[發明專利]一種自動駕駛環境下交叉口行人過街擺渡車行駛通道的設置方法

有效

• 申請號: 202011129793.9
• 申請日: 2020-10-21
• 公開（公告）號: CN112258861B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 吳偉;劉洋;龍科軍;郝威
• 申請（專利權）人: 長沙理工大學
• 主分類號: G08G1/08
• 分類號: G08G1/08;G08G1/081;G08G1/0967
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種自動駕駛環境下交叉口行人過街擺渡車行駛通道的設置方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

步驟1：確定交叉口的基本信息，包括交叉口的大小、車道數及車道寬度，確定行人過街擺渡車的信息、包括：車輛大小、車輛的容量、車輛的運行參數，確定行人過街擺渡車的停靠位置的數量和大小，并規定行駛區域，設置行人過街擺渡車在交叉口區域的行駛通道；

步驟2：在交叉口內部建立直角坐標系，在步驟1確定的行駛通道下，通過確定路徑的邊界方程來確定停靠節點之間行人過街擺渡車的行駛路徑方程；

步驟3：根據交叉口和行人擺渡車基本信息，計算行人過街擺渡車在各行駛路徑上的行駛時間；

步驟4：根據行人過街需求量、行人過街擺渡車在各行駛路徑上的行駛時間，確定每輛行人過街擺渡車在交叉口的具體控制方案；

所述步驟1中，包含如下步驟：

步驟11：對交叉口進口車道、出口車道進行編號，表示O方向第i條進口車道，其中O表示交叉口的進口方向，O＝{E、W、S、N}，其中E、W、S、N分別表示東、西、南、北四個方向，i∈m，表示D方向第j條出口車道，其中D表示交叉口的出口方向，D＝{E、W、S、N}，j∈m，m表示O、D方向的車道總數，用分別表示車道和的寬度，單位為米；

行人過街擺渡車的容量，用C表示，單位為人/輛；行人過街擺渡車開關門的時間用F表示，單位為秒，單位人數上車、下車時間分別用δ_t和δ_t′表示，單位為秒，行人擺渡車停靠點的長和寬分別用a和b表示，車輛的長和寬分別用a′和b′表示，單位均為米，行人擺渡車的理論最大行駛速度用v表示，單位為米每秒，擺渡車運行的加速度和減速度分別用a⁺和a^-表示，單位為米每二次方秒；

步驟12：行人過街擺渡車在交叉口的東北、東南、西北、西南四個角落停靠，分別用E-N、E-S、W-N、W-S表示，其中每個位置包含3個停靠點，行人過街擺渡車在停靠點出發或到達，每個停靠點最多可停靠1輛行人過街擺渡車；出發節點的集合用O_p表示，其中O_p＝{1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12}，終止節點集合的用D_p表示，其中D_p＝{13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24}，為避免行人過街擺渡車相互之間不必要的沖突，當行人過街擺渡車從1、4、7、10停靠點出發時，行人過街擺渡車只在1、4、7、10、13、14、15、16節點組成的白色區域運行；從2、5、8、11停靠點出發時，只在2、5、8、11、17、18、19、20節點組成的灰色區域運行；從3、6、9、12停靠點出發時，只在3、6、9、12、21、22、23、24節點組成的灰色區域運行，此外，行人過街擺渡車可以在同一個角落的三個停靠點之間相互運行；節點1、2、3、16、19、22位于交叉口的西北角落，其中節點1、節點2、節點3依次是由北向西的第一、第二、第三個停靠點，節點1和節點16、節點2和節點19、節點3和節點22在同一個位置，分別表示出發節點和到達節點；節點4、5、6、13、20、23位于交叉口的東北角落，其中節點4、節點5、節點6依次是由北向東的第一、第二、第三個停靠點，節點4和節點13、節點5和節點20、節點6和節點23在同一個位置，分別表示出發節點和到達節點；節點7、8、9、14、17、24位于交叉口的東南角落，其中節點7、節點8、節點9依次是由南向東的第一、第二、第三個停靠點，節點7和節點14、節點8和節點17、節點9和節點24在同一個位置，分別表示出發節點和到達節點；節點10、11、12、15、18、21位于交叉口的西南角落，其中節點10、節點11、節點12依次是由南向西的第一、第二、第三個停靠點，節點10和節點15、節點11和節點18、節點12和節點21在同一個位置，分別表示出發節點和到達節點；

