्यक्तिगत क्षमताओं में काफी सुधार करती है, जिससे संभावित यातायात प्रबंधन उपकरणों की एक नई पीढ़ी सक्षम होती है [3], [4]। यह प्रवृत्ति उच्च-स्वचालन या लगभग चालक रहित वाहनों के उद्भव के साथ जारी है, जिन्हें वास्तविक यातायात वातावरण में आजमाया जाता है, उदाहरण के लिए देखें [5]। बहुत दूर के भविष्य में, वाहन एक-दूसरे के साथ और बुनियादी ढांचे के साथ संवाद कर सकते हैं; और अपने सेंसर, संचार और उचित आंदोलन नियंत्रण रणनीतियों के आधार पर स्वचालित रूप से ड्राइव कर सकते हैं।

हाल ही में, ट्रैफ़िकफ़्लुइड अवधारणा, वाहन यातायात के लिए एक उपन्यास प्रतिमान, जो वाहन स्वचालन और संचार के उच्च स्तर पर लागू होता है, प्रस्तावित किया गया था [६]। ट्रैफ़िकफ़्लुइड अवधारणा दो संयुक्त सिद्धांतों पर निर्भर करती है: (ए) लेन-मुक्त यातायात, जिससे वाहन पारंपरिक ट्रैफ़िक की तरह निश्चित ट्रैफ़िक लेन से बंधे नहीं होते हैं, लेकिन सड़क की 2-डी सतह पर कहीं भी ड्राइव कर सकते हैं; और (बी) वाहन नडिंग, जिससे वाहन उनके सामने अन्य वाहनों को अपनी उपस्थिति बताते हैं (या उनके द्वारा महसूस किए जाते हैं), और यह सामने वाले वाहनों की आवाजाही को प्रभावित कर सकता है। पिछले कुछ वर्षों में, ट्रैफ़िकफ़्लुइड प्रतिमान के तहत लेन-मुक्त बुनियादी ढांचे पर स्वायत्त वाहनों के लिए कई आंदोलन रणनीतियों का प्रस्ताव किया गया था, विभिन्न पद्धतियों का उपयोग करते हुए,

एक उल्लेखनीय मुख्य प्रस्तुति [15] में, ल्यूक जूलिया ने दो कारणों का उल्लेख किया कि चालक रहित वाहन कभी भी वास्तविकता नहीं हो सकते हैं, उनमें से एक पेरिस में जटिल प्लेस चार्ल्स डी गॉल गोल चक्कर है, जिसे चित्र 1 में दर्शाया गया है, जो स्वचालित वाहनों (एवी) के लिए नेविगेट करने के लिए बहुत जटिल है। यह प्रसिद्ध गोल चक्कर 38 मीटर चौड़ा है, जिसमें बाहरी त्रिज्या 84 मीटर और आंतरिक त्रिज्या 46 मीटर है। इसमें एक दर्जन द्वि-दिशात्मक रेडियल सड़कें शामिल हैं, यानी वाहनों के लिए 144 अलग-अलग मूल-गंतव्य (ओडी) गतिविधियाँ। इस जटिलता को देखते हुए, यह सड़क बुनियादी ढांचा बिना लेन के चल रहा है; इसलिए, एक बार गोल चक्कर पर, मानव चालकों को किसी भी ट्रैफ़िक लेन का पालन किए बिना अपना रास्ता खोजना होगा। ल्यूक जूलिया के वक्तव्य ने हमें चुनौती का समाधान करने तथा प्लेस चार्ल्स डी गॉल राउंडअबाउट पर विचार करने की प्रेरणा दी, जो कि वैसे भी एक लेन-मुक्त अवसंरचना है, ट्रैफिकफ्लुइड अवधारणा के लिए एक केस स्टडी के रूप में, अर्थात, ए.वी. के लिए वाहन संचलन रणनीति विकसित करना, जो इस तरह के जटिल राउंडअबाउट पर आबाद हो सकते हैं और चलाए जा सकते हैं, जैसा कि इस पेपर में बताया गया है।

गोल चक्कर शहरी यातायात का एक प्रमुख तत्व है, जो हल्के यातायात में अधिक कुशल प्रवाह की अनुमति देता है [17]; लेकिन उच्च मांग में बाधा बन सकता है। इसलिए, गोल चक्करों का सफल प्रबंधन, जिसे उनकी जटिलता के कारण कठिन माना जाता है, आसपास के क्षेत्र में यातायात के प्रवाह को बेहतर बना सकता है। साहित्य में कई कार्य हैं जो गोल चक्करों पर एवी ड्राइविंग पर ध्यान केंद्रित करते हैं [18]-[33]। कुछ महत्वपूर्ण विशेषताओं के आधार पर मौजूदा तरीकों का वर्गीकरण नीचे दिया गया है।

