[发明专利]一种全息环境下的车辆分形协作控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及智能交通控制领域，尤其是一种车辆分形协作控制方法。

背景技术

目前，交通安全与交通拥堵是困扰世界各国社会经济发展的重要因素，交通拥挤更是远未解决的科学难题，对交通流运行规律和交通拥挤机理的准确认识则是解决该问题的首要前提，而这一问题在很大程度上归结于人、车、路及其群体之间在已有道路交通条件下的车辆协作问题。

车辆协作问题，是指行驶车辆以驾驶员自身感知和现代信息技术手段获得的车况及交通路况信息为基础，通过调整驾驶行为与其他车辆进行协作，减少有害驾驶行为对周围交通流的影响，优化行驶路径，共享交通资源。该问题在日益拥堵的道路交通网络中具有重要的应用价值，车辆协作机理对简化复杂交通系统，深入研究交通流的运行机理，认识交通流的运行规律将起到重要的贡献。

已有的车辆协作研究可归纳为以下两个方面：一是从心理学和行为学的角度研究驾驶员的普遍性驾驶行为，在驾驶员仅能感知局部有限信息的前提下，通过协调交通信号控制系统各交叉口的信号配时对驾驶员群体性的趋同行为进行宏观控制；二是从自动控制理论的角度将车辆假设为完全自治的智能体，通过研究智能体之间的协作行为探讨具备各种信息采集、传输、控制等功能的“智能车辆”间的协作机理问题^[3-8]。前者属于信息不完备情况下的粗粒度协作方式，即以路段上的车流为单位，各路段上的车流通过信号灯的调控影响大区域范围内车辆路径的选择行为，进而协调各路段、各行进方向车道间的交通流。后者实际上属于机器人范畴，研究的对象可控性强、常以完成特定任务为目的，之间的协作问题与多机器人协作极为类似，但是脱离实际交通，对当前及今后很长一段时间内的车辆协作问题指导作用较小。

车辆的全息环境现已成为世界各国研究的热点，如美国的车路集成系统(VII)等。在全息环境下，驾驶员通过路侧设备及车载设备提供的信息，为车辆协作中感知交通情境的全息信息提供了可能，也陆续出现了在全息环境或是其仿真环境下的车辆协作研究成果，可概括为以下三类：一是研究协作的系统架构，即将交通系统中合适的对象作为智能体，直接运用一般的多智能体协作模型和方法对车辆协作进行研究^[20-22]。二是研究协作的具体方法^[23]。三是研究协作过程中的通信问题^[24-25]。上述车辆协作研究成果一方面未对车辆协作特殊性进行分析，即车辆是一个移动的个体，其在时间和空间上都是在不断动态变化当中，车辆之间的相互关系自然也就随之快速变化；另一方面针对性较强，大都仍局限于从大范围交通流平衡(即“车辆群的协作”)的角度出发，没有对小区域路段以及车辆个体间的协作机理进行研究。

发明内容

为了克服已有的车辆协作控制方法的控制效果较差、实用性较差的不足，本发明提供一种控制效果良好、实用性强的全息环境下的车辆分形协作控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种全息环境下的车辆分形协作控制方法，包括以下步骤：

①建立分形体模型，

分形体总模型将由分形体外形结构Fout和内部功能组成Fin，即F＝<Fout|Fin>，Fout是依据车辆协作单元空间分布的自相似性抽取得到，采用能够描述各级分形体隶属关系、空间分布的相互位置关系和所呈现出的交通状况等信息的三维分形结构矩阵来表征，分形结构矩阵A第一、二维表示分形体空间位置，第三维表示分形体所呈现出的交通状况，Fin是依据车辆协作单元功能上具有自相似性抽取得到，包括分形体的理念L、行为动作M、行为规则R、情境感知能力G、决策推理K、车车及车路通信C、人机耦合O，分形体模型表示为：

F＝<Fout|Fin>＝<A|(C，M，G，K，L，O，R)>     (1)

依照公式(1)分别建立车辆级、路段级、上一行政区域级的分形体；

②全息环境下车辆分形协作过程，具体如下：

首先，车辆级分形体协作过程：各车辆级分形体根据自身与前方车辆间距离提出是否借用邻道的请求，路段级分形体根据请求车辆级分形体与前方车辆间距大小排序，并向间距最小的车辆级分形体发出允许开始协作信号，该车辆级分形体判断与邻道前车和后车间距是否允许车辆驶入：若是则驶入邻道，若否维持原状，并将协作结束信号发送给路段级分形体；路段级分形体再根据新的请求重新排序，再次进行车辆级分形体协作过程；