CN113140112B - 一种自动驾驶交叉口车辆冲突分离的控制方法 - Google Patents

一种自动驾驶交叉口车辆冲突分离的控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113140112B
CN113140112B CN202110683347.0A CN202110683347A CN113140112B CN 113140112 B CN113140112 B CN 113140112B CN 202110683347 A CN202110683347 A CN 202110683347A CN 113140112 B CN113140112 B CN 113140112B
Authority
CN
China
Prior art keywords
vehicle
vehicles
intersection
time
grid
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.)
Active
Application number
CN202110683347.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113140112A (zh
Inventor
吴伟
刘璐
刘洋
邢璐
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.)
Changsha University of Science and Technology
Original Assignee
Changsha University of Science and Technology
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 Changsha University of Science and Technology filed Critical Changsha University of Science and Technology
Priority to CN202110683347.0A priority Critical patent/CN113140112B/zh
Publication of CN113140112A publication Critical patent/CN113140112A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113140112B publication Critical patent/CN113140112B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W50/00—Details of control systems for road vehicle drive control not related to the control of a particular sub-unit, e.g. process diagnostic or vehicle driver interfaces
    • B60W50/0098—Details of control systems ensuring comfort, safety or stability not otherwise provided for
    • 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
    • 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
    • G08G1/052—Detecting movement of traffic to be counted or controlled with provision for determining speed or overspeed
    • 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
    • G08G1/096708—Systems involving transmission of highway information, e.g. weather, speed limits where the received information might be used to generate an automatic action on the vehicle control
    • G08G1/096725—Systems involving transmission of highway information, e.g. weather, speed limits where the received information might be used to generate an automatic action on the vehicle control where the received information generates an automatic action on the vehicle control
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G1/00—Traffic control systems for road vehicles
    • G08G1/123—Traffic control systems for road vehicles indicating the position of vehicles, e.g. scheduled vehicles; Managing passenger vehicles circulating according to a fixed timetable, e.g. buses, trains, trams
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G1/00—Traffic control systems for road vehicles
