[發明專利]一種面向自動駕駛環境下交叉口交通控制的迭代算法

有效

• 申請號: 202011152057.5
• 申請日: 2020-10-26
• 公開（公告）號: CN112017440B
• 公開（公告）日: 2021-01-12
• 發明（設計）人: 吳偉;劉洋;蔣林錫
• 申請（專利權）人: 長沙理工大學
• 主分類號: G08G1/01
• 分類號: G08G1/01;G08G1/08;G06Q10/04;G06Q50/30
• 代理公司: 長沙中海宏圖專利代理事務所(普通合伙) 43224
• 代理人: 羅霞

1.一種面向自動駕駛環境下交叉口交通控制的迭代算法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

步驟1：采集交叉口的信息和自動駕駛車輛在交叉口各位置的信息，劃分時間窗，根據先到先服務規則，避讓沖突，確定車輛在交叉口內的初始通行方案；

步驟2：在每個時間窗內，通過迭代算法進一步優化每輛車的通行方案，降低車輛在交叉口的控制延誤；

所述步驟1包括如下步驟：

步驟11：確定交叉口的類型、大小、每個進口方向和出口方向的車道數，每條車道的寬度；將交叉口區域劃分網格，網格用字母c編號，所有網格的集合用字母C表示，其中c∈C；交叉口所有車輛均為自動駕駛車輛，根據毫米波雷達精確定位系統確定車輛在交叉口區域的實時位置，車輛在交叉口各位置的時刻已知確定，包括車輛經過交叉口的網格、最先進入網格的時刻和車輛最終駛出網格的時刻；

步驟12：控制車輛選擇最佳的出口道行駛，車輛在交叉口內會經過不同的網格，用τ_i，r表示車輛i在交叉口是否選擇路徑r通行，為二元變量，τ_i，r∈{0，1}，當τ_i，r＝1時表示車輛i在交叉口選擇路徑r通行，否則路徑r未被選擇；r表示路徑，其中r∈R，R表示所有路徑的集合；根據t_i將各方向的車輛進行排序，以先后順序依次進入交叉口，車輛實際進入交叉口的時刻T_i表示，車輛在交叉口停車線前可能需要停車等待，車輛實際進入交叉口的時刻T_i大于等于到達交叉口的時刻t_i；車輛在交叉口停車等待的時間延誤用Δt_i表示，由公式(1)計算：

V表示從交叉口各進口道到達交叉口的所有車輛集合，T_i表示車輛實際進入交叉口的時刻，t_i表示車輛到達交叉口的時刻；

步驟13：車輛不間斷到達交叉口，通過滾動時間窗將不同時間段到達交叉口的車輛分段考慮，車輛在劃分的時間窗內避讓沖突，前一個時間窗口的求解結果作為后一個窗口的輸入條件，對交叉口任一網格，后一個時間窗內所有車輛最早駛入該網格的時刻大于等于前一個時間窗內所有車輛車尾最遲駛出該網格時刻，如公式(2)所示：

max{T_j，c}≤min{t_i，c}，i∈V_k+1，j∈V_k，c∈C，k＝1，2，... (2)

式中：V_k表示第k個時間窗內的車輛，t_i，c表示車輛i進入網格c的時刻，T_j，c表示車輛j行駛出網格c的時刻；

步驟14：在同一個時間窗內，根據車輛占用各網格的時間判斷是否在交叉口發生沖突，如果車輛i和j通過交叉口需經過同一個網格c，根據先到先服務規則，先到達交叉口的車輛優先通過網格，后到達的車輛停車等待，滿足公式(3)約束，在網格的沖突滿足公式(4)約束：

式中：T_i表示車輛i實際進入交叉口的時刻，t_i表示車輛i到達交叉口的時刻；

式中：ρ_i，c為二元變量，表示車輛i是否經過網格，ρ_i，c∈{0，1}，當ρ_i，c＝1時表示車輛i是否經過網格c，否則未經過網格c；

以每個時間窗內所有車輛的總延誤最小為目標函數，第k個時間窗內的車輛總延誤的目標函數用公式(5)表示：

一個時間窗內的車輛，在該時間窗的時間范圍內確定每輛車的通行方案，因此計算時間需滿足公式(6)約束：

δ_k≤t_k，k＝1，2，... (6)

式中：δ_k表示計算第k個時間窗內所有車輛的通行方案實際花費時間，t_k表示第k個時間窗的長度；

所述步驟2包括如下步驟：

步驟21：步驟1的計算結果包括車輛的初始通行方案和求解時間，以步驟1求得的目標函數值作為迭代計算的下限，建立約束條件如公式(7)所示，公式(7)表示第n+1次迭代的目標函數值不大于第n次迭代的目標函數值；

式中：n表示迭代次數；∑_i(T_i⁽ⁿ⁾-t_i)表示第n次迭代的目標函數值，即第n次迭代后第k個時間窗內的車輛總延誤，當n＝1時表示第1次迭代，∑_i(T_i⁽ⁿ⁾-t_i)為步驟1求得的目標函數值；θ⁽ⁿ⁾表示第n次迭代步長，其中θ⁽ⁿ⁾≥0；

步驟22：采取逐步縮短步長的方法動態確定θ⁽ⁿ⁾取值，如公式(8)所示，表示第n+1次迭代步長為第n次迭代求得目標函數的隨著迭代增加，θ⁽ⁿ⁾取值逐漸減小；

步驟23：表示第n次迭代允許時間的最大值，由公式(9)計算，當n＝1時，滿足公式(10)約束，當n＝2時，由公式(11)計算；

式中：t_k為時間窗口的時間長度，δ_k表示計算第k個時間窗內所有車輛的通行方案實際花費的時間，表示第n次迭代實際計算時間，當n＝1時，

第n次迭代實際計算時間不大于第n次迭代允許時間的最大值，需滿足公式約束：

步驟24：收集每一步迭代的計算結果，包括總延誤∑_i(T_i⁽ⁿ⁺¹⁾-t_i)和每輛車的路線選擇將這些結果作為第(n+2)次迭代的初始參數；進行下一個優化，直到用完時間窗的時間或得到最優控制方案為止；

步驟25：建立新目標函數，如公式(13)所示：

式中：為二元變量，表示第n+1次迭代后，車輛i在交叉口是否選擇路徑r通行，表示第n+1次迭代后，車輛i在交叉口選擇路徑r通行，反之，未選擇路徑r。