CN113793517B - 一种智能车路协同无控交叉口左转车通行引导方法 - Google Patents

一种智能车路协同无控交叉口左转车通行引导方法 Download PDF

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CN113793517B CN202111088683.7A CN202111088683A CN113793517B CN 113793517 B CN113793517 B CN 113793517B CN 202111088683 A CN202111088683 A CN 202111088683A CN 113793517 B CN113793517 B CN 113793517B
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    • G08G1/065—Traffic control systems for road vehicles by counting the vehicles in a section of the road or in a parking area, i.e. comparing incoming count with outgoing count

Abstract

本发明提供一种智能车路协同无控交叉口左转车通行引导方法，涉及智能交通系统中车路协同与安全控制技术领域。该方法首先采集自身车辆的位置和速度信息，实时检测交叉口通信区域内各车道车辆数量与慢行交通信息，确定冲突区域；再统计与左转车冲突车流的通行权；并根据车载单元与路侧单元、车载单元与车载单元之间交互的信息，计算左转车与机动车通行可穿越空档时间、左转车通行加速度；左转车与非机动车通行加速度及左转车与行人通行加速度；最后计算左转车跟随车辆的安全速度。该方法可以有效解决或缓解无控交叉口左转车通行交通安全问题，使车辆尽量在不停车的状态下通过交叉口，从而提升通行效率与舒适性。

Description

一种智能车路协同无控交叉口左转车通行引导方法
技术领域
本发明涉及智能交通系统中车路协同与安全控制技术领域，尤其涉及一种智能车路协同无控交叉口左转车通行引导方法。
背景技术
无控交叉口未设置任何管控措施，车辆在无控交叉口处行驶时无章可循，尤其在视线不良的无控交叉口的发生的事故更为严重。由左转车引起的交通事故问题更是极具加重，以往针对交叉口左转车带来的安全问题的研究主要集中在人、车、路、交通环境等交通影响因素及其与交通事故关系分析，以此为依据改善道路设计、加强交通管控措施等，或者在车辆上安装主被动安全装置以此来提高道路行车安全，但传统的设计、控制和管理技术只能在一定程度上减少交通流的冲突数或降低冲突的严重程度，并不能有效地防止事故的发生，无法达到交叉口安全效益最优，更难以在本质上解决交通问题，无法提高无控交叉口安全水平。随着电子信息和无线通信技术的迅速发展与应用，以车车、车路通信为基础的“车路协同”系统已成为解决交通问题的有效手段，车路协同环境下，车车、车路进行信息交互，车流通行引导，大大提高行车安全系数，能有效避免左转车碰撞事故。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种智能车路协同无控交叉口左转车通行引导方法，基于现有的车路协同环境下无信号交叉口车辆通行引导系统，在无控交叉口引导左转车通行，提高左转车通行效率，降低由左转车引发的交通事故，提高无控交叉口通行安全性。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种智能车路协同无控交叉口左转车通行引导方法，包括以下步骤：
步骤1、采集自身车辆的位置和速度信息，实时检测交叉口通信区域内各车道车辆数量与慢行交通信息，确定冲突区域；
车载单元实时采集自身车辆的位置和速度信息，路侧单元实时检测交叉口通信区域内各车道车辆数量与慢行交通信息，采集车辆转向灯信号，传递车辆行驶方向信息；当进入交叉口通信区域时，车载单元与路侧单元、车载单元与车载单元之间进行信息的交互，分析左转车与相邻方向左转机动车冲突、左转车与各方向直行机动车冲突、左转车与非机动车冲突、左转车与行人冲突，确定左转车与机动车冲突区域j，左转车与非机动车冲突区域f以及左转车与行人冲突区域p；
步骤2、统计与左转车冲突车流的通行权；
各方向直行机动车具备第一通行权；右侧左转机动车具备第二通行权；本向左转机动车与对向左转机动车具备第三通行权；左侧左转机动车具备第四通行权；非机动车让行机动车；机动车礼让行人通行；
步骤3、根据车载单元与路侧单元、车载单元与车载单元之间交互的信息，计算左转车与机动车通行可穿越空档时间、左转车通行加速度；左转车与非机动车通行加速度及左转车与行人通行加速度；
步骤3.1、根据车辆的通行权，确定左转车冲突机动车流，即左转与直行冲突、左转与左转冲突，计算左转车穿越冲突机动车流空档时间间隔，以及冲突车辆通过冲突区域j的时间，进而确定左转车通过左转车与机动车冲突区域j的加速目标函数和减速目标函数；
