本发明涉及一种人机混合驾驶环境下交叉口信号控制参数的优化方法，包括如下步骤：步骤一、实时收集交叉口各进口、流向的车辆通行需求数据；步骤二、确立各个车道的功能；步骤三、在控制系统中设定信号相位方案；步骤四、根据不同信号相位方案，设定对应的配时参数。本方法较传统的定时、感应与自适应信号控制方法，能更有效地提高交叉口时空资源的利用效率，在同等交通需求下，可使交叉口通行能力提升30％‑40％，延误减少40％左右。
1.一种人机混合驾驶环境下交叉口信号控制参数的优化方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、实时收集交叉口各进口、流向的车辆通行需求数据；
步骤四、根据不同信号相位方案，设定对应的配时参数；
步骤一中，实时收集交叉口各进口、流向的车辆通行需求数据的方法为：在南北方向全部相位放行结束时刻，采集东西方向第r进口左转车流与直行车流中，有人驾驶车道、混合驾驶车道、无人驾驶车道上停车排队的车辆数东西方向全部相位放行结束时刻，采
集南北方向第r进口左转车流与直行车流中，有人驾驶车道、混合驾驶车道、无人驾驶车道上停车排队的车辆数步骤二中，人机混合车道的功能通过如下方法确定：根据历史同时段采集到的各流向有人驾驶、自动驾驶车辆到达数量，基于同进口同流向不同属性车道，即有人驾驶车道、混合驾驶车道和无人驾驶车道的流率比接近原则，重新划分各相位进口车道的功能与属性；
步骤三中，每个周期在先放行东西进口，再放行南北进口的情况下，东西进口信号相位方案按如下规则确定：①若[max(ypl,1，ypl,3)+max(ypt,1，ypt,3)]≤[max(ypl,1，ypt,1)+max(ypl,3，ypt,3)]，则采用对称放行相位方案；
②若[max(ypl,1，ypt,1)+max(ypl,3，ypt,3)]≤[max(ypl，1，ypl,3)+max(ypt,1，ypt,3)]，则采用单进口轮流放行相位方案；
每个周期在先放行南北进口，再放行东西进口的情况下，南北进口信号相位方案按如下规则确定：①若[max(ypl,1，ypl,3)+max(ypt,1，ypt,3)]≤[max(ypl,1，ypt,1)+max(ypl,3，ypt,3)]，则采用对称放行相位方案；
②若[max(ypl,1，ypt,1)+max(ypl,3，ypt,3)]≤[max(ypl，1，ypl,3)+max(ypt,1，ypt,3)]，则采用单进口轮流放行相位方案；
其中， 分别为第r进口左转车流、直行车流中，有人驾驶车道、混合驾驶车道、无人驾驶车道的饱和流率，单位为pcu/h；
步骤四中，确立信号配时参数方案具体操作如下：在对称放行相位情况下，按照先左转再直行的顺序放行，包括如下步骤：步骤a、左转相位的设定
在本相位清空排队车辆期间，若后续到达车辆能在排队车辆清空时抵达交叉口停车线，则这部分车辆安排在本相位内放行，在最大诱导速度约束下，可界定本相位各类车道放行车辆的路段边界长度，即：lpl,1、lpl,2、lpl,3分别为左转车流中，有人驾驶专用车道、混合驾驶车道、自动驾驶专用车道的启动损失时间，Vmax为最大诱导限速， 分别为第r进口左转车流中有人驾驶专用车道、混合驾驶车道、自动驾驶专用车道的条数；
记上一相位结束时 范围内有人驾驶车道、混合驾驶车道、自动驾驶车道上行驶的车辆数分别为 则该左转相位绿灯时长确立方法如下：若 则：
其中，lr为第r进口路段的长度，此时，所有在途车辆的速度诱导方案需确保本相位绿灯期间以车队的形式离开停车线，且后车不能超过前车；
若 受上游交叉口控制的影响，超出lr部分的车辆无法进行速度诱导，此时，以lr范围内排队的车辆和在途的车辆作为本相位绿灯配时的基础，确立初始的绿灯时长，即：其中
