CN107240252B - 一种交叉口的主动式车辆调度方法 - Google Patents

一种交叉口的主动式车辆调度方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107240252B
CN107240252B CN201710313966.4A CN201710313966A CN107240252B CN 107240252 B CN107240252 B CN 107240252B CN 201710313966 A CN201710313966 A CN 201710313966A CN 107240252 B CN107240252 B CN 107240252B
Authority
CN
China
Prior art keywords
fleet
stack
overlapping
root
intersection
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201710313966.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107240252A (zh
Inventor
安毅生
程寒寒
祝聪
李润康
贺冰花
陈佩
曾华倩
李欢
王顼
李璇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Changan University
Original Assignee
Changan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Changan University filed Critical Changan University
Priority to CN201710313966.4A priority Critical patent/CN107240252B/zh
Publication of CN107240252A publication Critical patent/CN107240252A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107240252B publication Critical patent/CN107240252B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G1/00—Traffic control systems for road vehicles
    • G08G1/01—Detecting movement of traffic to be counted or controlled
    • G08G1/0104—Measuring and analyzing of parameters relative to traffic conditions
    • G08G1/0125—Traffic data processing
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G1/00—Traffic control systems for road vehicles
    • G08G1/01—Detecting movement of traffic to be counted or controlled
    • G08G1/0104—Measuring and analyzing of parameters relative to traffic conditions
    • G08G1/0137—Measuring and analyzing of parameters relative to traffic conditions for specific applications
    • G08G1/0145—Measuring and analyzing of parameters relative to traffic conditions for specific applications for active traffic flow control
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G1/00—Traffic control systems for road vehicles
    • G08G1/09—Arrangements for giving variable traffic instructions
    • G08G1/0962—Arrangements for giving variable traffic instructions having an indicator mounted inside the vehicle, e.g. giving voice messages
    • G08G1/0967—Systems involving transmission of highway information, e.g. weather, speed limits
    • G08G1/096766—Systems involving transmission of highway information, e.g. weather, speed limits where the system is characterised by the origin of the information transmission
    • G08G1/096775—Systems involving transmission of highway information, e.g. weather, speed limits where the system is characterised by the origin of the information transmission where the origin of the information is a central station

Abstract

本发明提供了一种交叉口的主动式车辆调度方法，该方法包括以下步骤：步骤一，监测车辆信息；步骤二，根据车辆信息组织车队；步骤三，整合同相位车队；步骤四，构造车队调度序列；步骤五，获得最优车队调度序列；步骤六，拆分重叠车队；步骤七，按照拆分策略进行主动式车辆调度；步骤八，无等待主动式车辆调度；步骤九，执行固定配时方案。本发明利用建立二叉树的方法进行车队调度序列的构造，进而寻找最小旅行时间对应的序列，其效率优于以全排列的形式逐一筛查。对于无法实现无等待通行的交通情景，提出了对重叠车队进行拆分的方法，通过该方法，对于符合条件的车辆分布，可实现其无等待通行，并获得最短的旅行时间。

