[发明专利]基于车载自适应网络的智能交通系统交叉口集中控制方法

权利要求书

1.基于车载自适应网络的智能交通系统交叉口集中控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：数学模型的构建：

系统模型采用四方向交叉口模型，其中车道编号为L₀到L₇；把小虚线方格称为核心区，大虚线方格称为排队区；核心区的任何车辆的状态都是正在穿越；而在排队区，任何车辆的状态都将是等待或排队；

在本发明的模型中，本发明做出了如下假设：

(1)假设每辆车都有一个唯一的ID，并且它是自动驾驶的；

(2)假设消息的传输是可靠的；；

(3)假设通信设备的传输范围大于排队区域的长度；；

(4)假设每辆车都具有优先设定好的优先级，不能随意更改；

车载自适应网络的智能交通系统交叉口集中控制方法由车辆任务和控制器任务两部分组成；

步骤二：定义表示方法：

i表示不同车辆的ID；

state_i表示车辆i的状态，该状态包括空闲状态(车辆在交叉口区域之外)、等待状态(车辆请求许可通过核心区并且仍在等待来自控制器命令的许可)、穿越状态(车辆正在穿过核心区)，以及最后车辆通过核心区而表示为空闲状态；

L_k表示车辆i的车道；

m表示车辆的优先级；

vehiclesList表示所有在交叉口区域内并请求穿越交叉口的车辆列表；

crossingList表示控制器接受其通过核心区请求的车辆列表；此列表中的任何车辆都能移动和穿过核心区；

locks_i表示要为车辆i锁定的车道集合；

locked表示控制器在任意给定时间内已经锁定的车道集合；

车辆任务和控制器任务之间通过以下五条消息进行通信：

REQUEST,i,m,L_k：车辆i将此消息发送给控制器以表明其车道和想要穿过核心区的意图；其中，消息中第一项为消息类型；第二项是车辆标识号，也就是车辆ID；第三项是车辆优先级；第四项是车辆所在车道；

CROSS,i,L_k,duration：控制器发送命令，让允许通过的车辆在指定时间内通过核心区；

DELAYED,i,L_k：车辆i将此消息发送给控制器以表明其在指定的时间内没有成功通过核心区；

NEWLANE,i,L_k：车辆i移动进入了一条与其旧位置冲突的新车道；

CROSSED,i：车辆i通知控制器其成功穿过了核心区；

三、车辆任务操作步骤

3.1车辆i到达排队区时，向控制器发送消息REQUEST,i,m,L_k，请求允许穿过核心区，并表明自己车辆的车道和优先级；i的状态更改为等待，意味着车辆i正在等待控制器允许其进入核心区；应急车辆在此步时要向控制器表明自己特殊的身份，以获得通过交叉口的最高的优先级；

3.2当车辆的位置不同时，车辆的状态也会相应的改变；当车辆在排队区域时，车辆的状态为等待或排队；当车辆在核心区时，车辆的状态为正在穿越；当车辆穿过核心区时，车辆的状态为空闲；

3.3当车辆i状态为等待并且处于vehiclesList时，若此时接收到控制器发送的CROSS,i,L_k,duration命令，则表示车辆i能在规定时间内通过核心区，此时车辆i的状态被更新为排队，车辆ID进入crossingList；接下来车辆i将跟随车队通过核心区；

3.4当车辆i状态为排队并且处于vehiclesList时，若此时接收到了控制器发送的DELAYED,i,L_k命令，则表示由于车队内某辆车或自身驾驶缓慢或拥堵而导致车辆延误，车辆i未能在规定时间内通过核心区，则车辆i将被拒接进入核心区，并将车辆i的状态更新为等待；

3.5在等待获得通过核心区的许可时，车辆i可能会进入与发送给控制器的旧位置冲突的新车道；在这种情况下，车辆i将发送消息NEWLANE,i,L_k给控制器通知它相应的改变；若此事件发生在车辆i获取到通过核心区的许可后，即车辆i的状态为排队，则控制器在自身数据库中将车辆i的相应车道数据进行更新，并且将车辆i的状态更改为等待；

