No description available.

Increasing congestion and environmental concerns have evoked an interest in promoting urban Public Transport (PT) the last decades. In 2012 the City of Stockholm adopted an “Urban mobility strategy” stating that public transport, cycling and walking should be prioritised over cars in central Stockholm. One of the most important factors influencing the modal choice is the travel time ratio between car and PT travel. According to earlier studies Public Transport Traffic Signal Priority (PTSP) can reduce travel times for public transport with only small negative impacts on other traffic. Conditional PTSP can also help to regulate the PT service. Thus PTSP may support drivers’ decision to change travel mode from car to PT, thus supporting adopted policy goals. Conventional control strategies for coordinated traffic signals have pre-set timings based on traffic surveys. Some traffic adaptation based on real time detector actuations can also take place within the frames of the pre-set cycle time. PTSP changes the signal timings, within pre-set limits, when a PT vehicle is detected. Self-optimising control strategies use a traffic model to predict the traffic flows from traffic counts, and determine the signal changes in real-time by minimising a cost function including delay, number of stops etc. PTSP is included directly in the optimisation by giving PT vehicles a higher weight compared to cars. In this thesis the fundamentals of signal control theory are reviewed as well as unconditional and conditional PTSP criteria and strategies. A simulation based method for evaluation of impacts of different PTSP strategies in coordinated controlled traffic signals is implemented. The simulation setup includes Software-In-the-Loop (SIL) signal controller simulators running the same control logic as used in field. Such simulation models can be useful to test and fine tune PTSP before being implemented in field. Simulations with a SIL setup also enable comparisons of signal control strategies or systems on equal terms, not practically or economically possible in field studies. The implemented SIL simulation model was used to evaluate the impacts on buses and other traffic from the different PTSP functions used in the “PRIBUSS” PTSP method. Short green time extensions showed travel time reductions for buses, with almost no travel time increase for other traffic. Long green time extensions gave somewhat larger benefits for the buses, but more delay to other traffic. Red truncation gave less travel time savings to the prioritised buses and more extra delay for cross street traffic, compared to green extensions. Double red truncation and Extra phase showed some additional travel time savings to the buses, but had the largest negative impact on other traffic. A combination of PRIBUSS functions showed the best results. Depending on the structure of the signal coordination and the location of the bus stops different PTSP functions may be needed. Based on the conclusions from the evaluation of the different PRIBUSS functions a conditional “differential on-time-status” based PTSP strategy was proposed and tested in the SIL simulation environment. The proposed method is focusing on direct travel time savings as well as on reduced bus bunching. The two self-optimising signal control systems Utopia/Spot and ImFlow were tested, and their impacts were compared to conventional control including PTSP with the PRIBUSS method in a SIL simulation environment. The aim was to test if commercially available self-optimising control systems can reduce the overall delay per person by applying more sophisticated PTSP. Both systems reduced the delay for buses, cyclists and pedestrians at a cost of increased delay and increased number of stops compared to the existing conventional control used in field. The total delay for all road users was reduced substantially. / Intresset för att påverka resvanorna i våra städer så att kollektivtrafikandelen ökar har växt de senaste decennierna på grund av en ökad trängsel i gatunätet samt ökad miljömedvetenhet. Stockholms stad har antagit ”Framkomlighetsstrategin” som innebär att kollektivtrafik, gång och cykel ska prioriteras framför biltrafik i centrala Stockholm. En av de faktorer som påverkar färdmedelsvalet mest är restidskvoten mellan bil och kollektivtrafik. Tidigare studier har visat att kollektivtrafikprioritering i trafiksignaler kan minska körtiden för kollektivtrafiken väsentligt, med små eller inga negativa konsekvenser för övrig trafik. Villkorlig prioritering kan dessutom förbättra kollektivtrafikens regularitet. Kollektivtrafikprioritering i trafiksignaler kan på så sätt hjälpa till att förbättra kollektivtrafikens attraktivitet och därigenom öka kollektivtrafikandelen. Samordnade trafiksignaler styrda med konventionell teknik har en fast tidsättning framtagen med insamlade historiska trafikdata som grund. Viss trafikstyrning kan åstadkommas inom ramen för den fasta omloppstiden. Om bussprioritering finns ändras signalväxlingen av prioriteringsfunktionerna när en buss detekteras, inom vissa begränsningar för att hålla ihop det samordnade systemet. Självoptimerande