CN110807923B - 人机混合驾驶环境下交叉口进口道车道功能重构方法 - Google Patents

人机混合驾驶环境下交叉口进口道车道功能重构方法 Download PDF

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CN110807923B CN201911063031.0A CN201911063031A CN110807923B CN 110807923 B CN110807923 B CN 110807923B CN 201911063031 A CN201911063031 A CN 201911063031A CN 110807923 B CN110807923 B CN 110807923B
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Abstract

人机混合驾驶环境下交叉口进口道车道功能重构方法,属于交通工程领域。解决了在人机混合驾驶环境下，如何提高交叉口通行能力的问题。在预设时间区域内，采集第k个信号周期下到达任意一交叉口第r进口的有人驾驶左转车数量、自动驾驶左转车数量、有人驾驶直行车数量、自动驾驶直行车的数量；然后根据有人驾驶左转车数量、自动驾驶左转车数量、有人驾驶直行车数量和自动驾驶直行车的数量，对第k个信号周期下的第r进口车道的功能和属性进行重构；从而获得各信号周期下的各进口车道的功能和属性，从而实现了人机混合驾驶环境下交叉口进口道车道功能的重构。主要用于改善人机混合驾驶环境下的交通通行能力。

Description

人机混合驾驶环境下交叉口进口道车道功能重构方法
技术领域
本发明属于交通工程领域，具体涉及一种人机混合驾驶环境下交叉口进口车道功能的重构方法。
背景技术
随着5G通信技术在全世界范围内逐步应用与推广，作为其中一个重要的应用场景——自动驾驶汽车，将会越来越多的出现在道路上。中国人工智能学会理事长李德毅院士指出：“汽车向自动驾驶转型是逐步的过程，未来很长时期内将是人机混合驾驶的局面，交通规则不会因为无人车的出现而改变”。与此同时，国外研究表明，将控制、传感和通信技术应用于公路车辆的公路自动化可以提高道路性能并将道路容量提高3倍左右。人机混合驾驶环境下，因人操控车辆的准确性、反应时间相对自动驾驶车辆存在巨大差异，如何提升人机混合驾驶环境下道路交通的安全性与通行效率，将成为未来一段时间内交通领域面临的主要挑战之一。
自动驾驶不同于有人驾驶，其车辆启动、加减速等不受驾驶员心里状态、驾驶习惯等主观因素的影响，基于车路协同或车车通信，可实现前后车辆同步启动、加减速。鉴于两种类型驾驶通行效益的差异，在交叉口进口道若仍按现行的先来先服务混合排队规则，则不能发挥自动驾驶车辆高效的通过能力，交叉口通行效率不会得到质的提升。基于此，在人机混合驾驶环境下，有必要实时重构交叉口进口车道的功能，用以提升交叉口的通行能力。
发明内容
本发明是为了解决在人机混合驾驶环境下，如何提高交叉口通行能力的问题，本发明提供了一种人机混合驾驶环境下交叉口进口道车道功能重构方法。
人机混合驾驶环境下交叉口进口道车道功能重构方法，该方法包括如下步骤：
步骤一、在预设时间区域
Figure BDA0002256008660000011
内，采集第k个信号周期下到达任意一交叉口第r进口的有人驾驶左转车数量
Figure BDA0002256008660000012
自动驾驶左转车数量
Figure BDA0002256008660000013
有人驾驶直行车数量
Figure BDA0002256008660000014
自动驾驶直行车的数量
Figure BDA0002256008660000015
ti,k-1为第k-1个信号周期下的第i相位的绿灯开启时刻；
gi,k-1为第k-1个信号周期下的第i相位的绿灯时长；
ck为第k个信号周期的时长；
vi为第i相位车辆在路段上的车速；
Figure BDA0002256008660000021
为第i相位第r进口方向所在进口的上游路段长度；
k为整数；
r为整数；
步骤二、根据有人驾驶左转车数量
Figure BDA0002256008660000022
自动驾驶左转车数量
Figure BDA0002256008660000023
有人驾驶直行车数量
Figure BDA0002256008660000024
和自动驾驶直行车的数量
Figure BDA0002256008660000025
对第k个信号周期下的第r进口车道的功能和属性进行重构；
所述车道的功能包括左转和直行；
所述车道的属性包括有人驾驶、自动驾驶和混合驾驶；
