[发明专利]一种面向自动驾驶环境下交叉口交通控制的迭代算法

权利要求书

1.一种面向自动驾驶环境下交叉口交通控制的迭代算法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤1：采集交叉口的信息和自动驾驶车辆在交叉口各位置的信息，划分时间窗，根据先到先服务规则，避让冲突，确定车辆在交叉口内的初始通行方案；

步骤2：在每个时间窗内，通过迭代算法进一步优化每辆车的通行方案，降低车辆在交叉口的控制延误；

所述步骤1包括如下步骤：

步骤11：确定交叉口的类型、大小、每个进口方向和出口方向的车道数，每条车道的宽度；将交叉口区域划分网格，网格用字母c编号，所有网格的集合用字母C表示，其中c∈C；交叉口所有车辆均为自动驾驶车辆，根据毫米波雷达精确定位系统确定车辆在交叉口区域的实时位置，车辆在交叉口各位置的时刻已知确定，包括车辆经过交叉口的网格、最先进入网格的时刻和车辆最终驶出网格的时刻；

步骤12：控制车辆选择最佳的出口道行驶，车辆在交叉口内会经过不同的网格，用τ_i，r表示车辆i在交叉口是否选择路径r通行，为二元变量，τ_i，r∈{0，1}，当τ_i，r＝1时表示车辆i在交叉口选择路径r通行，否则路径r未被选择；r表示路径，其中r∈R，R表示所有路径的集合；根据t_i将各方向的车辆进行排序，以先后顺序依次进入交叉口，车辆实际进入交叉口的时刻T_i表示，车辆在交叉口停车线前可能需要停车等待，车辆实际进入交叉口的时刻T_i大于等于到达交叉口的时刻t_i；车辆在交叉口停车等待的时间延误用Δt_i表示，由公式(1)计算：

V表示从交叉口各进口道到达交叉口的所有车辆集合，T_i表示车辆实际进入交叉口的时刻，t_i表示车辆到达交叉口的时刻；

步骤13：车辆不间断到达交叉口，通过滚动时间窗将不同时间段到达交叉口的车辆分段考虑，车辆在划分的时间窗内避让冲突，前一个时间窗口的求解结果作为后一个窗口的输入条件，对交叉口任一网格，后一个时间窗内所有车辆最早驶入该网格的时刻大于等于前一个时间窗内所有车辆车尾最迟驶出该网格时刻，如公式(2)所示：

max{T_j，c}≤min{t_i，c}，i∈V_k+1，j∈V_k，c∈C，k＝1，2，... (2)

式中：V_k表示第k个时间窗内的车辆，t_i，c表示车辆i进入网格c的时刻，T_j，c表示车辆j行驶出网格c的时刻；

步骤14：在同一个时间窗内，根据车辆占用各网格的时间判断是否在交叉口发生冲突，如果车辆i和j通过交叉口需经过同一个网格c，根据先到先服务规则，先到达交叉口的车辆优先通过网格，后到达的车辆停车等待，满足公式(3)约束，在网格的冲突满足公式(4)约束：

式中：T_i表示车辆i实际进入交叉口的时刻，t_i表示车辆i到达交叉口的时刻；

式中：ρ_i，c为二元变量，表示车辆i是否经过网格，ρ_i，c∈{0，1}，当ρ_i，c＝1时表示车辆i是否经过网格c，否则未经过网格c；

以每个时间窗内所有车辆的总延误最小为目标函数，第k个时间窗内的车辆总延误的目标函数用公式(5)表示：

一个时间窗内的车辆，在该时间窗的时间范围内确定每辆车的通行方案，因此计算时间需满足公式(6)约束：

δ_k≤t_k，k＝1，2，... (6)

式中：δ_k表示计算第k个时间窗内所有车辆的通行方案实际花费时间，t_k表示第k个时间窗的长度；

所述步骤2包括如下步骤：

步骤21：步骤1的计算结果包括车辆的初始通行方案和求解时间，以步骤1求得的目标函数值作为迭代计算的下限，建立约束条件如公式(7)所示，公式(7)表示第n+1次迭代的目标函数值不大于第n次迭代的目标函数值；

式中：n表示迭代次数；∑_i(T_i⁽ⁿ⁾-t_i)表示第n次迭代的目标函数值，即第n次迭代后第k个时间窗内的车辆总延误，当n＝1时表示第1次迭代，∑_i(T_i⁽ⁿ⁾-t_i)为步骤1求得的目标函数值；θ⁽ⁿ⁾表示第n次迭代步长，其中θ⁽ⁿ⁾≥0；

步骤22：采取逐步缩短步长的方法动态确定θ⁽ⁿ⁾取值，如公式(8)所示，表示第n+1次迭代步长为第n次迭代求得目标函数的随着迭代增加，θ⁽ⁿ⁾取值逐渐减小；

步骤23：表示第n次迭代允许时间的最大值，由公式(9)计算，当n＝1时，满足公式(10)约束，当n＝2时，由公式(11)计算；

式中：t_k为时间窗口的时间长度，δ_k表示计算第k个时间窗内所有车辆的通行方案实际花费的时间，表示第n次迭代实际计算时间，当n＝1时，

第n次迭代实际计算时间不大于第n次迭代允许时间的最大值，需满足公式约束：

步骤24：收集每一步迭代的计算结果，包括总延误∑_i(T_i⁽ⁿ⁺¹⁾-t_i)和每辆车的路线选择将这些结果作为第(n+2)次迭代的初始参数；进行下一个优化，直到用完时间窗的时间或得到最优控制方案为止；

步骤25：建立新目标函数，如公式(13)所示：

式中：为二元变量，表示第n+1次迭代后，车辆i在交叉口是否选择路径r通行，表示第n+1次迭代后，车辆i在交叉口选择路径r通行，反之，未选择路径r。