    • G08G1/16—Anti-collision systems
    • G08G1/166—Anti-collision systems for active traffic, e.g. moving vehicles, pedestrians, bikes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2556/00—Input parameters relating to data
    • B60W2556/45—External transmission of data to or from the vehicle
    • B60W2556/65—Data transmitted between vehicles

Landscapes

  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Atmospheric Sciences (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Traffic Control Systems (AREA)

Abstract

本发明公开了一种自动驾驶交叉口车辆冲突分离的控制方法，针对自动驾驶环境下交叉口，采集交叉口的车道数、车道宽度，车辆的数量、理论到达时刻与车速，计算车辆在交叉口内部网格的进出时刻。根据车辆在交叉口内部网格的进出时刻，对于同方向车辆间基于先到先服务进行冲突分离，对于不同方向车辆，确定一个安全时间间隔，根据理论到达时刻之差在该安全时间间隔区间内、外的比较车辆，分别建立车辆间的冲突分离模型。本发明解决自动驾驶环境下交叉口通行车辆间的冲突问题，通过建立基于网格的车辆冲突分离方法，避免了车辆间冲突，降低了交叉口通行车辆的延误，并提高了控制模型的计算效率。

Description

一种自动驾驶交叉口车辆冲突分离的控制方法
技术领域
发明属于交通控制领域，涉及城市道路交叉口自动驾驶车辆的协调控制研究领域，更具体的说，涉及一种自动驾驶交叉口车辆冲突分离的控制方法。
背景技术
大多研究表明，在全自动驾驶环境下，交叉口无需信号灯控制，车辆通过相互通信、穿插通过交叉口的通行效率更高，但由于不同流向车辆同时进入交叉口导致交叉口内的冲突增加，如何制定通行策略确保车辆安全、快速的通过交叉口是交叉口控制研究的重难点，为此，学者提出了许多控制方法，例如先到先服务(first come first served,FCFS)(Tsz-Chiu Au and Peter Stone.Motion planning algorithms for autonomousintersection management.In Bridging the Gap Between Task and Motion Planning,Papers from the 2010AAAI Workshop,Atlanta,Georgia,USA,July 11,2010,volume WS-10-01of AAAI Workshops.AAAI,2010.URL)，优先级策略(priority strategy)(JavierAlonso,Vicente Milanés,JoshuéPérez,Enrique Onieva,Carlos González,and Teresade Pedro.Autonomous vehicle control systems for safecrossroads.Transportation Research Part C:Emerging Technologies,19(6):1095–1110,2011)，拍卖策略(auction strategy)(Dustin Carlino,Stephen D.Boyles,andPeter Stone.Auction-based autonomous intersection management.In Proc.16thInt.IEEE Conf.Intelligent Transportation Systems(ITSC 2013),pages 529–534)，和车队策略(platooning strategy)(Remi Tachet,Stanislav Santi,Paolo andDSobolevsky,Luis Ignacio Reyes-Castro,Emilio Frazzoli,Dirk Helbing,and CarloRatti.Revisiting street intersections using slot-based systems.PLOS ONE,11(3):1–9,03 2016)。在众多控制策略中，最优化控制策略能得到最优解，但通常计算量很大，如①《中国公路学报》发表的《自动驾驶环境下面向交叉口自由转向车道的交通控制模型》，提出一种系统最优的控制模型，收集一段时间内车辆理论到达交叉口的时刻等信息，以所有车辆总延误最低为目标优化得到每辆车通过交叉口的方案，方法虽然能获得全局最优解，但当车辆较多时，模型复杂度增加，求解速度降低；②部分研究以先到先服务为策略，控制车辆通过交叉口，该方法虽然能体现公平性、实现车辆在交叉口安全通行，但并未进行优化控制，交叉口的通行能力有一定程度的浪费。结合实际情况可以发现，能得到全局最优解的①控制方法，考虑一段时间内所有车辆的会造成计算资源的浪费，比如一辆车进入交叉口最多和同时段即将进入交叉口的几辆车有实际冲突，在避免冲突时并不需要同时考虑该车辆同一车道后面的车辆。
因此对于即将进入交叉口的车辆，只需要针对到达交叉口的理论时刻，将可能发生冲突的车辆进行冲突分离，即可保证车辆安全通行。但是具体地，对于到达交叉口的任意一辆车，如何确定所有与该车存在潜在冲突的其他车辆、在控制模型中具体该如何实现，是本发明重点解决的问题。本发明在全局最优控制方法和先到先服务控制方法的基础上提出一种新的交叉口冲突分离的控制方法，针对同一进口方向的车辆，仍采用先到先服务的控制策略进行控制，针对不同进口方向的车辆，设置安全时间间隔，根据车辆理论到达交叉口的时刻差值与所设置的安全时间间隔比较，判断是否存在冲突，再通过优化存在冲突车辆的进入交叉口时刻以实现冲突分离的目的。
