[发明专利]一种车联网环境下信号交叉口绿色驾驶车速诱导方法及仿真系统

说明书

技术领域

本发明涉及车联网环境下交通诱导技术领域，特别涉及车联网环境下信号交叉口车速诱导的建模与仿真。

背景技术

近年来，随着我国机动车保有量的逐年上升，交通拥堵与车辆污染物排放问题日益凸显，而城市信号交叉口作为城市路网的“咽喉”，成为了这一问题的“重灾区”。在信号交叉口处，车辆由于受其控制信号的周期性干扰，经常在路口停车等候造成怠速行驶，导致交叉口通行效率下降及燃油消耗与污染物排放上升，并严重影响车辆运行过程中的安全性与舒适性。目前，越来越多的学者开始关注绿色驾驶，绿色驾驶对于降低燃油消耗、落实国家节能减排策略、提高环境质量、倡导公民低碳生活等方面具有长远的经济效益和社会效益，美国交通运输部的研究表明合理的路径规划与车速诱导可带来20％～40％的节油效果，因此，采用一定的方法对车速进行诱导，使其平滑地通过交叉口，避免突然加减速和怠速等驾驶行为，可以提高信号交叉口处的通行效率和起到节能减排效果。

在电子信息和无线通信技术的推动下，物联网技术得到快速发展。车联网是物联网最活跃的分支，旨在使车-车(V2V)、车-路(V2I)实时信息交互，实现交通系统的整体统筹与优化。车联网是由车辆位置、速度和路线等信息构成的巨大交互网络，通过GPS、RFID、传感器、摄像头图像处理等装置，车辆可以完成自身环境和状态信息的采集；通过互联网技术，所有的车辆可以将自身的各种信息传输汇聚到中央处理器；通过信息计算技术，这些大量车辆的信息可以被实时分析和处理，从而计算出每辆车的最佳行驶速度和最佳路线。

发明内容

本发明的发明是车联网环境下信号交叉口绿色驾驶车速诱导方法及仿真系统。当车辆行驶至预先设定的车速诱导区域时，会将自身的位置、速度及加速度信息发送给中心控制单元，中心控制单元根据各交叉口进口道上发送请求的车辆数及排队长度，根据当前交叉口的信号灯信息计算出对每一辆车的绿色驾驶诱导速度，进行实时动态地诱导，从而使尽可能多的车辆以平滑速度不停车通过交叉口，提高信号交叉口处的通行效率并起到节能减排的效果。

本发明的技术方案是：构建车联网环境下信号交叉口绿色驾驶车速诱导数学模型，并借助于开源多智能体仿真工具NetLogo建立仿真系统。

1.构建车联网环境下信号交叉口绿色驾驶车速诱导数学模型的步骤如下：

(1)模型的建立基于以下假设条件：

1)每个信号交叉口配备一个中心控制单元(traffic control unit,TCU)，用于接收与处理路侧位置单元发送来的车辆运动状态与信号灯信息；各进口道变速控制区域配备一个路侧位置单元(location unit,LU)，用于汇总变速控制区域内全部车辆运动状态信息并发送至中心控制单元；每辆即将进入交叉口的车辆全部配备一个车载单元(vehicle unit,VU)，用于采集车辆运动状态信息，并接收中心控制单元发送的车速诱导信息。

2)个体车辆驶入控制区域之后进入自动驾驶模式，车载单元和路侧位置单元、中心控制单元可实时通信，通信延迟在可接受范围之内。

3)在控制区域内假设车辆不会主动超车或变换车道。

4)交叉口各进口道的车辆到达服从泊松分布

5)车辆行驶路面平坦，重力对车辆加速度的影响可忽略不计。

(2)交叉口进口道车速诱导控制区域的界定

本发明将交叉口进口道车速诱导控制区域分成两大部分，即变速控制区和匀速控制区，车辆从进入控制范围开始到交叉口进口道停车线前的区域为变速控制区，车辆通过交叉口进口道停车线直到驶离交叉口，这一区域称为匀速控制区。。

各交叉口进口道变速控制区的控制区域界定方法如下：设路段上车辆的最大速度和最小速度分别是v_max和v_min，车辆的加速度为a，a₁，a₂分别为最大加速度和最大减速度的绝对值。对于最短控制区域的确定，应该使车辆在任何速度下都有足够的时间进行速度调整；最长控制区域的确定是为了确保以任何速度驶入变速控制区的车辆能够在一个周期C内通过交叉口。变速控制区控制区域L的表达式如下：

(3)数学建模

假设车辆经诱导后不停车通过交叉口，其行驶过程分为两个阶段：①在变速控制区内将速度调整为绿色驾驶优化车速；②在匀速控制区内车辆以优化车速行驶并通过交叉口。系统优化的目标函数是使整个车队通过交叉口的时间最短，即：