步骤三、利用步骤一和步骤二，获得各信号周期下的各进口车道的功能和属性，从而实现了人机混合驾驶环境下交叉口进口道车道功能的重构。
优选的是，步骤二中、根据有人驾驶左转车数量
Figure BDA0002256008660000026
自动驾驶左转车数量
Figure BDA0002256008660000027
有人驾驶直行车数量
Figure BDA0002256008660000028
和自动驾驶直行车的数量
Figure BDA0002256008660000029
对第k个信号周期下的第r进口车道的功能和属性进行重构的具体过程为：
步骤二一、根据有人驾驶左转车数量
Figure BDA00022560086600000210
和自动驾驶左转车数量
Figure BDA00022560086600000211
构建左转有人驾驶专用车道流量比K1、左转混合驾驶车道流量比K2和左转自动驾驶专用车道流量比K3；
根据有人驾驶直行车数量
Figure BDA00022560086600000212
和自动驾驶直行车的数量
Figure BDA00022560086600000213
构建直行有人驾驶专用车道流量比K′1、直行混合驾驶车道流量比K′2和直行自动驾驶专用车道流量比K′3；
步骤二二、使得K1、K2和K3趋近于相同，K′1、K′2和K′3趋近于相同，且同时满足如下公式：
Figure BDA0002256008660000031
σ1为左转方向上同一流向单车道流率比差值；
σ2为直行方向上同一流向单车道流率比差值；
σ3为同一进口不同流向单车道流率比差值；
ypl,r为第r进口左转车流的流率比；
ypt,r为第r进口直行车流的流率比；
步骤二三，求得满足步骤二二条件下的pl,1、pl,2、pl,3、pt,1、pt,2和pt,3的值，从而得到第k个信号周期下的第r进口的所有车道的功能和属性，实现了对第k个信号周期下的第r进口车道的功能和属性的重构。
优选的是，步骤三中，获得的各信号周期下的各进口车道的功能和属性，通过LED可变显示屏进行显示。
优选的是，σ1、σ2和σ3的取值范围均为(0,0.1]。
优选的是，α的取值范围为[0,1]。
优选的是，β的取值范围为[0,1]。
优选的是，γ的取值范围为[0,1]。
优选的是，ε的取值范围为[0,1]。
优选的是，pl＝pl,1+pl,2+pl,3；
pt＝pt,1+pt,2+pt,3；
p＝pl+pt；
其中，pl为左转车道的条数；
pt为直行车道的条数；
p为左转和直行车道的总条数。
人机混行驾驶环境下，鉴于有人驾驶专用车道、混合驾驶车道、自动驾驶专用车道的饱和流率差异显著，为在最短时间内相位通过的车辆数最多，提出等效车道流率比的概念，即要求同流向不同属性车道的流率比接近，与现有信号控制同流向不同车道的排队长度接近不同，而人机混行驾驶环境下同流向不同属性车道的排队长度差异会很大，故而要求同流向不同属性车道的流率比接近。
本发明带来的有益效果是，本发明方法在人机混合驾驶环境下，可实时重构各交叉口各进口车道的功能和属性，具体应用时可通过显示屏显示各进口车道的功能和属性，实现根据实际的进入至交叉口的人驾驶左转车数量、自动驾驶左转车数量、有人驾驶直行车数量、自动驾驶直行车的数量，合理的重构进入交叉口后的车道功能和属性，实现对车道功能和属性的合理分配，用以提升交叉口的通行能力。
应用时，基于LED可变显示屏指示车道的功能与属性，引导不同类型的车辆在指定车道排队和通行。
本发明所述的人机混合驾驶环境下交叉口进口道车道功能重构方法，是根据实时的车辆数据信息进行重构，重构结果为最为合理的重构方式，结果最优。
附图说明
图1为本发明所述的人机混合驾驶环境下交叉口进口道车道功能重构方法的流程图；
图2为十字交叉口处，LED显示屏与标线示意图；
图3为第k信号周期下的第r进口LED可变显示屏上显示的各车道的功能和属性示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
参见图1说明本实施方式，本实施方式所述的人机混合驾驶环境下交叉口进口道车道功能重构方法，该方法包括如下步骤：
步骤一、在预设时间区域
Figure BDA0002256008660000051
内，采集第k个信号周期下到达任意一交叉口第r进口的有人驾驶左转车数量
Figure BDA0002256008660000052
自动驾驶左转车数量
Figure BDA0002256008660000053
有人驾驶直行车数量
Figure BDA0002256008660000054
自动驾驶直行车的数量
Figure BDA0002256008660000055
ti,k-1为第k-1个信号周期下的第i相位的绿灯开启时刻；