通过检索现有相关文献发现，自动驾驶车辆在交叉口内的相互通信和协作的方法，一种是采用先到先服务控制方法，一种是全局最优控制方法，即所有车辆都进行两两比较以达到总延误最小。前者复杂度不高，但是其得到的并不是一个最佳的方案，而后者虽然可以得到最佳的方案，但是算法复杂度高，求解效率低。
发明内容
技术问题：针对现有控制方法的不足，本发明的目的是提出一种自动驾驶交叉口车辆冲突分离的控制方法，根据不同车辆理论到达交叉口时间间隔，结合采用先到先服务和全局最优控制方法，扬长补短，既提高求解效率，又能最大程度的降低交叉口通行延误，得到控制方案。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种自动驾驶交叉口车辆冲突分离的控制方法，包括如下步骤：
步骤1：数据收集，主要收集交叉口和车辆两类数据，交叉口数据包括车道数、车道宽度，并对进口车道和出口车道分别进行编号，确定交叉口内部的行车路径；交叉口控制区域的车辆信息包括车速、到交叉口停车线的距离；
步骤2：根据车辆数据确定车辆到达交叉口停车线的理论时刻，根据所确定的理论时刻和车辆所在进口方向，对车辆进行冲突分离控制，对于同进口方向车辆，规定后车不能越过前车提前进入交叉口，以先到先服务方法分离同一进口方向车辆在交叉口内部的冲突；
步骤3：对于不同进口方向车辆，设置冲突分离的安全时间间隔，在安全时间间隔内的车辆，通过优化车辆进入交叉口的次序和进入时刻的方法进行冲突分离，避免在交叉口内部发生冲突；
步骤4：对于不同进口方向上在所设置的冲突分离安全时间间隔以外的车辆，根据车辆到达交叉口的理论时刻采用先到先服务的方法分离在交叉口内部的冲突；
步骤5：根据总延误最小的目标，确定了车辆实际进入交叉口的最佳时刻和路径选择。
所述步骤1中的确定交叉口内部的行车路径和交叉口控制区域的车辆信息包括如下步骤：
步骤11：设置交叉口的进口方向为O＝{e,w,s,n}，出口方向为D＝{E,W,S,N}，车辆在交叉口内的行驶路径为r，r∈R，其中R表示路径的集合，进入交叉口的车辆为c，c∈C，其中C表示车辆的集合，将交叉口内部区域离散为网格a，a∈A，其中A表示网格的集合，在交叉口内部建立直角坐标系确定网格的边界坐标；车辆在交叉口内部的直行轨迹为直线，用直线方程确定轨迹，转弯轨迹为椭圆曲线，用椭圆方程确定轨迹，轨迹方程与网格坐标联立，根据车辆速度计算得到路径r进入网格a的时刻
Figure GDA0003188036560000022
驶出网格a的时刻
Figure GDA0003188036560000021
r∈R。
步骤12：车辆c，c∈C理论到达交叉口的停车线时刻用tc表示，为输入参数，车辆实际到达交叉口停车线时刻用Tc表示，实际进入交叉口的时刻用T′c表示，为决策变量，满足公式(1)约束：
T′c≥Tc≥tc (1)
步骤13：车辆c是否通过网格a用
Figure GDA0003188036560000031
来表示，
Figure GDA0003188036560000032
为二元变量，通过为1，反之则为0，其计算如式(2)所示：
Figure GDA0003188036560000033
公式中，
Figure GDA0003188036560000034
为二元变量，表示车辆c是否选择路径r，选择则为1，反之为0；
Figure GDA0003188036560000035
为二元变量，表示路径r是否通过网格a，通过则为1，反之为0；
车辆选择路径时有且仅有一条路径被选，满足公式(3)约束：
Figure GDA0003188036560000036
车辆c进入网格a的时刻用
Figure GDA0003188036560000037
表示，等于车辆c实际进入交叉口的时刻Tc′加上路径r进网格a的时间
Figure GDA0003188036560000038
满足公式(4)-(5)约束：
Figure GDA0003188036560000039
Figure GDA00031880365600000310
式中M1表示一个很大的正数，
Figure GDA00031880365600000311
表示路径r进入网格a的时刻；
车辆c驶出网格a的时刻用
Figure GDA00031880365600000312
表示，满足公式(6)-(7)约束：
Figure GDA00031880365600000313
Figure GDA00031880365600000314
式中
Figure GDA00031880365600000315
表示路径r驶出网格a的时刻；
车辆c驶出网格a的时刻
Figure GDA00031880365600000316
大于等于其驶入网格a的时刻
Figure GDA00031880365600000321
满足公式(8)约束：
Figure GDA00031880365600000317
所述步骤2中的对于同进口方向车辆，规定后车不能越过前车提前进入交叉口，以先到先服务方法分离同一进口方向车辆在交叉口内部的冲突包括如下步骤：
步骤21：对于同进口方向的车辆间的冲突分离，根据车辆c,c∈C理论到达交叉口的停车线时刻tc，将同一进口方向上的车辆根据理论到达时刻进行排序，确定每一个进口方向上的前车ck-o与后车ck+1-o，o∈O；根据先到先服务原则，即前车ck-o驶出网格a的时间要小于或等于后车ck+1-o驶入该网格的时间，如式(9)所示；
Figure GDA00031880365600000318
Figure GDA00031880365600000319
表示o进口方向第k辆车驶出网格a的时刻，
Figure GDA00031880365600000320
表示o进口方向第k+1辆车驶入网格a的时刻；
所述步骤3中的对于不同进口方向车辆，设置冲突分离的安全时间间隔，在安全时间间隔内的车辆，通过优化车辆进入交叉口的次序和进入时刻的方法进行冲突分离包括如下步骤：
步骤31：对于不同进口方向的车辆间的冲突分离，首先，确定冲突分离的安全时间间隔，用tg表示，其次，建立规则确定在安全时间间隔内的车辆，即通过找出车辆理论到达时刻之差在该时间间隔之内不同方向的车辆集合；具体方法：以O1进口方向车辆i作为参照车辆，找出O2进口方向上车辆，理论到达时刻与参照车辆之差满足该时间间隔的第一辆比较车辆和最后一辆比较车辆，即可确定集合的所有车辆；同一方向O2上的车辆经过排序，其序号为j∈{1,2,...,k}，第一辆比较车辆的序号记为P1,j，最后一辆比较车辆的序号记为P2,j，让j∈{1,2,...,k}中的车辆按理论到达时刻依次和O1的车辆i做差，与tg比较，两车之间的理论到达时刻之差小于时间间隔的第一辆车确定为P1,j，两车之间的理论到达时刻之差小于时间间隔的最后一辆车确定为P2,j，由此，就可得到不同进口方向上所有理论到达相差时刻在该时间间隔之内的比较车辆集Zi；
