一种面向车路协同环境的路侧单元布设方法技术

本发明专利技术公开了一种面向车路协同环境的路侧单元布设方法，根据出行方式将出行者分为非网联用户和网联用户，并将路网抽象为有向图；根据非网联车当量系数，对非网联车当量系数的均值、方差关于网联车混入率的函数曲线进行拟合；根据路段旅行时间期望，利用混合交通网络均衡条件表征网联车与非网联车的路径选择行为；利用混合整数线性规划模型表征面向车路协同环境的路侧单元布设问题；使用Gurobi求解器求解混合整数线性规划模型，得到路侧单元在路网中的布设位置。本发明专利技术通过路侧单元的布设支持网联车各项功能的稳定运行，实现城市路网通行效率与系统可靠性的共同提升，为车路协同环境下的智能网联设施规划提供参考依据。境下的智能网联设施规划提供参考依据。境下的智能网联设施规划提供参考依据。

【技术实现步骤摘要】
一种面向车路协同环境的路侧单元布设方法


[0001]本专利技术涉及智能交通领域，特别涉及一种面向车路协同环境的路侧单元布设方法。

技术介绍

[0002]随着智能交通的发展，通过将智能网联汽车混入交通道路环境中能够改善交通流内在特性，实现道路通行效率、交通安全水平、节能减排效果的全面提升。
[0003]为充分发挥网联车的技术优势，降低非网联车对网联车间信息交互的不利影响，可布设包括路侧感知单元、路侧通信单元、路侧计算单元在内的网联车辅助驾驶设施。这些路侧单元能够利用摄像机、毫米波雷达、激光雷达等传感器完成对路况的实时感知，通过V2I(vehicle
‑
to
‑
infrastructure)通讯技术将交通环境信息传递给附近的网联车，拓展网联车的感知范围，从而解决网联车因缺少信息交互而从协同自适应巡航控制(cooperative adaptive cruise control,CACC)降级为自适应巡航控制(adaptive cruise control,ACC)的问题。如何在预算资金有限的情况下对路侧单元进行合理规划和布设一直是智能交通领域亟需解决的问题。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：针对以上问题，本专利技术目的是提供一种面向车路协同环境的路侧单元布设方法。
[0005]技术方案：本专利技术的一种面向车路协同环境的路侧单元布设方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1，根据出行方式将出行者分为非网联用户和网联用户，将路网中的路段分为路侧单元路段和常规路段，并将路网抽象为有向图；
[0007]步骤2，根据非网联车当量系数，对非网联车当量系数的均值、方差关于网联车混入率的函数曲线进行拟合；
[0008]步骤3，根据路段旅行时间期望，利用混合交通网络均衡条件表征网联车与非网联车的路径选择行为；
[0009]步骤4，利用混合整数线性规划模型表征面向车路协同环境的路侧单元布设问题；
[0010]步骤5，使用Gurobi求解器求解混合整数线性规划模型，得到最优方案；其中最优方案包括路侧单元在路网中的布设位置。
[0011]进一步，所述步骤2包括：
[0012]令表示常规路段上的非网联车当量系数，表示为该路段上网联车混入率r的函数，表达式为：
[0013][0014]式中，分别表示非网联车跟随非网联车、非网联车跟随网联车、网联车跟随非网联车、网联车跟随网联车四种跟车场景的平均饱和车头时距，p
HH
、
p
HH
、p
AH
、p
HH
分别表示以上四种跟车场景在混行车队中的发生频率；
[0015]将当量系数记为HVE系数，常规路段上的非网联车HVE系数服从正态分布，即其中下角标a表示路段标号，和分别为路段a上HVE系数的均值和方差，均为路段a上网联车混入率r
a
的函数。
[0016]进一步，所述步骤2还包括：
[0017]利用仿真抽样方法对和函数曲线进行拟合，包括以下子步骤：
[0018]步骤20，初始化以下参数，包括饱和车头时距样本规模通行能力下界Λ和上界以及混入率误差阈值ε，并令样本数量n＝1；其中Λ和均取为整数；
[0019]步骤21，根据已知网联车混入率r生成初始车队：其中车队用0
‑
1向量表示，元素为0表示该位置为非网联车，为1表示该位置为网联车；
