[發明專利]一種基于NARX神經網絡和C-V2X技術的交叉路口的通行方法

有效

• 申請號: 202110559099.9
• 申請日: 2021-05-21
• 公開（公告）號: CN113450564B
• 公開（公告）日: 2022-08-23
• 發明（設計）人: 張云順;郜銘磊;謝锜帥
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G08G1/01
• 分類號: G08G1/01;G08G1/0962;G08G1/0967;G08G1/09;H04W4/44;H04L67/12;G06N3/04;G06N3/08
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1.一種基于NARX神經網絡和C-V2X技術的交叉路口的通行方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：路側單元RSU獲取信號燈信息并發送至邊緣服務器Edge與車載單元OBU，同時獲取車輛正向行駛方向上路口停止線位置信息；

步驟二：車載單元獲取車輛行駛信息，包括位置、車速、加速度、發動機轉速、節氣門位置、加速踏板位置，并發送至邊緣服務器；

步驟三：在邊緣服務器端，利用NARX神經網絡訓練適合網絡結構，并預測未來60s內的可能行駛車速；

步驟四：根據車輛與路口停止線之間的距離與信號燈的相位信息判斷是否可以減少啟停次數，并順利通過路口；

步驟五：若在單車通行或車輛跟馳的情況下可以順利通過路口時，將給出建議車速區間，若需要停車等待，將給出警示信息；

步驟六：將提示信息或警示信息發送至車載單元，并以汽車中控屏幕、HUD抬頭顯示、語音播報的不同形式展示；

步驟三至五的具體過程為：

數據獲取，即接收車載單元發送來的相關參數的數據，車速數據以行向量y(t)儲存，如式(3-1)，其他相關參數數據以X(t)矩陣的形式，如式(3-2)，儲存在服務器中，

y(t)＝[y(t-1)，y(t-2)，…，y(t-n)] (3-1)

通過相關性分析來篩選數據，選擇對車速影響權重值較高的參數數據作為外生輸入；

根據式3-3將數據歸一化處理

其中，x_n指各組成行向量中每個元素，x_max指各行向量中的最大值，x_min指各行向量中的最小值；

將樣本數據劃分為三部分：訓練數據、測試數據、驗證數據，其樣本容量分別設置為70％、15％、15％，作為輸入層以備訓練神經網絡；

接下來選定延時階數、隱藏層神經元個數、激勵函數，進行神經網絡的訓練、驗證，確定最優網絡結構；

根據訓練好的神經網絡結構進行車速預測，預測該時間點后60s的車速，將數據反歸一化，最終將車速預測結果儲存為向量y_predict(t)，并擬合速度-時間曲線：

y_predict(t)＝[y(t)，y(t+1)，y(t+2)，…，y(t+60)] (3-4)

根據獲取的信號燈信息和速度-時間曲線信息分析并計算建議車速；

將信號燈的周期時間分配分別記為：紅燈T_red、綠燈T_green、黃燈T_yellow；這里將信號燈總周期T設為60s，即：

r＝T_red+Tgreen+T_yellow＝60s (3-5)

標記路側單元發送來的信號燈信息：當相位為紅色時，記為sec_red；當相位為綠色時，記為sec_green；當相位為黃色時，記為sec_yellow；

根據車輛位置信息與停止線位置信息計算本車距離停止線為distance_stop；

接下來判斷是否可以順利通過交叉路口；

a)當信號燈相位為紅色時，得到紅燈剩余時間為sec_red，根據速度時間曲線分別在[0,sec_red]、[0,(sec_red+T_green)]區間內對曲線積分得預計行駛距離distance0、distance1，若distance_stop∈(distance0,distance1)時，即駕駛員正常駕駛可以順利通過路口；若distance_stop＝distance1時，可提示駕駛員可以適當加速行駛；若distance_stop＝distance0，可提示駕駛員適當減速行駛，同時發送(V_min,V_max)至車載端，若V_maxV_limit道路限速值，則以限速值作為最大值發送至車載端；若V_minV_limit，需要提醒駕駛員“您已超速，請減速慢行，并在停止線前停車等待”

b)當信號燈相位為綠色時，得到綠燈剩余時間為sec_green，根據速度時間曲線在[0,sec_green]區間內對曲線積分得預計行駛距離distance1，若distance1distance_stop時，即駕駛員正常駕駛可以順利通過路口；若distance1＝distance_stop時，可提示駕駛員可以適當加速行駛，同時發送(V_min,V_max)至車載端，若V_minV_limit，需要提醒駕駛員“您已超速，請減速慢行，并在停止線前停車等待”

V_min＝distance_stop/sce_green (3-8)

V_max＝V_limit (3-9)

c)當信號燈相位為黃色時，得到黃燈剩余時間為sec_yellow，需要向車載端發送“請減速慢行，需在停止線前等待通行”

跟車巡航行駛：當在某一路段行駛時，本車前方有u輛車未越過停止線，此時，本車編號為u，將編號為u的車輛的當前速度作為V_max，并向車輛端發送信息“建議行駛車速[V_min,V_max]，同時注意車距，保持跟車駕駛”，其中V_min為上述步驟中得出的數值，若V_min＝V_max，則需要向車輛端發送“注意車距，保持跟車駕駛，前方路口處即將停車等待”，并向編號為u+1的車輛端發送信息“注意前方車輛停車制動”。