一种基于中转站的自动驾驶交叉口行人过街方法

1.本发明属于智能交通控制领域，涉及针对自动驾驶交叉口行人过街的交通管控技术领域，本发明在交叉口中心设置一个行人中转站，并基于中转站提出一种集中转运行人的方法。


背景技术：

2.自动驾驶技术是当今交通领域研究的热点，也是未来交通发展的趋势。自动驾驶车辆在通行交叉口时能进行信息交互，按照一定的通行规则相互协作，避免交通冲突，无障碍通过交叉口，从而有效缓解交通拥堵，减少交通事故，且提高通行效率。在自动驾驶车辆相互穿插通行交叉口的同时，交叉口不再为行人过街设置信号灯和过街相位，而行人按无信号交叉口的过街方式通过交叉口，将会对自动驾驶车辆造成频繁的干扰，且难以保障过街行人的安全。
3.本发明在交叉口内部设置行人中转站，并在交叉口各角落设置行人过街摆渡车停靠点，由行人过街摆渡车从各交叉口角落将行人集中转运到中转站，再将中转站上的行人分别运送到目的过街需求点，从而实现行人的安全过街。本专利需解决的问题是，当同时有一辆或多辆行人过街摆渡车运行时，如何制定行人过街摆渡车的行驶方案，确定每辆行人过街摆渡车在各停靠点及中转站的上下客人数、最佳行驶路径，使得各交叉口角落的行人过街需求得到最大限度的满足。
4.经过现有技术的文献检索发现，针对考虑行人过街的自动驾驶交叉口交通控制研究，主要从分析行人和自动驾驶车辆之间的冲突，以及行人决策方面进行的研究较多，但对于在自动驾驶交叉口设置行人过街摆渡车的研究很少。目前没有在交叉口内部设置行人中转站，并根据行人过街需求，利用行人过街摆渡车集中运送行人，制定摆渡车运行方案的研究。