Description

一种交叉口的主动式车辆调度方法
技术领域
本发明属于城市交通信号控制领域，涉及车辆调度方法，具体涉及一种交叉口的主动式车辆调度方法。
背景技术
交通信号控制以交叉口微观车流为控制对象，以相位和时间为尺度分配车辆在交叉口的路权，从时间上分离冲突车流，对交通流进行合理的引导和调度，达到减少交通事故，提高交通安全和运输效率的目的。
交叉口信号控制方法可以分为主动式和被动式两类。所谓被动式是指车辆按照交叉口信号灯的相位和周期时长通过交叉口，这种方式将连续的车流人为进行分割，确保交叉口的冲突区域仅有唯一方向的车辆占用。近年来，随着智能车路协同系统、车联网、智能网联汽车等技术的飞速发展，通过车载与路侧设备的通信，交叉口信号控制系统能够快速、准确地获取车辆速度、位置等信息，进而推动了交叉口信号控制方法的发展。所谓交叉口信号控制是指车辆动态的申请通过交叉口的时间，交叉口信号控制器根据各个路段上车辆发来的通行申请计算全局最优的通行顺序，并将其下发给所有申请的车辆，车辆按照下发的通行指令通过交叉口。
目前，国内外被动式交叉口信号控制方法主要有定时控制、感应控制和自适应控制三类。定时控制方法不需要实时车流信息简单易行，通过设置固定的相位和绿信比实现，适用于车流量较大且分布均匀的交叉口。感应控制方法需要在交叉口的上下游车道布设检测线圈，根据实时获取的车流信息动态修改绿信比、周期时长等信号配时参数，适用于交通量不大且变化不均匀的交叉口。自适应控制方法利用检测线圈获取的车辆数、占用时间、瞬时速度等构造车流预测模型，利用模型预测得到的车辆数和队列长度设置信号配时参数，使信号配时与交通流相适应。迄今为止，SCOOT和SCATS是在全球范围内应用最为广泛的两个自适应交通信号控制系统。SCOOT系统由车辆检测器获得交通流信息，经过处理后形成周期流量图，然后与预先存储在计算机种的静态参数如连线上车队运行时间、信号相位顺序及相位时间等一起在仿真模型中进行计算，SCOOT系统采用小步长渐进寻优方法，使得配时方案的调整对交通流的连续性影响较小。SCATS系统根据交通流变化情况，实时调整信号控制参数，但可选方案数量有限，执行每一方案时间长(十几分钟变化一次方案)，不具备反馈功能，且检测设备放在停车线前，无法检测车辆排队长度。这两种方法都是依赖于地磁、视频类检测设备获取实时交通流状态以及由此建立的交通流预测模型，检测精度及模型的预测精度都会影响交叉口信号控制系统对车流的调控。
随着车联网和智能网联汽车的发展，在车辆上安装摄像头检测信号灯的变化不仅带来成本的增加，而且会受到气候条件的影响，因此通过车路通信技术实现车辆位置、速度等状态信息的上传，解决了传统方法检测精度和交通流预测模型精度不高的难题，同时，按照可精确获取的车辆状态信息并根据不同的通行效率指标，建立交叉口基于全局最优车辆调度方法的主动式交通信号控制方法将是智能网联汽车走向工程应用所面临的重要挑战。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，针对非饱和稀疏车流交叉口，提供一种交叉口的主动式车辆调度方法，该方法通过实时获取的车辆状态信息，建立基于二叉树节点遍历的车队调度算法，确保交叉口信号控制能够实现车辆主动申请交叉口路权，获取建议车速，安全通过交叉口的全过程。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：
一种交叉口的主动式车辆调度方法，该方法包括以下步骤：
步骤一，监测车辆信息：
车辆调度控制中心实时监测交叉口连接路段的车辆信息，车辆调度控制中心的监测范围为连接交叉口与相邻四个交叉口的四条路段，所述的四条路段分别记为R1、R2、R3和R4；所述的车辆信息为车辆的实时速度、车头与车尾距交叉口对面路段停车线的距离和车辆行驶目的地方向；
步骤二，根据车辆信息组织车队：
车辆调度控制中心根据监测的车辆信息，采用基于高分辨车辆位置信息的车队构造方法将四条路段R1、R2、R3和R4上的所有车辆进行车队组织，形成车队；
步骤三，整合同相位车队：
定义在同一方向上的路段R2和R4上的车队为同相位车队，同一方向上的路段R1和R3上的车队也为同相位车队，将同相位车队的信息整合在同一个集合中；
集合M用于存放路段R2和R4上的所有车队信息，根据队尾距交叉口对面路段停车线的距离从小到大排列依次存入集合M中；集合N用于存放路段R1和R3上的所有车队信息，根据队尾距交叉口对面路段停车线的距离从小到大排列依次存入集合N中；
在集合M和集合N中，将在距离上不重叠的车队作为独立的车队，将在距离上重叠的车队合并为独立的新车队，独立的新车队也作为独立的车队，组成新车队的各个车队中队头距对面路段停车线的最小值，为新车队的队头距对面路段停车线的距离，组成新车队的各个车队中队尾距对面路段停车线的最大值，为新车队的队尾距对面路段停车线的距离；
步骤四，构造车队调度序列：
车辆调度控制中心实时监测集合M和集合N中所有的车队信息，所述的车队信息为车队的实时速度、队头与队尾距交叉口对面路段停车线的距离和车队行驶目的地方向；车辆调度控制中心根据集合M和集合N中的车队信息，采用基于二叉树构造的车队调度序列生成方法进行车队调度序列的构造；将每个车队作为一个节点，分别将集合M和集合N中的第一个车队信息对应的车队置为二叉树的根节点，产生两颗二叉树；在每颗二叉树中每一条从根节点到叶结点的路径就是一个合理的车队调度序列，形成的多个合理的车队调度序列通过集合record来存放；
步骤五，获得最优车队调度序列：