तालिका I में दिया गया है। रिपोर्ट किए गए अधिकांश कार्य सरल राउंडअबाउट पर ध्यान केंद्रित करते हैं जो इस पेपर के केस स्टडी की जटिलता के करीब नहीं आते हैं। विशेष रूप से, उनमें से अधिकांश सीमित संख्या में रेडियल सड़कों के साथ सिंगल या डबल-लेन राउंडअबाउट पर ध्यान केंद्रित करते हैं।

लेन-मुक्त राउंडअबाउट पर शुरुआती परिणामों की एक प्रारंभिक रिपोर्ट जिसमें एवी के लिए एक नियंत्रण योजना और प्लेस चार्ल्स डी गॉल (पेरिस) के राउंडअबाउट पर आवेदन शामिल है, [34] में प्रस्तुत की गई थी। इसमें, एक गैर-रेखीय प्रतिक्रिया नियंत्रक, जिसे [11] में सीधे लेन-मुक्त सड़कों पर चलने वाले वाहनों के लिए विकसित किया गया था, राउंडअबाउट पर वाहनों को नियंत्रित करने के लिए नियोजित किया गया था। इसके अलावा, [35] में, हमने बड़े राउंडअबाउट पर वांछित अभिविन्यास निर्धारित करने के लिए यात्रा दूरी और परिपत्र गति से विचलन के भारित योग को कम करने के लिए एक इष्टतम नियंत्रण दृष्टिकोण विकसित किया, जो [34] में उपयोग की जाने वाली अनुमानी विधि को प्रतिस्थापित करता है।

इस शोधपत्र में, हम सुरक्षित और सुविधाजनक वाहन चालन के साथ-साथ स्वीकार्य थ्रूपुट प्रदान करने के लिए कई महत्वपूर्ण पहलुओं में [34] में प्रस्तुत रणनीतियों का विस्तार और सुधार करते हैं, खासकर उच्च घनत्व की स्थितियों में। सबसे पहले, [12] में रिंग-रोड के लिए डिज़ाइन किया गया एक नया नॉनलाइनियर कंट्रोलर, राउंडअबाउट पर चलते समय वाहनों को नियंत्रित करने के लिए नियोजित किया जाता है, जो कि स्ट्रेट-रोड कंट्रोलर को संशोधित करने की तुलना में अधिक उपयुक्त है, जैसा कि [34] में किया गया है। दूसरे, [35] में प्रस्तुत एक उप-इष्टतम ऑनलाइन दृष्टिकोण का उपयोग वांछित वाहन अभिविन्यास निर्धारित करने के लिए किया जाता है। इसके अलावा, स्थानीय घनत्व के आधार पर अनुकूली वांछित गति के साथ-साथ एक अनुदैर्ध्य सुरक्षा नियंत्रक जैसे कुछ अतिरिक्त विचार पेश किए गए हैं।

यह सुनिश्चित करने के लिए: (i) अत्यधिक भीड़-भाड़ वाली स्थितियों में उपयुक्त प्रदर्शन; और (ii) सभी घनत्व स्तरों पर बुनियादी ढांचे और उच्च थ्रूपुट का अच्छा दोहन। आंदोलन की रणनीति तैयार करते समय, हमने कुछ हिस्सों में तार्किक मानवीय निर्णयों की कल्पना करने की कोशिश की है, और यदि वे कुशल साबित हुए तो उनका पालन किया है। प्रस्तुत दृष्टिकोण का उपयोग करके चार्ल्स डी गॉल राउंडअबाउट के लिए सूक्ष्म सिमुलेशन का एक वीडियो https://bit.ly/36exR42 पर उपलब्ध है। अंत में, प्रस्तुत कार्यप्रणाली की ट्रैफ़िक-स्तर प्रभावशीलता का मूल्यांकन करने के लिए मैक्रोस्कोपिक डेटा का उपयोग किया जाता है।

पेपर का बाकी हिस्सा इस प्रकार है। खंड II वाहन की गतिशीलता और वृत्ताकार तथा तिरछी चालों के लिए परिवर्तनों की व्याख्या करता है। सीधे और वृत्ताकार पथों के लिए उपयोग किए जाने वाले गैर-रेखीय नियंत्रकों को खंड III में प्रस्तुत किया गया है। खंड IV में डिज़ाइन किए गए OD कॉरिडोर और वांछित अभिविन्यास दृष्टिकोण का वर्णन किया गया है। सीमा और सुरक्षा नियंत्रकों को खंड V में प्रस्तुत किया गया है। सिमुलेशन परिणाम खंड VI में प्रस्तुत किए गए हैं। समापन टिप्पणियाँ खंड VII में दी गई हैं। कुछ साइड इश्यू विवरण चार परिशिष्टों में दिए गए हैं।