[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

说明书

本发明公开了一种面向自动驾驶环境下交叉口交通控制的迭代算法，在自动驾驶交叉口，为实现有效的交通控制，需要为每一辆自动驾驶车辆计算单独的通行方案，交通控制系统的计算复杂度高，将导致交通控制模型的计算量急剧增加。因此，设计一种逐步减小步长的机制，更新迭代步长的迭代优化算法，首先，根据采集的车辆到达信息划分时间窗，在同一个时间窗内，根据车辆占用各网格的时间可以判断是否在交叉口发生冲突，获得每辆车的控制方案和计算时间，逐步减少步长进行迭代计算，直到获得最优控制方案或用完时间窗内所有时间结束。本发明通过更新迭代步长进行迭代控制，能提高控制模型的计算效率，以满足任意交通量下的控制需求。

技术领域

本发明属于智能交通控制领域，涉及城市道路交叉口针对自动驾驶车辆的交通管控技术领域，更具体地说，涉及一种面向自动驾驶环境下交叉口交通控制的迭代算法。

背景技术

2020年7月31日，北斗三号全球卫星导航系统正式开通，随着北斗卫星导航系统、毫米波雷达等技术的发展，可以实现对车辆的精确控制。在自动驾驶环境下，交叉口可以不再需要通过信号灯为车辆分配通行权。为确保车辆在交叉口不发生冲突，有许多研究，如Transportation Research Part C:Emerging Technologies(2017,Vol.85:528-547)、Transportation ResearchPartC-EmergingTechnologies(2019,Vol.105:405-421)，将交叉口冲突区域化分为若干小网格，通过控制车辆进入时间、在交叉口内部行驶路径，避免车辆同时进入同一个网格，来避免冲突。但当交叉口各方向进口道在较短时间内到达n辆车，将交叉口冲突区域划分为m个网格，n辆车两两组合在m个网格上判断冲突，需要计算n！*m次。交叉口冲突区域网格划分较小时，车辆在交叉口通行对交叉口道路资源利用较高，但划分网格数m会增加，在交通量较大的情况下，到达车辆数较多时，n较大，此时控制复杂度急剧增加，为每辆车制定控制方案的时间变长，很可能不能满足时效性要求，如论文《自动驾驶环境下交叉口车辆路径规划与最优控制模型》(自动化学报，第46卷第9期，2020年9月)、《自动驾驶环境下面向交叉口自由转向车道的交通控制模型》(中国公路学报，第32卷第12期，2019年12月)中均存在当交通量较大时，时效性难以满足的情况，如《一种自动驾驶下交叉口自由转向车道设置方法》(专利号：ZL201810346657.1)和《一种自动驾驶下交叉口通行权设置方法》(申请公布号：CN108932856A)提出交叉口离散化后的车辆控制模型，并未提出有效的控制算法保证模型的时效性。

通过已有文献分析发现，控制车辆进入交叉口的次序，导致计算次数急剧增加，因此很有必要设计一种迭代计算提高模型的计算效率，以满足任意交通量下的控制需求。先到先服务不优化路径只优化进入时刻的控制模型求解效率最高，且求解速度几乎不受车辆数增加的影响，但由于不优化车辆进入交叉口的次序和行驶路径，车辆在交叉口的通行效率低，有研究表明，在过饱和或车队情况下优化效果比信号控制差。因此，以先到先服务不优化路径模型为基础，设计混合整数线形规划问题(Mixed-integerlinearprogramming,MILP)的迭代计算，在保证时效性的同时优化得到更好的通行方案。

根据现有文献，混合整数线形规划问题的一些启发式计算，如旋转方法、线搜索方法等。对于混合整数线形规划问题的迭代过程有几种计算，论文Computers ChemicalEngineering(2001，Vol.25(4-6)：821-828)中提出了一种批处理调度和重调度的重排序计算。论文European Journal of Operational Research(2002，Vol.138(1)：29-42)进一步研究了求解基于混合整数线形规划问题的生产调度问题的迭代启发式计算。在本发明中，利用逼近目标函数来解决混合整数线形规划问题。发明一种逐步减小步长的机制来更新迭代步长，通过迭代计算，在规定时间内求解出更优的控制可行解。

发明内容