车辆调度控制中心采用最优调度序列筛选算法，对recode中的每个车队调度序列进行计算，计算出每个车队调度序列对应的整体旅行时间totalTime，从中得出最小的totalTime，最小的totalTime对应的车队调度序列即为最优车队调度序列，车辆调度控制中心对最优车队调度序列进行模拟计算，并判断最优车队调度序列是否会产生车队在交叉口处的等待，车队在交叉口是否能够不停车通过，即车队是否会发生等待；
若车队会发生等待，则执行步骤六；
若车队不会发生等待，则执行步骤八；
步骤六，拆分重叠车队：
车辆调度控制中心将集合M和集合N中的车队信息对应的所有车队按照车队的队头距交叉口对面路段停车线的距离从小到大排成一个总序列，总序列中的重叠车队的类型分为只有两车队重叠类型、只有三车队重叠类型、两车队重叠和三车队重叠同时出现类型以及存在四车队以上重叠类型；
所述的重叠车队指按当前速度行驶，到达交叉口时会产生冲突的若干车队；
当重叠车队的类型为只有两车队重叠类型、只有三车队重叠类型或两车队重叠和三车队重叠同时出现类型时，根据拆分方法中的拆分判断条件对重叠车队进行判断；
若重叠车队能够拆分，则采用拆分方法获得在不同时段各车队的建议速度，形成拆分策略；
若重叠车队不能够拆分，则执行步骤九；
当重叠车队的类型为存在四车队以上重叠类型时，执行步骤九；
所述的拆分是指通过提速或降速调整重叠车队距交叉口的距离，从而消除车队的重叠；
步骤七，按照拆分策略进行主动式车辆调度：
车辆调度控制中心将拆分策略传输给车队，各车队按照策略中的建议速度行驶通过交叉口，然后返回执行步骤一；
步骤八，无等待主动式车辆调度：
车辆调度控制中心将最优车队调度序列下发给各车队，各车队按照最优车队调度序列行驶通过交叉口，然后返回执行步骤一；
步骤九，执行固定配时方案：
车辆调度控制中心采用周期为60秒，绿灯通行时间为35秒的固定配时方案控制车辆行驶，每执行一个周期的固定配时方案后返回执行步骤一。
本发明还具有如下区别技术特征：
具体的，步骤四中，所述的基于二叉树构造的车队调度序列生成方法的具体过程为：
设置stop用来标识是否停止建树，初始值设为false，创建一个栈A，创建一个集合record，集合record用来记录构造出的所有合理的车队调度序列；集合M中的车队信息作为栈M的元素存储在栈M中，集合N中的车队信息作为栈N的元素存储在栈N中；
将栈N中的第一个元素作为根节点root，具体步骤如下所述：
(1)首先判断stop是否为true，如果是，则返回当前递归，否则执行(2)；
(2)判断root是否为空，如果为空，则返回当前递归，否则执行(3)；
(3)判断根节点root对应的栈中是否还有元素，如果有元素，则将该栈中的第一个元素从该栈删除，然后执行步骤(4)；如果没有元素，则直接执行步骤(4)；
(4)判断栈M和栈N是否为空：
如果栈M为空，栈N不为空，则执行步骤(5)；
如果栈N为空，栈M不为空，则执行步骤(6)；
如果栈M不为空，栈N不为空，则执行步骤(7)；
如果栈M与栈N均为空，即root节点为叶子节点，则执行如下步骤：
将root左右孩子均置为空，将root标记“已处理”，并压入栈A，然后执行如下操作；
(4.1)创建一个临时栈t，将A栈中元素逐一放入t中，当取完栈A的全部元素时，临时栈t中存放着的元素将是根节点到叶子节点的一条完整路径，该路径即为一个合理的车队调度序列；
(4.2)将临时栈t中的合理的车队调度序列存入record，设置一个索引index＝0；
(4.3)若栈A为空，则将栈A中第一个元素的右孩子设置为root，执行步骤(1)，若栈A不为空，执行(4.4)；
(4.4)判断A中的元素条数，如果A中的元素数据只剩下一条，则将stop设置为true，并返回当前递归，否则执行步骤(4.5)；
(4.5)如果栈A的第index个元素p的右孩子rchild为空，执行步骤(4.7)，如果rchild不为空，则执行步骤(4.6)；
(4.6)如果rchild被标记为“已处理”，执行步骤(4.7)，如果rchild未被标记为“已处理”，则移除栈A中的栈顶元素，并将该栈顶元素的右孩子设置为root，执行步骤(1)；
(4.7)将栈A的第index个元素p压入元素p相应的栈中，栈A中保留元素p，并对栈中的该元素p设为“未处理”；
(4.8)如果元素p的左孩子lchild为空，index加1，如果元素p的左孩子lchild不为空，则移除栈A的栈顶元素，然后执行步骤(4.1)；
(5)将root的左孩子置为栈M的栈顶元素，将root的右孩子置为空，然后执行步骤(8)；
(6)将root的左孩子置为空，将root的右孩子置为栈N的栈顶元素，然后执行步骤(8)；
(7)将root的左孩子置为栈M的栈顶元素，将root的右孩子置为栈N的栈顶元素，然后执行(8)；
(8)将root标记“已处理”，将root压入栈A，然后执行步骤(9)；
(9)将root的左孩子置为root，转至步骤(1)，当步骤(9)的当前递归返回后，执行步骤(10)；
(10)将root的右孩子置为root，转至步骤(1)。
具体的，步骤六中，所述的拆分方法的具体过程如下：
所述的拆分方法对应的待处理情形分为四类，分别为路段上只有若干组两车队重叠、路段上只有若干组三车队重叠、路段上出现若干组两车队重叠和若干组三车队重叠以及路段上出现若干组四车队及以上重叠；
当待处理的情形为路段上只有若干组两车队重叠、路段上只有若干组三车队重叠以及路段上出现若干组两车队重叠和若干组三车队重叠时，采用提速拆分或降速拆分的方式实现重叠车队的拆分；