为在上一相位结束时，本相位，即东西左转相位路段lr上有人驾驶车道、混合驾驶车道、自动驾驶车道上正在行驶的车辆数；同样，所有在途车辆的速度诱导方案需确保本相位绿灯期间以车队的形式离开停车线，且后车不能超过前车；
左转相位结束时刻，直行相位的绿灯时长设定过程与左转相位相同。
2.根据权利要求1所述的人机混合驾驶环境下交叉口信号控制参数的优化方法，其特征在于，步骤四中，确立信号配时参数方案具体操作如下：在单进口轮流放行相位情况下，按照先东进口独立相位，再西进口独立相位的顺序放行，包括如下步骤：步骤a、东进口独立相位放行
在本相位清空排队车辆期间，若后续到达车辆能在排队车辆清空时抵达交叉口停车线，则这部分车辆安排在本相位内放行，在最大诱导速度约束下，可界定本相位各类车道放行车辆的路段边界长度，即：lpl,1、lpl,2、lpl,3、lpt,1、lpt,2、lpt,3分别为左转车流、直行车流中，有人驾驶专用车道、混合驾驶车道、自动驾驶专用车道的启动损失时间，Vmax为最大诱导限速，分别为东进口左转车流、直行车流中，有人驾驶专用车道、混合驾驶车道、自动驾驶专用车道的条数；
记上一相位结束时东进口 范围内左转车流中，有人驾驶车道、混合驾驶车道、自动驾驶车道上行驶的车辆数分别为 范围内直行车流中，有人驾驶车道、混合驾驶车道、自动驾驶车道上行驶的车辆数分别为则左转相位绿灯时间为：
其中，l1为东进口上游路段的长度，此时，所有在途车辆的速度诱导方案需确保本相位绿灯期间以车队的形式离开停车线，且后车不能超过前车；
若 受上游交叉口控制的影响，超出l1部分的车辆无法进行速度诱导，此时，以l1范围内排队的车辆和在途的车辆作为本相位绿灯配时的基础，确立初始的绿灯时长，即：其中
为在上一相位结束时，本相位，即东进口独立相位路段l1上左转车流、直行车流中，有人驾驶车道、混合驾驶车道、自动驾驶车道上正在行驶的车辆数；同样，所有在途车辆的速度诱导方案需确保本相位绿灯期间以车队的形式离开停车线，且后车不能超过前车；
东进口独立相位结束时刻，西进口独立相位的绿灯时长设定方法与所述左转相位的设定方法相同。
人机混合驾驶环境下交叉口信号控制参数的优化方法
技术领域
[0001] 本发明属于交通工程领域，具体涉及一种人机混合驾驶环境下交叉口信号控制参数的优化方法。
背景技术
[0002] 随着5G通信技术在全世界范围内逐步应用与推广，作为其中一个重要的应用场景——自动驾驶汽车，将会越来越多的出现在道路上。中国人工智能学会理事长李德毅院士指出：“汽车向自动驾驶转型是逐步的过程，未来很长时期内将是人机混合驾驶的局面”。与此同时，国外研究表明，将控制、传感和通信技术应用于公路车辆的公路自动化可以提高道路性能并将道路容量提高3倍左右。人机混合驾驶环境下，考虑到人操控车辆的准确性、反应时间相对自动驾驶车辆存在巨大差异，实时重构交叉口进口车道的功能，将两种类型车辆分车道通行，有助于提高道路交通运行的安全性和交叉口的通行能力。而传统交通信号优化配时方法没有考虑不同类型车流在通行效率上的差异，难以适应人机混合驾驶环境下交叉口的优化控制。基于此，在人机混合驾驶环境下，急需提出一种新的信号配时优化方法。
发明内容
[0003] 本发明为解决现有交通信号优化配时方法，难以适应人机混合驾驶环境下交叉口的配时问题，提出一种人机混合驾驶环境下信号配时优化方法。
[0004] 本发明涉及一种人机混合驾驶环境下交叉口信号控制参数的优化方法，包括如下步骤：
[0005] 步骤一、实时收集交叉口各进口、流向的车辆通行需求数据；
[0006] 步骤二、确立各个车道的功能；
[0007] 步骤三、在控制系统中设定信号相位方案；
[0008] 步骤四、根据不同信号相位方案，设定对应的配时参数。
[0009] 进一步地，步骤一中，实时收集交叉口各进口、流向的车辆通行需求数据的方法为：在南北方向全部相位放行结束时刻，采集东西方向第r进口左转车流与直行车流中，有人驾驶车道、混合驾驶车道、无人驾驶车道上停车排队的车辆数东西方向全部相位放行结束时刻，采集
