一种面向混合交通流的车辆轨迹与交通信号协同控制方法技术

本发明专利技术公开了一种面向混合交通流的车辆轨迹与交通信号协同控制方法，包括：进口道区域划分，将进口道区域划分为规划区和控制区；车队划分；根据车队驶入控制区域边界的信息生成车辆初始轨迹；建立优化信号配时的MILP模型；求解信号优化模型，得到各个通行方向的配时信息；结合配时信息，对车队中的车辆进行轨迹规划或轨迹预测；当有新的车队驶入时，开启下一周期的协同控制。本发明专利技术实现了车辆轨迹与交通信号的协同控制，在保证车辆安全通行的前提下，灵活调节每个通行方向车辆的通行次序和通行时间，进一步提高了信号控制交叉口的时空资源利用率，且本发明专利技术对不同交通流量、不同交叉口以及不同自动驾驶车辆渗透率的场景均可实现有效的协同控制。实现有效的协同控制。实现有效的协同控制。

【技术实现步骤摘要】
一种面向混合交通流的车辆轨迹与交通信号协同控制方法


[0001]本专利技术涉及道路交通控制
，更具体的说是涉及一种面向混合交通流的车辆轨迹与交通信号协同控制方法。

技术介绍

[0002]改善交叉口运行状态是提高城市道路交通系统运行效率的关键。交通信号主要从时间分配的角度为不同通行方向的车辆赋予通行权，是一种被动控制方法。合理的信号配时在保证车辆通行秩序的前提下，可以缓解交叉口的交通拥堵。车辆的轨迹控制从主动适应的角度出发，通过引导和规划车辆的行驶轨迹，减小交通信号对交通流的影响，实现生态驾驶，为解决城市道路交通问题提供了新思路。
[0003]传统的交叉口信号控制大多基于历史流量数据或由固定线圈、视频检测等方式获取到的交通流信息对路权进行分配，存在测量精度低、实时性差、受环境影响较大等问题，难以应对复杂的混行交通环境。在网联环境下，根据实时采集的车辆轨迹信息，建立信号配时优化模型，根据交叉口车辆的驶入信息，生成最佳信号配时方案。得益于自动驾驶技术和网联技术的发展，自动驾驶车辆的轨迹控制逐渐成为本领域的研究热点。现有的自动驾驶车辆轨迹本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向混合交通流的车辆轨迹与交通信号协同控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：将信号交叉口进口道划分为规划区和控制区；当有车辆到达规划区与控制区的交汇边界时，开启协同控制，记录控制开始时刻，并将控制开始时刻的信号交叉口中各个通行方向规划区内的所有车辆作为该通行方向的一个车队，采集各个车队中所有车辆的车辆信息并进行编队；步骤2：根据车辆信息和编队信息，生成车队中各车辆的初始轨迹；步骤3：根据信号交叉口各个通行方向当前的绿灯开始时间和绿灯持续时间，结合车辆的初始轨迹，采用最大延误估算方法估算获得每辆车的行驶延误值，并根据绿灯开始时间、绿灯持续时间和所述行驶延误值计算一个信号周期内各通行方向当前车队所有车辆的平均行驶延误值和平均剩余绿灯时间，以平均行驶延误值和平均剩余绿灯时间之和最小化为优化目标，确定约束条件，建立MILP模型；步骤4：求解MILP模型，得到各个通行方向的配时信息；步骤5：对车辆类型进行判断，并根据配时信息对车队中所有车辆的轨迹进行分析，获得行驶轨迹，车辆按照所述行驶轨迹行驶；步骤6：当检测到有新的车辆驶入规划区与控制区交汇边界时，进入步骤1，开启下一信号周期的协同控制。2.根据权利要求1所述的一种面向混合交通流的车辆轨迹与交通信号协同控制方法，其特征在于，车辆到达停车线前依次经过规划区与控制区；在规划区采集车辆信息，包括车辆在某一时刻对应的速度和位置；对车辆进行编队，划分为头车和跟随车，包括自动驾驶车辆和人工驾驶车辆，以车队形式驶离信号交叉口；当车辆与前车的车头时距小于设定时距阈值时，则当前车辆为跟随车，处于跟驰状态，保持与前车相同速度匀速行驶；当车辆与前车的车头时距大于设定时距阈值时，则当前车辆为头车，处于自由行驶状态，按照随机给定速度匀速行驶。3.根据权利要求1所述的一种面向混合交通流的车辆轨迹与交通信号协同控制方法，其特征在于，采集的车辆信息包括车辆位置和车辆行驶速度；步骤2中根据车辆位置和车辆行驶速度预测车辆进入控制区的驶入状态信息，包括驶入时间和驶入速度；信号交叉口共有I*J个通行方向，I表示进口道总数，J表示每个进口道的通行方向；每个通行方向的车队的车辆数为N
