CN107730883A - 一种车联网环境下交叉口区域车辆调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种车联网环境下交叉口区域车辆调度方法，调度方法主要分为两个阶段，第一阶段为判断排队发生阶段，第二阶段为排队发生后车辆调度方法。将第一阶段的排队情况发送至车载单元和中心基站，当检测到排队发生，判断机制暂停，车载单元和中心基站对进入控制区域的车辆发出控制信号，开始第二阶段进行排队车道和其他车道的车辆控制，控制排队车道的车辆在保证安全时距的前提下获得优先行驶权。本发明适用于没有信号灯的交叉口区域及上游区域，比传统的交叉口信号控制更加高效，可以让车辆快速通过交叉口。

Description

一种车联网环境下交叉口区域车辆调度方法

技术领域

本发明涉及智能交通领域，尤其涉及基于车联网的智能交通控制方法。

背景技术

近年来，随着汽车保有量增加和智能交通的发展，车联网技术越来越多的应用到城市交通中，未来将全面实现车-车、车-路实时互联，车辆之间，车辆与道路之间可以通过传感器及无线通信设备等实现信息交互。车辆控制方式将进入新的阶段。

国内外对于车联网或车路协同环境下交叉口车辆的调度方法已有部分研究，主要控制思想都集中在车辆全部联网或者部分联网下调度时安全距离和全局最优的考虑。例如划定控制区保证车辆按照既定速度行驶从而避免交叉口区域冲突，或者在交叉口区域采用一种调度策略保证车辆安全并高效的通过。所有这些方法都是以车车通信良好或更为理想的状态为假设。然而对于交叉口区域不理想或者有突发状况时，例如不同原因导致的排队或者突发个别车辆非故障性停车时，交叉口区域车辆调度方法鲜有研究。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种车联网环境下交叉口区域车辆调度方法，其包括如下步骤：

(1)划定交叉口上游控制区，将交叉口四个方向上游100米划定为控制区域；

(2)当交叉口上游各个有公交车行驶的车道有停车发生时，停止车辆的车载单元向其他车辆和控制中心或者基站发送停车信号，车载单元和中心基站对信息进行处理评价，以第一个停止车辆为始，判断其绝对停止时间是否大于阈值：

t_i＞τ₁

其中，t_i为车辆停车时间，i为进入控制区域的车辆编号，τ₁为阈值；

(3)将所有车道进行编号，取集合ψ，判断各个车道的第一个停止车辆的停车时间相互差是否大于阈值：

|t_im-t_in|＞τ₂ m,n∈ψ，m≠n

其中，t_im为一个车道的第一个车辆停车时间，t_in为另一车道的第一个车辆停车时间，τ₂为阈值；

(4)将各个车道的排队时间按照顺序排列，判断最大排队时间和最小排队时间的相对差值是否大于阈值；

其中，t_immax为最大排队时间，t_immin为最小排队时间，τ₃为阈值；

(5)当步骤(2)-(4)中所述绝对停止时间、所述停车时间相互差、所述最大排队时间和最小排队时间的相对差值均大于相应的阈值，则判定发生排队；

(6)当检测到排队发生，判断机制暂停，车载单元和中心基站对进入控制区域的车辆发出控制信号，控制排队车道和其他车道的车辆，控制排队车道的车辆在保证安全时距的前提下获得优先行驶权；

(7)在获得优先行驶权的车道中，以每个车辆通过交叉口的延误最小为目标进行如下控制优化：

约束条件：

(T_i+D_i)-(T_j+D_j)≥H_min

其中，T_i为无延误时车辆i通过交叉口区域所需要的时间；T_j为无延误时车辆j通过交叉口区域所需要的时间；D_i为车辆i由于避免冲突而减速后车辆的延误时间；D_j为车辆j由于避免冲突而减速后车辆的延误时间；ζ₁为有优先权的车道集合；H_min为同一车道内最小车头时距；