当待处理的情形为路段上出现若干组四车队及以上重叠时，执行步骤九。
本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
本发明能够适用于非饱和稀疏车流交叉口，能够确保交叉口信号控制能够实现车辆主动申请交叉口路权，获取建议车速，安全通过交叉口的全过程。本发明利用建立二叉树的方法进行车队调度序列的构造，进而寻找最小旅行时间对应的序列，其效率优于以全排列的形式逐一筛查。对于无法实现无等待通行的交通情景，提出了对重叠车队进行拆分的方法，通过该方法，对于符合条件的车辆分布，可实现其无等待通行，并获得最短的旅行时间。
附图说明
图1是稀疏交叉口车辆及车队分布、车队组织分布及其车队同相位整合示意图。
图2是路段上只有若干组两车队重叠的待处理的情形。
图3是路段上只有若干组三车队重叠的待处理的情形。
图4是路段上出现若干组两车队重叠和若干组三车队重叠的待处理的情形。
图5是路段上出现若干组四车队及以上重叠的待处理的情形。
图6是仿真例中车辆分布示意图。
图7是仿真例中车队组织示意图。
图中各个标号的含义为：东西方向上的车队指的是同一方向上的路段R1和R3上的车队，R1为西路段，R3为东路段；南北方向上的车队指的是同一方向上的路段R2和R4上的车队，R2为北路段，R4为南路段。
以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
需要说明的是，本发明的方法中所有的车辆以匀速行驶，且车辆的加速减速过程时间忽略不计。
需要说明的是，本发明步骤二中所述的基于高分辨车辆位置信息的车队构造方法采用如下论文中公开的具体方案进行组织车队。
尚龙华.基于车辆队列的交叉口信号主动控制方法研究[D].长安大学,2015.
需要说明的是，本发明中所述的车辆调度控制中心与车辆之间的通信时间忽略不计。
需要说明的是，本发明中所述的交叉口指的是常规的十字交叉口。
遵从上述技术方案，如下给出其余具体的子模块细化执行步骤。
步骤五中，所述的最优调度序列筛选算法的具体过程如下所述：
标记待调度车队序列为platoons，totalDis＝0用来记录所有车队的总体旅行距离，totalTime来记录总体旅行时间，路段上的车队应进行编号1≤i≤N，hDi表示车队i的队头距交叉口对面路段停车线的距离，tDi表示车队i的队尾距交叉口对面路段停车线的距离；V为车队匀速行驶的速度；i初始化为1，定义一个index来存放相对于platoons中第一个车队的不同方向的车队对应的编号，一个head来记录该车队的hD，设置一个标识flag；
(1)如果platoons中的车队个数小于等于1，则按如下公式更新totalDis和totalTime：
totalDis＝totalDis+tD1
totalTime＝totalDis/V
返回totalTime至上层递归；否则执行步骤(2)；
(2)totalDis＝totalDis+tD1；
(3)i＝i+1，如果i小于platoons中车队个数，执行步骤(4)，否则将i置为1，执行步骤(5)；
(4)判断第i个车队与第一个车队是否为同相位车队，若不是同相位车队，则执行步骤(3)，若是同相位车队，则用index记录其编号，head记录其hD，如果head小于tD1，将flag置为真，按如下公式更新车队i的位置：
tDi＝tDi-head
hDi＝0
然后执行步骤(3)，否则按如下公式更新车队i的位置：
tDi＝tDi-tD1
hDi＝tDi-tD1
然后执行步骤(3)；
(5)i＝i+1，如果i小于platoons中车队个数，执行步骤(6)，否则将i置为1，执行步骤(8)；
(6)判断第i个车队的方向是否与第一个车队的方向相同，若相同，按照如下公式更新车队i的位置：
tDi＝tDi-tD1
hDi＝tDi-tD1
否则再判断i是否等于index，若等于则执行步骤(5)，若不等于则执行步骤(7)；
(7)如果flag为真，按照如下公式更新车队i的位置：
tDi＝tDi-head
hDi＝tDi-head
则执行步骤(5)，否则按照如下公式更新车队i的位置：
tDi＝tDi-tD1
hDi＝tDi-tD1
则执行步骤(5)；
(8)弹出platoons中的第一个车队元素，执行步骤(1)；
(9)更新totalDis和totalTime：
totalDis＝totalDis+tD1
totalTime＝totalDis/V
返回totalTime。
步骤六中，所述的拆分方法的具体过程如下：
所述的拆分方法对应的待处理的情形分为四类，分别为路段上只有若干组两车队重叠、路段上只有若干组三车队重叠、路段上出现若干组两车队重叠和若干组三车队重叠以及路段上出现若干组四车队及以上重叠；
当待处理的情形为路段上只有若干组两车队重叠、路段上只有若干组三车队重叠以及路段上出现若干组两车队重叠和若干组三车队重叠时，采用提速拆分或降速拆分的方式实现重叠车队的拆分；
当待处理的情形为路段上出现若干组四车队及以上重叠时，执行步骤九。
具体的拆分过程如下所述：
(6.1)待处理的情形为路段上只有若干组两车队重叠：
路段上只有若干组两车队重叠的待处理的情形如图2所示，车队i与车队i+1重叠，需将这两个车队拆分开来。
提速拆分即将重叠车队的前一个车队的速度提升为原始速度的α倍(2>α>1)。该方法所需条件为：
tDi-hDi+1≥hDi-tDi-1
此情况下，使用两车队提速拆分算法，具体描述如下：
(1)计算有n个车队的序列中拆分重叠车队所需的最长时间maxTime，令i＝0；