Figure GDA0003188036560000041
其中
Figure GDA0003188036560000042
分别表示O1、O2进口方向的车辆集合，Ci表示参照车辆i的集合，Cj表示比较车辆j的集合；
步骤32：在比较集内的车辆，到达交叉口后进入交叉口的时间和次序通过优化模型确定，以所有车辆通过交叉口的总延误最小为目标函数，以两辆车不能同时占用同一个网格为约束，建立优化模型，如式(11)-(22)所示。
东进口方向和西进口方向：
Figure GDA0003188036560000043
Figure GDA0003188036560000044
式中
Figure GDA0003188036560000045
o∈O，表示o进口方向车辆i驶出网格a的时刻，
Figure GDA0003188036560000046
o∈O表示o进口方向车辆j驶入网格a的时刻；
东进口方向和南进口方向：
Figure GDA0003188036560000047
Figure GDA0003188036560000048
东进口方向和北进口方向：
Figure GDA0003188036560000049
Figure GDA00031880365600000410
西进口方向和南进口方向：
Figure GDA00031880365600000411
Figure GDA00031880365600000412
西进口方向和北进口方向：
Figure GDA00031880365600000413
Figure GDA00031880365600000414
南进口方向和北进口方向：
Figure GDA00031880365600000415
Figure GDA00031880365600000416
其中M2表示一个很大的正数，
Figure GDA00031880365600000417
o1≠o2,a∈A,o1,o2∈O为二元变量，当O1进口方向的车辆i进入网格a的时间早于O2进口方向的车辆j进入网格a的时间时，
Figure GDA00031880365600000418
的值为0，反之为1；
所述步骤4中的对于不同进口方向上在所设置的冲突分离安全时间间隔以外的车辆，根据车辆到达交叉口的理论时刻采用先到先服务的方法分离在交叉口内部的冲突包括如下步骤：
步骤41：
Figure GDA00031880365600000419
为二元变量，当不同进口方向的车辆理论到达时间之差大于安全时间间隔tg时
Figure GDA00031880365600000420
的值为1，反之为0；如(23)所示：
Figure GDA0003188036560000051
Figure GDA0003188036560000052
为二元变量，当O1进口方向的车辆i的理论到达时刻小于O2进口方向的车辆j的理论到达时刻时，
Figure GDA0003188036560000053
的值为1，反之为0，如式(24)所示；
Figure GDA0003188036560000054
步骤42：当不同进口方向的车辆理论到达时间之差大于安全时间间隔tg时，即
Figure GDA00031880365600000516
时，按照先到先服务原则，满足公式(25)的约束；
东进口方向和西进口方向：
Figure GDA0003188036560000055
对于东进口方向的车辆i和西进口方向的车辆j，当
Figure GDA0003188036560000056
时，表示东进口方向车辆i和西进口方向j车理论到达交叉口的时间间隔大于tg，此时为满足公式(12)约束，
Figure GDA0003188036560000057
Figure GDA0003188036560000058
当
Figure GDA0003188036560000059
时，
Figure GDA00031880365600000510
表示东进口方向车辆i的理论到达时刻小于西进口方向车辆j的理论到达时刻，此时车辆i要比车辆j先通过网格a，确保先到达交叉口停车线的车辆先通过网格a；
东进口方向和南进口方向：
Figure GDA00031880365600000511
东进口方向和北进口方向：
Figure GDA00031880365600000512
西进口方向和南进口方向：
Figure GDA00031880365600000513
西进口方向和北进口方向：
Figure GDA00031880365600000514
南进口方向和北进口方向：
Figure GDA00031880365600000515
所述步骤5中根据总延误最小的目标，确定了车辆实际进入交叉口的最佳时刻和路径选择包括如下步骤：
步骤51：根据式(31)的目标函数，及约束条件(1)-(30)，优化所有车辆进入交叉口的实际时刻和选择路径：
min∑c(T′c-tc),c∈C (31)
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
本发明针对自动驾驶环境下交叉口内部冲突分离，克服了现有算法求解效率低、得不到最优解的不足，在优化车辆进出口交叉口时刻的同时还优化了车辆的进出口车道选择。有效提高自动驾驶车辆间的协作效率，降低交叉口通行延误。
附图说明
图1为本发明方法的流程图；
图2为本发明方法的研究对象示意图；
图3为实施例示意图。
具体实施方式
结合附图1～3和实施例，对本发明技术方案详细说明如下：
根据步骤1采集交叉口的车道数，车道宽度，各流向车辆的数量、到达时刻和车速；选择如图2所示的交叉口为研究对象，交叉口为双向四车道，车道宽度为3米。将交叉口内部区域划分为64个网格。在车辆的进口方向和出口方向已确定的情况下，每辆车都有16种路径的选择。车辆的进出口方向和理论到达时刻如表1所示。
表1车辆理论达到时刻和进出交叉口的方向信息表
