一种结合预先决策与动态调整的无信控交叉口仿真控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种结合预先决策与动态调整的无信控交叉口仿真控制方法及装置，构建无信控交叉口仿真环境，确定车辆动力学模型，明确仿真参数设置；明确车流通行优先权及影响关系；确定车辆轨迹冲突点，建立冲突点时间集合存储高优先级车流到达时间序列；仿真模拟低优先级车流初步穿行轨迹，针对冲突点类型比较穿行间隙，实现穿行预先决策；分析低优先级车流决策冲突情形，对产生冲突车流轨迹动态调整。本发明专利技术提供的方法针对无信控交叉口车辆穿行多个高优先级车流场景研究，在考虑车辆穿越冲突点类型及次序对车流穿行预先决策影响，针对车流组织过程中决策冲突现象，动态调整低优先级车流的行驶轨迹，使无信控交叉口车辆仿真更为准确全面。

【技术实现步骤摘要】
一种结合预先决策与动态调整的无信控交叉口仿真控制方法及装置
本专利技术涉及交通仿真控制领域，具体涉及一种结合预先决策与动态调整的无信控交叉口仿真控制方法及装置。
技术介绍
无信号控制交叉口主要适用于城市支路之间相交或交通量较小的支路与干道的相交处，在城市交通整体网络中普遍存在。无信号控制交叉口因自身交通流量少的特点，故其通行能力与服务水平对于整个城市交通网络的整体通行能力影响并不显著，但又因其连接支路交通车流，故承载了城市交通网络部分通达性特征，对交叉口周边部分地区的交通组织和通行能力产生一定影响。目前，针对无信号控制交叉口的仿真研究主要集中于对交叉口内两股或是三股直行车流间进行展开，对于整个无信控交叉口内多股不同转向车流相互交错的仿真控制研究较少。同时，针对次路车流穿越主路车流的这一复杂场景，现有研究缺乏次路车流穿越形式的考虑，研究成果多集中于交叉冲突这种简单冲突形式，且次路车流的穿越决策往往仅靠某一时刻的状态做出判定，未考虑穿越车流时动态调整运行轨迹这一过程。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术的不足，本专利技术提出一种结合预先决策与动态调整的无信控交叉口仿真控制方法及装置，针对无信控交叉口内不同方向的多股车流交互行为进行研究，而非仅考虑少数几股相交车流，同时，考虑了无信控交叉口车流间可能出现的决策冲突问题，对低优先级车流的行驶轨迹进行动态调整，使无信控交叉口仿真控制更为准确全面。技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种结合预先决策与动态调整的无信控交叉口仿真控制方法，具体步骤如下：步骤一：构造无信控交叉口仿真环境，确定车道数据，确定主、次路车流的运行指标，确定车辆行驶采用的动力学模型，定义模型参数指标，确定仿真时间步长；步骤二：根据无信控交叉口通行规则，明确不同车流通行优先权及相互影响；步骤三：对交叉口各进口道车流进行行驶轨迹规划，确定各主次路不同转向车流轨迹相交的冲突点位置坐标；针对每个冲突点分别建立冲突点时间集合，存储将发生冲突的两个不同优先级车流中高优先级车流中的车辆到达其行驶轨迹上相应冲突点时间；步骤四：仿真模拟低优先级车流初步穿行轨迹，针对低优先级车流穿行高优先级车流冲突点类型比较穿行间隙，实现低优先级车流穿行方案预先决策；步骤五：无信控交叉口车流通行影响按通行优先级由高到低层层向下传递，在每一仿真时间步内对低优先级车流穿行交叉口的过程中进行预演轨迹的动态调整；通过调整车辆动力学模型参数实现在进入交叉口过程中规避高优先级车流，顺利实现穿行。作为优选，步骤一中，所述车道数据包括车道长宽、数量、类型、交叉口物理区长宽；所述车流的运行指标，包括车辆产生时间、速度、加速度、转向、车长以及车辆在交叉口物理区及进出口车道行驶轨迹曲线；构造的无信控交叉口各个进口道为双向双车道，车辆生成模型中车型分为小型车和中型车，车辆行驶采用动力学模型为IDM模型；模型自由行驶速度、最大加减速度参数根据无信控交叉口速度限制条件、驾驶者行驶舒适度条件和交叉口物理区长宽限制条件共同进行设置；在各进口道上游路段，车辆自由跟驰行驶，而接近交叉口的减速路段，主路左右转车辆需减速慢行，次路车流中所有转向车流均需在减速路段减速停车，等待可穿越间隙通过。作为优选，步骤二中无信控交叉口，不同转向的交通流，其通行优先权分为四个等级，从高到低优先级的车流依次为：一级的车流：主路直行、主路右转；二级的车流：主路左转、次路右转；三级的车流：次路直行；四级的车流：次路左转。