设定左转车穿越冲突机动车流空档时间间隔为
Figure BDA0003266477670000021
Figure BDA0003266477670000022
为左转车z以速度vm通过第j个冲突区域的可穿越空档时间；
在左转车与机动车冲突区域j，冲突车流中前车k的位置坐标
Figure BDA0003266477670000023
后车k+1的位置坐标
Figure BDA0003266477670000024
冲突辆车之间的相对距离
Figure BDA0003266477670000025
前后冲突车辆通过冲突区域j的时间为
Figure BDA0003266477670000026
Figure BDA0003266477670000027
为冲突车以速度vc通过j冲突区域的时间；当左转车具有通行权且左转车z的
Figure BDA0003266477670000028
则左转车以加速度
Figure BDA0003266477670000029
通过j冲突区域，安全通过交叉口；但当左转车具有通行权且左转车z的
Figure BDA00032664776700000210
左转车以减速度
Figure BDA00032664776700000211
直至停车，不可通过交叉口，待下一个可穿越空档再通过；
进而确定左转车在j冲突区域的加速目标函数为：
Figure BDA00032664776700000212
约束条件为：
Figure BDA00032664776700000213
Figure BDA00032664776700000214
Figure BDA00032664776700000215
vi＞vc
其中，
Figure BDA00032664776700000216
为第i辆左转车通过j冲突区域的时刻，i＝1、2、3…、n，n为待左转车的数量；
Figure BDA0003266477670000031
为第i辆左转车开始进入j冲突区域的时刻；L为交叉口研究区域的长度；
Figure BDA0003266477670000032
为第i-1辆左转车通过冲突区域j的时刻；ts为最小车头时距；S为前后左转车的安全间距；Δt为损失时间之和；li-1为第i-1辆左转车的长度；vi为第i辆左转车进入交叉口研究区域的速度；
左转车在j冲突区域的减速目标函数为：
Figure BDA0003266477670000033
约束条件为：
Figure BDA0003266477670000034
Figure BDA0003266477670000035
Figure BDA0003266477670000036
vi≤vc
步骤3.2、根据左转车与非机动车通行权，确定左转车通过左转车与非机动车冲突区域f的减速度及减速目标函数；
按照非机动车让行机动车的通行权，左转车以减速度
Figure BDA0003266477670000037
减速到vf直接通过交叉口，其中，
Figure BDA0003266477670000038
为左转车z在非机动车冲突区域f的减速度，左转车在冲突区域f的减速目标函数为：
Figure BDA0003266477670000039
约束条件为：
Figure BDA00032664776700000310
vf≤vi
其中，
Figure BDA00032664776700000311
为第i辆左转车通过冲突区域f的时刻；
Figure BDA00032664776700000312
为第i辆左转车开始进入冲突区域f的时刻；
步骤3.3、根据左转车与行人通行权，确定左转车在左转车与行人冲突区域p的减速停车的减速度及在冲突区域p的减速目标函数；
按照机动车礼让行人的通行权，左转车以减速度
Figure BDA00032664776700000313
减速至停车等待行人通行后，驶离交叉口，其中，
Figure BDA0003266477670000041
为左转车z在行人冲突区域p的减速度，左转车在冲突区域p的减速目标函数为：
Figure BDA0003266477670000042
约束条件为：
Figure BDA0003266477670000043
vi-1≤vi
其中，
Figure BDA0003266477670000044
为第i辆左转车通过冲突区域p的时刻；
Figure BDA0003266477670000045
为第i辆左转车开始进入冲突区域p的时刻；
步骤4、计算左转车跟随车辆的安全速度；
计算左转车与机动车车流冲突、左转车与非机动车通行冲突及左转车与行人通行冲突情况下左转车跟随车辆的安全速度。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明提供的一种智能车路协同无控交叉口左转车通行引导方法，充分利用了智能车路协同环境下的信息交互，可以有效解决或缓解无控交叉口左转车通行交通安全问题，使车辆尽量在不停车的状态下通过交叉口，从而提升通行效率与舒适性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种智能车路协同无控交叉口左转车通行引导方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的智能车路协同无控交叉口左转车与机动车通行引导方法示意图；