技术实现要素：

5.技术问题：本发明在交叉口中心设置行人中转站，并基于中转站提供一种利用摆渡车集中转运行人的方法，确定摆渡车的运行方案，减少行人和车辆之间的冲突，在确保行人能够安全过街的同时提高行人过街的效率；
6.技术方案：为解决上述技术问题，本发明的方法，包括如下步骤：步骤1：确定交叉口和行人中转站的基本信息，确定行人过街摆渡车的基本参数，采集交叉口各角落和中转站的行人过街需求量；步骤2：根据交叉口各角落和中转站上的行人过街需求量、行人过街摆渡车的数量、摆渡车的容量限制，建立载客量与行驶路径选择的约束条件；步骤3：根据行人过街摆渡车在各节点和中转站之间的运行时间，以所有行人过街摆渡车的行驶总时间最小为目标，计算每辆摆渡车在交叉口内部的最佳通行方案。
7.所述步骤1，包括如下步骤：
步骤11：采集交叉口和中转站的基本信息，包括：交叉口的类型、车道数及车道宽度，以及行人中转站的大小；确定行人过街摆渡车的基本参数，包括：行人过街摆渡车的数量，用n表示；第k辆行人过街摆渡车的容量，用ck表示，其中k∈n，单位为人；第k辆行人过街摆渡车在各节点的停靠时间用fk表示，单位为秒；第k辆行人过街摆渡车在中转站的停靠时间用f
′k表示，单位为秒；行人过街摆渡车在交叉口的停靠点分布在交叉口的四个角落，即1、2、3、4四个位置，每个位置可停靠1辆行人过街摆渡车，摆渡车在停靠点出发或到达；行人过街摆渡车出发节点集合用o表示，o＝{1,2,3,4}，到达节点集合用d表示，d＝{1,2,3,4}，出发节点用i表示，到达节点用j表示，其中i∈o,j∈d，使用i
→
j表示行人过街摆渡车由节点i出发经中转站后运行至到达节点j；当交叉口为y型或t型交叉口时，行人过街摆渡车在交叉口的停靠点分布在交叉口的三个角落，即1、2、3三个位置；行人过街摆渡车在节点i、j之间行驶时间用c
i,j
表示，其中i∈o,j∈d，根据交叉口车道数、车道宽度及行人过街摆渡车的行驶速度计算c
i,j
；以行人过街摆渡车从节点i出发，经中转站后行驶至节点j的时间作为时间窗的长度。所述步骤2，根据交叉口各角落和中转站上的行人过街需求量、行人过街摆渡车的数量、摆渡车的容量限制，建立载客量与行驶路径选择的约束条件，包括如下步骤：步骤21：行人过街摆渡车从节点i出发后，只能行驶到某一个到达节点j，各角落停靠点仅允许停靠1辆行人过街摆渡车；r
t,k,i
→j表示第t个时间窗，第k辆行人过街摆渡车从节点i出发到节点j的轨迹，r
t,k,i
→j为二元决策变量，当r
t,k,i
→j＝1表示摆渡车在该轨迹通行，否则摆渡车不在该轨迹通行，轨迹r
t,k,i
→j满足公式(1)-(3)的约束：(3)的约束：(3)的约束：设置第一个时间窗行人过街摆渡车的出发节点。当行人过街摆渡车的数量为1时，摆渡车从节点1出发，满足公式(4)约束；当行人过街摆渡车的数量为2时，摆渡车分别从节点1和节点2出发，满足公式(4)-(5)；当行人过街摆渡车的数量为3时，摆渡车分别从节点1、节点2和节点3出发，满足公式(4)-(6)约束：(6)约束：(6)约束：第t个时间窗，第k辆行人过街摆渡车的路径起点应为第t-1个时间窗摆渡车行驶路径的终点，满足公式(7)约束：步骤22：第t个时间窗，出发节点为i且到达节点为j的行人需求量d
t,i
→j用公式(8)表示；公式(8)中，d
t-1,i
→j表示第t-1个时间窗，出发节点为i且到达节点为j的行人需求量；b
t-1,k,i
→j表示第t-1个时间窗，第k辆行人过街摆渡车在出发节点i搭载到达节点为j的乘客人数；
第t个时间窗，第k辆行人过街摆渡车在出发节点i搭载到达节点为j的实际行人数量b
t,k,i
→j满足公式(9)-(14)约束：(14)约束：(14)约束：(14)约束：公式(9)-(12)中，b
max,t,k,i
→j为中间变量，表示第t个时间窗，第k辆行人过街摆渡车在节点i搭载到达节点为j的行人数量的最大值，单位为人；b
min,t,k,i
→j为中间变量，表示第t个时间窗，第k辆行人过街摆渡车在节点i搭载到达节点为j的行人数量的最小值，单位为人；m为大正数；为人；m为大正数；考虑行人摆渡车的容量限制ck，第t个时间窗，第k辆摆渡车离开出发节点i的实际载客量l
t,k,i
满足公式(15)约束：步骤23：第t个时间窗，行人过街摆渡车到达中转站并完成下客后，中转站上过街方向为i
→
j的等待行人数量q
t,i
→j满足公式(16)约束：公式(16)中q
t-1,i
→j表示第t-1个时间窗，行人过街摆渡车到达中转站并完成下客后，中转站上过街方向为i
→
j的等待行人数量；s
t-1,k,i
→j表示第t-1个时间窗，在中转站搭乘第k辆行人过街摆渡车的过街方向为i
→
j的行人数量，s
′
t,k,i
→j表示第t个时间窗，第k辆行人过街摆渡车在中转站下车行人中过街方向为i
→
j的行人数量；第t个时间窗，第k辆行人过街摆渡车上的乘客全部在中转站下车，下车的行人数量s
′
t,k,i
→j由公式(17)计算；第t个时间窗，第k辆行人过街摆渡车在中转站搭载过街方向为i
→
j的行人实际数量满足公式(18)-(23)约束：(23)约束：(23)约束：(23)约束：公式(18)-(21)中，s
max,t,k,i
→j为中间变量，表示第t个时间窗，第k辆行人过街摆渡车在中转站搭载过街方向为i
→
j的行人数量的最大值；s
min,t,k,i
→j为中间变量，表示第t个时间窗，第k辆行人过街摆渡车在中转站搭载过街方向为i
→
j的行人数量的最小值；j的行人数量的最小值；
考虑行人过街摆渡车的容量限制ck，第t个时间窗，第k辆摆渡车从中转站出发，驶向到达节点j的实际载客量l
′
t,k,j