|(T_i+D_i+τ_mn)-(T_j+D_j+τ_nm)|≥Δt

其中，τ_mn为车辆从m车道进入交叉口区域后到达与车辆从n车道进入交叉口区域的冲突点的旅行时间；Δt为车辆占用冲突点的时间。

(9)没有获得优先权的车道，在确保优先权车道的行驶的条件下，进行如下控制优化：

优化目标：

约束条件：

(T_i,other+D_i,other)-(T_j,other+D_j,other)≥H_min

|(T_i,other+D_i,other+τ_mn,other)-(T_j,other+D_j,other+τ_nm,other)|≥Δt

(T_i+D_i+τ_mn)-(T_i,other+D_i,other+τ_nm,other)≥Δt

m,n∈ζ₁,m≠n

m,other∈ζ₂n,other∈ζ₂,m≠n

ζ₁,ζ₂∈ψ

其中，T_i,other、D_i,other为没有获得优先权的车道车辆i的无延误旅行时间和延误时间；T_j,other、D_j,other为没有获得优先权的车道车辆j的无延误旅行时间和延误时间；τ_mn,other为其他车道车辆从m车道进入交叉口区域后到达与车辆从n车道进入交叉口区域的冲突点的旅行时间；ζ₂为没有优先权的车道集合；

(10)当有优先权的车道中判定排队的车辆通过交叉口之后，排队判断机制重新启动，返回步骤(2)。

与现有技术相比，本发明的具有如下有益的技术效果：

1、适用于车联网环境，汽车可以自动驾驶的环境下，更具前瞻性。

2、适用于没有信号灯的交叉口区域及上游区域，比传统的交叉口信号控制更加高效，可以让车辆快速通过交叉口。并且在此基础上，对于个别车辆或者个别区域排队现象发生时的判断和调度方法提供了依据。

附图说明

图1是交叉口上游控制区排队示意图。

图2是交叉口控制区域示意图。

具体实施方式

本发明的调度方法主要分为两个阶段，第一阶段为判断排队发生阶段，第二阶段为排队发生后车辆调度方法。

上游排队控制区：

1、划定交叉口上游控制区，将交叉口四个方向上游100米划定为控制区域，对进入控制区域的车辆进行优化控制，即进行相应的加速和减速或者停车控制以保证控制目标车辆顺利通过。

2、当交叉口上游各个有公交车行驶的车道有停车发生时，相应的车载单元向其他车辆和控制中心或者基站发送停车信号，车载单元和中心基站对信息进行处理评价，以第一个停止车辆为始，判断其绝对停止时间是否大于阈值；即：

t_i＞τ₁

其中，t_i为车辆停车时间，i为进入控制区域的车辆编号，i∈[1,n]。τ₁为评价阈值。如果大于阈值，则说明公交车辆所在车道已发生停车。此时应该进行相应控制。

3、同时，将所有车道进行编号，取集合ψ，判断各个车道的第一个停车车辆的停车时间相互差是否大于阈值，即：

|t_im-t_in|＞τ₂ m,n∈ψ，m≠n

其中，t_im为一个车道的第一个车辆停车时间，t_in为另一车道的第一个车辆停车时间，τ₂为阈值，当各个车道停车时间之差大于阈值时，则也作为控制启动判据。

4、将各个车道的排队时间按照顺序排列，判断最大排队时间和最小排队时间的相对差值是否大于阈值，即：

如果大于阈值，则判断，最大排队时间所在的车道相对于其他车道发生排队。

5、步骤1至步骤3需要同时满足条件才可判定公交车辆所在车道发生排队，此种情况下只适用于某条道路或者某几条道路发生排队，如果交叉口出现过饱和，各个方向都已排队，则不在此判断方法考虑范围之内。此时，排队情况发送至车载单元和中心基站，继而进行相应车道车辆控制。

6、当检测到排队发生，判断机制暂停，车载单元和中心基站对进入控制区域的车辆发出控制信号，控制排队车道和其他车道的车辆，控制排队车道的车辆在保证安全时距的前提下获得优先行驶权。