图3是本发明实施例提供的智能车路协同无控交叉口左转车与非机动车通行引导方法示意图；
图4是本发明实施例提供的智能车路协同无控交叉口左转车与行人通行引导方法示意图；
图5为本发明实施例提供的现有的车路协同环境下无信号交叉口车辆通行引导系统基于本发明方法引导左转车通过交叉口的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本实施例中，一种智能车路协同无控交叉口左转车通行引导方法，基于现有的车路协同环境下无信号交叉口车辆通行引导系统实现，如图1所示，具体包括以下步骤：
步骤1、采集自身车辆的位置和速度信息，实时检测交叉口通信区域内各车道车辆数量与慢行交通信息，确定冲突区域；
车载单元实时采集自身车辆的位置和速度信息，路侧单元实时检测交叉口通信区域内各车道车辆数量与慢行交通信息，采集车辆转向灯信号，传递车辆行驶方向信息；当进入交叉口通信区域时，车载单元与路侧单元、车载单元与车载单元之间进行信息的交互，分析左转车与相邻方向左转机动车冲突、左转车与各方向直行机动车冲突、左转车与非机动车冲突、左转车与行人冲突，确定左转车与机动车冲突区域j，左转车与非机动车冲突区域f以及左转车与行人冲突区域p；
步骤2、统计与左转车冲突车流的通行权；
各方向直行机动车具备第一通行权；右侧左转机动车具备第二通行权；本向左转机动车与对向左转机动车具备第三通行权；左侧左转机动车具备第四通行权；非机动车让行机动车；机动车礼让行人通行；
步骤3、根据车载单元与路侧单元、车载单元与车载单元之间交互的信息，计算左转车与机动车通行可穿越空档时间、左转车通行加速度；左转车与非机动车通行加速度及左转车与行人通行加速度；
步骤3.1、对图2所示的左转车与机动车通行进行分析，根据车辆的通行权，确定左转车冲突机动车流，即左转与直行冲突、左转与左转冲突，计算左转车穿越冲突机动车流空档时间间隔，以及冲突车辆通过冲突区域j的时间，确定左转车通过左转车与机动车冲突区域j的加速目标函数和减速目标函数；
设定左转车穿越冲突机动车流空档时间间隔为
Figure BDA0003266477670000051
Figure BDA0003266477670000052
为左转车z以速度vm通过第j个冲突区域的可穿越空档时间；
在左转车与机动车冲突区域j，冲突车流中前车k的位置坐标
Figure BDA0003266477670000053
后车k+1的位置坐标
Figure BDA0003266477670000054
冲突辆车之间的相对距离
Figure BDA0003266477670000055
前后冲突车辆通过冲突区域j的时间为
Figure BDA0003266477670000056
Figure BDA0003266477670000057
为冲突车以速度vc通过j冲突区域的时间；当左转车具有通行权且左转车z的
Figure BDA0003266477670000058
则左转车以加速度
Figure BDA0003266477670000059
通过j冲突区域，安全通过交叉口；但当左转车具有通行权且左转车z的
Figure BDA00032664776700000510
左转车以减速度
Figure BDA00032664776700000511
直至停车，不可通过交叉口，待下一个可穿越空档再通过；
进而确定左转车在j冲突区域的加速目标函数为：
Figure BDA0003266477670000061
约束条件为：
Figure BDA0003266477670000062
Figure BDA0003266477670000063
Figure BDA0003266477670000064
vi＞vc
其中，
Figure BDA0003266477670000065
为第i辆左转车通过j冲突区域的时刻，i＝1、2、3…、n，n为待左转车的数量；
Figure BDA0003266477670000066
为第i辆左转车开始进入j冲突区域的时刻；L为交叉口研究区域的长度；
Figure BDA0003266477670000067
为第i-1辆左转车通过冲突区域j的时刻(s)；ts为最小车头时距(s)；S为前后左转车的安全间距(m)；Δt为损失时间之和(s)；li-1为第i-1辆左转车的长度(m)；vi为第i辆左转车进入交叉口研究区域的速度(m/s)；
左转车在j冲突区域的减速目标函数为：
Figure BDA0003266477670000068
约束条件为：
Figure BDA0003266477670000069
Figure BDA00032664776700000610
