CN108281026A - 一种自动驾驶环境下交叉路口无信号灯车辆调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种自动驾驶环境下交叉路口无信号灯车辆调度方法。车辆通过车联网将通信请求传输至RSU，将车辆的通信请求构成车辆的通信请求集合并按车辆到达交叉路口的估计时刻进行升序排序；RSU根据最近的车辆分配通行时刻以及最近的车辆所属路段更新车辆中间时刻，构建优化车辆分配通行时刻的通信请求集合；RSU遍历车辆分配通行时刻的通信请求集合，计算车辆通过交叉路口的分配时刻并更新车辆中间时刻；车辆在RSU分配的时刻车头到达交叉路口并最终离开，RSU更新最近的车辆分配通行时刻以及车辆所属路段；RSU将调度通信请求集合中所有通信请求对应的车辆通过交叉路口。与现有技术相比，本发明整体上减少了车辆通过交叉路口的时间。

Description

一种自动驾驶环境下交叉路口无信号灯车辆调度方法

技术领域

本发明涉及道路交叉路口车辆控制技术研究领域，特别涉及一种自动驾驶环境下交叉路口无信号灯车辆调度方法。

背景技术

长期以来，信号灯控制的方式是大部分城市道路交叉路口的车辆调度方式。随着智能交通系统的发展，能够根据车流量自适应分配信号灯相位和周期的信号灯控制技术也在许多城市得到了推广和应用。但即使是SCATS或SCOOTS等自适应交叉口信号灯调度系统，由于受到探测手段和传统信号灯控制条件方面的限制，对缓解城市交通拥堵问题效果有限，所以当前基于信号灯的交叉路口调度方式难以满足日益增长的交通需求。

目前车联网和自动驾驶技术正在迅速发展，国内外对于自动驾驶环境下的交叉路口车辆调度的研究也越来越多。在车辆具备自动驾驶能力和网络通信能力的基础上，设计一种比信号灯控制方案更为有效的无信号灯交通控制技术成为可能。

因此，提供一种对车辆运动过程进行精细化控制的交叉路口车辆调度方法，不仅有利于减少车辆时延和交叉路口通行时间，同时对提升交通系统的整体运行效率具有重要意义。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种自动驾驶环境下交叉路口无信号灯车辆调度方法。

本发明所采用的技术方案是：一种自动驾驶环境下交叉路口无信号灯车辆调度方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：在道路交叉口区域配置RSU，车辆通过车联网将通信请求传输至RSU，车联网将车辆的通信请求构成车辆的通信请求集合，并根据自由通行状态下车头接触交叉路口的预估时刻对车辆的通信请求集合进行升序排序；

步骤2：RSU根据最近的车辆分配通行时刻以及最近的车辆所属路段更新车辆中间时刻，通过车辆中间时刻以及升序排序后车辆的通信请求集合构建优化车辆分配通行时刻的通信请求集合；

步骤3：RSU遍历步骤2中所述车辆分配通行时刻的通信请求集合，根据步骤2中所述车辆中间时刻计算车辆通过交叉路口的分配时刻并更新车辆中间时刻；

步骤4：RSU将车辆通过交叉路口的分配时刻分别传输至车辆分配通行时刻的通信请求集合中通信请求对应的车辆，车辆在车辆通过交叉路口的分配时刻车头到达交叉路口区域并最终离开，RSU将车辆分配通行时刻的通信请求集合中最后一个车辆的交叉路口的分配时刻更新最近的车辆分配通行时刻，用车辆分配通行时刻的通信请求集合中最后一个车辆的所属路段来更新最近的车辆所属路段；

步骤5：重复步骤2至步骤4直到通信请求集合中所有通信请求对应的车辆通过交叉路口。

作为优选，步骤1中所述车辆的通信请求为：

其中，M为车辆的通信请求数量，即车辆的数量，ID_m为车辆m的标识，lane_m为车辆m的所属路段，v_m为车辆m的当前车速，t_m为车辆m的通行请求发送时间，at_m为车辆m的自由通行状态下车头接触交叉路口区域的预估时刻；