作为优选，步骤三中冲突点时间集合ConM(i,j)用于存储高优先级交通流M内车辆i按其轨迹行驶至第j个冲突点所需时间t(i,j)，计算公式如下式中L(i,j)是指车辆i在其行驶轨迹上到达冲突点j的距离，当车辆i通过相应冲突点后，L(i,j)值为负值，V是指当前仿真时间内车辆i平稳行驶速度，a是指当前仿真时间内车辆i加速度，δ是一个比较阈值；通过此公式计算的时间是对高优先级车辆i到达冲突点的初步判别时间，在无信控交叉口中用于主路左转及次路车辆考虑穿行的预先决策。作为优选，步骤四中每一个仿真时间步，执行以下操作：明确低优先级车辆在交叉口行驶轨迹上穿越高优先级车流的各冲突点和被穿越的高优先级车流到达相对应冲突点时间集合；通过微观仿真推演低优先级车辆行驶轨迹和通过各冲突点的时间序列Tk；当低优先级车辆穿越各冲突点时间Tk均满足高优先级车流到达相应冲突点k时间的可穿越间隙gapk时，即Tk+Δy<gapk，车辆按照仿真预测结果决定穿越；否则进行等待，完成低优先级车辆穿行方案预先决策；其中Δy是初始预判时针对冲突点k类型设置的穿行误差阈值。进一步的，可穿越间隙时间gaph计算公式如下gaph＝ConM(h,j)-ConM(h-1,j)-carl3n,h-1/vh-1式中carlen,h-1和vh-1分别是h-1车的车长和车速，再根据低优先级车流到达相应冲突点k时的时间范围，确定可穿越间隙gapk；低优先级车流穿越高优先级车流的第k个冲突点函数为fk，fk＝1表示车辆可穿越冲突点k，fk＝0表示车辆不可穿越，满足下列公式设车辆i穿越交叉口需要经过n个冲突点，则预先决策函数Fi满足下列公式当Fi＝1时，车辆做出穿行的预先决策，否则车辆减速停车等待；当低优先级车流为主路左转车流，车辆穿越对向主路直行和右转车流，Fi＝1时主路左转车辆按照仿真预测结果决定穿越，否则在与对向主路直行车流冲突点前停车等待穿行；当低优先级车流为次路车流，车辆穿越主路车流，Fi＝1时次路车辆按照仿真预测结果决定穿越，否则在次路进口道停车线前等待穿行。进一步的，穿行误差阈值Δy根据穿越冲突点车流类型和次序的不同进行区别设置，且该阈值服从正态分布Δy～N(y,σ2)；其中y为穿行误差期望均值，σ为标准差；y的取值满足：y＝y0+α+β，其中α值为冲突点敏感系数，β值为冲突穿行次序敏感系数，y0为穿行误差期望初值。进一步的，通过IDM模型推演低优先级车辆从静止开始启动，随仿真迭代以最大加速度为0.8*amax穿行交叉口的过程，推断得到车辆行驶轨迹和通过各冲突点的时间序列Tk，其中amax为交叉口车辆行驶的限制加速度；次路车辆的静止位置在进口道停车线前，主路左转车辆在与主路直行车辆的冲突点前。作为优选，步骤五中低优先级车流穿行的动态调整方法是：步骤5.1：按通行优先权由低到高，明确研究目标车流优先权类别；步骤5.2：确定与研究车流相冲突的高优先级车流，并从中判定高优先级车流中预先决策会与研究车流预先决策出现冲突的车流类型；步骤5.3：在发生预先决策冲突的多股交通流中，针对优先级最低的交通流，在每个仿真时间步中获取会与之决策冲突的较高优先级交通流更新后的冲突点时间集合；变更车辆动力学模型的前车间距参数值，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种结合预先决策与动态调整的无信控交叉口仿真控制方法，其特征在于，该方法具体步骤如下：/n步骤一：构造无信控交叉口仿真环境，确定车道数据，确定主、次路车流的运行指标，确定车辆行驶采用的动力学模型，定义模型参数指标，确定仿真时间步长；/n步骤二：根据无信控交叉口通行规则，明确不同车流通行优先权；优先权最高的车流在通过交叉口时车辆状态变化仅受同车道前车影响，不受其他低优先级流向车辆影响；/n步骤三：对交叉口各进口道车流进行行驶轨迹规划，确定各主次路不同转向车流轨迹相交的冲突点位置坐标；/n针对每个冲突点分别建立冲突点时间集合，存储将发生冲突的两个不同优先级车流中高优先级车流中的车辆到达其行驶轨迹上相应冲突点时间；/n步骤四：仿真模拟低优先级车流初步穿行轨迹，针对低优先级车流穿行高优先级车流冲突点类型比较穿行间隙，实现低优先级车流穿行方案预先决策；/n步骤五：无信控交叉口车流通行影响按通行优先级由高到低层层向下传递，在每一仿真时间步内对低优先级车流穿行交叉口的过程中进行预演轨迹的动态调整；/n通过调整车辆动力学模型参数实现在进入交叉口过程中规避高优先级车流，顺利实现穿行。/n