所述步驟2中，包含如下步驟：

步驟21：以交叉口中心點為原點，在交叉口內部建立直角坐標系，根據各方向車道寬度確定坐標軸的刻度，規定行人擺渡車向x、y軸正方向行駛時，路徑的左邊邊界為外邊界，右邊邊界為內邊界，ε為二元變量，當邊界為外邊界時，ε＝1，當邊界為內邊界時，ε＝0；在東西方向上，節點1→節點13表示節點1到節點13的路徑；節點1→節點13、節點4→節點16的路徑，在交叉口區域運行路徑的邊界方程如公式(1)所示：

ξ_p,q表示節點p到節點q路徑上，節點p與最外側車道的距離，其中p∈O_p,q∈D_q，單位為米，

節點2→節點20、節點5→節點19的路徑，在交叉口區域運行路徑的邊界方程如公式(2)所示：

節點3→節點23、節點6→節點22的路徑，在交叉口區域運行路徑的下邊界方程如公式(3)所示：

節點7→節點15、節點10→節點14的路徑，在交叉口區域運行路徑的邊界方程如公式(4)所示：

節點8→節點18、節點11→節點17的路徑，在交叉口區域運行路徑的邊界方程如公式(5)所示：

節點9→節點21、節點12→節點24的路徑，在交叉口區域運行路徑的邊界方程如公式(6)所示：

步驟22：在南北方向上，節點1→節點15、10→節點16的路徑，在交叉口區域運行路徑的邊界方程如公式(7)所示：

節點2→節點18、節點11→節點19的路徑，在交叉口區域運行路徑的邊界方程如公式(8)所示：

節點3→節點21、節點12→節點22的路徑，在交叉口區域運行路徑的邊界方程如公式(9)所示：

節點4→節點14、節點7→節點13的路徑，在交叉口區域運行路徑的邊界方程如公式(10)所示：

節點5→節點17、節點8→節點20的路徑，在交叉口區域運行路徑的邊界方程如公式(11)所示：

節點6→節點24、節點9→節點23的路徑，在交叉口區域運行路徑的邊界方程如公式(12)所示：

步驟23：行人過街擺渡車可以在交叉口對角線行駛，節點1→節點14、節點7→節點16的路徑，駛入點和駛出點的坐標分別如公式(13)、(14)所示：

節點2→節點17、節點8→節點19的路徑，駛入點和駛出點的坐標分別如公式(15)、(16)所示：

節點3→節點24、節點9→節點22的路徑，駛入點和駛出點的坐標分別如公式(17)、(18)所示：

節點4→節點15、節點10→節點13的路徑，駛入點和駛出點的坐標分別如公式(19)、(20)所示：

節點5→節點18、節點11→節點20的路徑，駛入點和駛出點的坐標分別如公式(21)、(22)所示：

節點6→節點21、節點12→節點23的路徑，駛入點和駛出點的坐標分別如公式(23)、(24)所示：

通過點斜式方程確定路徑邊界方程，分別相應的中間變量x₁、y₁、x₂、y₂代入公式(25)，可求得對應的路徑邊界方程：

式中，x₁、y₁、x₂、y₂均為中間變量；

包含如下步驟：

步驟31：從出發節點p到終止節點q的距離用L_p,q表示，當行駛路徑與坐標軸平行時，用公式(26)計算節點之間的距離：

當p∈{1,2,3}，q∈{13,20,23}或p∈{4,5,6},q∈{16,19,22}時，式(26)中O和D取N方向；當p∈{1,2,3},q∈{15,18,21}或p∈{10,11,12},q∈{16,19,22}時，公式(26)中O和D取W方向；當p∈{4，5，6}，q∈{14，17,24}或p∈{7，8,9},q∈{13,20,23}時，公式(26)中O和D取E方向；當p∈{10，11，12},q∈{14,17,24}或p∈{7,8,9},q∈{15,18,21}時，公式(26)中O和D取S方向；