步骤1中所述车辆的通信请求集合为：

步骤1中所述车辆的通信请求集合按自由通行状态下车头接触交叉路口区域的预估时刻进行升序排序，升序排序后车辆的通信请求集合为：

C＝{R₁,R₂,...,R_M}

其中，M为车辆的通信请求数量，即车辆的数量，升序排序后车辆的通信请求集合C中车辆i的通信请求为：

R_i＝{ID_i,lane_i,v_i,t_i,at_i}i∈[1,M]

其中，ID_i为车辆i的标识，lane_i为车辆i的所属路段，v_i为车辆i的当前车速，t_i为车辆i的通行请求发送时间，at_i为车辆i的自由通行状态下车头接触交叉路口的预估时刻；

步骤1中所述升序排序后车辆的通信请求集合C中，满足：

at_i≤at_i+1i∈[1,M]；

作为优选，步骤2中所述最近的车辆分配通行时刻为t_last，步骤2中所述最近的车辆的所属路段为lane_last；

更新车辆中间时刻：

若车辆i的所在路段lane_i与最近的车辆所属路段lane_last相同，则车辆间隔时间T_sep＝T_1,i，否则车辆间隔时间T_sep＝T_2,i；

车辆i的第一最小间隔时间T_1,i＝t_res，t_res为自动驾驶系统的反应时间；

车辆i的第二最小间隔时间自动驾驶系统的反应时间均为t_res，车辆采取刹车产生的减速度均为a_brake，v_i为车辆i的当前车速，交叉路口的路宽度为s，车辆的长度均为l；

车辆中间时刻at_i为车辆i的自由通行状态下车头接触交叉路口区域的预估时刻；

遍历步骤1中所述升序排序后车辆的通信请求集合C，若 ]则将车辆j的通信请求加入到优化车辆分配通行时刻的通信请求集合B_k；

优化车辆分配通行时刻的通信请求集合B_k中车辆的通信请求数量即车辆的数量为N_k；

作为优选，步骤3中所述交叉路口的分配时刻为：

其中，Dt_n为车辆分配通行时刻的通信请求集合B_k中的通信请求n对应车辆n的交叉路口的分配时刻，N_k为车辆分配通行时刻的通信请求集合B_k中车辆的通信请求数量即车辆的数量，为步骤2中所述车辆中间时刻；

更新车辆中间时刻：

若车辆n的所属路段lane_n与B_k中第一个通信请求对应的车辆所属路段lane_i i∈[1,M]相同时，如果车辆n是所属路段lane_n中的最后一辆车且所属路段lane_n上存在其他车辆则如果车辆n是所属路段lane_n中的最后一辆车且所属路段lane_n上不存在其他车辆则保持不变，如果车辆n不是路段lane_n中的最后一辆车则

若车辆n的所属路段lane_n与B_k中第一个通信请求对应的车辆所属路段lane_i i∈[1,M]不同时，如果车辆n不是所属路段lane_i的最后一辆车则如果车辆n是所属路段lane_i的最后一辆车则保持不变；

作为优选，步骤4中所述RSU将车辆通过交叉路口的分配时刻分别传输至通行时刻的通信请求集合B_k中通信请求对应的车辆；

步骤4中所述更新最近的车辆分配通行时刻为：

其中，为最后一个车辆的交叉路口的分配时刻；

步骤4中所述更新最近的车辆所属路段为：

其中，为最后一个车辆的所属路段。

本发明与现有道路交叉路口调度方法相比，本发明提出交叉路口时隙分配思想，将道路交叉路口这一共享性资源以时隙的方式精细分配给想要通过交叉路口的车辆。由于自动驾驶车辆行驶规范、可控，车辆能够在车速控制区内进行自动驾驶并实现在分配的时隙的开始时刻进入交叉路口的目标。本发明通过自动驾驶车辆间协作，能够将道路交叉路口的通行效率发挥到最高。不同于传统的信号灯调度方式，本发明在整个车辆调度过程中，车辆在进入交叉路口之前不需要排队停车等待，减少了由于信号灯相位切换造成的排队时延，缩短了每辆车通行交叉路口所需要的时间，从而提高了道路通行能力。