(2)若i大于等于n，退出；否则计算车队i与车队i+1之间的重叠长度tmpDis。如果tmpDis小于等于0，表示两者没有重叠，i＝i+1，执行(2)。如果tmpDis>0,表示有重叠，执行(3)；
(3)判断车队i是否为序列的第一个车队，如果是，则其必满足提速调度条件。执行(4)。如果不是,则判断当前状况是否符合提速拆分条件，若满足，执行(4)，否则，退出；
(4)为车队i设置新的速度为其原速度的α倍。即
nVi＝α×Vi
其中，nVi为车队i的新速度。
计算两个车队分开所需的时间tmpTime：
tmpTimei＝tmpDis÷(nVi-Vi+1)
为车队i确定新的位置tmpI:
tmpIi＝tmpTimei×nVi
重叠部分分开后，让车队再以原速度行驶maxTime-tmpTime的时间，即
tmpIi＝tmpIi+Vi×(maxTime-tmpTimei)
(5)将车队i标记为“已处理”，i加1,执行(2)。
降速拆分即将重叠车队的后一个车队的速度降低为原始速度的γ倍(0<γ<1)。该方法所需条件为：
tDi-hDi+1≥hDi+2-tDi+1
此情况下，使用两车队降速拆分算法，具体描述如下：
(1)计算有n个车队的序列中拆分重叠车队所需的最长时间maxTime，令i＝0；
(2)若i大于等于n，退出；否则计算车队i与车队i+1之间的重叠长度tmpDis。如果tmpDis小于等于0,表示两者没有重叠，i＝i+1，执行(2)。如果tmpDis>0,表示有重叠，执行(3)；
(3)判断当前车队是否为序列的倒数第二个车队，如果是，则其必满足降速调度条件。执行(4)。如果不是,则判断当前状况是否符合降速拆分条件，若满足，执行(4)，否则，退出；
(4)为车队i+1设置新的速度为其原速度的γ倍。即
nVi+1＝γ×Vi+1
其中，nVi+1为车队i+1的新速度；
计算两个车队分开所需的时间tmpTime：
tmpTimei+1＝tmpDis÷(nVi-Vi+1)
为车队i+1确定新的位置tmpI:
tmpIi+1＝tmpTimei+1×nVi+1
重叠部分分开后，让车队再以原速度行驶maxTime-tmpTime的时间，即
tmpIi+1＝tmpIi+1+Vi+1×(maxTime-tmpTimei+1)
(5)将车队i+1标记为“已处理”，i加1,执行(2)。
(6.2)待处理的情形为路段上只有若干组三车队重叠：
路段上只有若干组三车队重叠的待处理的情形如图3所示，车队i-1、车队i与车队i+1三车队重叠，需将三车队车队拆分开来。
提速拆分即将重叠车队的前两个车队的速度分别提升为原始速度的α倍、β倍(2>α>β>1)。该方法所需条件为：
(tDi-hDi+1)+(tDi+1-hDi+2)≥hDi-tDi-1
此情况下，使用三车队提速拆分算法，具体描述如下：
(1)计算有n个车队的序列中拆分重叠车队所需的最长时间maxTime，i＝0；
(2)如果i大于等于n-4，退出；否则按照如下公式计算tmpDis 1与tmpDis 2：
tmpDis1＝tDi-hDi+1
tmpDis2＝tDi+1-hDi+2
(3)判断车队i是否为序列的第一个车队，若是，则其必满足提速拆分条件。执行(4)；如果不是，则要判断是否满足三车队提速拆分条件，如果满足，执行(4)；否则退出；
(4)根据如下公式为前两个车队设置新的速度。
nVi＝α×Vi
nVi+1＝β×Vi+1
(2>α>β>1)
其中，nVi+1为车队i+1的新速度；
计算车队i与车队i+1,车队i+1与车队i+2分开所需的时间tmpTime:
tmpTimei＝tmpDis÷(nVi-Vi+1)
tmpTimei+1＝tmpDis÷(nVi+1-Vi+2)
为车队i与车队i+1确定新的位置tmpI:
tmpIi＝tmpTimei×nVi
tmpIi+1＝tmpTimei+1×nVi+1
重叠部分分开后，让车队i以nVi+1行驶maxTime-tmpTime的时间，车队
i+1以原速度行驶maxTime-tmpTime的时间，即
tmpIi＝tmpIi+nVi+1×(maxTime-tmpTimei)
tmpIi+1＝tmpIi+1+Vi+1×(maxTime-tmpTimei+1)
(5)将车队i与车队i+1标记为“已处理”，i加2,执行(2)。
此情况下，使用三车队降速拆分算法，具体描述如下：
(1)计算有n个车队的序列中拆分重叠车队所需的最长时间maxTime,i＝0；
(2)如果i大于等于n-4，退出；否则按照如下公式计算tmpDis 1与tmpDis 2：
tmpDis1＝tDi-hDi+1
tmpDis2＝tDi+1-hDi+2
(3)判断当前情况是否满足三车队提速拆分条件，如果满足，执行(4)；否则退出；
(4)根据如下公式为后两个车队设置新的速度。
nVi+1＝γ×Vi+1
nVi+2＝θ×Vi+2
(0<γ<θ<1)
其中，nVi+2为车队i+2的新速度；
计算车队i与车队i+1,车队i+1与车队i+2分开所需的时间tmpTime:
tmpTimei+1＝tmpDis÷(nVi-Vi+1)
tmpTimei+2＝tmpDis÷(nVi+1-Vi+2)
为车队i+1与车队i+2确定新的位置tmpI:
tmpIi+1＝tmpTimei+1×nVi+1
tmpIi+2＝tmpTimei+2×nVi+2
重叠部分分开后，让车队i+1与车队i+2分别再以原速度行驶
maxTime-tmpTime的时间，即