gi,k-1为第k-1个信号周期下的第i相位的绿灯时长；
ck为第k个信号周期的时长；
vi为第i相位车辆在路段上的车速；
Figure BDA0002256008660000056
为第i相位第r进口方向所在进口的上游路段长度；
k为整数；
r为整数；
i为整数；
步骤二、根据有人驾驶左转车数量
Figure BDA0002256008660000057
自动驾驶左转车数量
Figure BDA0002256008660000058
有人驾驶直行车数量
Figure BDA0002256008660000059
和自动驾驶直行车的数量
Figure BDA00022560086600000510
对第k个信号周期下的第r进口车道的功能和属性进行重构；
所述车道的功能包括左转和直行；
所述车道的属性包括有人驾驶、自动驾驶和混合驾驶。
步骤三、利用步骤一和步骤二，获得各信号周期下的各进口车道的功能和属性，从而实现了人机混合驾驶环境下交叉口进口道车道功能的重构。
本发明方法在人机混合驾驶环境下，可实时重构各交叉口各进口车道的功能和属性，具体应用时可通过显示屏显示各进口车道的功能和属性，实现根据实际的进入至交叉口的有人驾驶左转车数量、自动驾驶左转车数量、有人驾驶直行车数量、自动驾驶直行车的数量，合理的重构进入交叉口后的车道功能和属性，实现对车道功能和属性的合理分配，用以提升交叉口的通行能力。
每个交叉口的进口数量不同，故，r的范围可为，3≤r≤6；
通过本发明方法重构交叉口进口道车道功能和属性后，在具体应用时，在布设各车道的功能和属性的过程中，考虑到人的驾驶习惯与现行交通管理规则，对确立的各类车道按照从内到外依次为“先左转、后直行，同向车道中先有人驾驶专用车道、后混合驾驶车道与自动驾驶专用车道”的原则重新设定各条车道的功能与属性，基于LED可变显示屏指示车道的功能与属性，引导不同类型的车辆在指定车道排队和通行，具体参见图3，图3为第k信号周期下的第r进口LED可变显示屏上显示的各车道的功能和属性。
进一步的，步骤二中、根据有人驾驶左转车数量
Figure BDA0002256008660000061
自动驾驶左转车数量
Figure BDA0002256008660000062
有人驾驶直行车数量
Figure BDA0002256008660000063
和自动驾驶直行车的数量
Figure BDA0002256008660000064
对第k个信号周期下的第r进口车道的功能和属性进行重构的具体过程为：
步骤二一、根据有人驾驶左转车数量
Figure BDA0002256008660000065
和自动驾驶左转车数量
Figure BDA0002256008660000066
构建左转有人驾驶专用车道流量比K1、左转混合驾驶车道流量比K2和左转自动驾驶专用车道流量比K3；
根据有人驾驶直行车数量
Figure BDA0002256008660000067
和自动驾驶直行车的数量
Figure BDA0002256008660000068
构建直行有人驾驶专用车道流量比K′1、直行混合驾驶车道流量比K′2和直行自动驾驶专用车道流量比K′3；
其中，
Figure BDA0002256008660000069
Figure BDA00022560086600000610
Figure BDA00022560086600000611
Figure BDA00022560086600000612
Figure BDA00022560086600000613
Figure BDA00022560086600000614
α为第r进口有人驾驶左转车被分配到的有人驾驶专用车道上的车辆数比；
β为第r进口自动驾驶左转车被分配到的自动驾驶专用车道上的车辆数比；
γ为第r进口有人驾驶直行车被分配到的有人驾驶专用车道上的车辆数比；
ε为第r进口自动驾驶直行车被分配到的自动驾驶专用车道上的车辆数比；
pl,1为左转车道中，有人驾驶专用车道的条数；
pl,2、为左转车道中，混合驾驶车道的条数；
pl,3为左转车道中，自动驾驶专用车道的条数；
pt,1为直行车道中，有人驾驶专用车道的条数；
pt,2为直行车道中，混合驾驶车道的条数；
pt,3为直行车道中，自动驾驶专用车道的条数；
Spl,1为左转车道中，有人驾驶专用车道的饱和流率；
Spl,2为左转车道中，混合驾驶车道的饱和流率；
Spl,3为左转车道中，自动驾驶专用车道的饱和流率；
Spt,1为直行车道中，有人驾驶专用车道的饱和流率；
Spt,2为直行车道中，混合驾驶车道的饱和流率；
Spt,3为直行车道中，自动驾驶专用车道的饱和流率；
步骤二二、使得K1、K2和K3趋近于相同，K′1、K′2和K′3趋近于相同，且同时满足如下公式：
Figure BDA0002256008660000071
其中，
σ1为左转方向上同一流向单车道流率比差值；
σ2为直行方向上同一流向单车道流率比差值；
σ3为同一进口不同流向单车道流率比差值；
ypl,r为第r进口左转车流的流率比；
ypt,r为第r进口直行车流的流率比；
步骤二三，求得满足步骤二二条件下的pl,1、pl,2、pl,3、pt,1、pt,2和pt,3的值，从而得到第k个信号周期下的第r进口的所有车道的功能和属性，实现了对第k个信号周期下的第r进口车道的功能和属性的重构。
人机混行驾驶环境下，鉴于有人驾驶专用车道、混合驾驶车道、自动驾驶专用车道的饱和流率差异显著，为在最短时间内相位通过的车辆数最多，提出等效车道流率比的概念，即要求同流向不同属性车道的流率比接近，与现有信号控制同流向不同车道的排队长度接近不同，而人机混行驾驶环境下同流向不同属性车道的排队长度差异会很大，故而要求同流向不同属性车道的流率比接近。
进一步的，σ1、σ2和σ3的取值范围均为(0,0.1]。
进一步的，α的取值范围为[0,1]。
进一步的，β的取值范围为[0,1]。
进一步的，γ的取值范围为[0,1]。
进一步的，ε的取值范围为[0,1]。
进一步的，pl＝pl,1+pl,2+pl,3；pt＝pt,1+pt,2+pt,3；p＝pl+pt；
其中，pl为左转车道的条数；
pt为直行车道的条数；
p为左转和直行车道的总条数。
进一步的，步骤三中，获得的各信号周期下的各进口车道的功能和属性，通过LED可变显示屏进行显示。
验证试验：
以十字交叉口为例，假设东西、南北进出口车道布置是对称的，设在预设时间区域
Figure BDA0002256008660000081
内进入交叉口第r进口的有人驾驶左转车数量、自动驾驶左转车数量、有人驾驶直行车数量、自动驾驶直行车的数量分别为15pcu、15pcu、25pcu、40pcu。
设各进口道的车道数均为3条，将同一流向单车道流率比差值可接受范围σ1和σ2预设为0.01，同一进口不同流向单车道流率比差值可接受范围σ3预设为0.01。
设在第第k个信号周期下的第r进口左转车道、直行车道中，有人驾驶专用车道、混合驾驶车道、自动驾驶专用车道对应的Spl,1、Spl,2、Spl,3、Spt,1、Spt,2、Spt,3分别为1200pcu/h、2400pcu/h、3600pcu/h、1400pcu/h、2800pcu/h、4200pcu/h。
当α＝β＝ε＝0，γ＝0.88时，将如上参数代入公式一中，经计算得到：
pl,1＝pl,3＝pt,3＝0，pt,1＝pt,2＝pl,2＝1，
由于，pt,1＝pt,2＝pl,2＝1，则pt,1、pt,2、pl,2的条数均是1条，可得第k个信号周期下的进入到第r进口后的3条车道分别为直行有人驾驶专用车道、直行混合驾驶车道和左转混合驾驶车道。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其它的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其它所述实施例。

Claims (8)

1.人机混合驾驶环境下交叉口进口道车道功能重构方法，该方法包括如下步骤：
步骤一、在预设时间区域
Figure FDA0002536446930000011
内，采集第k个信号周期下到达任意一交叉口第r进口的有人驾驶左转车数量
Figure FDA0002536446930000012
自动驾驶左转车数量
Figure FDA0002536446930000013
有人驾驶直行车数量
Figure FDA0002536446930000014
自动驾驶直行车的数量
Figure FDA0002536446930000015
ti,k-1为第k-1个信号周期下的第i相位的绿灯开启时刻；
gi,k-1为第k-1个信号周期下的第i相位的绿灯时长；
ck为第k个信号周期的时长；
vi为第i相位车辆在路段上的车速；
Figure FDA0002536446930000016
为第i相位第r进口方向所在进口的上游路段长度；
k为整数；
r为整数；
i为整数；
步骤二、根据有人驾驶左转车数量
Figure FDA0002536446930000017
自动驾驶左转车数量
Figure FDA0002536446930000018
有人驾驶直行车数量
Figure FDA0002536446930000019
和自动驾驶直行车的数量
Figure FDA00025364469300000110
对第k个信号周期下的第r进口车道的功能和属性进行重构；
所述车道的功能包括左转和直行；
所述车道的属性包括有人驾驶、自动驾驶和混合驾驶；
步骤三、利用步骤一和步骤二，获得各信号周期下的各进口车道的功能和属性，从而实现了人机混合驾驶环境下交叉口进口道车道功能的重构；
其特征在于，步骤二中、根据有人驾驶左转车数量
Figure FDA00025364469300000111
自动驾驶左转车数量
Figure FDA00025364469300000112
有人驾驶直行车数量
Figure FDA00025364469300000113
和自动驾驶直行车的数量
Figure FDA00025364469300000114
对第k个信号周期下的第r进口车道的功能和属性进行重构的具体过程为：
步骤二一、根据有人驾驶左转车数量
Figure FDA00025364469300000115
和自动驾驶左转车数量
Figure FDA00025364469300000116
构建左转有人驾驶专用车道流量比K1、左转混合驾驶车道流量比K2和左转自动驾驶专用车道流量比K3；
根据有人驾驶直行车数量
Figure FDA00025364469300000117
和自动驾驶直行车的数量
Figure FDA00025364469300000118
构建直行有人驾驶专用车道流量比K′1、直行混合驾驶车道流量比K′2和直行自动驾驶专用车道流量比K′3；
其中，
Figure FDA0002536446930000021
Figure FDA0002536446930000022
Figure FDA0002536446930000023
Figure FDA0002536446930000024
Figure FDA0002536446930000025
Figure FDA0002536446930000026
α为第r进口有人驾驶左转车被分配到的有人驾驶专用车道上的车辆数比；
β为第r进口自动驾驶左转车被分配到的自动驾驶专用车道上的车辆数比；
γ为第r进口有人驾驶直行车被分配到的有人驾驶专用车道上的车辆数比；
ε为第r进口自动驾驶直行车被分配到的自动驾驶专用车道上的车辆数比；
pl,1为左转车道中，有人驾驶专用车道的条数；
pl,2、为左转车道中，混合驾驶车道的条数；
pl,3为左转车道中，自动驾驶专用车道的条数；
pt,1为直行车道中，有人驾驶专用车道的条数；
pt,2为直行车道中，混合驾驶车道的条数；
pt,3为直行车道中，自动驾驶专用车道的条数；
Spl,1为左转车道中，有人驾驶专用车道的饱和流率；
Spl,2为左转车道中，混合驾驶车道的饱和流率；
Spl,3为左转车道中，自动驾驶专用车道的饱和流率；
Spt,1为直行车道中，有人驾驶专用车道的饱和流率；
Spt,2为直行车道中，混合驾驶车道的饱和流率；
Spt,3为直行车道中，自动驾驶专用车道的饱和流率；
步骤二二、使得K1、K2和K3趋近于相同，K′1、K′2和K′3趋近于相同，且同时满足如下公式：
Figure FDA0002536446930000031
σ1为左转方向上同一流向单车道流率比差值；
σ2为直行方向上同一流向单车道流率比差值；
σ3为同一进口不同流向单车道流率比差值；
ypl,r为第r进口左转车流的流率比；
ypt,r为第r进口直行车流的流率比；
步骤二三，求得满足步骤二二条件下的pl,1、pl,2、pl,3、pt,1、pt,2和pt,3的值，从而得到第k个信号周期下的第r进口的所有车道的功能和属性，实现了对第k个信号周期下的第r进口车道的功能和属性的重构。
2.根据权利要求1所述的人机混合驾驶环境下交叉口进口道车道功能重构方法，其特征在于，步骤三中，获得的各信号周期下的各进口车道的功能和属性，通过LED可变显示屏进行显示。
3.根据权利要求1所述的人机混合驾驶环境下交叉口进口道车道功能重构方法，其特征在于，
σ1、σ2和σ3的取值范围均为(0,0.1]。
4.根据权利要求1所述的人机混合驾驶环境下交叉口进口道车道功能重构方法，其特征在于，α的取值范围为[0,1]。
5.根据权利要求1所述的人机混合驾驶环境下交叉口进口道车道功能重构方法，其特征在于，β的取值范围为[0,1]。
6.根据权利要求1所述的人机混合驾驶环境下交叉口进口道车道功能重构方法，其特征在于，γ的取值范围为[0,1]。
7.根据权利要求1所述的人机混合驾驶环境下交叉口进口道车道功能重构方法，其特征在于，ε的取值范围为[0,1]。
8.根据权利要求1所述的人机混合驾驶环境下交叉口进口道车道功能重构方法，其特征在于，
pl＝pl,1+pl,2+pl,3；
pt＝pt,1+pt,2+pt,3；
p＝pl+pt；
其中，pl为左转车道的条数；
pt为直行车道的条数；
p为左转和直行车道的总条数。
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