[發(fā)明專利]一種面向自動(dòng)駕駛環(huán)境下交叉口交通控制的迭代算法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011152057.5
• 申請(qǐng)日: 2020-10-26
• 公開（公告）號(hào): CN112017440B
• 公開（公告）日: 2021-01-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳偉;劉洋;蔣林錫
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 長沙理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G08G1/01
• 分類號(hào): G08G1/01;G08G1/08;G06Q10/04;G06Q50/30
• 代理公司: 長沙中海宏圖專利代理事務(wù)所(普通合伙) 43224
• 代理人: 羅霞

本發(fā)明公開了一種面向自動(dòng)駕駛環(huán)境下交叉口交通控制的迭代算法，在自動(dòng)駕駛交叉口，為實(shí)現(xiàn)有效的交通控制，需要為每一輛自動(dòng)駕駛車輛計(jì)算單獨(dú)的通行方案，交通控制系統(tǒng)的計(jì)算復(fù)雜度高，將導(dǎo)致交通控制模型的計(jì)算量急劇增加。因此，設(shè)計(jì)一種逐步減小步長的機(jī)制，更新迭代步長的迭代優(yōu)化算法，首先，根據(jù)采集的車輛到達(dá)信息劃分時(shí)間窗，在同一個(gè)時(shí)間窗內(nèi)，根據(jù)車輛占用各網(wǎng)格的時(shí)間可以判斷是否在交叉口發(fā)生沖突，獲得每輛車的控制方案和計(jì)算時(shí)間，逐步減少步長進(jìn)行迭代計(jì)算，直到獲得最優(yōu)控制方案或用完時(shí)間窗內(nèi)所有時(shí)間結(jié)束。本發(fā)明通過更新迭代步長進(jìn)行迭代控制，能提高控制模型的計(jì)算效率，以滿足任意交通量下的控制需求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于智能交通控制領(lǐng)域，涉及城市道路交叉口針對(duì)自動(dòng)駕駛車輛的交通管控技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種面向自動(dòng)駕駛環(huán)境下交叉口交通控制的迭代算法。

背景技術(shù)

2020年7月31日，北斗三號(hào)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正式開通，隨著北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、毫米波雷達(dá)等技術(shù)的發(fā)展，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的精確控制。在自動(dòng)駕駛環(huán)境下，交叉口可以不再需要通過信號(hào)燈為車輛分配通行權(quán)。為確保車輛在交叉口不發(fā)生沖突，有許多研究，如Transportation Research Part C:Emerging Technologies(2017,Vol.85:528-547)、Transportation ResearchPartC-EmergingTechnologies(2019,Vol.105:405-421)，將交叉口沖突區(qū)域化分為若干小網(wǎng)格，通過控制車輛進(jìn)入時(shí)間、在交叉口內(nèi)部行駛路徑，避免車輛同時(shí)進(jìn)入同一個(gè)網(wǎng)格，來避免沖突。但當(dāng)交叉口各方向進(jìn)口道在較短時(shí)間內(nèi)到達(dá)n輛車，將交叉口沖突區(qū)域劃分為m個(gè)網(wǎng)格，n輛車兩兩組合在m個(gè)網(wǎng)格上判斷沖突，需要計(jì)算n！*m次。交叉口沖突區(qū)域網(wǎng)格劃分較小時(shí)，車輛在交叉口通行對(duì)交叉口道路資源利用較高，但劃分網(wǎng)格數(shù)m會(huì)增加，在交通量較大的情況下，到達(dá)車輛數(shù)較多時(shí)，n較大，此時(shí)控制復(fù)雜度急劇增加，為每輛車制定控制方案的時(shí)間變長，很可能不能滿足時(shí)效性要求，如論文《自動(dòng)駕駛環(huán)境下交叉口車輛路徑規(guī)劃與最優(yōu)控制模型》(自動(dòng)化學(xué)報(bào)，第46卷第9期，2020年9月)、《自動(dòng)駕駛環(huán)境下面向交叉口自由轉(zhuǎn)向車道的交通控制模型》(中國公路學(xué)報(bào)，第32卷第12期，2019年12月)中均存在當(dāng)交通量較大時(shí)，時(shí)效性難以滿足的情況，如《一種自動(dòng)駕駛下交叉口自由轉(zhuǎn)向車道設(shè)置方法》(專利號(hào)：ZL201810346657.1)和《一種自動(dòng)駕駛下交叉口通行權(quán)設(shè)置方法》(申請(qǐng)公布號(hào)：CN108932856A)提出交叉口離散化后的車輛控制模型，并未提出有效的控制算法保證模型的時(shí)效性。

通過已有文獻(xiàn)分析發(fā)現(xiàn)，控制車輛進(jìn)入交叉口的次序，導(dǎo)致計(jì)算次數(shù)急劇增加，因此很有必要設(shè)計(jì)一種迭代計(jì)算提高模型的計(jì)算效率，以滿足任意交通量下的控制需求。先到先服務(wù)不優(yōu)化路徑只優(yōu)化進(jìn)入時(shí)刻的控制模型求解效率最高，且求解速度幾乎不受車輛數(shù)增加的影響，但由于不優(yōu)化車輛進(jìn)入交叉口的次序和行駛路徑，車輛在交叉口的通行效率低，有研究表明，在過飽和或車隊(duì)情況下優(yōu)化效果比信號(hào)控制差。因此，以先到先服務(wù)不優(yōu)化路徑模型為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)混合整數(shù)線形規(guī)劃問題(Mixed-integerlinearprogramming,MILP)的迭代計(jì)算，在保證時(shí)效性的同時(shí)優(yōu)化得到更好的通行方案。

根據(jù)現(xiàn)有文獻(xiàn)，混合整數(shù)線形規(guī)劃問題的一些啟發(fā)式計(jì)算，如旋轉(zhuǎn)方法、線搜索方法等。對(duì)于混合整數(shù)線形規(guī)劃問題的迭代過程有幾種計(jì)算，論文Computers ChemicalEngineering(2001，Vol.25(4-6)：821-828)中提出了一種批處理調(diào)度和重調(diào)度的重排序計(jì)算。論文European Journal of Operational Research(2002，Vol.138(1)：29-42)進(jìn)一步研究了求解基于混合整數(shù)線形規(guī)劃問題的生產(chǎn)調(diào)度問題的迭代啟發(fā)式計(jì)算。在本發(fā)明中，利用逼近目標(biāo)函數(shù)來解決混合整數(shù)線形規(guī)劃問題。發(fā)明一種逐步減小步長的機(jī)制來更新迭代步長，通過迭代計(jì)算，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)求解出更優(yōu)的控制可行解。

發(fā)明內(nèi)容