【技术特征摘要】
1.一种结合预先决策与动态调整的无信控交叉口仿真控制方法，其特征在于，该方法具体步骤如下：
步骤一：构造无信控交叉口仿真环境，确定车道数据，确定主、次路车流的运行指标，确定车辆行驶采用的动力学模型，定义模型参数指标，确定仿真时间步长；
步骤二：根据无信控交叉口通行规则，明确不同车流通行优先权；优先权最高的车流在通过交叉口时车辆状态变化仅受同车道前车影响，不受其他低优先级流向车辆影响；
步骤三：对交叉口各进口道车流进行行驶轨迹规划，确定各主次路不同转向车流轨迹相交的冲突点位置坐标；
针对每个冲突点分别建立冲突点时间集合，存储将发生冲突的两个不同优先级车流中高优先级车流中的车辆到达其行驶轨迹上相应冲突点时间；
步骤四：仿真模拟低优先级车流初步穿行轨迹，针对低优先级车流穿行高优先级车流冲突点类型比较穿行间隙，实现低优先级车流穿行方案预先决策；
步骤五：无信控交叉口车流通行影响按通行优先级由高到低层层向下传递，在每一仿真时间步内对低优先级车流穿行交叉口的过程中进行预演轨迹的动态调整；
通过调整车辆动力学模型参数实现在进入交叉口过程中规避高优先级车流，顺利实现穿行。


2.根据权利要求1所述的一种结合预先决策与动态调整的无信控交叉口仿真控制方法，其特征在于，步骤一中，所述车道数据包括车道长宽、数量、类型、交叉口物理区长宽；所述车流的运行指标，包括车辆产生时间、速度、加速度、转向、车长以及车辆在交叉口物理区及进出口车道行驶轨迹曲线；
构造的无信控交叉口各个进口道为双向双车道，车辆生成模型中车型分为小型车和中型车，车辆行驶采用动力学模型为IDM模型；
模型自由行驶速度、最大加减速度参数根据无信控交叉口速度限制条件、驾驶者行驶舒适度条件和交叉口物理区长宽限制条件共同进行设置；
在各进口道上游路段，车辆自由跟驰行驶，而接近交叉口的减速路段，主路左右转车辆需减速慢行，次路车流中所有转向车流均需在减速路段减速停车，等待可穿越间隙通过。


3.根据权利要求1所述的一种结合预先决策与动态调整的无信控交叉口仿真控制方法，其特征在于，步骤二中无信控交叉口，不同转向的交通流，其通行优先权分为四个等级，从高到低优先级的车流依次为：
一级的车流：主路直行、主路右转；二级的车流：主路左转、次路右转；三级的车流：次路直行；四级的车流：次路左转。


4.根据权利要求1所述的一种结合预先决策与动态调整的无信控交叉口仿真控制方法，其特征在于，步骤三中冲突点时间集合ConM(i，j)用于存储高优先级交通流M内车辆i按其轨迹行驶至第j个冲突点所需时间t(i，j)，计算公式如下



式中L(i，j)是指车辆i在其行驶轨迹上到达冲突点j的距离，当车辆i通过相应冲突点后，L(i，j)值为负值，V是指当前仿真时间内车辆i平稳行驶速度，a是指当前仿真时间内车辆i加速度，δ是一个比较阈值；
通过此公式计算的时间是对高优先级车辆i到达冲突点的初步判别时间，在无信控交叉口中用于主路左转及次路车辆考虑穿行的预先决策。


5.根据权利要求1所述的一种结合预先决策与动态调整的无信控交叉口仿真控制方法，其特征在于，步骤四中每一个仿真时间步，执行以下操作：
明确低优先级车辆在交叉口行驶轨迹上穿越高优先级车流的各冲突点和被穿越的高优先级车流到达相对应冲突点时间集合；
通过微观仿真推演低优先级车辆行驶轨迹和通过各冲突点的时间序列Tk；
当低优先级车辆穿越各冲突点时间Tk均满足高优先级...

【专利技术属性】
技术研发人员：王昊，付之兵，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32