This thesis considers lane routing problems in an Intelligent Vehicle Highway System (IVHS). Lane routing is important because the problem of managing the traffic flow on a multilane IVHS will play a major role in an urban environment. In a control system's point of view, the system architecture for the automated highway is hierarchically decomposed into a network layer, a link layer, a coordination layer, and a regulation layer, from the top to the bottom. The link layer is responsible for the lane routing control.
On the other hand, because analytical approaches are impossible for various, almost unpredictable traffic situations, traffic simulations are indispensible for the design and the evaluation of various control strategies of IVHS. The discrete event modeling technique can be employed to describe both macroscopic and microscopic models according to the abstraction level. In particular, when temporal issues of systems are significant, discrete event modeling and simulation can be considered the best solution.
Therefore, in order to design a link layer controller, we need a traffic modeling and simulation framework, and the DEVS formalism can be employed for effective traffic modeling and simulation of the IVHS.
In this thesis, we propose a lane routing algorithm for vehicles entering the highway to exit successfully at their destination while balancing the lane capacity usage of the highway, even in the face of lane-blocking incident. After that, we present a methodology for the performance evaluation of resulting link layer controller using discrete event modeling and simulation.
The simulation results show that the proposed lane routing algorithm gives good performance for traffic flow control in the IVHS.
오늘날 도로의 정체, 사고, 환경문제 등과 같은 교통문제는 날로 증가하고 있으며, 미래에는 더욱 심각해질 것으로 예상된다. 이러한 문제들의 혁신적인 해결책으로서 지능형 교통관제 시스템(Intelligent Vehicle Highway System, IVHS)이 대두되고 있다. 이 시스템의 가장 주된 목적은 도로의 수용능력과 안전도를 높이는 것이다. 이러한 목적은 모든 차량들을 자동 제어하여 인간보다 더 빠르게 반응하고, 더 좁은 차간 간격으로 운전을 함으로써 달성될 수 있다. 이를 위하여, 지금까지는 차량의 종적 제어(longitudinal control)와 횡적 제어(lateral control)에 대한 연구가 주로 이루어져 왔다. 하지만, 도시고속도로와 같이 여러 차선이 있는 도로에서는 차선간의 차량의 고른 분포를 포함한 전체적인 교통의 유연한 흐름도 도로의 수용능력을 높이는데 중요한 역할을 할 것이다. 따라서, 이 논문에서는 교통사고와 같은 예기치 못한 상황이 발생하더라도 각 차량을 그 목적지에 성공적으로 도달할 수 있도록 하면서 교통의 흐름을 원활히 할 수 있는 라우팅 알고리즘을 제안하였다. 이 알고리즘의 중심 개념은 경험적인 방법으로부터 도출되었으며, 상대비용함수(relative cost function)를 정의하여 체계적으로 전개시켜 완성하였다.
한편, 교통시스템은 매우 복잡하고 예측할 수 없는 여러 가지 교통상황이 존재하기 때문에, 해석적인 접근방법은 거의 불가능하다고 말할 수 있다. 이러한 매우 복잡한 시스템에 대해서는 시뮬레이션이 가장 좋은 해결책으로서 생각되며, 그 동안 여러 가지 교통 시뮬레이션 방법들이 존재하여 왔다. 이러한 시뮬레이션 방법 중, 계층적이고 객체 지향적인 이산사건 모델링 및 시뮬레이션은 여러 가지 다양한 구조의 교통시스템에 대하여 거시적이고 미시적인 시뮬레이션을 통합하여 수행할 수 있기 때문에 효과적인 방법이라고 생각된다. 이에, 이 논문에서는 ,DEVS Formalism에 기반을 둔 계층적이고 객체 지향적인 이산사건 모델링 및 시뮬레이션을 이용하여 제안된 알고리즘의 성능평가 방법을 보여주고 있다.
시뮬레이션 결과를 분석하여 보면, 전역적인 차선의 배정 방법만으로는 만족스러운 성능을 갖지 못하며, 분산된 라우팅 알고리즘이 같이 사용될 때 우수한 성능을 나타내고 있음을 알 수 있다. 특히 사고가 일어난 경우에는 그 성능의 차이가 매우 크게 나타나고 있어, 제안된 알고리즘의 우수성을 입증해 주고 있다.
