一种基于可变转向道与换道结合的十字路口控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于可变转向道与换道结合的十字路口控制方法，具体包括以下步骤：S1、启动十字路口可变转向道与换道控制算法，路测单元接收车辆信息并传输给中央服务器；S2、控制换道控制区内需要换道的车辆换向目标车道；S3、计算调速控制区内尚未分配通行权的车辆的通行优先级；S4、调整调速控制区内车辆的速度，保证其能安全高效地通过十字路口。本发明专利技术在十字路口交通流不平衡，特别是同一路段的交通流不平衡时，通过可以灵活变化的转向道与换道、调速结合的方法，让车辆从交通拥挤的车道换到交通平稳的车道，从而达到分摊交通流的目的，让交通流较大的转向车辆可以从多个车道同时通过路口，减少车辆的平均等待时间，提高十字路口的通行效率。高十字路口的通行效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于可变转向道与换道结合的十字路口控制方法


[0001]本专利技术属于智能交通信息
，具体涉及一种基于可变转向道与换道结合的十字路口控制方法。

技术介绍

[0002]在全国道路设计越发复杂，十字路口增多，越来越多的人选择私家车出行的大环境下，大规模的交通拥堵随之而来，尤其在十字路口由于红绿灯的固定周期时长、转向车道的数量限制等易造成路口拥堵。特别在上下班高峰期，会出现车流量严重不平衡的现象，对于车道车流量不平衡，红绿灯和转向车道的数量会严重限制十字路口的通行效率，而对于路段车流量不平衡，红绿灯的固定周期时长会造成十字路口的拥堵。
[0003]目前，大多数学者采用自适应红绿灯或智能交通灯控制算法来解决十字路口交通流不平衡情况下的通行效率下降问题。大部分红绿灯控制算法都是通过车载网络、无线通信等检测装置来向中央服务器传输十字路口方圆上公里内的交通参数的实时数据，通过自适应、模糊控制或强化学习等算法训练红绿灯，使其能根据交通实时路况决定下一周期各个颜色的信号灯的时长。但是，这种只针对红绿灯的控制方式存在很多弊端，控制算法只能控制红绿灯一个周期的时长，对于交通流的骤升骤降情况无法做出及时的反应，车辆也会因为等待绿灯而走走停停，不断地起步停车，造成更高的燃油消耗和尾气排放、增加追尾的风险和严重的驾驶不适。
[0004]随着车联网和自动驾驶技术的发展，新兴的网联自动驾驶车辆不但可以进行实时信息的传输，还可以严格按照给定的指令行驶。既可以克服红绿灯控制的劣势，又可以根据交通实时路况及时做出反应，减少车辆启停的频率，还能控制车辆或车队以指定的速度到达十字路口中心。因此，新兴的网联自动驾驶车辆技术能更高效发挥可变转向道与换道控制的优势。
[0005]专利文献CN104240522A公布了一种基于车载网和模糊神经网络的自适应十字路口控制技术，该方法基于车载网络，通过无线通信实时传输路况到中央控制器，由中央控制器实时给出调度方案，同时中央控制器结合模糊神经网络技术，控制车辆分组通过十字路口，并通过强化学习算法使得控制器有不断学习的能力。但这种方法仍然遵循了不可变的转向道，在某个转向的车流量较大，而其他转向的车流量较小的情况下，会严重限制十字路口的车辆通行公平性及通行效率。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种基于可变转向道与换道结合的十字路口控制方法，在网联自动驾驶车的交通条件下，在十字路口通过可变转向道与换道结合的控制方法，对路段上的车辆进行换道、分队和调速控制，从而减少车辆的平均等待时间，使得即使在交通流严重不平衡的情况下也能保证车辆通行的公平性，提高十字路口通行效率。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供以下技术方案：一种基于可变转向道与换道结合的
十字路口交通流优化控制方法。具体包括以下步骤：
[0008]S1、将十字路口划分为一个中心冲突区和四个臂展路段(e)，臂展路段沿着车辆驶向中心冲突区的方向划分为换道(Lane Change，LC)控制区、匀速区和调速(Speed Adjustment，SA)控制区；
[0009]所述四条臂展路段按照西北东南方向分别编号为e＝0,1,2,3；沿着车道宽度方向，从右到左将车道编号为k,k∈{0,1,
…
,N}；由于车道转向可变，每条车道都有三条可能的穿行轨迹，因此将车辆所有可能穿过中心冲突区的路径用{臂展路段编号e，车道编号k，转向方向}三元组表示，在三车道的十字路口交通环境下，这样的组合一共有36种，按照西北东南转向，以车道从右至左为基准，按照右转、直行、左转的顺序依次编号为p，p＝0,1,
…
,35；
[0010]所述十字路口四条路段分别部署路测单元(RSU)，通过RSU收集所述控制区中每一辆车的位置、速度和路径信息；将RSU收集到的信息传输到中央服务器中进行运算；
[0011]S2、以臂展路段为单位分别计算LC控制区的车道等级，然后判断是否需要均衡车道流量负载；根据LC控制区的车道等级和每条车道的负载均衡紧迫度，对所述换道控制区的车辆进行换道控制；
[0012]S3、根据所述SA控制区和匀速区的头车的行驶时间和车队长度，计算每条车道的通行优先级；
[0013]根据所述通行优先级，给优先级最高且路径互相不冲突的头车分配通行权；
[0014]S4、对所述匀速区和SA控制区的车辆进行调速控制；
