[發明專利]一種基于稀疏探測數據的城市信號控制干道車輛軌跡重構方法

有效

• 申請號: 202010024550.2
• 申請日: 2020-01-10
• 公開（公告）號: CN111199646B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 陳鵬;魏磊;王云鵬
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G08G1/01
• 分類號: G08G1/01
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于稀疏探測數據的城市信號控制干道車輛軌跡重構方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：將研究路段劃分為N個長度相等的道路單元{c₁，c₂，…，c_N}，假設共有n輛探測車通過這條路段，用{v₁，v₂，…，v_N}表示這n輛探測車，利用歷史數據，基于極大似然估計對道路單元旅行時間進行估計；所述步驟一具體為：表示探測車v_i連續兩次更新經歷的旅行時間，由如下公式計算：

由此得到旅行時間矩陣：

其中，表示v_i經過道路單元c_j所需的旅行時間，初始時刻各道路單元旅行時間為由此得到各道路單元旅行時間的均值和方差，分別用和表示，的概率密度函數如式(2)所示：

因為每一輛探測車都會提供一個旅行時間的觀測值，因此對于每一個道路單元而言，都會有n個觀測值，需要估計概率最大的道路單元旅行時間，如式(3)所示：

式(3)表明，當目標函數的值最小時，相應的道路單元旅行時間估計結果會使兩次連續更新之間相應間隔出現的概率最大，因此，將每個道路單元的行駛時間估計轉化為二次規劃求解，得到式(3)的最優解即道路單元旅行時間的估計結果；

步驟二：根據步驟一中估計的干道旅行時間，結合交通波對車輛在交叉口附近由于信號控制造成的潛在停車位置進行估計，據此建立粒子濾波初始粒子；所述步驟二具體為：將探測車連續兩次更新之間潛在的車輛軌跡定義為初始粒子，對于城市干道而言，由于信號控制的原因車輛往往需要在交叉口附近停車等待，對于單交叉口而言，車輛連續兩次更新之間存在的潛在軌跡分為停車軌跡和不停車軌跡，對于不停車軌跡，根據道路單元旅行時間估計結果，按照式(4)計算實際旅行時間和估計旅行時間之間的差值：

其中，c₁和c_N分別表示更新位置所在的道路單元起點和終點，之后按照式(5)將旅行時間差值即式(4)的計算結果，分配到各個道路單元：

其中，表示道路單元c_j分配到的旅行時間差值；

差值調整后的道路單元旅行時間如式(6)所示：

由于道路單元長度已知，根據差值調整后的道路單元旅行時間直接得到構建的不停車粒子；

對于停車軌跡而言，根據交通波，得到排隊波和疏散波，兩波的交點即交叉口最遠排隊位置所在點，據此估計得到車輛在交叉口附近所有可能的停車位置點，對于某一可能停車位置c_z，相應得到停車時刻time(c_z)和等待時間因此，對于有過停車的探測車v_i而言，其軌跡分為兩個階段，即停車前和停車后，同樣根據道路單元旅行時間估計結果，按照式(7)和式(8)分別計算兩段軌跡實際旅行時間和估計旅行時間之間的差值：

其中，和分別表示停車前后實際旅行時間和估計旅行時間之間的差值；

之后分別按照式(9)、(10)將旅行時間差值即式(7)、(8)的計算結果，分配到各個道路單元：

其中，表示道路單元c_j分配到的旅行時間差值，

同樣由于道路單元長度已知，根據差值調整后的道路單元旅行時間直接得到構建c_z對應的停車粒子，z＝z+1,迭代循環，直至遍歷所有可能停車位置，得到構建的全部停車粒子，不停車粒子和全部停車粒子構成粒子濾波的初始粒子；

步驟三：根據道路結構和稀疏更新數據特點，建立適用于城市信號控制干道的粒子濾波測量準則，包括旅行時間調整準確性、時間調整可能性和干道速度限制，所述步驟三具體為：為了計算并更新初始粒子權重，設計粒子濾波測量準則，據此進行重要性采樣，由于旅行時間誤差的分配可能導致調整后的道路單元旅行時間等于0或者小于0，需要通過旅行時間調整準確性測量準則驗證時間調整結果的有效性，如式(11)所示：

其中，表示第i個粒子對應旅行時間調整準確性測量指標的條件概率，表示第i個粒子基于旅行時間調整準確性的概率更新值；

如步驟二所述，將實際和估計旅行時間之間的差異值分配到每個道路單元后，獲得探測車連續兩次更新之間潛在的軌跡，對應于每條軌跡的車輛速度是不同的，考慮到道路的速度限制，通過式(12)進一步迭代粒子權重：

其中，表示第i個粒子對應道路速度限制測量指標的條件概率，表示第i個粒子基于道路速度限制的概率更新值；

每個道路單元的旅行時間都存在一個波動范圍，道路單元的旅行時間調整結果不應該超出這個范圍，對于不同的調整結果，其出現概率的差異非常大，對于某一出現的概率按照式(13)計算：

因此，出現的概率為：

旅行時間調整可能性測量準則如式(15)所示：

其中，表示第i個粒子對應道路旅行時間調整可能性測量指標的條件概率，表示第i個粒子基于道路旅行時間調整可能性的概率更新值；

步驟四：根據步驟三建立的道路速度限制、旅行時間調整可能性、旅行時間調整可能性對構建的初始粒子包括停車粒子和不停車粒子進行重要性采樣，得到各粒子下一時刻出現的概率，即獲得粒子權重，刪除權重小的粒子，迭代更新后，輸出權重最大的粒子，權重最大的粒子對應的軌跡即探測車連續兩次更新之間的重構軌跡，據此得到車輛運行重構軌跡。