Figure BDA00032664776700000611
vi≤vc
步骤3.2、对图3所示的左转车与非机动车通行进行分析，根据左转车与非机动车通行权，确定左转车通过左转车与非机动车冲突区域f的减速度及减速目标函数；
按照非机动车让行机动车的通行权，左转车以减速度
Figure BDA00032664776700000612
减速到vf直接通过交叉口，其中，
Figure BDA00032664776700000613
为左转车z在非机动车冲突区域f的减速度，左转车在冲突区域f的减速目标函数为：
Figure BDA0003266477670000071
约束条件为：
Figure BDA0003266477670000072
vf≤vi
其中，
Figure BDA0003266477670000073
为第i辆左转车通过冲突区域f的时刻(s)；
Figure BDA0003266477670000074
为第i辆左转车开始进入冲突区域f的时刻(s)；
步骤3.3、对图4所示的左转车与行人通行进行分析，根据左转车与行人通行权，确定左转车在左转车与行人冲突区域p的减速停车的减速度及在冲突区域p的减速目标函数；
按照机动车礼让行人的通行权，左转车以减速度
Figure BDA0003266477670000075
减速至停车等待行人通行后，驶离交叉口，其中，
Figure BDA0003266477670000076
为左转车z在行人冲突区域p的减速度，左转车在冲突区域p的减速目标函数为：
Figure BDA0003266477670000077
约束条件为：
Figure BDA0003266477670000078
vi-1≤vi
其中，
Figure BDA0003266477670000079
为第i辆左转车通过冲突区域p的时刻；
Figure BDA00032664776700000710
为第i辆左转车开始进入冲突区域p的时刻；
步骤4、计算左转车跟随车辆的安全速度；
计算左转车与机动车车流冲突、左转车与非机动车通行冲突及左转车与行人通行冲突情况下左转车跟随车辆的安全速度。
现有的车路协同环境下无信号交叉口车辆通行引导系统，包括路侧单元(RoadSideUnit，即RSU)4、智能摄像头3、激光雷达2、5G基站5、移动云6、智能车路协同云平台7及至少两个车载单元1；所述车载单元1与路侧单元4之间、车载单元1与车载单元1、以及路侧单元4与移动云6之间均通过5G基站5进行信息传递。本实施例中，车辆通行引导系统，基于本发明方法，引导左转车通过交叉口的过程如图5所示，车载单元用于获取本车实时运行状态信息；路侧设备设置在交叉口，采集每车道车辆数、慢行交通数量及运动信息，发送行驶意图请求，车载单元根据车辆转向灯状态得到车辆行驶意图，并将此信息发送给路侧设备。当路侧设备检测机动车信息，包括相同方向及相邻方向机动车位置与运动信息，判断是否发生车车冲突，如果发生冲突，车载主控模块计算通行时间与可穿越空挡时间，引导左转车通行；同时，判断驾驶员是否按照引导控制车辆行驶，如果违反引导，车辆主控模块控制车辆制动踏板，使车辆根据安全车速行驶，使左转车安全驶离交叉口。若判断发生机非、人车冲突，左转机动车按照通行权减速让行通过交叉口。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。

Claims (2)

1.一种智能车路协同无控交叉口左转车通行引导方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、采集自身车辆的位置和速度信息，实时检测交叉口通信区域内各车道车辆数量与慢行交通信息，确定冲突区域；
步骤2、统计与左转车冲突车流的通行权；
步骤3、根据车载单元与路侧单元、车载单元与车载单元之间交互的信息，计算左转车与机动车通行可穿越空档时间、左转车通行加速度；左转车与非机动车通行加速度及左转车与行人通行加速度；
步骤4、计算左转车跟随车辆的安全速度；
计算左转车与机动车车流冲突、左转车与非机动车通行冲突及左转车与行人通行冲突情况下左转车跟随车辆的安全速度；
所述步骤1的具体方法为：
车载单元实时采集自身车辆的位置和速度信息，路侧单元实时检测交叉口通信区域内各车道车辆数量与慢行交通信息，采集车辆转向灯信号，传递车辆行驶方向信息；当进入交叉口通信区域时，车载单元与路侧单元、车载单元与车载单元之间进行信息的交互，分析左转车与相邻方向左转机动车冲突、左转车与各方向直行机动车冲突、左转车与非机动车冲突、左转车与行人冲突，确定左转车与机动车冲突区域j，左转车与非机动车冲突区域f以及左转车与行人冲突区域p；
所述步骤3的具体方法为：
步骤3.1、根据车辆的通行权，确定左转车冲突机动车流，即左转与直行冲突、左转与左转冲突，计算左转车穿越冲突机动车流空档时间间隔，以及冲突车辆通过冲突区域j的时间，进而确定左转车通过左转车与机动车冲突区域j的加速目标函数和减速目标函数；
