纯网联自动驾驶环境下信号交叉口进口道的动态分配方法

1.本发明属于智能交通组织控制领域，具体是一种纯网联自动驾驶环境下信号交叉口进口道的动态分配方法。


背景技术：

2.信号交叉口是城市交通系统的重要组成部分，信号交叉口的通行状况是整个交通系统运行效率的关键。由于交叉口处存在大量的交通冲突和交互扰动的原因，从而导致交叉口处成为制约道路通行能力的瓶颈。为了提高交叉口的通行能力，现有技术通常通过交通信号灯来控制不同相位的信号配时，以期望减少交叉口车辆之间的冲突，提高交叉口处的通行效率。但是由于进口道的数量划分是固定的，不随交通流和信号周期的变化而变化。这便有可能导致在某个信号周期内，某一方向的交通流量很大但进口道数量很少，另一方向的交通流量很小但进口道数量很多的情况，造成了道路资源的浪费，不能最大程度的发挥交叉口的通行能力。
3.随着5g和车路协同技术的发展，车辆正不断网联化和自动化，未来道路上行驶的车辆将全部是网联自动驾驶车辆。网联自动驾驶车辆不但可以车辆之间进行相互通信，而且可以与道路上的智能交通设备进行互联以获取道路实时信息。
4.在纯网联自动驾驶环境下信号交叉口进口道的分配方法便成为了一个问题，是继续采用传统交通环境下的静态分配，或者是否可以利用网联自动驾驶环境信息互联的优越性来实现信号交叉口进口道的动态分配。


技术实现要素：

5.本发明为克服现有技术存在的不足之处，提供一种纯网联自动驾驶环境下信号交叉口进口道的动态分配方法，以期望根据当前信号周期内的信号配时、进口道数量以及直、左、右三个方向的车辆数等条件动态分配各方向进口道数量，减小网联车的排队长度，降低车辆总体延误，从而提高交叉口的整体通行能力。
6.本发明为达到上述发明目的，采用如下技术方案：
7.本发明一种纯网联自动驾驶环境下信号交叉口进口道的动态分配方法的特点在于，所述信号交叉口包含信号灯；所述纯网联自动驾驶环境为道路上所有车辆均是网联自动驾驶车辆；所述道路上的进口道数量为n，其中n≥3；所述动态分配方法包括以下步骤：
8.步骤0获取信号交叉口一条左转进口道饱和流量，记为gz；获取信号交叉口一条直行进口道饱和流量，记为gs；获取信号交叉口一条右转进口道饱和流量，记为gr；
9.步骤1获取当前信号灯周期t内，交叉口左转绿灯时间、直行绿灯时间、右转绿灯时间，分别记为tz、ts、tr；
10.步骤2计算当前信号灯周期t左转绿灯时间内一条左转进口道的通行能力当前信号灯周期t直行绿灯时间内一条直行进口道的通行能力当前信号灯周期t右转绿灯时间内一条右转进口道的通行能力
11.步骤3获取当前信号灯周期t内信号交叉口的上游路段中预期左转、预期直行、预期右转的车辆数量，分别记为获取上一个信号灯周期t-1内剩余左转车辆数、剩余直行车辆数、剩余右转车辆数，分别记为
12.步骤4计算当前信号灯周期t内左转车辆流量直行车辆流量右转车辆流量
13.步骤5进口道的分配条件判断：
14.若则不进行进口道分配；
15.若则令当前信号灯周期t内左转进口道数量为n，直行进口道数量为0，右转进口道数量为0；
16.若则令当前信号灯周期t内左转进口道数量为0，直行进口道数量为n，右转进口道数量为0；
17.若则令当前信号灯周期t内左转进口道数量为0，直行进口道数量为0，右转进口道数量为n；
18.若执行步骤6；
19.若执行步骤7；
20.若执行步骤8；
21.若执行步骤9；
22.步骤6若满足则执行步骤6.1；否则，则执行步骤6.2；
23.步骤6.1计算当前信号灯周期t内第一次分配的左转进口道数量第一次分配的直行进口道数量其中，为向下取整函数；
24.计算第一次分配后剩余进口道数量
25.当满足的形式时，其中，k为自然数，则令其中，为信号灯周期t内用于车辆左转的进口道数量，令为信号灯周期t内用于车辆直行的进口道数量，令为信号灯周期t内用于车辆右转的进口道数量；