南北方向第r进口左转车流与直行车流中，有人驾驶车道、混合驾驶车道、无人驾驶车道上停车排队的车辆数
[0010] 进一步地，步骤二中，人机混合车道的功能通过如下方法确定：根据历史同时段采集到的各流向有人驾驶、自动驾驶车辆到达数量，基于同进口同流向不同属性车道，即有人驾驶车道、混合驾驶车道和无人驾驶车道的流率比接近原则，重新划分各相位进口车道的功能与属性。
[0011] 进一步地，步骤三中，确立信号相位方案的具体操作如下：
[0012] 每个周期在先放行东西进口，再放行南北进口的情况下，东西进口信号相位方案按如下规则确定：
[0013] ①若[max(ypl,1，ypl,3)+max(ypt,1，ypt,3)]≤[max(ypl,1，ypt,1)+max(ypl,3，ypt,3)]，则采用对称放行相位方案；
[0014] ②若[max(ypl,1，ypt,1)+max(ypl,3，ypt,3)]≤[max(ypl，1，ypl,3)+max(ypt,1，ypt,3)]，则采用单进口轮流放行相位方案；
[0015] ypl,r为第r进口左转车流流量比，
[0016] ypt,r为第r进口直行车流流量比，
[0017] 其中， 分别为第r进口左转车流、直行车流中，有人驾驶车道、混合驾驶车道、无人驾驶车道的饱和流率，单位为pcu/h；
[0018] 进一步地，步骤三中，确立信号相位方案的具体操作如下：
[0019] 每个周期在先放行南北进口，再放行东西进口的情况下，南北进口信号相位方案按如下规则确定：
[0020] ①若[max(ypl,1，ypl,3)+max(ypt,1，ypt,3)]≤[max(ypl,1，ypt,1)+max(ypl,3，ypt,3)]，则采用对称放行相位方案；
[0021] ②若[max(ypl,1，ypt,1)+max(ypl,3，ypt,3)]≤[max(ypl，1，ypl,3)+max(ypt,1，ypt,3)]，则采用单进口轮流放行相位方案；
[0022] ypl,r为第r进口左转车流流量比，
[0023] ypt,r为第r进口直行车流流量比，
[0024] 其中， 分别为第r进口左转车流、直行车流中，有人驾驶车道、混合驾驶车道、无人驾驶车道的饱和流率，单位为pcu/h；
[0025] 进一步地，步骤四中，确立信号配时参数方案具体操作如下：
[0026] 在对称放行相位情况下，按照先左转再直行的顺序放行，包括如下步骤：
[0027] 步骤a、左转相位的设定
[0028] 在本相位清空排队车辆期间，若后续到达车辆能在排队车辆清空时抵达交叉口停车线，则这部分车辆安排在本相位内放行，在最大诱导速度约束下，可界定本相位各类车道放行车辆的路段边界长度，即：
[0029]
[0030] lpl,1、lpl,2、lpl,3分别为左转车流中，有人驾驶专用车道、混合驾驶车道、自动驾驶专用车道的启动损失时间，Vmax为最大诱导限速， 分别为第r进口左转车流中有人驾驶专用车道、混合驾驶车道、自动驾驶专用车道的条数；
[0031] 记上一相位结束时 范围内有人驾驶车道、混合驾驶车道、自动驾驶车道上行驶的车辆数分别为 则该左转相位绿灯时长确立方法如下：
[0032] 若 则：
[0033]
[0034] 其中，lr为第r进口路段的长度，m。此时，所有在途车辆的速度诱导方案需确保本相位绿灯期间以车队的形式离开停车线，且后车不能超过前车；
[0035] 若 受上游交叉口控制的影响，超出lr部分的车辆无法进行速度诱导，此时，以lr范围内排队的车辆和在途的车辆作为本相位绿灯配时的基础，确立初始的绿灯时长，即：
[0036]
[0037] 其中
[0038] 为在上一相位结束时，本相位(即东西左转相位)路段lr上有人驾驶车道、混合驾驶车道、自动驾驶车道上正在行驶的车辆数；同样，所有在途车辆的速度诱导方案需确保本相位绿灯期间以车队的形式离开停车线，且后车不能超过前车；