步骤3.2、根据左转车与非机动车通行权，确定左转车通过左转车与非机动车冲突区域f的减速度及减速目标函数；
步骤3.3、根据左转车与行人通行权，确定左转车在左转车与行人冲突区域p的减速停车的减速度及在冲突区域p的减速目标函数；
所述步骤3.1的具体方法为：
设定左转车穿越冲突机动车流空档时间间隔为
Figure FDA0003642370850000011
Figure FDA0003642370850000012
为左转车z以速度vm通过第j个冲突区域的可穿越空档时间；
在左转车与机动车冲突区域j，冲突车流中前车k的位置坐标
Figure FDA0003642370850000013
后车k+1的位置坐标
Figure FDA0003642370850000014
冲突辆车之间的相对距离
Figure FDA0003642370850000015
前后冲突车辆通过冲突区域j的时间为
Figure FDA0003642370850000021
Figure FDA0003642370850000022
为冲突车以速度vc通过j冲突区域的时间；当左转车具有通行权且左转车z的
Figure FDA0003642370850000023
则左转车以加速度
Figure FDA0003642370850000024
通过j冲突区域，安全通过交叉口；但当左转车具有通行权且左转车z的
Figure FDA0003642370850000025
左转车以减速度
Figure FDA0003642370850000026
直至停车，不可通过交叉口，待下一个可穿越空档再通过；
进而确定左转车在j冲突区域的加速目标函数为：
Figure FDA0003642370850000027
约束条件为：
Figure FDA0003642370850000028
Figure FDA0003642370850000029
Figure FDA00036423708500000210
vi＞vc
其中，
Figure FDA00036423708500000211
为第i辆左转车通过j冲突区域的时刻，i＝1、2、3...、n，n为待左转车的数量；
Figure FDA00036423708500000212
为第i辆左转车开始进入j冲突区域的时刻；L为交叉口研究区域的长度；
Figure FDA00036423708500000213
为第i-1辆左转车通过冲突区域j的时刻；ts为最小车头时距；S为前后左转车的安全间距；Δt为损失时间之和；li-1为第i-1辆左转车的长度；vi为第i辆左转车进入交叉口研究区域的速度；
左转车在j冲突区域的减速目标函数为：
Figure FDA00036423708500000214
约束条件为：
Figure FDA00036423708500000215
Figure FDA00036423708500000216
Figure FDA00036423708500000217
vi≤vc
所述步骤3.2的具体方法为：
按照非机动车让行机动车的通行权，左转车以减速度
Figure FDA0003642370850000031
减速到vf直接通过交叉口，其中，
Figure FDA0003642370850000032
为左转车z在非机动车冲突区域f的减速度，左转车在冲突区域f的减速目标函数为：
Figure FDA0003642370850000033
约束条件为：
Figure FDA0003642370850000034
vf≤vi
其中，
Figure FDA0003642370850000035
为第i辆左转车通过冲突区域f的时刻；
Figure FDA0003642370850000036
为第i辆左转车开始进入冲突区域f的时刻；
所述步骤3.3的具体方法为：
按照机动车礼让行人的通行权，左转车以减速度
Figure FDA0003642370850000037
减速至停车等待行人通行后，驶离交叉口，其中，
Figure FDA0003642370850000038
为左转车z在行人冲突区域p的减速度，左转车在冲突区域p的减速目标函数为：
Figure FDA0003642370850000039
约束条件为：
Figure FDA00036423708500000310
vi-1≤vi
其中，
Figure FDA00036423708500000311
为第i辆左转车通过冲突区域p的时刻；
Figure FDA00036423708500000312
为第i辆左转车开始进入冲突区域p的时刻。
2.根据权利要求1所述的一种智能车路协同无控交叉口左转车通行引导方法，其特征在于：所述步骤2统计的与左转车冲突车流的通行权具体为：
各方向直行机动车具备第一通行权；右侧左转机动车具备第二通行权；本向左转机动车与对向左转机动车具备第三通行权；左侧左转机动车具备第四通行权；非机动车让行机动车；机动车礼让行人通行。
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