编号 O D t<sub>c</sub>(s) 编号 O D t<sub>c</sub>(s) 编号 O D t<sub>c</sub>(s) 编号 O D t<sub>c</sub>(s)
1 e W 3.05 11 e W 19.61 21 w S 18.24 31 n S 7.13
2 e S 4.12 12 w N 5.00 22 s E 5.78 32 n E 10.54
3 e W 6.39 13 w S 5.63 23 s N 8.21 33 n S 14.08
4 e S 9.20 14 w E 8.10 24 s E 9.34 34 n E 15.95
5 e N 10.84 15 w S 9.94 25 s N 10.82 35 n S 17.13
6 e N 11.64 16 w S 10.69 26 s W 13.21 36 n S 20.80
7 e S 12.79 17 w S 11.73 27 s N 16.60 37 n S 21.14
8 e N 15.28 18 w N 13.48 28 s N 18.97 38 n W 23.28
9 e W 15.91 19 w E 16.77 29 s N 21.17 39 n E 25.61
10 e S 16.43 20 w N 17.07 30 n S 5.28 40 n W 28.86
根据步骤11，设置交叉口的进口方向为O＝{e,w,s,n}，出口方向为D＝{E,W,S,N}，车辆在交叉口内的行驶路径为r，r∈R，其中R表示路径的集合，进入交叉口的车辆为c，c∈C，其中C表示车辆的集合，将交叉口内部区域离散为网格a，a∈A，其中A表示网格的集合，在交叉口内部建立直角坐标系确定网格的边界坐标；车辆在交叉口内部的直行轨迹为直线，用直线方程确定轨迹，转弯轨迹为椭圆曲线，用椭圆方程确定轨迹，轨迹方程与网格坐标的联立，根据确定速度计算得到路径r进入网格a的时刻
Figure GDA0003188036560000061
驶出网格a的时刻
Figure GDA0003188036560000062
Figure GDA0003188036560000063
r∈R。
步骤12：车辆c，c∈C理论到达交叉口的停车线时刻用tc表示，为输入参数，车辆实际到达交叉口停车线时刻用Tc表示，实际进入交叉口的时刻用T′c表示，为决策变量，满足公式(1)约束：
T′c≥Tc≥tc (10)
步骤13：车辆c选择路径r进入交叉口，
Figure GDA0003188036560000064
为二元变量，表示车辆c是否通过网格a，通过为1，反之则为0，其计算如式(2)所示：
Figure GDA0003188036560000065
公式中，
Figure GDA0003188036560000066
为二元变量，表示车辆c是否选择路径r，选择则为1，反之为0；
Figure GDA0003188036560000067
为二元变量，表示路径r是否通过网格a，通过则为1，反之为0；
车辆选择路径时有且仅有一条路径被选，满足公式(3)约束：
Figure GDA0003188036560000068
车辆c进入网格a的时刻用
Figure GDA0003188036560000071
表示，等于车辆c实际进入交叉口的时刻T′c加上路径r进网格a的时间
Figure GDA0003188036560000072
满足公式(5)-(6)约束：
Figure GDA0003188036560000073
Figure GDA0003188036560000074
式中M1表示一个很大的正数，
Figure GDA0003188036560000075
表示路径r进入网格a的时刻；
车辆c驶出网格a的时刻用
Figure GDA0003188036560000076
表示，满足公式(6)-(7)约束：
Figure GDA0003188036560000077
Figure GDA0003188036560000078
式中
Figure GDA0003188036560000079
表示路径r驶出网格a的时刻；
车辆c驶出网格a的时刻
Figure GDA00031880365600000710
大于等于其驶入网格a的时刻
Figure GDA00031880365600000711
满足公式(8)约束：
Figure GDA00031880365600000712
车辆的理论到达时刻已知，路径进出每个网格的时刻已知，通过步骤1，设置M1＝1000，在满足公式(1)-(8)的约束下，可计算得到车辆在每一个网格的理论进出时刻。
根据步骤2、步骤3和步骤4，同方向车辆按先到先服务原则通过交叉口，不同方向的车辆按设置的安全时间间隔tg划分，当两辆车理论到达时刻之差大于安全时间间隔tg时，按先到先服务原则通行，当理论到达时刻小于等于tg时，优化车辆进入交叉口的时刻及行驶轨迹，算例中设置tg＝2.5s，找出其不同方向理论时刻差值在2.5s范围内的车辆集，根据表1采集的车辆到达时刻，可求得不同进口方向理论到达时刻之差在2.5s之内的车辆集，如表2所示，表2中数字为车辆编号：
表2东进口方向和西进口方向理论到达时刻差值在tg＝2.5s内车辆集
Figure GDA00031880365600000713
表2中括号内逗号之前的数字表示东进口方向车辆编号，逗号之后数字表示西进口方向车辆编号，如e-w中的(1，12)表示东进口方向的车辆1与西进口方向的车辆12的理论到达时刻之差在2.5s内。
表3东进口方向和南进口方向理论到达时刻差值在tg＝2.5s内车辆集
Figure GDA00031880365600000714
表4东进口方向和北进口方向理论到达时刻差值在tg＝2.5s内车辆集
Figure GDA00031880365600000715
Figure GDA0003188036560000081
表5西进口方向和南进口方向理论到达时刻差值在tg＝2.5s内车辆集
Figure GDA0003188036560000082
表6西进口方向和北进口方向理论到达时刻差值在tg＝2.5s内车辆集
Figure GDA0003188036560000083
表7南进口方向和北进口方向理论到达时刻差值在tg＝2.5s内车辆集
Figure GDA0003188036560000084
如图3所示，东进口方向编号为4的车辆在交叉口前需要和西进口方向的车辆14、15、16，南进口方向的车辆23、24、25，北进口方向31、32同时优化进入时刻和进入次序。