[0020](i)按照饱和车头时距生成一个包含辆非网联车的车队，即长度为的零向量；
[0021](ii)在该零向量中随机选择个位置，将这些位置替换为网联车，即把对应位置的元素由0替换为1；其中表示向上取整符号；
[0022]步骤22，检验生成车队的可行性：
[0023](i)从第一个位置开始，根据每个位置的跟驰场景和饱和车头时距，计算当前位置的累积车头时距，当累积车头时距大于3600秒时，在此处截断车队，舍弃未累积到的车辆，并根据公式(1)计算车队的HVE系数
[0024](ii)计算车队的实际网联车混入率若返回为第n个样本的HVE系数，并令n＝n+1；否则，令n＝n；
[0025]步骤23，若终止算法并返回个样本的HVE系数，计算样本均值与方差；否则，返回至步骤21；
[0026]步骤24，通过在不同混入率场景下依次进行步骤21
‑
步骤23的抽样过程，得到两组数据点以及以及分别用于拟合和的函数曲线。
[0027]进一步，所述步骤3具体包括：
[0028]对于常规路段和路侧单元路段，路段a上的非网联车当量流量V
a
表达式为服从正态分布均值和方差的表达式为：
[0029][0030]其中v
a,H
、v
a,A
分别为路段a上的非网联车流量和网联车流量；根据出行方式把出行者分为非网联车用户和网联车用户两类，分别用H和A表示，用户类别集合用M＝{H,A}表示；两类路段的旅行时间期望、方差可分别通过下式(3)和(4)计算得到：
[0031][0032][0033]其中T
a
为路段a上的旅行时间，t
a,0
为路段a在自由流条件下的旅行时间，N
a
为路段a的车道数，为非网联车交通的道路通行能力，满足α和β为参数，期望E[(V
a
)
β
]和方差D[(V
a
)
β
]根据正态分布变量k阶中心矩和原点矩公式得到；
[0034]令TT
a
表示路段a的系统旅行时间，其期望和方差表示为：
[0035][0036][0037]式中的协方差Cov(V
a
,(V
a
)
β+1
)通过下式计算得到：
[0038]Cov(V
a
,(V
a
)
β+1
)＝E[(V
a
)
β+2
]‑
E[(V
a
)
β+1
]E(V
a
)
ꢀꢀꢀ
(7)
[0039]将公式(3)
‑
(6)统称为路段效用函数；
[0040]令表示常规路段的旅行时间期望，表示路侧单元路段的旅行时间期望；用0
‑
1变量X
a
表征路侧单元的布设方案，若路段a布设了路侧单元则X
a
＝1，否则X
a
＝0，定义用户类别m在路段a上的广义路段出行成本g
a,m
表达式为：
[0041][0042]其中Γ表示路段集合，常规路段集合Γ1，路侧单元路段集合Γ2，和分别为非网联车用户和网联车用户的总出行需求，即所有OD对的出行需求之和；根据路段
‑
路径关系，用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向车路协同环境的路侧单元布设方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，根据出行方式将出行者分为非网联用户和网联用户，将路网中的路段分为路侧单元路段和常规路段，并将路网抽象为有向图；步骤2，根据非网联车当量系数，对非网联车当量系数的均值、方差关于网联车混入率的函数曲线进行拟合；步骤3，根据路段旅行时间期望，利用混合交通网络均衡条件表征网联车与非网联车的路径选择行为；步骤4，利用混合整数线性规划模型表征面向车路协同环境的路侧单元布设问题；步骤5，使用Gurobi求解器求解混合整数线性规划模型，得到最优方案；其中最优方案包括路侧单元在路网中的布设位置。2.根据权利要求1所述的面向车路协同环境的路侧单元布设方法，其特征在于，所述步骤2包括：令表示常规路段上的非网联车当量系数，表示为该路段上网联车混入率r的函数，表达式为：式中，分别表示非网联车跟随非网联车、非网联车跟随网联车、网联车跟随非网联车、网联车跟随网联车四种跟车场景的平均饱和车头时距，p
HH
、p
HH
、p
AH
、p
HH
分别表示以上四种跟车场景在混行车队中的发生频率；将当量系数记为HVE系数，常规路段上的非网联车HVE系数服从正态分布，即其中下角标a表示路段标号，和分别为路段a上HVE系数的均值和方差，均为路段a上网联车混入率r