满足公式(24)约束；步骤3：根据行人过街摆渡车在各节点和中转站之间的运行时间，以所有行人过街摆渡车的行驶总时间最小为目标，计算每辆摆渡车在交叉口内部的最佳通行方案。步骤31：第t-1个时间窗，第k辆行人过街摆渡车到达节点i的时刻用p
t-1,i,k
表示，第t个时间窗离开节点i的时刻用p
t,i,k
表示，满足公式(25)-(26)约束：公式(25)中fk表示行人过街摆渡车在角落节点的停靠时间，单位为秒；公式(26)中f
′k表示行人过街摆渡车在中转站的停靠时间；ci→j表示摆渡车在节点i、j之间的旅行时间；用t
t,k,j
表示经过路径r
t,k,i
→j的摆渡车由中转站出发的时刻，满足公式(27)约束，用t
′
t,k,j
表示经过路径r
t,k,j
→
p
的摆渡车到达中转站的时刻，满足公式(28)约束，为避免同一条通道上同时存在两辆摆渡车，同一时间窗内，第m辆行人过街摆渡车到达中转站的时刻应小于等于第k辆行人过街摆渡车从中转站出发的时刻，满足公式(29)约束：人过街摆渡车从中转站出发的时刻，满足公式(29)约束：人过街摆渡车从中转站出发的时刻，满足公式(29)约束：公式(27)和公式(28)中，c
′i表示行人过街摆渡车由节点i行驶至中转站的时间，c
′j表示摆渡车由节点j行驶至中转站的时间；步骤32：以所有行人摆渡车行驶的总时间最小为目标，建立目标函数如公式(30)所示；根据公式(30)的目标函数以及公式(1)-(29)，可以在不同的行人过街需求下计算出每辆行人过街摆渡车的最佳运行方案。
8.有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：本发明面向无信号控制的自动驾驶交叉口场景，在交叉口内部设置行人中转站，提出一种基于中转站的行人过街方法，通过行人过街摆渡车将行人集中运送，各角落与中转站之间设通道，大大减少了行人过街与社会车辆通行之间的冲突，有效保障行人过街的安全。本发明具有较好普适性，能根据不同的交叉口类型和不同行人过街需求，以所有行人过街摆渡车的总运行时间最短为目标，优化每辆摆渡车的行驶轨迹，确定最佳上下客人数。
附图说明
9.图1为本发明方法的流程图；
10.图2为十字交叉口行人过街摆渡车停靠位置示意图；
11.图3为单辆行人过街摆渡车最佳行驶路线示意图；
12.图4为两辆行人过街摆渡车最佳行驶路线示意图；
具体实施方式
13.下面结合附图1-4和实施例，对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
14.一种基于中转站的自动驾驶交叉口行人过街方法，所述步骤如下：步骤1：确定交叉口和行人中转站的基本信息，确定行人过街摆渡车的基本参数，采集交叉口各角落行人过街需求量；步骤2：根据交叉口各角落和中转站上的行人过街需求量、行人过街摆渡车的数量、摆渡车的容量限制，建立载客量与行驶路径选择的约束条件；步骤3：根据行人过街摆渡车在各节点和中转站之间的运行时间，以所有行人过街摆渡车的总行驶时间最小为目标，计算每辆摆渡车在交叉口内部的最佳通行方案。
15.步骤1采集的信息作为模型的输入，步骤11，确定交叉口的基本信息，实施例中，交叉口为正交十字交叉口，交叉口的停靠点分布在交叉口的4个角落，每个角落能设置1个停车点；确定行人过街摆渡车的基本参数，行人过街摆渡车的容量ck＝18人，在各角落节点停靠时间fk＝10s，在中转站停靠时间f
′k＝10s；ci→j表示行人过街摆渡车在节点i、j之间的旅行时间，其中i∈o,j∈d；在实施例1中，节点i、j之间具体旅行时间ci→j如表1所示：表1实施例中旅行时间ci→j取值表起点
→
终点ci→j(s)起点
→
终点ci→j(s)1
→
10s3
→
120.50s1
→
220.50s3
→
224.04s1
→
320.50s3
→
30s1
→
424.04s3
→
420.50s2
→
120.50s4
→
124.04s2
→
20s4
→
220.50s2
→
324.04s4
→
320.50s2
→
420.50s4
→
40s步骤11，采集交叉口某一时刻各角落以及中转站上的行人过街需求，各角落行人过街需求如表2所示，中转站上行人过街需求如表3所示：表2实施例中各角落行人过街需求表起点
→
终点1
→
21
→
31
→
42
→
12
→
32
→
4过街行人数447873起点
→
终点3
→
13
→
23
→
44
→
14
→
24
→
3过街行人数525892表3实施例中转站行人过街需求表起点
→
终点1
→
21
→
31
→
42
→
12
→
32
→
4过街行人数231120起点
→
终点3
→
13
→
23
→
44
→
14
→
24
→
3过街行人数310234
步骤2是根据容量限制、路径选择设置约束条件。在实施例中，当行人过街摆渡车的车辆数为1时，即n＝1。根据步骤2和步骤31的约束公式(1)-(29)及步骤32的目标函数公式(30)，可计算得，该辆行人过街摆渡车的行驶路线及在每个节点和中转站出发的实际载客人数，行人过街摆渡车最佳行驶路线如表4所示。
16.表4实施例中单辆行人过街摆渡车最佳行驶路线摆渡车最佳行驶路线1
→
22
→
11
→
33
→
44
→
22
→
44
→
33
→
1出发节点载客量151801218010中转站载客量9101616120617当行人过街摆渡车的数量为2时，两辆摆渡车的最佳行驶路线如表5所示。表5两辆行人过街摆渡车最佳行驶路线表摆渡车1最佳行驶路线1
→
22
→
44
→
33
→
1出发节点载客量15027中转站载客量9111113摆渡车2最佳行驶路线2
→
11
→
33
→
44
→
2出发节点载客量180517中转站载客量147512本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。