对于同一进口方向车辆，根据先到先服务原则，通过步骤2中公式(9)计算车辆实际进入交叉口的时刻；对于不同方向理论到达时刻之差小于等于安全时间间隔tg的车辆，根据步骤3中公式(10)-(22)优化车辆进入交叉口的次序及实际进入时刻，对于不同方向理论到达时刻之差大于等于安全时间间隔tg的车辆，按照先到先服务原则，根据步骤4中(23)-(30)优化车辆进入交叉口的次序及实际进入时刻，所有车辆最终的计算结果如表8所示。
表8车辆实际进入交叉口的时刻表
序号 t<sub>c</sub>(s) T′<sub>c</sub>(s) 序号 t<sub>c</sub>(s) T′<sub>c</sub>(s) 序号 t<sub>c</sub>(s) T′<sub>c</sub>(s) 序号 t<sub>c</sub>(s) T′<sub>c</sub>(s)
1 3.05 3.05 11 19.61 19.61 21 18.24 18.24 31 7.13 7.13
2 4.12 4.12 12 5 5.27 22 5.78 5.78 32 10.54 10.54
3 6.39 6.39 13 5.63 5.63 23 8.21 8.76 33 14.08 14.08
4 9.2 9.20 14 8.1 8.10 24 9.34 9.34 34 15.95 17.28
5 10.84 10.84 15 9.94 9.94 25 10.82 10.82 35 17.13 17.86
6 11.64 11.64 16 10.69 10.69 26 13.21 13.78 36 20.8 20.96
7 12.79 12.79 17 11.73 11.73 27 16.6 16.60 37 21.14 21.14
8 15.28 15.28 18 13.48 13.48 28 18.97 19.32 38 23.28 23.28
9 15.91 15.91 19 16.77 16.77 29 21.17 21.17 39 25.61 25.61
10 16.43 16.65 20 17.07 17.51 30 5.28 5.47 40 28.86 28.86
通过本发明控制方法优化后，得到40辆车的总延误为4.8秒，以东进口方向编号为4的车辆为例，和西进口方向的车辆14、15、16，南进口方向的车辆23、24、25，北进口方向31、32优化得到的进入次序依次是31、14、23、4、24、15、32、16、25，进入时刻依次是7.13s、8.10s、8.76s、9.20s、9.34s、9.94s、10.54s、10.69s、10.82s。

Claims (2)

1.一种自动驾驶交叉口车辆冲突分离的控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤1：数据收集，主要收集交叉口和车辆两类数据，交叉口数据包括车道数、车道宽度，并对进口车道和出口车道分别进行编号，确定交叉口内部的行车路径；交叉口控制区域的车辆信息包括车速、到交叉口停车线的距离；
步骤2：根据车辆数据确定车辆到达交叉口停车线的理论时刻，根据所确定的理论时刻和车辆所在进口方向，对车辆进行冲突分离控制，对于同进口方向车辆，规定后车不能越过前车提前进入交叉口，以先到先服务方法分离同一进口方向车辆在交叉口内部的冲突；
步骤3：对于不同进口方向车辆，设置冲突分离的时间间隔，在时间间隔内的车辆，通过优化车辆进入交叉口的次序和进入时刻的方法进行冲突分离，避免在交叉口内部发生冲突；
步骤4：对于不同进口方向上在所设置的冲突分离时间间隔以外的车辆，根据车辆到达交叉口的理论时刻采用先到先服务的方法分离在交叉口内部的冲突；
所述步骤1中的交叉口内部行驶路径上网格的进出时刻的计算方法，包括如下步骤：
步骤1：设置交叉口的进口方向为O＝{e,w,s,n}，出口方向为D＝{E,W,S,N}，车辆在交叉口内的行驶路径为r，r∈R，其中R表示路径的集合，交叉口控制区域的车辆集合用C表示，c表示车辆c，c∈C；车辆c理论到达交叉口的停车线时刻用tc表示，车辆实际到达交叉口停车线时刻用Tc表示，实际进入交叉口的时刻用T′c表示；将交叉口内部区域离散划分网格a，a∈A，A表示所有网格的集合，计算得到路径r进入网格a的时刻
Figure FDA0003188036550000011
驶出网格a的时刻
Figure FDA0003188036550000012
Figure FDA0003188036550000013
r∈R；
所述步骤2中对于同进口方向车辆，以先到先服务分离冲突分离的方法包括如下步骤：
步骤21：对于同进口方向的车辆间的冲突分离，根据车辆c,c∈C理论到达交叉口的停车线时刻tc，将同一进口方向上的车辆根据理论到达时刻进行排序，确定每一个进口方向上的前车ck-o与后车ck+1-o，o∈O；根据先到先服务原则，对于所有网格，前车ck-o驶出网格a的时间要小于或等于后车ck+1-o驶入该网格的时间，如式(1)所示；
Figure FDA0003188036550000014
Figure FDA0003188036550000015
表示O进口方向第k辆车驶出网格a的时刻，
Figure FDA0003188036550000016
表示o进口方向第k+1辆车驶入网格a的时刻；
所述步骤3，包括如下步骤：
步骤31：对于不同进口方向的车辆间的冲突分离，首先，确定冲突分离的安全时间间隔，用tg表示，其次，建立规则确定在安全时间间隔内的车辆，即通过找出车辆理论到达时刻之差在该时间间隔之内不同方向的车辆集合；具体方法：以O1进口方向车辆i作为参照车辆，找出O2进口方向上车辆，理论到达时刻与参照车辆之差满足该时间间隔的第一辆比较车辆和最后一辆比较车辆，即可确定集合的所有车辆；同一方向O2上的车辆经过排序，其序号为j∈{1,2,...,k}，第一辆比较车辆的序号记为P1,j，最后一辆比较车辆的序号记为P2,j，让j∈{1,2,...,k}中的车辆按理论到达时刻依次和O1的车辆i做差，与tg比较，两车之间的理论到达时刻之差小于时间间隔的第一辆车确定为P1,j，两车之间的理论到达时刻之差小于时间间隔的最后一辆车确定为P2,j，由此，就可得到不同进口方向上所有理论到达相差时刻在该时间间隔之内的比较车辆集Zi；
