摘要
无人驾驶汽车（AutonomousVehicle,AV）是下一代交通运输的主要工具，具有减
少车头时距，提高道路通行能力的潜力。然而在向无人驾驶时代转变的过程中，有人
驾驶汽车（HumanVehicle,HV）与无人驾驶汽车在相当长的时期内将共用道路，构成
新型混合交通系统。现有研究表明有人驾驶汽车与无人驾驶汽车共用车道，将减弱无
人驾驶汽车提高道路通行能力的潜力，因此采取部署无人驾驶汽车专用道，使无人驾
驶汽车与有人驾驶汽车分离的管理措施逐渐受到重视。但是现有的无人驾驶汽车专用
道设计模型不能保证设置的专用道彼此相互连通，将导致无人驾驶汽车频繁驶入、驶
出专用道，这不仅增加无人驾驶汽车的走行时间，还会加强其与有人驾驶车辆之间的
相互干扰，降低整个交通系统的性能。针对上述问题，本研究给出了一个无人驾驶汽
车连通专用道网络设计模型。该模型设计的连通无人驾驶汽车专用道网络，可以保证
无人驾驶汽车只使用专用道即可完成出行。本文主要对以下三个方面进行了研究：
（1）新型混合交通流分析。未设置无人驾驶汽车专用道时，在不同的无人驾驶汽
车市场占有率条件下，基于新型混合交通流道路通行能力分析模型和无人驾驶汽车与
有人驾驶汽车的出行费用函数，建立描述新型混合交通流特性的混合用户均衡模型，
并基于Frank-Wolf算法设计模型求解算法。通过数值实验发现无人驾驶汽车市场占有
率的提升不一定总能提高道路通行能力和减少系统总出行时间，当无人驾驶汽车市场
占有率提升到某一水平时应进一步采取车道管理策略进行交通网络设计。
（2）无人驾驶汽车连通专用道部署规划。本文使用离散双层规划模型表述无人驾
驶汽车连通专用道网络设计问题，其上层问题以系统总出行时间最小为目标，决策在
哪些路径上设置无人驾驶汽车专用道；下层问题描述无人驾驶汽车连通专用道条件下
有人驾驶汽车与无人驾驶汽车的均衡分配问题。离散双层规划问题是一个NP-hard问题，
为此本文设计了融合Frank-Wolf算法的模拟退火算法进行求解，并通过数值实验验证
了算法的有效性。数值分析表明随着无人驾驶汽车市场占有率逐渐升高，本文的连通
专用道的部署方案能够有效减少系统总出行时间。此外还发现当无人驾驶汽车在市场
占有绝对份额后，应设置有人驾驶汽车的连通专用道，允许无人驾驶汽车自由使用剩
余车道。这样既能保证有人驾驶汽车的路权，又能充分发挥无人驾驶汽车提高道路通
行能力及减少系统总出行时间的潜力。
（3）无人驾驶汽车专用道和公交专用道联合部署设计。由本文无人驾驶汽车连通
专用道网络设计问题的研究结论可知，在无人驾驶汽车发展初期市场占有率较低时，
无人驾驶汽车连通专用车道利用率较低，并不能有效减少系统总出行时间。因此本文
提出了无人驾驶汽车与公交车共用连通专用道的联合部署问题。针对该问题建立了以
系统总出行时间最小为目标的离散双层规划模型。数值试验结果表明在无人驾驶汽车
市场占有率较低时，与未设置联合专用道的情况相比，联合部署方案可以有效减少系
统总出行时间。
关键词：智能交通；混合交通分配问题；无人驾驶汽车专用道；离散网络设计问
题
ResearchonTheConnectedAutonomousVehicleDedicatedLane
NetworkDesign
Abstract
Autonomousvehicles(AVs)arethemainnext-generationtransportationtool,withthe
potentialtoreduceheadwayandimproveroadcapacity.However,duringthetransitiontothe
eraofautonomousdriving,human-drivenvehicles(HVs)andautonomousvehicleswillshare
theroadforaconsiderableperiodoftime,forminganewhybridtransportationsystem.Existing
re