tmpIi+1＝tmpIi+1+Vi+1×(maxTime-tmpTimei+1)
tmpIi+2＝tmpIi+2+Vi+2×(maxTime-tmpTimei+2)
(5)将车队i+1与车队i+2标记为“已处理”，i加2,执行(2)。
(6.3)待处理的情形为路段上出现若干组两车队重叠和若干组三车队重叠：
路段上出现若干组两车队重叠和若干组三车队重叠的待处理的情形如图4所示，车队i-2与车队i-1属于两车队重叠，车队i、车队i+1与车队i+2属于三车队重叠。
此情况下，使用二三车队拆分算法，具体描述如下：
(1)计算有n个车队的序列中拆分重叠车队所需的最长时间maxTime，i＝0；
(2)如果i小于n-4，执行(3),否则执行(6)；
(3)计算车队i与车队i+1之间的重叠长度tmpDis1和车队i+1与车队i+2之间的重叠长度tmpDis 2；
(4)如果tmpDis 1或tmpDis 2小于等于0，则表明车队i,i+1,i+2未出现三车重叠。那么若tmpDis 1大于0，表示前两个车队重叠，判断当前状态符合的两车队提速或者降速的拆分条件，并调用相应拆分算法，执行(2)；若提速降速条件均不满足，则退出。若tmpDis 1小于等于0，i加1，执行(2)；
(5)如果tmpDis 1与tmpDis 2均大于0，说明产生三车队重叠，判断当前状态符合的三车队提速或降速拆分条件，并调用相应的拆分算法。若不符合提速或降速拆分条件，则退出；
(6)计算车队i与车队i+1之间的重叠长度tmpDis 1和车队i+1与车队i+2之间的重叠长度tmpDis 2；
(7)如果tmpDis 1或tmpDis 2小于等于0，则表明车队i,i+1,i+2未出现三车重叠。那么若tmpDis 1大于0，若满足两车队提速拆分条件，调用两车队提速拆分算法，i加2，执行(8)；若满足两车队降速拆分条件，调用两车队降速拆分算法，i加1，执行(8)；若提速降速条件均不满足，则退出；如果tmpDis 1和tmpDis 2均大于0，则执行(9)；
(8)计算车队i与车队i+1之间的重叠距离tmpDis 3，若tmpDis 3大于0，调用两车队提速拆分算法，否则调用两车队降速拆分算法，执行(10)；
(9)如果tmpDis 1与tmpDis 2均大于0，判断当前状态满足的三车队提速或者降速拆分条件，并调用相应算法，执行(10)；
(10)将i置为0；
(11)如果i等于n，退出。如果i小于n，若车队i未被处理过，则将车队i距交叉口的距离减少maxTime×Vi；否则将车队i距交叉口的距离减少tmpIi；
(12)若车队i的对头或者队尾距交叉口的距离小于0，将其置为0。I加1，执行(11)。
(6.4)待处理的情形为路段上出现若干组四车队以上重叠：
路段上出现若干组四车队及以上重叠的待处理的情形如图5所示，由于其车流状况较为稠密，对其拆分将会产生较大代价，故执行步骤九。
仿真例：
如图6所示的稀疏车流交叉口车辆分配情况，设置车头时距为2.5秒，并假设车辆的原始速度V＝10m每秒的速度匀速行驶，将车辆进行车队组织。进而将路段进行“对折”，形成理论上的新车队组织形式如图7所示，并将车队做如图标识，东西方向车队有A、B与C，南北方向车队有M、N与Q。将所有车队按照上述基于二叉树构造的序列生成方法来构造调度序列，record中的调度序列如表1所示。
表1基于图6的车队合理调度序列
编号 调度序列 编号 调度序列 编号 调度序列
1 M-A-B-C-N-Q 2 M-A-B-N-C-Q 3 M-A-B-N-Q-C
4 M-A-N-B-C-Q 5 M-A-N-B-Q-C 6 M-A-N-Q-B-C
7 M-N-A-B-C-Q 8 M-N-A-B-Q-C 9 M-N-A-Q-B-C
10 M-N-Q-A-B-C 11 A-B-C-M-N-Q 12 A-B-M-C-N-Q
13 A-B-M-N-C-Q 14 A-B-M-N-Q-C 15 A-M-B-C-N-Q
16 A-M-B-N-C-Q 17 A-M-B-N-Q-C 18 A-M-N-B-C-Q
19 A-M-N-B-Q-C 20 A-M-N-Q-B-C
按照步骤五，分别调度以上序列，得到的总体旅行距离最小的为编号5的序列。其总体旅行时间为54.5s，在调度过程中车队A与车队Q会产生等待。故需对其按照队尾距交叉口的距离排序后重叠拆分。此处取α＝1.4,β＝1.8,γ＝0.6,θ＝0.2。按照上述重叠车队的拆分方法，完成拆分后的车队位置如表2所示。
表2基于图6的重叠拆分后车队位置信息
每个车队的建议车速及通行时间如表3所示：
表3基于图6的车队建议速度及对应时段
根据表3中的内容，可得到车队行驶的建议速度如下：车队A不调节，仍以原始速度行驶；车队B在1～5秒内以14米/秒行驶，5秒之后，以原始速度行驶；车队C不调节，仍以原始速度行驶；车队M在1～3.75秒内以14米/秒行驶，在3.75秒以后以原始速度行驶；车队N在1～3.75秒内以18米/秒行驶，在3.75～5秒内以14米/秒行驶，5秒以后以原始速度行驶；车队Q与车队C不调节，仍以原始速度行驶。按照上述的建议速度行驶，可使车队无等待通过交叉口，总体旅行时间为53秒。
总结：本发明属于城市交通信号控制领域，提供一种基于车队调度的交叉口信号控制方法，该方法通过实时获取的车辆状态信息，利用建立二叉树的方法进行车队调度序列的构造。对于无法实现无等待通行的交通情景，提出了对重叠车队进行拆分的方法实现其无等待通行，确保交叉口信号控制能够实现车辆主动申请交叉口路权，获取建议车速，安全并高效地通过交叉口的全过程。