[0039] 转入本相位运行；
[0040] 设本相位绿灯开启时间为tk,0s，在初始绿灯时间运行至tk,1s时，若本相位的车道后续有车辆驶入路段，当满足：
[0041] [gk,1-(tk,1-tk,0)]·Vmax≥lr
[0042] 说明驶入路段的车辆通过速度诱导能接上队尾的车辆，此时，根据驶入的车辆类型及车道重新计算绿灯时长；如 绿灯期间东进口左转有人驾驶车道后续有车辆驶入，则：
[0043]
[0044] 若 则不予调整绿灯时间，仅对该车辆进行速度诱导，使其离开交叉口时接上队尾车辆；若 则本相位按新的绿灯时长 执行。同样需对该车进行速度诱
导，使其离开交叉口时接上队尾车辆；
[0045] 后续若东进口左转有人驾驶车道再有第2辆车在tk,2时刻驶入路段，当满足：时，按上述方法同理计算 直至
且 (gmax为最大绿灯时长)，取 为本相位最终的绿灯时长。绿灯期间若
的车道(东进口左转有人驾驶车道)无后续来车或 则结束
本相位绿灯时长的调整；
[0046] 步骤b、直行相位情的设定
[0047] 左转相位结束时刻，直行相位的绿灯时长设定过程与左转相位相同。
[0048] 进一步地，步骤四中，确立信号配时参数方案具体操作如下：
[0049] 在单进口轮流放行相位情况下，按照先东进口独立相位，再西进口独立相位的顺序放行，包括如下步骤：
[0050] 步骤a、东进口独立相位放行
[0051] 在本相位清空排队车辆期间，若后续到达车辆能在排队车辆清空时抵达交叉口停车线，则这部分车辆安排在本相位内放行，在最大诱导速度约束下，可界定本相位各类车道放行车辆的路段边界长度，即：
[0052]
[0053]
[0054] lpl,1、lpl,2、lpl,3、lpt,1、lpt,2、lpt,3分别为左转车流、直行车流中，有人驾驶专用车道、混合驾驶车道、自动驾驶专用车道的启动损失时间，Vmax为最大诱导限速，分别为东进口左转车流、直行车流中，有人驾驶专用车
道、混合驾驶车道、自动驾驶专用车道的条数；
[0055] 记上一相位结束时东进口 范围内左转车流中，有人驾驶车道、混合驾驶车道、自动驾驶车道上行驶的车辆数分别为 范围内直行车流中，有人驾驶车道、混合驾驶车道、自动驾驶车道上行驶的车辆数分别为
[0056] 则该左转相位绿灯时间为：
[0057] 若 则：
[0058]
[0059] 其中，l1为东进口上游路段的长度，m。此时，所有在途车辆的速度诱导方案需确保本相位绿灯期间以车队的形式离开停车线，且后车不能超过前车；
[0060] 若 受上游交叉口控制的影响，超出l1部分的车辆无法进行速度诱导，此时，以l1范围内排队的车辆和在途的车辆作为本相位绿灯配时的基础，确立初始的绿灯时长，即：
[0061]
[0062] 其中
[0063]
[0064] 为在上一相位结束时，本相位(即东进口独立相位)路段l1上左转车流、直行车流中，有人驾驶车道、混合驾驶车道、自动驾驶车道上正在行驶的车辆数。同样，所有在途车辆的速度诱导方案需确保本相位绿灯期间以车队的形式离开停车线，且后车不能超过前车；
[0065] 转入本相位运行；
[0066] 设本相位绿灯开启时间为tk,0s，在初始绿灯时间运行至tk,1s时，若本相位的车道后续有车辆驶入路段，当满足：
[0067] [gk,1-(tk,1-tk,0)]·Vmax≥l1
[0068] 说明驶入路段的车辆通过速度诱导能接上队尾的车辆，此时，根据驶入的车辆类型及车道重新计算绿灯时长。如 绿灯期间东进口左转有人驾驶车道后续有车辆驶入，则：
[0069]
[0070] 若 则不予调整绿灯时间，仅对该车辆进行速度诱导，使其离开交叉口时接上队尾车辆；若 则本相位按新的绿灯时长 执行；同样需对该车进行速度诱
导，使其离开交叉口时接上队尾车辆；