signalstyrning bygger på att fordonsrörelserna genom systemet predikteras med en trafikmodell utifrån trafikräkningar med detektorer. Signaltidsättningen bestäms sedan i realtid genom att minimera en kostnadsfunktion som innehåller fördröjning, antal stopp mm. för de modellerade fordonsrörelserna. Kollektivtrafiken prioriteras genom att dess fordon detekteras separat från övrig trafik, och ges en högre vikt i optimeringen av signaltidssättningen. I denna avhandling beskrivs de teoretiska grunderna för trafiksignalstyrning, liksom metoder och kriterier för villkorlig och ovillkorlig signalprioritering av kollektivtrafik. En simuleringsbaserad metod för att utvärdera effekterna av olika signalprioritering har implementerats. Denna använder styrapparatsimulatorer med samma programmering som styrapparaterna på gatan, inklusive prioriteringsfunktioner. Sådana simuleringar kan vara ett användbart verktyg för att justera in prioriteringsfunktionerna innan dessa implementeras i signalstyrningen på gatan. Simuleringar med styrapparatsimulatorer möjliggör också jämförelser av olika styrstrategier under kontrollerade förhållanden som inte vore praktiskt, eller ekonomiskt möjliga att genomföra i fält. I den framtagna simuleringsmiljön har effekterna av de olika prioriteringsfunktionerna i PRIBUSS utvärderats. Korta (maxtids-)förlängningar gav körtidsvinster för bussar och knappast några restidsförsämringar för övrig trafik. Långa förlängningar (fråntidsförlängning och återtagen start) gav ytterligare restidsvinster för busstrafiken, men ökad fördröjning för övrig trafik. Avkortning gav, jämfört med förlängningar, mindre restidsvinster för busstrafiken och mer störning för övrig trafik. De mer komplicerade funktionerna Dubbel avkortning och extrafas gav viss ytterligare restidsvinst för bussarna, men hade den största inverkan på övrig trafik. Bäst resultat uppkom dock med en kombination av PRIBUSS funktioner. Beroende på samordningens struktur och busshållplatsernas placering i förhållande till trafiksignalerna kan olika prioriteringsfunktioner ge större eller mindre nytta. Baserat på utvärderingen av de olika PRIBUSS funktionernas effekter på bussar och övrig trafik har en tidhållningsbaserad differentierad prioriteringsstrategi föreslagits, som förutom att skapa direkta restidvinster också försöker motverka ihopklumpning av bussar. Denna strategi har implementerats och testats i den framtagna simuleringsmiljön. Med hjälp av simuleringar har de självoptimerande signalstyrsystemen Utopia/Spot och ImFlow testats och jämförts med konventionell styrning, inklusive bussprioritering med PRIBUSS. Syftet med denna studie var att undersöka om fördröjningen per person i trafiknätet kan minskas genom bättre kollektivtrafikprioritering med hjälp av ett kommersiellt tillgängligt självoptimerande signalstyrsystem. De båda testade systemen gav minskad fördröjning för kollektivtrafik, gående och cyklister, men ökad fördröjning och antal stopp för biltrafik. Den totala fördröjningen minskades betydligt med de båda testade självoptimerande signalstyrsystemen. / <p>QC 20140513</p>

La congestion en milieu urbain est un enjeu majeur que ce soit d’un point vue économique, social ou environnemental. À court et moyen terme, l’utilisation de la simulation dynamique du trafic routier peut permettre d’analyser et de guider des politiques d’optimisation des infrastructures existantes. Aujourd’hui, du fait de la complexité des systèmes de transport, les outils de modélisation classiques sont limités à des échelles géographiques peu étendues (de l’ordre du quartier). À grande échelle, le temps de calcul devient rapidement un facteur limitant tout comme le calibrage et la scénarisation. Néanmoins les dernières décennies ont vu l’apparition d’une nouvelle génération de modèles bien adaptés aux métropoles urbaines. Ceux-ci sont basés sur une relation phénoménologique entre la production de déplacements et le nombre de véhicules dans une zone spatiale d’un réseau routier, appelée Diagramme Fondamental de Zone (Macroscopic Fundamental Diagram, MFD). Cette relation, validée empiriquement sur de nombreuses villes, a permis d’étudier différentes méthodes de contrôle du trafic pour une ville entière, mais a été peu utilisée à des fins de prévision de la congestion. L’objectif de cette thèse est de proposer un premier outil opérationnel de simulation et d’analyse des grands réseaux de métropoles, en utilisant et développant les modèles de trafic basés sur la relation MFD. Cet outil doit posséder un cadre théorique cohérent qui puisse convenir à des applications telles que la prévision d’états de trafic, le développement de nouvelles politiques de contrôle, l’estimation de pollutions liées au trafic, etc. Les contributions de la thèse portent sur deux aspects. Le premier est l’analyse des propriétés mathématiques et physiques des modèles existants, en incluant une formalisation complète de la gestion de plusieurs longueurs de parcours au sein d’une même zone urbaine. En particulier, cette formalisation traite de la distinction des trajets internes à la zone et des problèmes de flux convergents et divergents pour les trajets traversant