ij
(i∈I,j∈J)；以规划区和控制区的交汇边界为坐标原点，记录控制开始时刻t
00
，以及控制开始时刻t
00
车辆n(n∈N
ij
)的车辆位置l
np
和车辆行驶速度v
np
，计算车辆n距离规划区与控制区的交汇边界l
d
的距离d
nd
，预测车辆n驶入控制区的驶入时间和驶入速度，表达式为：d
nd
＝|l
d
‑
l
np
|v
n0
＝v
np
。4.根据权利要求3所述的一种面向混合交通流的车辆轨迹与交通信号协同控制方法，其特征在于，所述步骤2中车辆n的初始轨迹为车辆按照先加速后匀速的方式行驶时车辆n
在t时刻的位置x
n
(t)，具体表示为：(t)，具体表示为：式中，v
n0
表示车辆n驶入控制区的初始速度，表示车辆n的加速度，t
n0
表示车辆n驶入控制区的初始时间，v
max
表示道路允许行驶的最大速度，t
na
表示加速结束的时刻，t
ne
表示车辆n到达停车线的时刻。5.根据权利要求1所述的一种面向混合交通流的车辆轨迹与交通信号协同控制方法，其特征在于，所述步骤3具体实现过程包括：步骤31：判断车辆n是否为车队头车，如果为车队头车则进入步骤32，否则进入步骤33；步骤32：若车辆n是车队头车，则根据车辆n按照初始轨迹到达停车线的时刻t
ne
，以及当前通行方向绿灯开始时刻T
ij
，判断车辆n是否会在绿灯时期到达停车线；若t
ne
>T
ij
，表明车辆n在绿灯时期到达停车线，此时车辆n的行驶延误值d
n
表达式为：式中，L表示规划区和控制区的交汇边界到停车线的距离；t
n0
表示车辆n驶入控制区的初始时间；v
max
表示道路允许行驶的最大速度；否则，表明车辆n会在绿灯开始前到达停车线，此时车辆n的行驶延误值d
n
表达式为：步骤33：若车辆n不是车队头车，则车辆n为跟随车；根据前车n
‑
1到达停车线的时刻maxt
(n
‑
1)e
与车辆n到达停车线的时刻t
ne
判断当前车辆n的行驶状态；若maxt
(n
‑
1)e
≤t
ne
，则不需要对轨迹调整，车辆n的按照自由状态行驶；否则，判断车辆n与前车保持跟驰行驶，需要对车辆延误进行估算，在满足最小安全间距的前提下，车辆n与前车n
‑
1到达停车线的时间关系为：t
ne
＝t
(n
‑
1)e
+Δt1+Δt2式中，Δt1为车辆n
‑
1从停车线处继续向前行驶至车辆间最小安全间距s的时间；Δt2为车辆间的最小安全时距；t
(n
‑
1)e
为车辆n
‑
1到达停车线的时刻；通过计算Δt1的最大值获得Δt1的精确值：
此时，估算的车辆行驶延误值为：步骤34：计算各个通行方向车队中所有车辆的平均行驶延误值与各通行方向的平均剩余绿灯时间，并最小化平均行驶延误值与各通行方向的平均剩余绿灯时间的加权和获得MILP模型的优化目标，具体为：式中，N
ij
表示通行方向PH(i,j)中规划车队的车辆数，T
ij
表示通行方向PH(i,j)中绿灯开始时间，g
ij
表示通行方向PH(i,j)中绿灯持续时间，I*J表示通行方向...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁川，赵慧敏，高剑，鲁光泉，于滨，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：