[0071] 后续若东进口左转有人驾驶车道后续再有第2辆车在tk,2时刻驶入路段，当满足：时，按上述方法同理计算 直至
且 (gmax为最大绿灯时长)，取 为本相位最终的绿灯时长；绿灯期间若
的车道(东进口左转有人驾驶车道)无后续来车或 则结束
本相位绿灯时长的调整；
[0072] 步骤b、西进口独立相位放行
[0073] 东进口独立相位结束时刻，西进口独立相位的绿灯时长设定方法与所述左转相位的设定方法相同。
[0074] 本发明基于车路协同环境提出，支持车-车通信与车-路通信功能，能实时获取车辆的位置、速度和出行路径等信息。本方法较传统的定时、感应与自适应信号控制方法，能更有效地提高交叉口时空资源的利用效率，在同等交通需求下，可使交叉口通行能力提升30％-40％，延误减少40％左右。
附图说明
[0075] 图1为本发明放行车辆的路段边界长度示意图。
具体实施方式
[0076] 以十字交叉口为例，假设东西、南北进出口车道布置是对称的，都为双向6车道。以东西进口为例，详细论述本发明信号控制方案和信号配时参数的确立过程。南北进口同理东西进口确定。
[0077] 步骤1、实时获取交叉口各进口、流向的车辆通行需求
[0078] 在南北方向全部相位放行结束时刻，采集东进口左转车流与直行车流中，有人驾驶车道、混合驾驶车道、无人驾驶车道上停车排队的车辆数0、30、0、26、39、0；西进口左转车流与直行车流中，有人驾驶车道、混合驾驶车道、无人驾驶车道上停车排队的车辆数0、30、0、26、39、0；
[0079] 步骤2、车道功能的确立
[0080] 假设东进口车道功能已确定为左转混合驾驶车道、直行有人驾驶专用车道和直行混合驾驶车道。
[0081] 步骤3、信号相位方案的确立
[0082] 每个周期先放行东西进口，再放行南北进口。
[0083] 东西进口信号相位方案按如下规则确定：
[0084] ①若[max(ypl,1，ypl,3)+max(ypt,1，ypt,3)]≤[max(ypl,1，ypt,1)+max(ypl,3，ypt,3)]，则采用对称放行相位方案；
[0085] ②若[max(ypl,1，ypt,1)+max(ypl,3，ypt,3)]≤[max(ypl，1，ypl,3)+max(ypt,1，ypt,3)]，则采用单进口轮流放行相位方案；
[0086] ypl,r为第r进口左转车流流量比，
[0087] ypt,r为第r进口直行车流流量比，
[0088] 其中， 分别为第r进口左转车流、直行车流中，有人驾驶车道、混合驾驶车道、无人驾驶车道的饱和流率，单位为pcu/h。
[0089] 假设东西进口左转车流、直行车流中，有人驾驶车道、混合驾驶车道、无人驾驶车道的饱和流率都为1200pcu/h、2400pcu/h、3600pcu/h、1400pcu/h、2800pcu/h、4200pcu/h。
[0090] 则ypl,1＝0.0125，ypl,3＝0.0125，ypt,1＝0.0093，ypl,3＝0.0093。
[0091] 所以[max(ypl,1，ypl,3)+max(ypt,1，ypt,3)]≤[max(ypl,1，ypt,1)+max(ypl,3，ypt,3)]，采用对称放行相位方案。
[0092] 步骤4、信号配时参数的确立
[0093] 信号相位方案确立后，本发明采用固定相序的方法。
[0094] ①对称放行相位
[0095] 假设对称放行相位方案按照先左转再直行的顺序放行。
[0096] a.左转相位
[0097] 在本相位清空排队车辆期间，若后续到达车辆能在排队车辆清空时抵达交叉口停车线，则这部分车辆安排在本相位内放行。基于此，在最大诱导速度约束下，可界定本相位各类车道放行车辆的路段边界长度。即：
[0098]
[0099] lpl,1、lpl,2、lpl,3分别为左转车流中，有人驾驶专用车道、混合驾驶车道、自动驾驶专用车道的启动损失时间，Vmax为最大诱导限速， 分别为第r进口左转车流中有人驾驶专用车道、混合驾驶车道、自动驾驶专用车道的条数。