Figure FDA0003188036550000021
其中
Figure FDA0003188036550000022
分别表示O1、O2进口方向的车辆集合，Ci表示参照车辆i的集合，Cj表示比较车辆j的集合；
步骤32：在比较集内的车辆，到达交叉口后进入交叉口的时间和次序通过优化模型确定，以所有车辆通过交叉口的总延误最小为目标函数，以两辆车不能同时占用同一个网格为约束，建立优化模型。
2.根据权利要求1所述的一种自动驾驶交叉口车辆冲突分离的控制方法，其特征在于，所述步骤4，包括如下步骤：
步骤41：
Figure FDA0003188036550000023
为二元变量，当不同方向的车辆理论到达时间之差大于时间间隔tg时
Figure FDA0003188036550000024
的值为1，反之为0；如(3)所示：
Figure FDA0003188036550000025
Figure FDA0003188036550000026
为二元变量，当车辆i的理论到达时刻小于车辆j的理论到达时刻时，
Figure FDA0003188036550000027
的值为1，反之为0，如式(4)所示；
Figure FDA0003188036550000028
当不同进口方向的车辆理论到达时间之差大于时间间隔tg时，即
Figure FDA0003188036550000029
时，按照先到先服务原则，满足公式(5)的约束；
东进口方向和西进口方向：
Figure FDA00031880365500000210
对于东进口方向的车辆i和西进口方向的车辆j，当
Figure FDA00031880365500000211
时，表示东进口方向车辆i和西进口方向车辆j理论到达交叉口的时间间隔大于tg，此时为满足公式(5)约束，
Figure FDA00031880365500000212
Figure FDA00031880365500000213
当
Figure FDA00031880365500000214
时，
Figure FDA00031880365500000215
表示东进口方向车辆i的理论到达时刻小于西进口方向车辆j的理论到达时刻，此时车辆i要比车辆j先通过网格a，确保先到达交叉口停车线的车辆先通过网格a；
东进口方向和南进口方向：
Figure FDA0003188036550000031
东进口方向和北进口方向：
Figure FDA0003188036550000032
西进口方向和南进口方向：
Figure FDA0003188036550000033
西进口方向和北进口方向：
Figure FDA0003188036550000034
南进口方向和北进口方向：
Figure FDA0003188036550000035
其中
Figure FDA0003188036550000036
o1≠o2,a∈A,o1,o2∈O为二元变量，当车辆i进入网格a的时间早于车辆j进入网格a的时间时，
Figure FDA0003188036550000037
的值为0，反之为1；当不同方向的车辆理论到达时间之差在该时间间隔之内时，即
Figure FDA0003188036550000038
时公式(5)-(10)恒成立。
CN202110683347.0A 2021-06-21 2021-06-21 一种自动驾驶交叉口车辆冲突分离的控制方法 Active CN113140112B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110683347.0A CN113140112B (zh) 2021-06-21 2021-06-21 一种自动驾驶交叉口车辆冲突分离的控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110683347.0A CN113140112B (zh) 2021-06-21 2021-06-21 一种自动驾驶交叉口车辆冲突分离的控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113140112A CN113140112A (zh) 2021-07-20
CN113140112B true CN113140112B (zh) 2021-09-21

Family

ID=76815953

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110683347.0A Active CN113140112B (zh) 2021-06-21 2021-06-21 一种自动驾驶交叉口车辆冲突分离的控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113140112B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114120639B (zh) * 2021-11-09 2023-04-11 广州文远知行科技有限公司 一种车辆交通控制方法、装置及存储介质
CN114898554A (zh) * 2022-05-06 2022-08-12 云控智行科技有限公司 一种无信号灯的交通路口让行速度规划方法及装置
CN115482677B (zh) * 2022-09-19 2023-12-08 长沙理工大学 一种自动驾驶交叉口的公交优先控制方法
CN115620536A (zh) * 2022-10-18 2023-01-17 北京航空航天大学 自动驾驶环境下基于危险度的交叉口通行效率提升方法
CN115953903B (zh) * 2023-03-14 2023-06-27 武汉理工大学 一种基于物联网的交叉口直行车辆连续通行方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103942359A (zh) * 2014-03-13 2014-07-23 华南理工大学 无信号交叉口自行车冲突避让行为仿真模型的建模方法
CN105957376A (zh) * 2015-08-31 2016-09-21 武汉理工大学 车路协同环境下无信号交叉口车辆通行引导系统和方法