[0015]根据车队头车收到通行权的时间、不调速到达中心冲突区的时间和控制算法计算出的要求头车到达中心冲突区的时间，计算车辆的调速周期；
[0016]根据所述头车的调速周期，控制头车的速度；
[0017]根据所述车队长度，控制车队中的跟随车辆与前车保持最小安全距离。
[0018]进一步的，所述S1中所述RSU与车辆采用无线连接信号传输信息，且与所述中央服务器采用有线连接传输信息；所述车辆均设有定位系统和无线通信设备。
[0019]进一步的，所述S2包括以下步骤：
[0020]S21：根据所述LC控制区中的每条车道的车辆数量和每条车道已经获得通行权的车队数量及车队长度，以臂展路段为单位计算车道等级；
[0021]S22：引入参数r∈[0,1]刻画LC控制区中车道的负载均衡紧迫度之间的关系，参数r的取值与车道之间单位交通流的比值有关，高流量车道与低流量车道的单位车流量比值越大，r的取值越大，r越大说明车流量越不均衡；
[0022]S23：对所述LC控制区的车辆进行换道控制，若一级车道与三级车道相邻，控制一级车道的m辆车换向三级车道；若一级车道与三级车道不相邻，首先控制二级车道的车辆换向三级车道，然后控制一级车道的m辆车换向二级车道；
[0023]进一步的，所述S3包括以下步骤：
[0024]S31：获取处于调速控制区的每条车道的尚未分配通行权的第一辆车的信息，这些车被称为优先级头车；
[0025]获取处于匀速区的每条车道的第一辆车的信息，这些车被称为次优先级头车；
[0026]S32：根据处于调速控制区内的每条车道的尚未分配通行权的第一辆车、即车道头
车的行驶时间，计算车道的优先级；
[0027]S33：根据所述S31计算的优先级，在优先满足高优先级车道的通行权的情况下，计算出所有路径不冲突的优先级头车作为一级通行头车；
[0028]S34：根据处于匀速区的头车信息，首先遍历匀速区头车，计算与一级通行头车路径不冲突的头车，得到待选次级通行头车，然后计算次级通行头车的优先级，在优先满足高优先级头车通行权的前提下，计算得到互相不冲突的次级通行头车，这些次级通行头车和一级通行头车共同组成此次的通行头车；
[0029]进一步的，所述S33和所述S34中车辆的路径计算方式包括以下步骤(只考虑车辆穿过中心冲突区的路径轨迹)：
[0030]1)直行轨迹方程：
[0031][0032]直行车辆通过中心冲突区所需的时间
[0033][00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于可变转向道与换道结合的十字路口控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将十字路口划分为一个中心冲突区和四个臂展路段(e)，臂展路段沿着车辆驶向中心冲突区的方向划分为换道(Lane Change，LC)控制区、匀速区和调速(Speed Adjustment，SA)控制区；所述四条臂展路段按照西北东南方向分别编号为e＝0,1,2,3；沿着车道宽度方向，从右到左将车道编号为k,k∈{0,1,
…
,N}；由于车道转向可变，每条车道都有三条可能的穿行轨迹，因此将车辆所有可能穿过中心冲突区的路径用{臂展路段编号e，车道编号k，转向方向}三元组表示，在三车道的十字路口交通环境下，这样的组合一共有36种，按照西北东南转向，以车道从右至左为基准，按照右转、直行、左转的顺序依次编号为p，p＝0,1,
…
,35；所述十字路口四条路段分别部署路测单元(RSU)，通过RSU收集所述控制区中每一辆车的位置、速度和路径信息；将RSU收集到的信息传输到中央服务器中进行运算；S2、以臂展路段为单位分别计算LC控制区的车道等级；根据LC控制区的车道等级，对所述换道控制区的车辆进行换道控制；S3、根据SA控制区中车队头车的行驶时间和车队长度，计算每个车队的通行优先级；根据所SA控制区中车队的通行优先级，给每个车队分配中心冲突区的通行资源；S4、对获得通行权的车队进行速度控制；根据车队头车收到通行权的时间、不调速到达中心冲突区的时间和控制算法计算出的要求头车到达中心冲突区的时间，计算车辆的调速周期；根据头车的调速周期，控制头车的速度；根据车队长度，控制车队中的跟随车辆与前车保持最小安全距离。2.根据权利要求1所述的基于可变转向道与换道结合的十字路口控制方法，其特征在于，S1中所述RSU与车辆采用无线连接信号传输信息，RSU与中央服务器采用有线连接传输信息；所述车辆均安装有全球定位系统和无线通信装置。3.根据权利要求1所述的基于可变转向道与换道结合的十字路口控制方法，其特征在于，S2中车辆的换道控制包括以下步骤：S21：根据LC控制区中的每条车道的车辆数量和每条车道已经获得通行权的车队数量及车队长度，以臂展路段为单位计算车道等级；S22：根据LC控制区的车道等级，计算一级车道的负载均衡迫切值与二级车道和三级车道的负载均衡迫切值，引入参数r∈[0,1]刻画两者之间的关系，若满足条件，控制高等级车道车辆换向低等级车道；S23：对LC控制区的车辆进行控制，若一级车道与三级车道相邻，控制一级车道的m辆车换向三级车道；若一级车道与三级车道不相邻，首先控制二级...

【专利技术属性】
技术研发人员：谷振宇，张旭，聂文迪，刘仁韬，吴琼，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：