26.当满足的形式时，若则令否则，令
27.步骤6.2计算当前信号灯周期t内左转进口道比例和直行进
口道比例
28.计算当前信号灯周期t内第一次分配的左转进口道数量和第一次分配的直行进口道数量
29.计算第一次分配后剩余进口道数量
30.当时，令
31.当时，若则令则令否则，令
32.步骤7若满足则执行步骤7.1；否则，则执行步骤7.2；
33.步骤7.1计算当前信号灯周期t内第一次分配的左转进口道数量和第一次分配的右转进口道数量其中，为向下取整函数；
34.计算第一次分配后剩余进口道数量
35.当满足的形式时，其中，k为自然数，则令其中，为信号灯周期t内用于车辆左转的进口道数量，令为信号灯周期t内用于车辆直行的进口道数量，令为信号灯周期t内用于车辆右转的进口道数量；
36.当满足的形式时，若则令否则，令
37.步骤7.2计算当前信号灯周期t内左转进口道比例和右转进口道比例
38.计算当前信号灯周期t内第一次分配的左转进口道数量和第一次分配的右转进口道数量
39.计算第一次分配后剩余进口道数量
40.当时，则令
41.当时，若则令
否则，则令
42.步骤8若满足执行步骤8.1；否则，执行步骤8.2；
43.步骤8.1计算当前信号灯周期t内第一次分配的直行进口道数量和第一次分配的右转进口道数量其中，为向下取整函数；
44.计算第一次分配后剩余进口道数量
45.当满足的形式时，其中，k为自然数，则令其中，为信号灯周期t内用于车辆左转的进口道数量，令为信号灯周期t内用于车辆直行的进口道数量，令为信号灯周期t内用于车辆右转的进口道数量；
46.当满足的形式时，其中k的取值为自然数，若则令否则，则令
47.步骤8.2计算当前信号灯周期t内右转进口道比例直行进口道比例
48.计算当前信号灯周期t内第一次分配的右转进口道数量第一次分配的直行进口道数量
49.计算第一次分配后剩余进口道数量
50.当时，令
51.当时，若则令则令否则，令
52.步骤9若满足则执行步骤9.1；否则，则执行步骤9.2；
53.步骤9.1计算当前信号灯周期t内第一次分配的左转进口道数量
第一次分配的直行进口道数量第一次分配的右转进口道数量其中，为向下取整函数；
54.计算第一次分配后剩余进口道数量
55.当时，若则令若则令若则令
56.当满足的形式时，其中，k为自然数，则令
57.当满足的形式时，若式(1)成立，则令的形式时，若式(1)成立，则令若式(2)成立，则令若式(3)成立，则令
[0058][0059][0060][0061]
当满足的形式时，若式(4)成立，则令的形式时，若式(4)成立，则令若式(5)成立，则令若式(6)成立，则令
[0062][0063][0064]
[0065]
步骤9.2计算当前信号灯周期t内左转进口道比例直行进口道比例右转进口道比例
[0066]
计算当前信号灯周期t内第一次分配的左转进口道数量第一次分配的直行进口道数量右转进口道数量
[0067]
计算第一次分配后剩余进口道数量
[0068]
当时，若则令若则令若则令
[0069]
当时，则令
[0070]
当时，若式(7)成立，则令若式(8)成立，则令若式(9)成立，则令
[0071][0072][0073][0074]
当时，若式(10)成立，则令若式(11)成立，则令若式(12)成立，则令
[0075][0076][0077][0078]
与已有技术相比，本发明的有益技术效果体现在：
[0079]
1、本发明在纯网联自动驾驶环境下，利用车路协同技术，提供了一种纯网联自动驾驶环境下信号交叉口进口道的动态分配方法，可以实时根据当前信号周期t内的信号配时、进口道数量以及直、左、右三个方向的车辆数等条件来动态分配左转、直行、右转进口道数量，可以最大程度利用道路资源，减小了车辆排队长度，降低了车辆延误，从而提高了交叉口通行能力。