交叉口车辆调度控制区：

7、在获得优先行驶权的车道中，以每个车辆通过交叉口的延误最小为目标，即：

提出车辆控制约束条件1，即本车道不同车辆之间要满足安全行驶距离，即：

(T_i+D_i)-(T_j+D_j)≥H_min

其中，T_i为无延误时车辆通过交叉口区域所需要的时间；D_i为车辆由于避免冲突而减速后车辆的延误时间；H_min为同一车道内最小车头时距。

8、约束条件2，即车辆从m车道进入交叉口区域后到达与车辆从n车道进入交叉口区域的冲突点的旅行时间两者之差应大于车辆占用冲突点的时间，从而保证车辆在冲突点无冲突。

|(T_i+D_i+τ_mn)-(T_j+D_j+τ_nm)|≥Δt

其中，τ_mn为车辆从m车道进入交叉口区域后到达与车辆从n车道进入交叉口区域的冲突点的旅行时间；Δt为车辆占用冲突点的时间。

9、没有获得优先权的车道，按照以上条件行驶，但确保优先权车道的行驶，即：

(T_i,other+D_i,other)-(T_j,other+D_j,other)≥H_min

|(T_i,other+D_i,other+τ_mn,other)-(T_j,other+D_j,other+τ_nm,other)|≥Δt

(T_i+D_i+τ_mn)-(T_i,other+D_i,other+τ_nm,other)≥Δt

其中，T_i,other、D_i,other为其他车道车辆的无延误旅行时间和延误时间；τ_mn,other为其他车道车辆从m车道进入交叉口区域后到达与车辆从n车道进入交叉口区域的冲突点的旅行时间；以上有优先权的车道取集合ζ₁，其他车道取集合ζ₂，则：

m,n∈ζ₁,m≠n

m,other∈ζ₂n,other∈ζ₂,m≠n

ζ₁,ζ₂∈ψ

10、当有优先权的车道中判定排队的车辆通过交叉口之后，排队判断机制重新启动，返回步骤2。

Claims (1)

1.一种车联网环境下交叉口区域车辆调度方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)划定交叉口上游控制区，将交叉口四个方向上游100米划定为控制区域；

(2)当交叉口上游各个有公交车行驶的车道有停车发生时，停止车辆的车载单元向其他车辆和控制中心或者基站发送停车信号，车载单元和中心基站对信息进行处理评价，以第一个停止车辆为始，判断其绝对停止时间是否大于阈值：

t_i＞τ₁

其中，t_i为车辆停车时间，i为进入控制区域的车辆编号，τ₁为阈值；

(3)将所有车道进行编号，取集合ψ，判断各个车道的第一个停止车辆的停车时间相互差是否大于阈值：

|t_im-t_in|＞τ₂ m,n∈ψ，m≠n

其中，t_im为一个车道的第一个车辆停车时间，t_in为另一车道的第一个车辆停车时间，τ₂为阈值；

(4)将各个车道的排队时间按照顺序排列，判断最大排队时间和最小排队时间的相对差值是否大于阈值；

其中，t_immax为最大排队时间，t_immin为最小排队时间，τ₃为阈值。

(5)当步骤(2)-(4)中所述绝对停止时间、所述停车时间相互差、所述最大排队时间和最小排队时间的相对差值均大于相应的阈值，则判定发生排队；

(6)当检测到排队发生，判断机制暂停，车载单元和中心基站对进入控制区域的车辆发出控制信号，控制排队车道和其他车道的车辆，控制排队车道的车辆在保证安全时距的前提下获得优先行驶权；

(7)在获得优先行驶权的车道中，以每个车辆通过交叉口的延误最小为目标进行如下控制优化：

约束条件：

(T_i+D_i)-(T_j+D_j)≥H_min

其中，T_i为无延误时车辆i通过交叉口区域所需要的时间；T_j为无延误时车辆j通过交叉口区域所需要的时间；D_i为车辆i由于避免冲突而减速后车辆的延误时间；D_j为车辆j由于避免冲突而减速后车辆的延误时间；ζ₁为有优先权的车道集合；H_min为同一车道内最小车头时距；

|(T_i+D_i+τ_mn)-(T_j+D_j+τ_nm)|≥Δt

其中，τ_mn为车辆从m车道进入交叉口区域后到达与车辆从n车道进入交叉口区域的冲突点的旅行时间；Δt为车辆占用冲突点的时间。

(9)没有获得优先权的车道，在确保优先权车道的行驶的条件下，进行如下控制优化：

优化目标：

约束条件：

(T_i,other+D_i,other)-(T_j,other+D_j,other)≥H_min

|(T_i,other+D_i,other+τ_mn,other)-(T_j,other+D_j,other+τ_nm,other)|≥Δt

(T_i+D_i+τ_mn)-(T_i,other+D_i,other+τ_nm,other)≥Δt

m,n∈ζ₁,m≠n

m,other∈ζ₂n,other∈ζ₂,m≠n

ζ₁,ζ₂∈ψ

其中，T_i,other、D_i,other为没有获得优先权的车道车辆i的无延误旅行时间和延误时间；T_j,other、D_j,other为没有获得优先权的车道车辆j的无延误旅行时间和延误时间；τ_mn,other为其他车道车辆从m车道进入交叉口区域后到达与车辆从n车道进入交叉口区域的冲突点的旅行时间；ζ₂为没有优先权的车道集合；

(10)当有优先权的车道中判定排队的车辆通过交叉口之后，排队判断机制重新启动，返回步骤(2)。