la zone lorsque la congestion se propage d’une zone à l’autre. Le deuxième aspect est la proposition d’un nouveau modèle basé sur la distance individuelle parcourue à l’intérieur d’une zone urbaine (trip-based). Cette approche permet d’individualiser les usagers (auparavant représentés sous forme de flux continus) et donc de définir plus finement leurs caractéristiques, en vue de coupler leurs déplacements à des modèles d’affectations sur différentes routes. Enfin, des exemples d’application illustrant diverses collaborations sont donnés en dernière partie de la thèse. La simulation du trafic sur l’aire urbaine du Grand Lyon (France) y est présentée, ainsi que de nouveaux modules de modélisation de la recherche de parking ou de contrôle périphérique. Cette thèse est partie intégrante d’un projet européen ERC intitulé MAGnUM : Approche multi-échelle et multimodale de la modélisation du trafic pour une gestion durable de la mobilité urbaine. / Congestion in urban areas has become a major issue in terms of economic, social or environmental impact. For short or mid term, using dynamic road traffic simulation can help analyzing and providing guidelines to optimization policies of existing infrastructures. Today, because of the complexity of transport systems, classical modeling tools are limited to small geographical areas (of a district size). Computational time, together with simulation calibration, are notably very constraining at large scales. However, a new generation of models designed for metropolitan areas has arisen over the past decades. These models are based on a phenomenological relationship between travel production and the number of vehicles in a given spatial area of a road network, known as the Macroscopic Fundamental Diagram (MFD). This relationship, supported by empirical evidences from several cities around the world, has allowed the study of different traffic control schemes at a whole city scale, but was rarely used for traffic state forecasting. The aim of this PhD is to propose an efficient modeling tool, based upon the concept of MFD, to simulate and analyze traffic states in large metropolitan areas. The theoretical framework of this tool must be consistent and applicable for traffic state forecasting, development of new control policies, traffic emission estimation, etc. There are two major contributions in this PhD. The first one is analyzing the mathematical and physical properties of existing models, and formalizing the dynamics of several trip lengths inside the same urban zone. In particular, this formalization distinguishes between internal trips and trips crossing the zone. Flow merging and diverging issues are also addressed when congestion propagates from one zone to another. The second contribution is proposing a new trip-based model based on individual traveled distance. This approach allows to treat users independently (previously represented with continuous flows), and thus to define their characteristics more precisely to couple their trips with assignment models on different paths. Finally, examples of application from various collaborations are given in the last part of this thesis. It includes a simulation study of the Grand Lyon urban area (France), as well as new modules to simulate search-for-parking or perimeter control. This PhD is part of a European ERC project entitled MAGnUM: Multiscale and Multimodal Traffic Modeling Approach for Sustainable Management of Urban Mobility.

The thesis is composed of two main parts. The first part deals with a microscopic traffic flow theory. Models describing the individual acceleration, deceleration and lane-changing behavior are formulated and the emerging collective traffic dynamics are investigated by means of numerical simulations. The models and simulation tools presented provide the methodical prerequisites for the second part of the thesis in which a novel concept of a traffic-adaptive control strategy for ACC systems is presented. The impact of such systems on the traffic dynamics can solely be investigated and assessed by traffic simulations. The focus is on future adaptive cruise control (ACC) systems and their potential applications in the context of vehicle-based intelligent transportation systems. In order to ensure that ACC systems are implemented in ways that improve rather than degrade traffic conditions, the thesis proposes an extension of ACC systems towards traffic-adaptive cruise control by means of implementing an actively jam-avoiding driving strategy. The newly developed traffic assistance system introduces a driving strategy layer which modifies the driver's individual settings of the ACC driving parameters depending on the local traffic situation. Whilst the conventional operational control layer of an ACC system calculates the response to the input sensor data in terms of accelerations and decelerations on a short time scale, the automated adaptation of the ACC driving parameters happens on a somewhat longer time scale of, typically, minutes. By changing only temporarily the comfortable parameter settings of the ACC system in specific traffic situations, the driving strategy is capable of improving the traffic flow efficiency whilst retaining the comfort for the driver. The traffic-adaptive modifications are specified relative to the driver settings in order to maintain the individual preferences. The proposed system requires an autonomous real-time detection of the five traffic states by each ACC-equipped vehicle. The formulated algorithm is based on the evaluation of the locally available data such as the vehicle's velocity time series and its geo-referenced position (GPS) in conjunction with a digital map. It is assumed that the digital map is complemented by information about stationary bottlenecks as most of the observed traffic flow breakdowns occur at these fixed locations. By means of a heuristic, the algorithm determines which of the five traffic states mentioned above applies best to the actual traffic situation. Optionally, inter-vehicle and infrastructure-to-car communication technologies can be used to further improve the accuracy of determining the respective traffic state by providing non-local information. By means of simulation, we found that the automatic traffic-adaptive driving strategy improves traffic stability and increases the effective road capacity. Depending on the fraction of ACC vehicles, the driving strategy &amp;quot;passing a bottleneck&amp;quot; effects a reduction of the bottleneck strength and therefore delays (or even prevents) the breakdown of traffic flow. Changing to the driving mode &amp;quot;leaving the traffic jam&amp;quot; increases the outflow from congestion resulting in reduced queue lengths in congested traffic and, consequently, a faster recovery to free flow conditions. The current travel time (as most important criterion for road users) and the cumulated travel time (as an indicator of the system performance) are used to evaluate the impact on the quality of service. While traffic congestion in the reference scenario was completely eliminated when simulating a proportion of 25% ACC vehicles, travel times were significantly reduced even with much lower penetration rates. Moreover, the cumulated travel times decreased consistently with the increase in the proportion of ACC vehicles. / In der Arbeit wird ein neues verkehrstelematisches Konzept für ein verkehrseffizientes Fahrverhalten entwickelt und als dezentrale Strategie zur Vermeidung und Auflösung von Verkehrsstaus auf Richtungsfahrbahnen vorgestellt. Die operative Umsetzung erfolgt durch ein ACC-System, das um eine, auf Informationen über die lokale Verkehrssituation basierende, automatisierte Fahrstrategie erweitert wird. Die Herausforderung bei einem Eingriff in das individuelle Fahrverhalten besteht - unter Berücksichtigung von Sicherheits-, Akzeptanz- und rechtlichen Aspekten - im Ausgleich der Gegensätze Fahrkomfort und Verkehrseffizienz. Während sich ein komfortables Fahren durch große Abstände bei geringen Fahrzeugbeschleunigungen auszeichnet, erfordert ein verkehrsoptimierendes Verhalten kleinere Abstände und eine schnellere Anpassung an Geschwindigkeitsänderungen der umgebenden Fahrzeuge. Als allgemeiner Lösungsansatz wird eine verkehrsadaptive Fahrstrategie vorgeschlagen, die ein ACC-System mittels Anpassung der das Fahrverhalten charakterisierenden Parameter umsetzt. Die Wahl der Parameter erfolgt in Abhängigkeit von der lokalen Verkehrssituation, die auf der Basis der im Fahrzeug zur Verfügung stehenden Informationen automatisch detektiert wird. Durch die Unterscheidung verschiedener Verkehrssituationen wird ein temporärer Wechsel in ein verkehrseffizientes Fahrregime (zum Beispiel beim Herausfahren aus einem Stau) ermöglicht. Machbarkeit und Wirkungspotenzial der verkehrsadaptiven Fahrstrategie werden im Rahmen eines mikroskopischen Modellierungsansatzes simuliert und hinsichtlich der kollektiven Verkehrsdynamik, insbesondere der Stauentstehung und Stauauflösung, auf mehrspurigen Richtungsfahrbahnen bewertet. Die durchgeführte Modellbildung, insbesondere die Formulierung eines komplexen Modells des menschlichen Fahrverhaltens, ermöglicht eine detaillierte Analyse der im Verkehr relevanten kollektiven Stabilität und einer von der Stabilität abhängigen stochastischen Streckenkapazität. Ein tieferes Verständnis der Stauentstehung und -ausbildung wird durch das allgemeine Konzept der Engstelle erreicht. Dieses findet auch bei der Entwicklung der Strategie für ein stauvermeidendes Fahrverhalten Anwendung. In der Arbeit wird die stauvermeidende und stauauflösende Wirkung eines individuellen, verkehrsadaptiven Fahrverhaltens bereits für geringe Ausstattungsgrade nachgewiesen. Vor dem Hintergrund einer zu erwartenden Verbreitung von ACC-Systemen ergibt sich damit eine vielversprechende Option für die Steigerung der Verkehrsleistung durch ein teilautomatisiertes Fahren. Der entwickelte Ansatz einer verkehrsadaptiven Fahrstrategie ist unabhängig vom ACC-System. Er erweitert dessen Funktionalität im Hinblick auf zukünftige, informationsbasierte Fahrerassistenzsysteme um eine neue fahrstrategische Dimension. Die lokale Interpretation der Verkehrssituation kann neben einer verkehrsadaptiven ACC-Regelung auch der Entwicklung zukünftiger Fahrerinformationssysteme dienen.

Chaque jour des milliers de camions transportant des centaines de milliers de tonnes de marchandises dangereuses par diverses modalités. Toutefois, le terme “dangereux” indique une adversité intrinsèque qui caractérise ces produits transportés, et qui peuvent se manifester lors d'un accident entraînant la fuite d'une substance dangereuse. Dans une telle situation, les conséquences peuvent nuire à l'environnement et létal pour l'humain.L'importance des marchandises dangereuses revient aux bénéfices économiques considérables générés. En fait, on ne peut nier la contribution du transport des produits dérivés de combustibles fossiles, ce qui représente plus de 60% des marchandises dangereuses transportées en Europe. Eni, la société italienne leader de pétrochimie, gère chaque jour une flotte d'environ 1.500 camions, qui effectuent de nombreuses expéditions. Pourtant la distribution de produits pétroliers est une activité à grande risques, et tout accident lors du transport peut entraîner de graves conséquences.Consciente des enjeux, la division Eni R&M - Logistique Secondaire, historiquement actif au siège de Gênes, collabore depuis 2002 avec le DIBRIS à l'Université de Gênes, et le CRC à Mines ParisTech, dans le but d'étudier les améliorations possibles en matière de sûreté dans le transport de marchandises dangereuses. Au fil des ans, cette collaboration a permis le développement d'un système d'information et décisionnel. Le composant principal de ce système est une plate-forme de surveillance de la flotte Eni appelé TIP (Transport Integrated Platform), pour livrer les produits vers les points de distributions. Ces véhicules sont équipés d'un dispositif capable de transmettre des flux de données en temps réel en utilisant un modem GPRS. Les données transmises peuvent être de nature différente et contenir des informations sur l'état du véhicule, le produit et les événements détectés durant l'expédition. Ces données sont destinées à être reçues par des serveurs centralisés puis traitées et stockées, afin de soutenir diverses applications du TIP.Dans ce contexte, les études menées tout au long de la thèse sont dirigés vers le développement d'une proposition visant à réduire davantage les risques liés au transport de marchandises dangereuses. En d'autres termes, un modèle basé sur le compromis entre les facteurs économiques et sûretés pour le choix de l'itinéraire. L'objectif est motivé par la nécessité de soutenir les règlements et les normes de sécurité existantes, car ils ne garantissent pas totalement contre les accidents entrainant des marchandises dangereuses.L'objectif est effectué en prenant en compte le système existant comme base pour l'élaboration d'un système de transport intelligent (STI) regroupant plusieurs plates-formes logicielles. Ces plates-formes doivent permettre aux planificateurs et aux décideurs de suivre en temps réel leur flotte, à évaluer les risques et tous les itinéraires possibles, de simuler et de créer différents scénarios, et d'aider à trouver des solutions à des problèmes particuliers.Tout au long de cette thèse, je souligne la motivation pour ce travail de recherche, les problématiques, et les défis de transport de marchandises dangereuses. Je présente le TIP comme le noyau de l'architecture proposée du STI. Pour les besoins de la simulation, les véhicules virtuels sont injectés dans le système. La gestion de la collecte des données a été l'objet d'une amélioration technique pour plus de fiabilité, d'efficacité et d'évolutivité dans le cadre de la surveillance en temps réel. Enfin, je présente une explication systématique de la méthode d'optimisation des itinéraires considérant les critères économiques et de risques. Le risque est évalué en fonction de divers facteurs notamment la fréquence d'accidents entrainant des marchandises dangereuses, et ses conséquences. La quantification de l'incertitude dans l'évaluation des risques est modélisée en utilisant la théorie des ensembles flous. / Everyday thousands of trucks transporting hundreds of thousands of tons of dangerous goods by various modalities and both within and across nations. However, the term “dangerous” indicates an intrinsic adversity that characterize these products, which can manifest in an accident leading to release of a hazardous substance (e.g. radioactive, flammable, explosive etc.). In this situation, the consequences can be lethal to human beings, other living organisms and damage the environment and public/private properties.The importance of dangerous goods boils down to the significant economic benefits that generates. In fact, one cannot deny the contribution of the transport of all fossil fuel derived product, which represents more than 60% of dangerous goods transported in Europe. Eni, the Italian leading petrochemical company, every day operates a fleet of about 1,500 trucks, which performs numerous trips from loading terminals to filling stations. Distribution of petroleum products is a risky activity, and an accident during the transportation may lead to serious consequences.Aware of what is at stake, the division Eni R&M - Logistics Secondary, historically active in Genoa headquarters, is collaborating since 2002 with the DIBRIS department at University of Genoa, and the CRC at Mines ParisTech, with the purpose of studying possible improvements regarding safety in transport of dangerous goods, particularly petroleum products. Over years, this collaboration has led to the development of different technologies and mainly to an information and decision support system. The major component of this system is a platform for monitoring Eni fleet, at the national level, to deliver the products to the distribution points, called the Transport Integrated Platform (TIP). These vehicles are equipped with a device capable of transmitting data stream in real-time using a GPRS modem. The data transmitted can be of different nature and contain information about the state of the vehicle and occurred events during the trip. These data are intended to be received by centralized servers then get processed and stored, in order to support various applications within the TIP.With this in mind, the studies undertaken throughout the thesis are directed towards the development of a proposal to further minimize the risk related to the transportation of dangerous goods. In other words, a trade-off based model for route selection taking into consideration economic and safety factors. The objective is prompted by the need to support existent regulations and safety standards, which does not assure a full warranty against accidents involving dangerous goods.The goal is carried out by considering the existent system as basis for developing an Intelligent Transportation System (ITS) aggregating multiple software platforms. These platforms should allow planners and decision makers to monitor in real-time their fleet, to assess risk and evaluate all possible routes, to simulate and create different scenarios, and to assist at finding solutions to particular problems.Throughout this dissertation, I highlight the motivation for such research work, the related problem statements, and the challenges in dangerous goods transport. I introduce the TIP as the core for the proposed ITS architecture. For simulation purposes, virtual vehicles are injected into the system. The management of the data collection was the subject of technical improvement for more reliability, efficiency and scalability in real-time monitoring of dangerous goods shipment. Finally, I present a systematic explanation of the methodology for route optimization considering both economic and risk criteria. The risk is assessed based on various factors mainly the frequency of accident leading to hazardous substance release and its consequences. Uncertainty quantification in risk assessment is modelled using fuzzy sets theory.

The thesis is composed of two main parts. The first part deals with a microscopic traffic flow theory. Models describing the individual acceleration, deceleration and lane-changing behavior are formulated and the emerging collective traffic dynamics are investigated by means of numerical simulations. The models and simulation tools presented provide the methodical prerequisites for the second part of the thesis in which a novel concept of a traffic-adaptive control strategy for ACC systems is presented. The impact of such systems on the traffic dynamics can solely be investigated and assessed by traffic simulations. The focus is on future adaptive cruise control (ACC) systems and their potential applications in the context of vehicle-based intelligent transportation systems. In order to ensure that ACC systems are implemented in ways that improve rather than degrade traffic conditions, the thesis proposes an extension of ACC systems towards traffic-adaptive cruise control by means of implementing an actively jam-avoiding driving strategy. The newly developed traffic assistance system introduces a driving strategy layer which modifies the driver's individual settings of the ACC driving parameters depending on the local traffic situation. Whilst the conventional operational control layer of an ACC system calculates the response to the input sensor data in terms of accelerations and decelerations on a short time scale, the automated adaptation of the ACC driving parameters happens on a somewhat longer time scale of, typically, minutes. By changing only temporarily the comfortable parameter settings of the ACC system in specific traffic situations, the driving strategy is capable of improving the traffic flow efficiency whilst retaining the comfort for the driver. The traffic-adaptive modifications are specified relative to the driver settings in order to maintain the individual preferences. The proposed system requires an autonomous real-time detection of the five traffic states by each ACC-equipped vehicle. The formulated algorithm is based on the evaluation of the locally available data such as the vehicle's velocity time series and its geo-referenced position (GPS) in conjunction with a digital map. It is assumed that the digital map is complemented by information about stationary bottlenecks as most of the observed traffic flow breakdowns occur at these fixed locations. By means of a heuristic, the algorithm determines which of the five traffic states mentioned above applies best to the actual traffic situation. Optionally, inter-vehicle and infrastructure-to-car communication technologies can be used to further improve the accuracy of determining the respective traffic state by providing non-local information. By means of simulation, we found that the automatic traffic-adaptive driving strategy improves traffic stability and increases the effective road capacity. Depending on the fraction of ACC vehicles, the driving strategy &amp;quot;passing a bottleneck&amp;quot; effects a reduction of the bottleneck strength and therefore delays (or even prevents) the breakdown of traffic flow. Changing to the driving mode &amp;quot;leaving the traffic jam&amp;quot; increases the outflow from congestion resulting in reduced queue lengths in congested traffic and, consequently, a faster recovery to free flow conditions. The current travel time (as most important criterion for road users) and the cumulated travel time (as an indicator of the system performance) are used to evaluate the impact on the quality of service. While traffic congestion in the reference scenario was completely eliminated when simulating a proportion of 25% ACC vehicles, travel times were significantly reduced even with much lower penetration rates. Moreover, the cumulated travel times decreased consistently with the increase in the proportion of ACC vehicles. / In der Arbeit wird ein neues verkehrstelematisches Konzept für ein verkehrseffizientes Fahrverhalten entwickelt und als dezentrale Strategie zur Vermeidung und Auflösung von Verkehrsstaus auf Richtungsfahrbahnen vorgestellt. Die operative Umsetzung erfolgt durch ein ACC-System, das um eine, auf Informationen über die lokale Verkehrssituation basierende, automatisierte Fahrstrategie erweitert wird. Die Herausforderung bei einem Eingriff in das individuelle Fahrverhalten besteht - unter Berücksichtigung von Sicherheits-, Akzeptanz- und rechtlichen Aspekten - im Ausgleich der Gegensätze Fahrkomfort und Verkehrseffizienz. Während sich ein komfortables Fahren durch große Abstände bei geringen Fahrzeugbeschleunigungen auszeichnet, erfordert ein verkehrsoptimierendes Verhalten kleinere Abstände und eine schnellere Anpassung an Geschwindigkeitsänderungen der umgebenden Fahrzeuge. Als allgemeiner Lösungsansatz wird eine verkehrsadaptive Fahrstrategie vorgeschlagen, die ein ACC-System mittels Anpassung der das Fahrverhalten charakterisierenden Parameter umsetzt. Die Wahl der Parameter erfolgt in Abhängigkeit von der lokalen Verkehrssituation, die auf der Basis der im Fahrzeug zur Verfügung stehenden Informationen automatisch detektiert wird. Durch die Unterscheidung verschiedener Verkehrssituationen wird ein temporärer Wechsel in ein verkehrseffizientes Fahrregime (zum Beispiel beim Herausfahren aus einem Stau) ermöglicht. Machbarkeit und Wirkungspotenzial der verkehrsadaptiven Fahrstrategie werden im Rahmen eines mikroskopischen Modellierungsansatzes simuliert und hinsichtlich der kollektiven Verkehrsdynamik, insbesondere der Stauentstehung und Stauauflösung, auf mehrspurigen Richtungsfahrbahnen bewertet. Die durchgeführte Modellbildung, insbesondere die Formulierung eines komplexen Modells des menschlichen Fahrverhaltens, ermöglicht eine detaillierte Analyse der im Verkehr relevanten kollektiven Stabilität und einer von der Stabilität abhängigen stochastischen Streckenkapazität. Ein tieferes Verständnis der Stauentstehung und -ausbildung wird durch das allgemeine Konzept der Engstelle erreicht. Dieses findet auch bei der Entwicklung der Strategie für ein stauvermeidendes Fahrverhalten Anwendung. In der Arbeit wird die stauvermeidende und stauauflösende Wirkung eines individuellen, verkehrsadaptiven Fahrverhaltens bereits für geringe Ausstattungsgrade nachgewiesen. Vor dem Hintergrund einer zu erwartenden Verbreitung von ACC-Systemen ergibt sich damit eine vielversprechende Option für die Steigerung der Verkehrsleistung durch ein teilautomatisiertes Fahren. Der entwickelte Ansatz einer verkehrsadaptiven Fahrstrategie ist unabhängig vom ACC-System. Er erweitert dessen Funktionalität im Hinblick auf zukünftige, informationsbasierte Fahrerassistenzsysteme um eine neue fahrstrategische Dimension. Die lokale Interpretation der Verkehrssituation kann neben einer verkehrsadaptiven ACC-Regelung auch der Entwicklung zukünftiger Fahrerinformationssysteme dienen.

[ES] Desde hace aproximadamente dos décadas, las ayudas tecnológicas a la conducciónn han ido creciendo a un ritmo vertiginoso con la intención de hacer estos sistemas más eficientes y seguros. Estas ayudas a la conducción han ido cubriendo fallos que los investigadores denominan "conducción errática" ó "comportamientos inseguros al volante" y que son decisiones arbitrarias tomadas por un conductor humano, que ponen en peligro a todos los usuarios de la carretera. Estas malas decisiones, sumadas al creciente número de viajes en coche en una ciudad hoy en día (post pandemia), muestran la necesidad de seguir haciendo propuestas tecnológicas, enfocadas a donde se producen interacciones más complejas entre vehículos; por ejemplo, una intersección en hora punta. Los desarrollos en ayudas a la conducción se han orientado en dos temas: el primero sobre la automatización de la conducción (Sistemas Avanzados de Asistencia al Conductor - ADAS y Vehículos Automatizados - AV) y el segundo sobre la gestión del tráfico vial (algoritmos centralizados o distribuidos para el control del tráfico). Aunque en la actualidad hay varias empresas automotrices y centros de investigación trabajando en los dos temas, y en especial en algunos casos eliminando de la ecuación el comportamiento humano, todavía hay carencias en las configuraciones, para que un vehículo autónomo sea capaz de tomar decisiones óptimas, frente a todas las posibles condiciones disponibles en un tráfico vial. Ahora bien, y teniendo en cuenta los dos temas antes mencionados sobre los desarrollos en ayudas a la conducción, los investigadores prevén a grandes rasgos, que para alcanzar mayores niveles de conducción autónoma en la próxima década, es necesario estudiar cómo hacer más eficientes las interacciones autónomas entre vehículos. Por ello, las intersecciones viales son un ejemplo clave, donde es posible analizar casos de interacciones de alta complejidad entre vehículos, ya que se trata de una parte de la infraestructura vial, donde los vehículos comparten carriles, vías, cruces o cambios de carril a voluntad, y que podría generar colisiones en puntos de conflicto y retrasos en los desplazamientos si no existe una cooperación adecuada. De esta forma, en esta tesis se propone una serie de algoritmos distribuidos para el control del tráfico en intersecciones, basados en el intercambio de comunicaciones entre vehículos autónomos (interacciones locales) cercano a las intersecciones y donde se muestran comportamientos emergentes en el tráfico, resultando en cruces de forma cooperativa, segura y eficiente, desde bajas a altas densidades de tráfico vehicular en las intersecciones. Esta investigación se desarrolla utilizando simuladores de tráfico vial, con calles estilo Manhattan; primero implementando escenarios menos complejos con calles urbanas de un carril, y luego incrementando la complejidad con múltiples carriles. / [CA] Des de fa aproximadament dues dècades, les ajudes tecnològiques a la conducció han anat creixent a un ritme vertiginós amb la intenció de fer aquests sistemes més eficients i segurs. Aquestes ajudes a la conducció han anat cobrint fallades que els investigadors denominen "conducció erràtica" o "comportaments insegurs al volant" i que són decisions arbitràries preses per un conductor humà, que posen en perill a tots els usuaris de la carretera. Aquestes males decisions, sumades al creixent nombre de viatges en cotxe en una ciutat avui dia (post pandèmia), mostren la necessitat de seguir fent propostes tecnològiques, enfocades a on es produeixen interaccions més complexes entre vehicles; per exemple, una intersecció en hora punta. Els desenvolupaments en ajudes a la conducció s'han orientat en dos temes: el primer sobre l'automatització de la conducció (Sistemes Avançats d'Assistència al Conductor - ADAS i Vehicles Automatitzats - AV) i el segon sobre la gestió del trànsit vial (algoritmes centralitzats o distribuïts per al control del trànsit). Encara que actualment hi ha diverses empreses automobilístiques i centres de recerca treballant en els dos temes, i en especial en alguns casos eliminant de l'equació el comportament humà, encara hi ha mancances en les configuracions, perquè un vehicle autònom siga capaç de prendre decisions òptimes, davant totes les possibles condicions disponibles en un trànsit vial. Ara bé, i tenint en compte els dos temes abans esmentats sobre els desenvolupaments en ajudes a la conducció, els investigadors preveuen a grans trets, que per assolir majors nivells de conducció autònoma en la propera dècada, és necessari estudiar com fer més eficients les interaccions autònomes entre vehicles. Per això, les interseccions vials són un exemple clau, on és possible analitzar casos d'interaccions d'alta complexitat entre vehicles, ja que es tracta d'una part de la infraestructura vial, on els vehicles comparteixen carrils, vies, creus o canvis de carril a voluntat, i que podria generar col·lisions en punts de conflicte i retards en els desplaçaments si no existeix una cooperació adequada. D'aquesta manera, en aquesta tesi es proposa una sèrie d'algoritmes distribuïts per al control del trànsit en interseccions, basats en l'intercanvi de comunicacions entre vehicles autònoms (interaccions locals) properes a les interseccions i on es mostren comportaments emergents en el trànsit, resultant en creus de forma cooperativa, segura i eficient, des de baixes a altes densitats de trànsit vehicular en les interseccions. Aquesta investigació es desenvolupa utilitzant simuladors de trànsit vial, amb carrers estil Manhattan; primer implementant escenaris menys complexos amb carrers urbans d'un carril, i després incrementant la complexitat amb múltiples carrils. / [EN] Since a couple of decades, the technological driving aids have gone growing at a dizzying pace with the intention of making these systems more efficient and safe. These driving aids have been covering failures that the researchers name "erratic driving" or "unsafe driving behaviors" and are arbitrary decisions taken by a human driver which endanger all road users. These bad decisions in addition to the increasing number of driving commutes in a city nowadays (post pandemic), show the need to continue doing technological proposals focused on where there are more complex interactions between vehicles when density increases; for instance, an intersection in rush hour. The developments in driving aids have been orientated in two topics: the first driving automation (Advanced Driver Assistance Systems - ADAS and Automated Vehicles - AV) and the second road traffic management (centralized or distributed algorithms to traffic control). Although there are currently several automotive companies and research centers working in the two topics, and in special in some cases removing the equation the human behavior, there are still lacks in the configurations for an vehicle autonomous be able to make optimal decisions front to all possible conditions available in a road traffic. Now, and take into account the two topics aforementioned about driving aids developments, researchers broadly envisage that in order to reach autonomous driving levels higher (first topic) in the next decade, is necessary to study how to do autonomous vehicle interactions (second topic) more efficient. Therefore, road intersections are an instance where it is possible to analyse cases of highly complexity interactions between vehicles, because it is a part of road infrastructure where the vehicles sharing lanes, paths, crossings or lane changes at will and it could generate collisions on conflict points and time delay in the commutes if there is not an appropriate cooperation. Hence, this thesis proposes a series of distributed algorithms to traffic control on intersections, based on interchange of communications between autonomous vehicles (local interactions) near to the intersections that show emergent behaviors to crossing cooperative, safe way and efficiency with high densities the traffic system on intersections. This research is developed using simulators with Manhattan-style streets; first implementing scenarios less complex with one-lane city streets and then increase the complexity with multiple-lanes. / González Pinzón, CL. (2024). Distributed Intersection Management Algorithms for Autonomous Vehicles [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/204406