[0080]
2、本发明以信号周期内的信号配时、进口道数量、到达车辆数为约束条件，以信号
周期内交叉口所通过的最大车辆数为优化目标进行进口道的动态分配，避免了静态进口道不能根据交通流和信号周期的变化而变化所造成的道路资源浪费问题。
[0081]
3、本发明利用网联自动驾驶车辆信息实时共享的优越性，获取实时的车辆信息和信号配时信息，然后根据进口道的分配条件的不同采用不同的算法来进行进口道的分配，从而提高了分配方法的准确性。
附图说明
[0082]
图1为本发明的场景示意图；
[0083]
图2为本发明的总体流程图。
具体实施方式
[0084]
本实施例中，如图1所示一种纯网联自动驾驶环境下信号交叉口进口道的动态分配方法，该信号交叉口包含信号灯；纯网联自动驾驶环境为道路上所有车辆均是网联自动驾驶车辆；道路上的进口道数量为n，其中n≥3；
[0085]
如图2所示，该动态分配方法是按照以下步骤进行的：
[0086]
步骤0获取信号交叉口一条左转进口道饱和流量，记为gz；获取信号交叉口一条直行进口道饱和流量，记为gs；获取信号交叉口一条右转进口道饱和流量，记为gr；
[0087]
步骤1通过道路上安装的智能交通设施获取当前信号灯周期t内，交叉口左转绿灯时间、直行绿灯时间、右转绿灯时间，分别记为tz、ts、tr；
[0088]
步骤2计算当前信号灯周期t左转绿灯时间内一条左转进口道的通行能力当前信号灯周期t直行绿灯时间内一条直行进口道的通行能力当前信号灯周期t右转绿灯时间内一条右转进口道的通行能力
[0089]
步骤3利用车路协同技术和无线通讯手段获取当前信号灯周期t内信号交叉口的上游路段中预期左转、预期直行、预期右转的车辆数量，分别记为获取上一个信号灯周期t-1内剩余左转车辆数、剩余直行车辆数、剩余右转车辆数，分别记为
[0090]
步骤4计算当前信号灯周期t内左转车辆流量直行车辆流量右转车辆流量
[0091]
步骤5进口道的分配条件判断：
[0092]
若则不进行进口道分配；
[0093]
若则令当前信号灯周期t内左转进口道数量为n，直行进口道数量为0，右转进口道数量为0；
[0094]
若则令当前信号灯周期t内左转进口道数量为0，直行进口道数量为n，右转进口道数量为0；
[0095]
若则令当前信号灯周期t内左转进口道数量为0，直行进口道数量为0，右转进口道数量为n；
[0096]
若执行步骤6；
[0097]
若执行步骤7；
[0098]
若执行步骤8；
[0099]
若执行步骤9；
[0100]
步骤6本发明以信号周期内交叉口所通过的最大车辆数为优化目标，根据信号周期t内的信号配时、进口道数量、到达车辆数和上一周期t-1的剩余车辆数对条件下的左转、直行、右转进口道数量进行分配，若满足则执行步骤6.1；否则，则执行步骤6.2；
[0101]
步骤6.1计算当前信号灯周期t内第一次分配的左转进口道数量第一次分配的直行进口道数量其中，为向下取整函数；
[0102]
计算第一次分配后剩余进口道数量
[0103]
当满足的形式时，其中，k为自然数，则令其中，为信号灯周期t内用于车辆左转的进口道数量，令为信号灯周期t内用于车辆直行的进口道数量，令为信号灯周期t内用于车辆右转的进口道数量；
[0104]
当满足的形式时，若则令否则，令
[0105]
步骤6.2计算当前信号灯周期t内左转进口道比例和直行进口道比例
[0106]
计算当前信号灯周期t内第一次分配的左转进口道数量和第一次分配的直行进口道数量
[0107]
计算第一次分配后剩余进口道数量
[0108]
当时，令
[0109]
当时，若则令则令否则，令
[0110]