a
的函数。3.根据权利要求2所述的面向车路协同环境的路侧单元布设方法，其特征在于，所述步骤2还包括：利用仿真抽样方法对和函数曲线进行拟合，包括以下子步骤：步骤20，初始化以下参数，包括饱和车头时距样本规模通行能力下界Λ和上界以及混入率误差阈值ε，并令样本数量n＝1；其中Λ和均取为整数；步骤21，根据已知网联车混入率r生成初始车队：其中车队用0
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1向量表示，元素为0表示该位置为非网联车，为1表示该位置为网联车；(i)按照饱和车头时距生成一个包含辆非网联车的车队，即长度为的零向量；(ii)在该零向量中随机选择个位置，将这些位置替换为网联车，即把对应位置的元素由0替换为1；其中表示向上取整符号；步骤22，检验生成车队的可行性：(i)从第一个位置开始，根据每个位置的跟驰场景和饱和车头时距，计算当前位置的累积车头时距，当累积车头时距大于3600秒时，在此处截断车队，舍弃未累积到的车辆，并根
据公式(1)计算车队的HVE系数(ii)计算车队的实际网联车混入率若返回为第n个样本的HVE系数，并令n＝n+1；否则，令n＝n；步骤23，若终止算法并返回个样本的HVE系数，计算样本均值与方差；否则，返回至步骤21；步骤24，通过在不同混入率场景下依次进行步骤21
‑
步骤23的抽样过程，得到两组数据点以及以及分别用于拟合和的函数曲线。4.根据权利要求3所述的面向车路协同环境的路侧单元布设方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：对于常规路段和路侧单元路段，路段a上的非网联车当量流量V
a
表达式为服从正态分布均值和方差的表达式为：其中v
a,H
、v
a,A
分别为路段a上的非网联车流量和网联车流量；根据出行方式把出行者分为非网联车用户和网联车用户两类，分别用H和A表示，用户类别集合用M＝{H,A}表示；两类路段的旅行时间期望、方差可分别通过下式(3)和(4)计算得到：路段的旅行时间期望、方差可分别通过下式(3)和(4)计算得到：其中T
a
为路段a上的旅行时间，t
a,0
为路段a在自由流条件下的旅行时间，N
a
为路段a的车道数，为非网联车交通的道路通行能力，满足α和β为参数，期望E[(V
a
)
β
]和方差D[(V
a
)
β
]根据正态分布变量k阶中心矩和原点矩公式得到；令TT
a
表示路段a的系统旅行时间，其期望和方差表示为：表示路段a的系统旅行时间，其期望和方差表示为：式中的协方差Cov(V
a
,(V
a
)
β+1
)通过下式计算得到：Cov(V
a
,(V
a
)
β+1
)＝E[(V
a
)
β+2
]
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E[(V
a
)
β+1
]E(V
a
)
ꢀꢀꢀꢀ
(7)将公式(3)
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(6)统称为路段效用函数；令表示常规路段的旅行时间期望，表示路侧单元路段的旅行时间期望；用0
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1变量X
a
表征路侧单元的布设方案，若路段a布设了路侧单元则X
a
＝1，否则X
a
＝0，定义用户类别m在路段a上的广义路段出行成本g
a,m
表达式为：
其中Γ表示路段集合，常规路段集合Γ1，路侧单元路段集合Γ2，和分别为非网联车用户和网联车用户的总出行需求，即所有OD对的出行需求之和；根据路段
‑
路径关系，用户类别m在路径r上的广义出行成本表示为：式中，δ
a,r
为根据路网拓扑结构确定的路段
‑
路径关系参数，δ
a,r
＝1表示路段a属于路径r，δ
a,r
＝0表示路段a不属于路径r；路网OD...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆建，张放，胡晓健，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：