[0100] 设左转车流中，有人驾驶专用车道、混合驾驶车道、自动驾驶专用车道的启动损失时间lpl,1、lpl,2、lpl,3分别为5s，3s，1s。最大诱导限速Vmax为15m/s。东西进口左转车流中有人驾驶专用车道、混合驾驶车道、自动驾驶专用车道的条数都为0条，1条，0条。则经过计算[0101] 记上一相位结束时 范围内有人驾驶车道、混合驾驶车道、自动驾驶车道上行驶的车辆数分别为 则该左转相位绿灯时长确立方法如下：
[0102] 若 则：
[0103]
[0104] 其中，lr为第r进口路段的长度，m。此时，所有在途车辆的速度诱导方案需确保本相位绿灯期间以车队的形式离开停车线，且后车不能超过前车。
[0105] 若 受上游交叉口控制的影响，超出lr部分的车辆无法进行速度诱导，此时，以lr范围内排队的车辆和在途的车辆作为本相位绿灯配时的基础，确立初始的绿灯时长，即：
[0106]
[0107] 其中
[0108] 为在上一相位结束时，本相位(即东西左转相位)路段lr上有人驾驶车道、混合驾驶车道、自动驾驶车道上正在行驶的车辆数。同样，所有在途车辆的速度诱导方案需确保本相位绿灯期间以车队的形式离开停车线，且后车不能超过前车。
[0109] 设东西进口路段长度均为600m，上一相位结束时东西进口道上左转混合驾驶车道上行驶的车辆数均为5辆。
[0110] 则 需首先确定初始绿灯时长，为gk,1＝56s
[0111] 转入本相位运行。
[0112] 设本相位绿灯开启时间为tk,0s，在初始绿灯时间运行至tk,1s时，若本相位的车道后续有车辆驶入路段，当满足：
[0113] [gk,1-(tk,1-tk,0)]·Vmax≥lr
[0114] 说明驶入路段的车辆通过速度诱导能接上队尾的车辆，此时，根据驶入的车辆类型及车道重新计算绿灯时长。
[0115] 设本相位绿灯开启时间为8:00:00，在初始绿灯时间运行至8:00:10s时，若本相位东进口左转混合驾驶车道上有一车辆驶入路段，满足[gk,1-(tk,1-tk,0)]·Vmax≥lr，需重新计算绿灯时长。
[0116]
[0117] 若 则不予调整绿灯时间，仅对该车辆进行速度诱导，使其离开交叉口时接上队尾车辆；若 则本相位按新的绿灯时长 执行。同样需对该车进行速度诱
导，使其离开交叉口时接上队尾车辆。
[0118] 计算得到的 且 (最大绿灯时长gmax为60s)，则本相位按新的绿灯时长57s执行。同样需对该车进行速度诱导，使其离开交叉口时接上队尾车辆。
[0119] 后续若东进口左转有人驾驶车道再有第2辆车在tk,2时刻驶入路段，当满足：时，按上述方法同理计算 直至
且 (gmax为最大绿灯时长)，取 为本相位最终的绿灯时长。绿灯期间若
的车道(东进口左转有人驾驶车道)无后续来车或 则结束
本相位绿灯时长的调整。
[0120] 设在初始绿灯时间运行至8:00:50s时，若本相位东进口左转混合驾驶车道上有第二辆车辆驶入路段，西进口左转混合驾驶车道上始终无车辆进入路段，此时不满足[gk,1-(tk,1-tk,0)]·Vmax≥lr，不需重新计算绿灯时长，本相位绿灯时长最终为57s。
[0121] b.直行相位
[0122] 设直行转车流中，有人驾驶专用车道、混合驾驶车道、自动驾驶专用车道的启动损失时间lpt,1、lpt,2、lpt,3分别为5s，3s，1s。最大诱导限速Vmax为15m/s。东西进口左转车流中有人驾驶专用车道、混合驾驶车道、自动驾驶专用车道的条数都为1条，1条，0条。则经过计算[0123] 设上一相位结束时东西进口道上直行有人驾驶车道、直行混合驾驶车道上行驶的车辆数均为5辆。则经过计算gk,2＝max[41,41,45,45]＝45s。
[0124] 则直行相位绿灯时长为45s。