Claims (2)

1.一种交叉口的主动式车辆调度方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一，监测车辆信息：
车辆调度控制中心实时监测交叉口连接路段的车辆信息，车辆调度控制中心的监测范围为连接交叉口与相邻四个交叉口的四条路段，所述的四条路段分别记为R1、R2、R3和R4；所述的车辆信息为车辆的实时速度、车头与车尾距交叉口对面路段停车线的距离和车辆行驶目的地方向；
步骤二，根据车辆信息组织车队：
车辆调度控制中心根据监测的车辆信息，采用基于高分辨车辆位置信息的车队构造方法将四条路段R1、R2、R3和R4上的所有车辆进行车队组织，形成车队；
步骤三，整合同相位车队：
定义在同一方向上的路段R2和R4上的车队为同相位车队，同一方向上的路段R1和R3上的车队也为同相位车队，将同相位车队的信息整合在同一个集合中；
集合M用于存放路段R2和R4上的所有车队信息，根据队尾距交叉口对面路段停车线的距离从小到大排列依次存入集合M中；集合N用于存放路段R1和R3上的所有车队信息，根据队尾距交叉口对面路段停车线的距离从小到大排列依次存入集合N中；
在集合M和集合N中，将在距离上不重叠的车队作为独立的车队，将在距离上重叠的车队合并为独立的新车队，独立的新车队也作为独立的车队，组成新车队的各个车队中队头距对面路段停车线的最小值，为新车队的队头距对面路段停车线的距离，组成新车队的各个车队中队尾距对面路段停车线的最大值，为新车队的队尾距对面路段停车线的距离；
步骤四，构造车队调度序列：
车辆调度控制中心实时监测集合M和集合N中所有的车队信息，所述的车队信息为车队的实时速度、队头与队尾距交叉口对面路段停车线的距离和车队行驶目的地方向；车辆调度控制中心根据集合M和集合N中的车队信息，采用基于二叉树构造的车队调度序列生成方法进行车队调度序列的构造；将每个车队作为一个节点，分别将集合M和集合N中的第一个车队信息对应的车队置为二叉树的根节点，产生两颗二叉树；在每颗二叉树中每一条从根节点到叶结点的路径就是一个合理的车队调度序列，形成的多个合理的车队调度序列通过集合record来存放；
步骤五，获得最优车队调度序列：
车辆调度控制中心采用最优调度序列筛选算法，对recode中的每个车队调度序列进行计算，计算出每个车队调度序列对应的整体旅行时间totalTime，从中得出最小的totalTime，最小的totalTime对应的车队调度序列即为最优车队调度序列，车辆调度控制中心对最优车队调度序列进行模拟计算，并判断最优车队调度序列是否会产生车队在交叉口处的等待，车队在交叉口是否能够不停车通过，即车队是否会发生等待；
若车队会发生等待，则执行步骤六；
若车队不会发生等待，则执行步骤八；
步骤六，拆分重叠车队：
车辆调度控制中心将集合M和集合N中的车队信息对应的所有车队按照车队的队头距交叉口对面路段停车线的距离从小到大排成一个总序列，总序列中的重叠车队的类型分为只有两车队重叠类型、只有三车队重叠类型、两车队重叠和三车队重叠同时出现类型以及存在四车队以上重叠类型；
所述的重叠车队指按当前速度行驶，到达交叉口时会产生冲突的若干车队；
当重叠车队的类型为只有两车队重叠类型、只有三车队重叠类型或两车队重叠和三车队重叠同时出现类型时，根据拆分方法中的拆分判断条件对重叠车队进行判断；
若重叠车队能够拆分，则采用拆分方法获得在不同时段各车队的建议速度，形成拆分策略；
若重叠车队不能够拆分，则执行步骤九；
当重叠车队的类型为存在四车队以上重叠类型时，执行步骤九；
所述的拆分是指通过提速或降速调整重叠车队距交叉口的距离，从而消除车队的重叠；
步骤六中，所述的拆分方法的具体过程如下：
所述的拆分方法对应的待处理情形分为四类，分别为路段上只有若干组两车队重叠、路段上只有若干组三车队重叠、路段上出现若干组两车队重叠和若干组三车队重叠以及路段上出现若干组四车队及以上重叠；
当待处理的情形为路段上只有若干组两车队重叠、路段上只有若干组三车队重叠以及路段上出现若干组两车队重叠和若干组三车队重叠时，采用提速拆分或降速拆分的方式实现重叠车队的拆分；
当待处理的情形为路段上出现若干组四车队及以上重叠时，执行步骤九；
步骤七，按照拆分策略进行主动式车辆调度：
车辆调度控制中心将拆分策略传输给车队，各车队按照策略中的建议速度行驶通过交叉口，然后返回执行步骤一；
步骤八，无等待主动式车辆调度：
车辆调度控制中心将最优车队调度序列下发给各车队，各车队按照最优车队调度序列行驶通过交叉口，然后返回执行步骤一；
步骤九，执行固定配时方案：
车辆调度控制中心采用周期为60秒，绿灯通行时间为35秒的固定配时方案控制车辆行驶，每执行一个周期的固定配时方案后返回执行步骤一。
2.如权利要求1所述的交叉口的主动式车辆调度方法，其特征在于，步骤四中，所述的基于二叉树构造的车队调度序列生成方法的具体过程为：
设置stop用来标识是否停止建树，初始值设为false，创建一个栈A，创建一个集合record，集合record用来记录构造出的所有合理的车队调度序列；集合M中的车队信息作为栈M的元素存储在栈M中，集合N中的车队信息作为栈N的元素存储在栈N中；
将栈N中的第一个元素作为根节点root，具体步骤如下所述：
(1)首先判断stop是否为true，如果是，则返回当前递归，否则执行(2)；
(2)判断root是否为空，如果为空，则返回当前递归，否则执行(3)；
(3)判断根节点root对应的栈中是否还有元素，如果有元素，则将该栈中的第一个元素从该栈删除，然后执行步骤(4)；如果没有元素，则直接执行步骤(4)；
(4)判断栈M和栈N是否为空：
如果栈M为空，栈N不为空，则执行步骤(5)；
如果栈N为空，栈M不为空，则执行步骤(6)；
如果栈M不为空，栈N不为空，则执行步骤(7)；
如果栈M与栈N均为空，即root节点为叶子节点，则执行如下步骤：
将root左右孩子均置为空，将root标记“已处理”，并压入栈A，然后执行如下操作；
(4.1)创建一个临时栈t，将A栈中元素逐一放入t中，当取完栈A的全部元素时，临时栈t中存放着的元素将是根节点到叶子节点的一条完整路径，该路径即为一个合理的车队调度序列；
(4.2)将临时栈t中的合理的车队调度序列存入record，设置一个索引index＝0；
(4.3)若栈A为空，则将栈A中第一个元素的右孩子设置为root，执行步骤(1)，若栈A不为空，执行(4.4)；
(4.4)判断A中的元素条数，如果A中的元素数据只剩下一条，则将stop设置为true，并返回当前递归，否则执行步骤(4.5)；
(4.5)如果栈A的第index个元素p的右孩子rchild为空，执行步骤(4.7)，如果rchild不为空，则执行步骤(4.6)；
(4.6)如果rchild被标记为“已处理”，执行步骤(4.7)，如果rchild未被标记为“已处理”，则移除栈A中的栈顶元素，并将该栈顶元素的右孩子设置为root，执行步骤(1)；
(4.7)将栈A的第index个元素p压入元素p相应的栈中，栈A中保留元素p，并对栈中的该元素p设为“未处理”；
(4.8)如果元素p的左孩子lchild为空，index加1，如果元素p的左孩子lchild不为空，则移除栈A的栈顶元素，然后执行步骤(4.1)；
(5)将root的左孩子置为栈M的栈顶元素，将root的右孩子置为空，然后执行步骤(8)；
(6)将root的左孩子置为空，将root的右孩子置为栈N的栈顶元素，然后执行步骤(8)；
(7)将root的左孩子置为栈M的栈顶元素，将root的右孩子置为栈N的栈顶元素，然后执行(8)；
(8)将root标记“已处理”，将root压入栈A，然后执行步骤(9)；
(9)将root的左孩子置为root，转至步骤(1)，当步骤(9)的当前递归返回后，执行步骤(10)；
(10)将root的右孩子置为root，转至步骤(1)。
CN201710313966.4A 2017-05-05 2017-05-05 一种交叉口的主动式车辆调度方法 Expired - Fee Related CN107240252B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710313966.4A CN107240252B (zh) 2017-05-05 2017-05-05 一种交叉口的主动式车辆调度方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710313966.4A CN107240252B (zh) 2017-05-05 2017-05-05 一种交叉口的主动式车辆调度方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107240252A CN107240252A (zh) 2017-10-10
CN107240252B true CN107240252B (zh) 2019-10-11