附图说明

图1：本发明的方法流程图；

图2：本发明的实施例示意图。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

结合图1以及图2介绍本发明的实施例。本发明的实施例处于车联网环境下，交叉路口处存在一个RSU，车辆进入车速控制区之后能够与RSU建立网络连接，车辆的通信请求和RSU对车辆的调度结果都能够通过车联网进行传递；数据传递和处理的时间相对车辆行驶的时间可以忽略不计；接受调度的车辆具备自动驾驶的能力，行驶规范、可控，在保证安全的情况下，能够在规定的时间到达规定的地点；不考虑行人和其他非机动车的影响；RSU的设计，遵循国家标准为GB20851，通讯频率为5.8GHz。

本发明实施例的步骤为：步骤1：车辆通过车联网将通信请求传输至RSU，车联网将车辆的通信请求构成车辆的通信请求集合，并根据自由通行状态下车头接触交叉路口的预估时刻对车辆的通信请求集合进行升序排序；

步骤1：在道路交叉口区域配置RSU，车辆通过车联网将通信请求传输至RSU，车联网将车辆的通信请求构成车辆的通信请求集合，并根据自由通行状态下车头接触交叉路口的预估时刻对车辆的通信请求集合进行升序排序；

步骤1中所述车辆的通信请求为：

其中，M＝50为车辆的通信请求数量，即车辆的数量，ID_m为车辆m的标识，lane_m为车辆m的所属路段，lane_m取值在十字路口的东西南北四个方向，v_m＝45km/h为车辆m的当前车速，t_m为车辆m的通行请求发送时间，at_m为车辆m的自由通行状态下车头接触交叉路口区域的预估时刻；

步骤1中所述车辆的通信请求集合为：

步骤1中所述车辆的通信请求集合按自由通行状态下车头接触交叉路口区域的预估时刻进行升序排序，升序排序后车辆的通信请求集合为：

C＝{R₁,R₂,...,R_M}

其中，M为车辆的通信请求数量，即车辆的数量，升序排序后车辆的通信请求集合C中车辆i的通信请求为：

R_i＝{ID_i,lane_i,v_i,t_i,at_i}i∈[1,M]

其中，ID_i为车辆i的标识，lane_i为车辆i的所属路段，v_i为车辆i的当前车速，t_i为车辆i的通行请求发送时间，at_i为车辆i的自由通行状态下车头接触交叉路口的预估时刻；

步骤1中所述升序排序后车辆的通信请求集合C中，满足：

at_i≤at_i+1i∈[1,M]；

步骤2：RSU根据最近的车辆分配通行时刻以及最近的车辆所属路段更新车辆中间时刻，通过车辆中间时刻以及升序排序后车辆的通信请求集合构建优化车辆分配通行时刻的通信请求集合；

步骤2中所述最近的车辆分配通行时刻为t_last，步骤2中所述最近的车辆的所属路段为lane_last；

更新车辆中间时刻：

若车辆i的所在路段lane_i与最近的车辆所属路段lane_last相同，则车辆间隔时间T_sep＝T_1,i，否则车辆间隔时间T_sep＝T_2,i；

车辆i的第一最小间隔时间T_1,i＝t_res，t_res为自动驾驶系统的反应时间；

车辆i的第二最小间隔时间自动驾驶系统的反应时间均为t_res＝0.1s，车辆采取刹车产生的减速度均为a_brake＝5m/s²，v_i为车辆i的当前车速，交叉路口的路宽度为S＝50m，车辆的长度均为l＝5m；

车辆中间时刻at_i为车辆i的自由通行状态下车头接触交叉路口区域的预估时刻；

遍历步骤1中所述升序排序后车辆的通信请求集合C，若 ]则将车辆j的通信请求加入到优化车辆分配通行时刻的通信请求集合B_k；

优化车辆分配通行时刻的通信请求集合B_k中车辆的通信请求数量即车辆的数量为N_k；

步骤3：RSU遍历步骤2中所述车辆分配通行时刻的通信请求集合，根据步骤2中所述车辆中间时刻计算车辆通过交叉路口的分配时刻并更新车辆中间时刻；

步骤3中所述交叉路口的分配时刻为：

其中，Dt_n为车辆分配通行时刻的通信请求集合B_k中的通信请求n对应车辆n的交叉路口的分配时刻，N_k≤20为车辆分配通行时刻的通信请求集合B_k中车辆的通信请求数量即车辆的数量，为步骤2中所述车辆中间时刻；

更新车辆中间时刻：

若车辆n的所属路段lane_n与B_k中第一个通信请求对应的车辆所属路段lane_i i∈[1,M]相同时，如果车辆n是所属路段lane_n中的最后一辆车且所属路段lane_n上存在其他车辆则如果车辆n是所属路段lane_n中的最后一辆车且所属路段lane_n上不存在其他车辆则保持不变，如果车辆n不是路段lane_n中的最后一辆车则

若车辆n的所属路段lane_n与B_k中第一个通信请求对应的车辆所属路段lane_i i∈[1,M]不同时，如果车辆n不是所属路段lane_i的最后一辆车则如果车辆n是所属路段lane_i的最后一辆车则保持不变；

步骤4：RSU将车辆通过交叉路口的分配时刻分别传输至车辆分配通行时刻的通信请求集合中通信请求对应的车辆，车辆在车辆通过交叉路口的分配时刻车头到达交叉路口区域并最终离开，RSU将车辆分配通行时刻的通信请求集合中最后一个车辆的交叉路口的分配时刻更新最近的车辆分配通行时刻，用车辆分配通行时刻的通信请求集合中最后一个车辆的所属路段来更新最近的车辆所属路段；

步骤4中所述RSU将车辆通过交叉路口的分配时刻分别传输至通行时刻的通信请求集合B_k中通信请求对应的车辆；

步骤4中所述更新最近的车辆分配通行时刻为：

其中，为最后一个车辆的交叉路口的分配时刻；

步骤4中所述更新最近的车辆所属路段为：

其中，为最后一个车辆的所属路段；

步骤5：重复步骤2至步骤4直到通信请求集合中所有通信请求对应的车辆通过交叉路口。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种自动驾驶环境下交叉路口无信号灯车辆调度方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：在道路交叉口区域配置RSU，车辆通过车联网将通信请求传输至RSU，车联网将车辆的通信请求构成车辆的通信请求集合，并根据自由通行状态下车头接触交叉路口的预估时刻对车辆的通信请求集合进行升序排序；

步骤2：RSU根据最近的车辆分配通行时刻以及最近的车辆所属路段更新车辆中间时刻，通过车辆中间时刻以及升序排序后车辆的通信请求集合构建优化车辆分配通行时刻的通信请求集合；

步骤3：RSU遍历步骤2中所述车辆分配通行时刻的通信请求集合，根据步骤2中所述车辆中间时刻计算车辆通过交叉路口的分配时刻并更新车辆中间时刻；

步骤4：RSU将车辆通过交叉路口的分配时刻分别传输至车辆分配通行时刻的通信请求集合中通信请求对应的车辆，车辆在车辆通过交叉路口的分配时刻车头到达交叉路口区域并最终离开，RSU将车辆分配通行时刻的通信请求集合中最后一个车辆的交叉路口的分配时刻更新最近的车辆分配通行时刻，用车辆分配通行时刻的通信请求集合中最后一个车辆的所属路段来更新最近的车辆所属路段；

步骤5：重复步骤2至步骤4直到通信请求集合中所有通信请求对应的车辆通过交叉路口。

2.根据权利要求1所述的自动驾驶环境下交叉路口无信号灯车辆调度方法，其特征在于：步骤1中所述车辆的通信请求为：

其中，M为车辆的通信请求数量，即车辆的数量，ID_m为车辆m的标识，lane_m为车辆m的所属路段，v_m为车辆m的当前车速，t_m为车辆m的通行请求发送时间，at_m为车辆m的自由通行状态下车头接触交叉路口区域的预估时刻；

步骤1中所述车辆的通信请求集合为：

步骤1中所述车辆的通信请求集合按自由通行状态下车头接触交叉路口区域的预估时刻进行升序排序，升序排序后车辆的通信请求集合为：

C＝{R₁,R₂,...,R_M}

其中，M为车辆的通信请求数量，即车辆的数量，升序排序后车辆的通信请求集合C中车辆i的通信请求为：

R_i＝{ID_i,lane_i,v_i,t_i,at_i}i∈[1,M]

其中，ID_i为车辆i的标识，lane_i为车辆i的所属路段，v_i为车辆i的当前车速，t_i为车辆i的通行请求发送时间，at_i为车辆i的自由通行状态下车头接触交叉路口的预估时刻；

步骤1中所述升序排序后车辆的通信请求集合C中，满足：

at_i≤at_i+1i∈[1,M]。

3.根据权利要求1所述的自动驾驶环境下交叉路口无信号灯车辆调度方法，其特征在于：步骤2中所述最近的车辆分配通行时刻为t_last，步骤2中所述最近的车辆的所属路段为lane_last；

更新车辆中间时刻：

若车辆i的所在路段lane_i与最近的车辆所属路段lane_last相同，则车辆间隔时间T_sep＝T_1,i，否则车辆间隔时间T_sep＝T_2,i；

车辆i的第一最小间隔时间T_1,i＝t_res，t_res为自动驾驶系统的反应时间；

车辆i的第二最小间隔时间自动驾驶系统的反应时间均为t_res，车辆采取刹车产生的减速度均为a_brake，v_i为车辆i的当前车速，交叉路口的路宽度为s，车辆的长度均为

车辆中间时刻at_i为车辆i的自由通行状态下车头接触交叉路口区域的预估时刻；

遍历步骤1中所述升序排序后车辆的通信请求集合C，若 ]则将车辆j的通信请求加入到优化车辆分配通行时刻的通信请求集合B_k；

优化车辆分配通行时刻的通信请求集合B_k中车辆的通信请求数量即车辆的数量为N_k。

4.根据权利要求1所述的自动驾驶环境下交叉路口无信号灯车辆调度方法，其特征在于：步骤3中所述交叉路口的分配时刻为：

其中，Dt_n为车辆分配通行时刻的通信请求集合B_k中的通信请求n对应车辆n的交叉路口的分配时刻，N_k为车辆分配通行时刻的通信请求集合B_k中车辆的通信请求数量即车辆的数量，为步骤2中所述车辆中间时刻；

更新车辆中间时刻：

若车辆n的所属路段lane_n与B_k中第一个通信请求对应的车辆所属路段lane_ii∈[1,M]相同时，如果车辆n是所属路段lane_n中的最后一辆车且所属路段lane_n上存在其他车辆则如果车辆n是所属路段lane_n中的最后一辆车且所属路段lane_n上不存在其他车辆则保持不变，如果车辆n不是路段lane_n中的最后一辆车则

若车辆n的所属路段lane_n与B_k中第一个通信请求对应的车辆所属路段lane_ii∈[1,M]不同时，如果车辆n不是所属路段lane_i的最后一辆车则如果车辆n是所属路段lane_i的最后一辆车则保持不变。

5.根据权利要求1所述的自动驾驶环境下交叉路口无信号灯车辆调度方法，其特征在于：步骤4中所述RSU将车辆通过交叉路口的分配时刻分别传输至通行时刻的通信请求集合B_k中通信请求对应的车辆；

步骤4中所述更新最近的车辆分配通行时刻为：

其中，为最后一个车辆的交叉路口的分配时刻；

步骤4中所述更新最近的车辆所属路段为：

其中，为最后一个车辆的所属路段。