3.6若车辆i的状态为正在穿越并且在随后成功穿越了核心区，则车辆要向控制器发送消息CROSSED,i，即任何车辆在穿过核心区时都必须将通过的消息发送给控制器；

四、控制器任务操作步骤

4.1接受车辆消息；当控制器从请求穿越核心区的任何车辆接收到消息REQUEST,i,m,L_k时，控制器将车辆ID插入车辆请求列表vehiclesList队尾，并按照4.2检查车辆请求列表vehiclesList内是否有应急车辆等要立刻通过交叉口的重要车辆；

4.2应急车辆规划

4.2.1存在应急车辆时

若存在应急车辆，控制器将检查是否有与应急车辆所在车道冲突的车道被锁定；若有，则将冲突车道解锁并向冲突车道中的所有车辆发送消息DELAYED,i,L_k，并将它们移回车辆请求列表vehiclesList中；若没有，则为应急车辆锁定车道集合，并将应急车辆与其所在车道之前的车辆添加到被授权进入核心区的汽车的列表crossingList中，并且广播消息以通知crossingList中的所有车辆它们现在能穿越核心区；

4.2.2不存在应急车辆时

若不存在应急车辆，则按照步骤4.3计算车道的动态权重，得到此时权重最高的车道，准备允许此车道上的车辆通过交叉口；检查要为车辆锁定的车道集合是否已经被锁定，若车道集合已经被锁定，则将被车辆添加到被授权进入核心区的汽车的列表crossingList中，并且广播消息以通知crossingList中的所有车辆它们现在能穿越核心区；另一方面，如果没有车道被锁定，那么首先将要为车辆锁定的车道集合锁定，然后车辆和车道上任何与本车道不冲突的车辆都能通过核心区，并刷新穿越核心区的计时器；最后，若已经有车道被锁定且要为车辆锁定的车道集合不在其中，则车辆将被添加到等待名单中；

4.3车道动态权重计算

4.3.1根据公式T_i＝t_c-t₀(i)，计算车辆i已经等待的时间T_i，其中t_c为控制器内部当前系统时间，t₀(i)为首次接受到车辆i请求时的系统时间；

4.3.2计算车辆当前的动态权重W_L，

根据公式计算车道L_k,k∈[0,1,……,7]当前的动态权重；

其中，a₁、a₂、a₃分别表示车道紧急度、车道阻塞程度、车道中第一辆最高优先级车辆被阻塞程度的比例常数；公式右端第一项中n为优先级的数量，N(x)代表车道L_k上处于不同优先级x的无人车数量，M_x是m优先级对应的影响因子数值；公式右端第二项中，Q_k是车道L_k中请求消息的车辆ID；公式右端第三项中，t₀(i_k,mmax)表示车道L_k中第一辆最高优先级车辆首次发起预约的时间；

4.4控制器能从任何改变车道的车辆上接收消息NEWLANE,i,L_k；如果在车辆i在未经控制器批准穿越交叉口时改变车道，控制器更新其在等待列表中的信息并重新计算车道权重；如果新车道与旧车道冲突，并且控制器已经准许该车辆i进入核心区，即车辆i在列表crossingList中，则车辆被移回等待列表，且此时不重新计算车道权重；

4.5车辆延误规划

不存在车辆延误；当控制器接收到车辆i已经成功通过核心区的消息CROSSED,i时，控制器把车辆i从crossingList中移除，若此时crossingList是空集，则控制器再进行步骤4.1的操作。

2.根据权利要求1所述的基于车载自适应网络的智能交通系统交叉口集中控制方法，其特征在于，所述的步骤4.5中，当存在车辆延误；控制器首先检查是否有其他车道车辆等待通过；如果是的话，则控制器将向所有延误车辆发送消息DELAYED,i,L_k，通知它们需要等待下一轮，然后再进行步骤4.1的操作。