步骤7本发明以信号周期内交叉口所通过的最大车辆数为优化目标，根据信号周期t内的信号配时、进口道数量、到达车辆数和上一周期t-1的剩余车辆数对
条件下的左转、直行、右转进口道数量进行分配，若满足则执行步骤7.1；否则，则执行步骤7.2；
[0111]
步骤7.1计算当前信号灯周期t内第一次分配的左转进口道数量和第一次分配的右转进口道数量其中，为向下取整函数；
[0112]
计算第一次分配后剩余进口道数量
[0113]
当满足的形式时，其中，k为自然数，则令其中，为信号灯周期t内用于车辆左转的进口道数量，令为信号灯周期t内用于车辆直行的进口道数量，令为信号灯周期t内用于车辆右转的进口道数量；
[0114]
当满足的形式时，若则令否则，令
[0115]
步骤7.2计算当前信号灯周期t内左转进口道比例和右转进口道比例
[0116]
计算当前信号灯周期t内第一次分配的左转进口道数量和第一次分配的右转进口道数量
[0117]
计算第一次分配后剩余进口道数量
[0118]
当时，则令
[0119]
当时，若则令则令否则，则令
[0120]
步骤8本发明以信号周期内交叉口所通过的最大车辆数为优化目标，根据信号周期t内的信号配时、进口道数量、到达车辆数和上一周期t-1的剩余车辆数对条件下的左转、直行、右转进口道数量进行分配，若满足执行步骤8.1；否则，执行步骤8.2；
[0121]
步骤8.1计算当前信号灯周期t内第一次分配的直行进口道数量
和第一次分配的右转进口道数量其中，为向下取整函数；
[0122]
计算第一次分配后剩余进口道数量
[0123]
当满足的形式时，其中，k为自然数，则令其中，为信号灯周期t内用于车辆左转的进口道数量，令为信号灯周期t内用于车辆直行的进口道数量，令为信号灯周期t内用于车辆右转的进口道数量；
[0124]
当满足的形式时，其中k的取值为自然数，若则令否则，则令
[0125]
步骤8.2计算当前信号灯周期t内右转进口道比例直行进口道比例
[0126]
计算当前信号灯周期t内第一次分配的右转进口道数量第一次分配的直行进口道数量
[0127]
计算第一次分配后剩余进口道数量
[0128]
当时，令
[0129]
当若则令则令否则，令
[0130]
步骤9本发明以信号周期内交叉口所通过的最大车辆数为优化目标，根据信号周期t内的信号配时、进口道数量、到达车辆数和上一周期t-1的剩余车辆数对条件下的左转、直行、右转进口道数量进行分配，若满足则执行步骤9.1；否则，则执行步骤9.2；
[0131]
步骤9.1计算当前信号灯周期t内第一次分配的左转进口道数量第一次分配的直行进口道数量第一次分配的右转进口道数量
其中，为向下取整函数；
[0132]
计算第一次分配后剩余进口道数量
[0133]
当时，若则令若则令若则令
[0134]
当满足的形式时，其中，k为自然数，则令
[0135]
当满足的形式时，若式(1)成立，则令的形式时，若式(1)成立，则令若式(2)成立，则令若式(3)成立，则令
[0136][0137][0138][0139]
当满足的形式时，若式(4)成立，则令的形式时，若式(4)成立，则令若式(5)成立，则令若式(6)成立，则令
[0140][0141][0142][0143]
步骤9.2计算当前信号灯周期t内左转进口道比例直行
进口道比例右转进口道比例
[0144]
计算当前信号灯周期t内第一次分配的左转进口道数量第一次分配的直行进口道数量右转进口道数量
[0145]
计算第一次分配后剩余进口道数量
[0146]
当时，若则令若则令若则令
[0147]
当时，则令
[0148]
当时，若式(7)成立，则令若式(8)成立，则令若式(9)成立，则令
[0149][0150][0151][0152]
当时，若式(10)成立，则令若式(11)成立，则令若式(12)成立，则令
[0153][0154][0155]