行人過街擺渡車可以在交叉口對角線行駛，當路徑為時，即p∈{1,2,3},q∈{14,17,24}或p∈{7,8,9},q∈{16,19,22}時，通過公式(27)計算斜線距離：

當路徑為斜線時，即p∈{4,5,6},q∈{15,18,21}或p∈{10，11,12}，q∈{13，20，23}時，通過公式(28)計算斜線的距離：

步驟32：當行人過街擺渡車出發節點p到終止節點q的距離L_p，q較小時，行人過街擺渡車實際行駛的最大速度達不到預定的勻速行駛速度，這種情況下沒有勻速行駛階段，行人過街擺渡車在節點i和節點j之間的行駛距離L_ij由兩部分組成，如公式(29)所示；

公式(29)中，l₁表示勻加速行駛的距離，由公式(30)計算；l₂表示勻減速行駛的距離，由公式(31)計算；

公式(30)和(31)中，a⁺、a^-分別表示行人過街擺渡車勻加速階段、減速階段的加速度大小，單位為米每二次方秒，t₁表示勻加速階段花費的時間，t₂表示勻減速階段花費的時間，單位為米每秒；v^-表示行人擺渡車實際行駛的最大速度，單位為米每秒，由公式(32)計算；

v^-＝a⁺·t₁ (32)

在沒有勻速行駛的情況下，行人過街擺渡車在節點p和q之間行駛的時間用t_p,q表示，由公式(33)計算；

步驟33：當有勻速行駛階段時，行人過街擺渡車在節點p和q之間的行駛距離L_p,q由三階段組成，即勻加速階段、勻速階段和勻減速階段，如公式(34)所示；

公式中l₃、l₄和l₅分別表示勻加速階段、勻速階段和勻減速階段行駛的距離，分別由公式(35)-(37)計算；

l₄＝v·t₄ (36)

公式(35)-(37)中，t₃、t₄和t₅分別表示行駛l₃、l₄和l₅距離所用的時間，單位為秒；v表示規定的最大勻速，由公式(38)和(39)表示；

v＝a⁺·t₃ (38)

v＝a^-·t₅ (39)

在有勻速行駛階段的情況下，行人過街擺渡車在節點p和q之間行駛的時間用t_p,q表示，由公式(40)計算；

所述步驟4：根據行人過街需求量、行人過街擺渡車在各行駛路徑上的行駛時間，確定每輛行人過街擺渡車在交叉口的具體行駛路徑的方法，包括如下步驟：

步驟41：行人過街擺渡車從節點p到q的路徑用r_p,q表示，r_p,q為二元決策變量，r_p,q∈{0,1}，當r_p,q＝1表示在該路徑通行，否則未在該路徑上通行，r_p,q滿足公式(41)約束：

行人過街擺渡車到達節點p的時刻用T_p表示，離開節點p的時刻用t_p表示，當行人過街擺渡車從到達節點p到離開節點p的時刻，由公式(42)計算：

t_p＝T_p+F+d_q·δ_t+d′_q·δ′_t (42)

公式(42)中F表示行人過街擺渡車開關門的時間，d_q、d′_q分別表示在節點p處上客、下客人數，δ_t、δ′_t分別表示單位人數上、下擺渡車的時間，單位為秒；

當行人過街擺渡車從節點p出發到達節點q，到達節點q的時刻由公式(43)計算：

行人過街擺渡車離開節點p時的載客人數用L_p表示，當行人過街擺渡車從節點p出發到達節點q時，載客量L_q由公式(44)計算：

考慮到行人過街擺渡車的容量大小，L_p的上下限由公式(45)確定；

C表示行人過街擺渡車的容量，單位為人/輛；

步驟42：以所有過街行人的總延誤最小為目標建立目標函數，如公式(46)所示，公式中T_D表示過街行人的總延誤；

式中T₀表示行人過街擺渡車運營前開始上客的時刻，取值為0s。