Family

ID=59984470

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710313966.4A Expired - Fee Related CN107240252B (zh) 2017-05-05 2017-05-05 一种交叉口的主动式车辆调度方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107240252B (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109753055B (zh) * 2018-01-23 2022-03-15 启迪云控(北京)科技有限公司 面向云控的智能网联驾驶应用程序调控方法和装置
CN109523807B (zh) * 2018-11-28 2020-06-05 湖南大学 一种交通路网车辆分布式控制方法
CN110706476A (zh) * 2019-08-30 2020-01-17 安锐 一种平峰自适应交通通行控制方法及装置
EP3836113A1 (en) * 2019-12-09 2021-06-16 Ningbo Geely Automobile Research & Development Co. Ltd. A method for operating a transportation system
CN112598907B (zh) * 2020-12-17 2021-12-07 东风商用车有限公司 拥堵预测方法、装置、设备及可读存储介质
CN113034955B (zh) * 2021-03-04 2022-05-27 武汉理工大学 一种自适应巡航车队通过信号路口的通行方法及装置
CN113516842B (zh) * 2021-06-03 2022-06-07 东南大学 一种智能网联直行车队交叉口组织方法及装置
CN113781839A (zh) * 2021-08-24 2021-12-10 东风汽车集团股份有限公司 一种基于车路协同的十字路口高效通行方法及交通系统
CN114419903B (zh) * 2021-12-17 2023-02-03 东南大学 一种智能网联汽车队列路口通行控制方法、装置及车辆

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7557731B2 (en) * 2006-11-09 2009-07-07 Sridhara Subbiah Ramasubbu RFID reader enabled intelligent traffic signalling and RFID enabled vehicle tags (number plates)
CN102542793A (zh) * 2012-01-11 2012-07-04 东南大学 一种交叉口群过饱和交通态势主动控制方法
CN103280113A (zh) * 2013-05-08 2013-09-04 长安大学 一种自适应的交叉口信号控制方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7557731B2 (en) * 2006-11-09 2009-07-07 Sridhara Subbiah Ramasubbu RFID reader enabled intelligent traffic signalling and RFID enabled vehicle tags (number plates)
CN102542793A (zh) * 2012-01-11 2012-07-04 东南大学 一种交叉口群过饱和交通态势主动控制方法
CN103280113A (zh) * 2013-05-08 2013-09-04 长安大学 一种自适应的交叉口信号控制方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于车辆队列的交叉口信号主动控制方法研究;尚龙华;《中国优秀硕士学位论文全文数据库》;20151231;15-24 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN107240252A (zh) 2017-10-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107240252B (zh) 一种交叉口的主动式车辆调度方法
CN106875710B (zh) 一种面向网联自动驾驶车辆的交叉口自组织控制方法
Mandhare et al. Intelligent road traffic control system for traffic congestion: a perspective
CN106097730B (zh) 一种路段车辆排队长度的估计方法、装置及系统
CN108216229A (zh) 交通工具、道路线检测和驾驶控制方法及装置
CN108665714A (zh) 交通信号泛弦控制方法及其系统
Edwards et al. Comparing fixed-route and demand-responsive feeder transit systems in real-world settings
CN102183256B (zh) 行进车队的地图匹配方法
CN109919347A (zh) 路况生成方法、相关装置和设备
CN109612488B (zh) 基于大数据微服务的混合出行方式路径规划系统及方法
CN104537836B (zh) 路段行驶时间分布预测方法
CN109902899A (zh) 信息生成方法和装置
CN104680820A (zh) 一种基于梯度场的交通流车联网系统及交通流控制方法
CN108171967A (zh) 一种交通控制方法及装置
CN110246355A (zh) 车辆调度控制方法、装置、计算机设备和存储介质
US20210241613A1 (en) Methods and systems for predicting travel time
CN108877253A (zh) 一种基于物联网的公交专用道资源动态共享方法及系统
WO2021073526A1 (zh) 一种基于轨迹数据的信号控制时段划分方法
Yang et al. Modeling and evaluation of speed guidance strategy in VII system
Jiang et al. A multi-intersection vehicular cooperative control based on end-edge-cloud computing
Li et al. DSRC based vehicular platoon control considering the realistic V2V/V2I communications
CN109857104B (zh) 一种基于公路虚拟轨道化的无人驾驶技术
Talukder et al. Trajectory-based signal control in mixed connected vehicle environments
Wu et al. Discrete methods for urban intersection traffic controlling
CN111785027B (zh) 一种自动驾驶闭环信息系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: An Yisheng

Inventor after: Li Xuan

Inventor after: Cheng Hanhan

Inventor after: Zhu Cong

Inventor after: Li Runkang

Inventor after: He Binghua

Inventor after: Chen Pei

Inventor after: Zeng Huaqian

Inventor after: Li Huan

Inventor after: Wang Xu

Inventor before: An Yisheng

Inventor before: Zhu Cong

Inventor before: Li Runkang

Inventor before: He Binghua

Inventor before: Chen Pei

Inventor before: Zeng Huaqian

Inventor before: Li Huan

Inventor before: Wang Xu

Inventor before: Li Xuan

CB03 Change of inventor or designer information
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20191011

Termination date: 20200505

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee