CN112907944A - 局部交通段的自动驾驶智能交通方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种局部交通段的自动驾驶智能交通方法，涉及智能交通、大数据云计算、自动驾驶和智能汽车技术领域。交通段中各道路及其各车道均不设置任何固定行驶方向，某个时间某个位置的行驶方向由计算结果自动决定，驶入交通段的全部车辆均具备统一系列标准的自动驾驶功能，并且均接受本交通段的统一管控，被分配经统筹计算的有关车速和轨迹的驾驶指令，从而以精确控制的自动驾驶各自安全地驶向目标。本发明提高了交通统筹协调的灵活度，节省了时间和能源，更充分利用了道路资源，使整体交通系统的运转效率得以提高。

Description

局部交通段的自动驾驶智能交通方法

技术领域

本发明涉及智能交通、大数据云计算、自动驾驶和智能汽车技术领域。

背景技术

世界范围内，现有的整体城市形态，从空间结构到用途区划，从交通工具到交通系统，均由农耕与前工业的文明形态而历史性地自然演变至今，其空间结构与用途区划的形成源于城市聚居和工商业规模集中的同质化粗放性延伸扩大，其交通工具与交通系统的形成源于马车架构和小城镇生活交通形态的惯例性演变，大城市病不断蔓延、日益严重。相对于工业时代后高容积率集约型的现代大规模城市文明，相对于信息时代后突飞猛进的自动化数字化智能化技术手段，当前的城市形态缺乏层级跃迁性的协同创新，秩序导向和效率优化的城市系统架构设计相对滞后，传统的空间结构、用途区划、交通工具、交通系统等各方面协同要素的理念技术进步相对缓慢。

中国的城市形态，从规划设计到建设维护，从交通工具到系统管理，一直跟随在西方后面亦步亦趋，但继续学习复制西方文明的路在许多方面已经基本走到极限，新形势要求我们勇敢开拓出新路——世界范围内没有先例的路，无论在设计思想层面还是在科技工程层面。

提升交通系统效率和增进人类自由福祉，是城市文明创新的永恒追求，为此，近些年来，人们不断推进城市规划、基础设施、交通工具、交通方式、管理体系等各方面的创新，协同融合以带来城市文明层级跃迁的趋势渐显。

本发明作为下一代城市文明的系列发明之一，着重尝试在交通方式方面进行设计思想与科技工程的创新。

发明内容

现有传统的道路交通里，道路及其具体车道普遍有其预设的交通方向且与交通灯号相结合，这种交通方式给各自分散的人类驾驶的传统车辆提供了统一的外部秩序要求，从而使传统道路交通更加安全有序，在历史中曾经发挥过其不可磨灭的作用，但随着时代的进步，各自分散的人类驾驶逐渐凸显出各自为战缺乏协调、反应快慢不一致、驾驶技能有高低、道路使用的灵活性不足、停车等待灯号的时间和能源浪费、道路资源的浪费等弊端，在进入大数据云计算和精确控制自动驾驶的数字时代后，交通效率有提高的空间。

为应对上述问题，本发明尝试以“交通的功能”决定“交通的形式”，采用如下技术方案。

整体交通网由各局部交通段组成，交通段中各道路及其各车道均不设置任何固定行驶方向，某个时间某个位置的行驶方向由计算结果自动决定。

驶入交通段的全部车辆均具备统一系列标准的自动驾驶功能，并且均接受本交通段的统一管控，本交通段的计算设备以车辆安全限速、车辆间安全距离、车道数、车道位置、乘客舒适转弯半径、乘客舒适加速度、交通段交通效率、交通段交通策略、异常情况安全裕量、车辆驶入起始状态、车辆行程目标、本交通段内所有车辆行驶状态等大数据作为计算参数、目标导向或边界条件，进行本交通段内的综合性统筹的计算和规划，从而对每一台车辆生成兼顾安全和舒适的本交通段通行效率最优的行驶规划。

驶入交通段的所有车辆被各自分配对应上述统筹计算规划的有关车速和轨迹的驾驶指令，包括车道、车速、行驶路径、变速时机(位置)、变向时机(位置)等，从而以精确控制的自动驾驶各自安全舒适地驶向目标，即按照规划路径驶出交通段或抵达行程终点。

交通段对本交通段内所有车辆的行驶状态作持续的监控和记录。

本文中所述“交通段”是指交通网的一个局部，可根据智能交通系统相关的计算、控制、通讯、能源等设施设备的具体技术能力与性能，通过实验、测算、对比等方式，对交通段进行模块化的划分和设计，例如，规划多大长度或多大区域为一个局部交通段，设计何种形态的基础设施为一个局部交通段。在微观上，它可以是一段道路、一个路口、一座桥梁、一段隧道等，更大范围上，它可以是一个局部交通区域。

在城市整体交通网的各局部交通段位置，如果本发明所述智慧交通技术得到大量应用，将带来如下有益效果。

经过精确计算、规划与控制的所有车辆，在道路中全方向各自行驶而不发生碰撞擦挂，即便车辆间可能相距较近，但基于精确计算与控制的自动化原理，结合适当冗余设计与安全裕量，其通行状态可确保是安全可靠的，并且以乘客舒适的方式，实现本交通段的交通效率最优。

对于非路口的交通段，通过匝道上下的车辆将平滑过渡地融入车流，在保障安全可靠的基础上，以乘客舒适的方式，可以经过精确的计算和规划而实现最优化的通行方式，而其中一些通行方式与现行的传统方式将显著不同，灵活度更高。例如，由于并不存在道路中间双实线的限制，传统方式中需要掉头或在对向车道下匝道的车辆将可能不再需要向前行驶很远再掉头，而可以在与其他行驶车辆和车道行驶方向进行充分自动协调配合的条件下，受控地直接行驶下道。例如，在交通潮汐的情况下或特种车辆经过的情况下，交通段将有能力动态调整不同行驶方向的车道的数量和位置、以及车辆的行驶方向与状态。

对于平交路口的交通段，全部车辆能够全向自动行驶，实现“不停车全向交通”，车辆无需在交通信号灯、红绿灯、人指挥等信号指引前停车等待，在行驶过程中无需频繁启停，减少道路资源空置，将使所有公路资源的使用率最大化，节省能源燃料、通行时间、乘客支出，减少尾气排放污染，缓解或消除路口处的停车等待，缓解城市交通排队拥堵，路口交通效率(单位时间内路口安全通行的车辆数量)能够得到优化提高，灵活度更高。例如，假设某双向8车道的十字路口交通段的驶入和驶出都严格要求自动驾驶车辆靠右行地位于道路右半4车道内(与现有常规交通规则相同)，则驶入交通段之后，将可能经过计算而协调车辆分散驶入所有8条车道，从而以车辆间更大的相对距离、更宽敞的交通空间在路口处进行8条车道的全向交通，其统筹协调的灵活空间和安全裕量将显然地大于车辆被限定在靠右4车道内进行的全向交通。

在上述各种类型的交通段中，由于突破了传统的交通规则的限制形式，却能以技术手段实现良好的交通功能，提高了车辆协调通行的灵活度，因此，使得车辆各自的行程时间缩短、整体交通系统里所有车辆的平均行程时间缩短、交通系统流量的平均速度提高，从而令交通效率得到优化提高。

附图说明

图1是非路口交通段的交通形式示意图。

图2是丁字路口交通段的交通形式示意图。

图3是十字路口交通段的交通形式示意图。

图4是匝道十字路口交通段的交通形式示意图。

具体实施方式

驶入交通段的所有车辆均为具备统一系列标准的自动驾驶功能的车辆，其自动驾驶功能细节满足本技术方案的对应设计和标准，道路条件为封闭道路，以各种相应的道路封闭设施和交通管治手段确保仅允许此种类型车辆通行，不允许其他任何种类的车辆、自行车、摩托车、行人、动物等进入道路。

在对交通段中各道路的车辆安全限速、车辆间安全距离、车道数、车道位置、乘客舒适转弯半径、乘客舒适加速度、交通段交通效率、交通段交通策略、异常情况安全裕量、车辆驶入起始状态、车辆行程目标、本交通段内所有车辆行驶状态等大数据进行处理时，对于其中的静态数据，进行基于科学实验和实际需求的设置以输入交通段计算设备，而对于其中的动态数据，进行不间断的连续采集和跟踪以输入交通段计算设备。例如，为提高乘客舒适性，基于科学实验，可将乘客舒适的最大行驶加速度或对应某转弯半径的乘客舒适的最大过弯速度设置为一个阈值。

交通段计算设备以上述大数据作为计算参数、目标导向、边界条件，进行本交通段内的综合性统筹的计算和规划，从而对每一台车辆生成兼顾安全和舒适的本交通段通行效率最优的行驶规划。

在多数时候，计算规划的目标是本交通段的交通效率最优，兼顾其他安全性、舒适性等要求，例如，根据具体交通段的具体情况，酌情在交通段内车辆通过的平均速度最快、交通段内车辆通过的平均时间最短、交通段承载的车辆数量最大、车辆的转弯半径尽量大、车辆的过弯速度尽量小、车辆速度变化尽量平缓、车辆变道动作尽量平缓、车辆行驶轨迹尽量平滑、对交通段中所有车辆进行重新计算规划时的系统震荡幅度最小等目标因素中，选取合用的目标因素并相应制定目标因素优先级排序。在效率算法之外，还可以增加舒适性算法，例如，速度越快越优先分配转弯时靠外的车道，借助相对大的转弯半径以尽量降低快速过弯可能带来的乘客不适。

在少数时候，也存在针对其他需求的计算规划目标，例如，根据具体需求，酌情在普通路线的常规行驶、观光路线的受控慢速行驶、特种车辆的高优先级行驶等目标因素中，选取合用的目标因素并相应制定目标因素优先级排序。

对于综合性统筹的计算和规划，一个例子是，为每一辆车计算生成的速度与路径的规划，本质上是该车与未来时间序列对应的车辆位置，统筹计算将把所有被计算和管控的车辆规划与未来时间序列对应的所有交通段内车辆位置进行整体比对，确保在同一时间点不会有多车行驶至同一位置(即发生碰撞擦挂)，如发生这样的情况，则在该交通段的计算规划目标因素的指引下，对交通段中相应车辆重新生成和分配其速度路径规划。

对于综合性统筹的计算和规划，另一个例子是，对于驶入交通段的自动驾驶车辆按时间先后顺序进行统一计算，从进入的第一台车开始生成与分配其速度路径规划，此后对第二辆车进行与前面所有车保持安全距离的计算规划，此后对第三辆车进行与前面所有车保持安全距离的计算规划，以此类推，直至交通段中车辆平均时速小于一个设定的阈值时，进行交通段内所有车辆的重新计算规划。

驶入交通段的所有车辆被各自分配对应上述统筹计算规划的有关车速和轨迹的驾驶指令，包括车道、车速、行驶路径、变速时机(位置)、变向时机(位置)等，从而以精确控制的自动驾驶各自安全舒适地驶向目标，即按照规划路径驶出交通段或抵达行程终点。

如果其后驶入的下一个交通段也是应用本发明所述技术方案的交通段，则相应形成自动驾驶智能交通的计算与管控的接力。

交通段对应的智慧交通系统设施设备对本交通段内所有车辆的行驶状态作持续的监控和记录，作为大数据输入交通段计算设备。

各不同类型的交通段将因本发明的技术方案而产生不同于传统的各种形态的交通形式，以下举例说明。

非路口交通段的交通形式，如图1所示，车辆可以按照如图所示的轨迹协调地行驶：由于并不存在传统道路中间双实线的限制，传统方式中需要掉头或在对向车道下匝道的车辆将可能不再需要向前行驶很远再掉头，而可以在与其他行驶车辆和车道行驶方向进行充分自动协调配合的条件下，受控地直接行驶下道，图中最右上角的车辆先停下再倒退下匝道，图中最右下角的车辆直接穿过所有车道下匝道，各车辆以精确控制的自动驾驶各自安全驶出交通段。

丁字路口交通段的交通形式，如图2所示，车辆可以按照如图所示的轨迹协调地行驶，各车辆以精确控制的自动驾驶各自安全驶出交通段。

十字路口交通段的交通形式，如图3所示，车辆可以按照如图所示的轨迹协调地行驶：各车辆在路口所有车道区域进行全向交通，相比于固定车道固定行驶方向的传统交通状态，拥有更宽大的全向交错交通的车道场地空间，拥有更高的统筹协调的灵活度，各车辆以精确控制的自动驾驶各自安全驶出交通段。

匝道十字路口交通段的交通形式，如图4所示，车辆可以按照如图所示的轨迹协调地行驶：道路中所有车道的车辆均高速从右向左列队行驶，经过精确计算和统筹协调，列队车辆中间形成如图所示的一条空隙，使得来自匝道的一台车辆可以从下方匝道进入，以匀速直线从下向上地行驶，从上方匝道驶出，各车辆以精确控制的自动驾驶各自安全驶出交通段。

不同类型的交通段在响应不同交通需求时将产生各种不同形态的交通形式，以上4种仅是为加深理解而作的简单示例，实际形成的交通形式还将有许多种情况和形态，但都将符合本发明所阐释的技术方案及其原理。

Claims (2)

1.一种局部交通段的自动驾驶智能交通方法，其特征是：

交通段中各道路及其各车道均不设置任何固定行驶方向，某个时间某个位置的行驶方向由计算结果自动决定。

2.根据权利要求1所述的局部交通段的自动驾驶智能交通方法，其特征在于：驶入交通段的全部车辆均具备统一系列标准的自动驾驶功能，并且均接受本交通段的统一管控，被分配经统筹计算的有关车速和轨迹的驾驶指令，从而以精确控制的自动驾驶各自安全地驶向目标。

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