CN106935056A (zh) * 2017-04-28 2017-07-07 北京交通大学 基于间隙理论的智能车交叉路口协同控制方法
EP3588462A1 (en) * 2018-06-25 2020-01-01 Giorgio Eberle Control method for a traffic regulator
CN111815952A (zh) * 2020-07-23 2020-10-23 青岛理工大学 一种基于车路协同的交叉口车流调节方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170178503A1 (en) * 2015-12-21 2017-06-22 Dave Gross System for preempting the normal function of traffic signals
CN111710176B (zh) * 2020-06-08 2021-11-09 同济大学 一种车路协同环境下交叉口信号-车辆轨迹协同控制方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103942359A (zh) * 2014-03-13 2014-07-23 华南理工大学 无信号交叉口自行车冲突避让行为仿真模型的建模方法
CN105957376A (zh) * 2015-08-31 2016-09-21 武汉理工大学 车路协同环境下无信号交叉口车辆通行引导系统和方法
CN106935056A (zh) * 2017-04-28 2017-07-07 北京交通大学 基于间隙理论的智能车交叉路口协同控制方法
EP3588462A1 (en) * 2018-06-25 2020-01-01 Giorgio Eberle Control method for a traffic regulator
CN111815952A (zh) * 2020-07-23 2020-10-23 青岛理工大学 一种基于车路协同的交叉口车流调节方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Cooperative Adaptive Cruise Control for Connected Autonomous Vehicles by Factoring Communication-related Constraints";WANG Chaosjie et al.;《Transportation Research Part C》;20200430;正文全文 *
"自动驾驶环境下面向交叉口自有转向车道的交通控制模型";吴伟 等;《中国公路学报》;20191231;正文全文 *
"自动驾驶车辆交叉口协调控制策略";冯琦;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》;20180215;正文全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113140112A (zh) 2021-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113140112B (zh) 一种自动驾驶交叉口车辆冲突分离的控制方法
Ma et al. Trajectory planning for connected and automated vehicles at isolated signalized intersections under mixed traffic environment
CN108583578B (zh) 用于自动驾驶车辆的基于多目标决策矩阵的车道决策方法
CN108615387B (zh) 一种自动驾驶下交叉口自由转向车道设置方法
CN110562258B (zh) 一种车辆自动换道决策的方法、车载设备和存储介质
CN109598950B (zh) 一种智能网联车辆的匝道协同汇入控制方法及系统
CN104952248B (zh) 一种基于欧氏空间的车辆汇聚预测方法
CN112017440B (zh) 一种面向自动驾驶环境下交叉口交通控制的迭代算法
CN108932856B (zh) 一种自动驾驶下交叉口通行权设置方法
CN114067559B (zh) 一种自动车专用道并入普通车道的合流优化控制方法
CN111325967B (zh) 一种基于协同指派的智能网联汽车编队控制方法和装置
CN112735126B (zh) 一种基于模型预测控制的混合交通流协同优化控制方法
CN111369813A (zh) 一种智能网联汽车的匝道分合流协同控制方法及系统
CN106843210B (zh) 一种基于仿生学的自动驾驶车辆运行控制方法
Li et al. Turning-lane and signal optimization at intersections with multiple objectives
CN111243296B (zh) 一种基于合流时间优化的匝道合流协同控制方法及系统
CN112406905B (zh) 基于交通工具的数据处理方法、装置、计算机及存储介质
CN108961800B (zh) 一种自动驾驶下基于交叉口空间离散化的车辆通行时间建模方法
Xing et al. Time-varying analysis of traffic conflicts at the upstream approach of toll plaza
CN114973733A (zh) 一种信号交叉口处混合流下网联自动车轨迹优化控制方法
CN108806287A (zh) 一种基于协同优化的交通信号配时方法
CN113936461B (zh) 一种信号控制交叉口车辆混行的仿真方法和系统
CN113409567B (zh) 一种公交与自动驾驶车辆混行车道的交通评估方法和系统
CN110853346B (zh) 交叉路口的车流控制方法和系统
Mertens et al. Fast Long-Term Multi-Scenario Prediction for Maneuver Planning at Unsignalized Intersections

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant