一种自动驾驶行人接驳车行驶路径与路段过街控制方法转让专利
申请号 : CN202110278144.3
文献号 : CN112687115B
文献日 : 2021-06-04
发明人 : 吴伟 , 陈栋 , 刘洋 , 郝威
申请人 : 长沙理工大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种自动驾驶行人接驳车行驶路径与路段过街控制方法,其特征在于,该方法的具体步骤如下:
步骤1:收集自动驾驶接驳车的数量、位置、最大容量、行驶车速,采集各个接驳点位的位置及行人需求量,设置同侧相邻接驳点位的最小距离;
步骤2:为所有自动驾驶接驳车增设虚拟出发点和终点,对于任一接驳点位,确保有且仅有一辆自动驾驶接驳车经过该接驳点;
步骤3:建立自动驾驶接驳车在接驳点位到达时间、离开时间和载客数量的表达式;
步骤4:以自动驾驶接驳车运行总时间最短建立目标函数,得出每辆自动驾驶接驳车的最佳运行路径;
步骤5:在每个接驳站的上游设置停车线和信号灯,通过信号控制保障接驳车的顺利过街;所述的步骤1,包含以下的步骤:步骤11:采集路段长度和宽度、车道宽度;确定自动驾驶接驳车的基本参数,包括数量、位置、运行车速、最大容量,路段内运行的接驳车用p表示,且p∈Q,Q表示路段内运行的接驳车集合;设置M个自动驾驶接驳车的接驳点,每个接驳点用Ai表示,i∈{1,2,3,...,M},以第一个接驳点A1作为坐标原点得到所有接驳点位的坐标,每个接驳点的坐标为(xi,yi),计算并获得所有接驳点之间的距离,获取每个点位运送行人的需求量;每个接驳点可供接驳车出发和到达,为进行区分,将每个接驳点按出发或到达分为出发停靠点或到达停靠点,则停靠点总数为2M个,停靠点用v表示,v∈{1,2,3,...,2M},其中出发停靠点集合用Ov表示,其中Ov={1,2,3,...,M},到达停靠点集合用Dv表示,Dv={M+1,M+2,+3,...,2M};Ai={i,M+i},i∈{1,2,3,...,M};
步骤12:设行人所能接受的绕行时间为tp,单位为秒,行人在人行道上的步行速度为vp,单位为米/秒,d表示行人在道路一侧所能接受的绕行距离,则d=vp·tp,行人过街最不利位置是在相邻两个接驳站的正中间,行人过街设施的间距不超过行人所能接受的绕行距离,如公式(1)所示:
Imin=2d=2·vp·tp (1)Imin表示路段同一侧相邻接驳点的最小距离,单位为米;为确保站点的合理分布,路段中同侧任意的两个站点距离不得过近,且坐标分别表示为(xm,ym)与(xn,yn),同侧相邻接驳点的距离满足公式(2)的约束:
由上所述步骤2,则具体为以下步骤:步骤21:设置0号接驳点作为虚拟始发车站,当自动驾驶接驳车的数量为1时,接驳车从始发站出发到达路段内的第一个接驳点,则设置第一个接驳点的停靠点为Si;设置bm,n,p为二元变量,表示判断第p辆车从m到n通过的路径是否为接驳车所经过路径,是则bm,n,p=1,否则bm,n,p=0;bm,n,p满足公式(3)的约束:此外,设置2M+1号点为虚拟终点车站,在完成所有过街需求后清空路段内的所有自动驾驶接驳车辆,即所有自动驾驶接驳车完成行人过街需求后,从路段内最后一个停靠站Ei出发,必须到达2M+1号终点车站停泊,需满足公式(4)的约束条件;
如果该路段的自动驾驶接驳车数量增加到2辆,其与第1辆的始发车站相同,从0号开始;第2辆车先到达路段内不同于第1辆车的停靠站,满足公式(5)的约束:步骤22:设置bm,n,p为二元变量,表示判断第p辆车从m到n通过的路径是否为接驳车经过路径,并且满足公式(6)的约束:
公式(6)表示自动驾驶接驳车要到达路段中所有接驳点位,能够为行人过街提供服务;
二元变量bm,n,p还应满足公式(7)的约束:公式(7)中对每个接驳点位的到达与离开车辆进行约束,使其不会在接驳点位内一直停靠,保证整个系统的流量守恒;
根据所述步骤3,包含如下步骤:
步骤31:在行人过街自动驾驶接驳车从0号始发站出发,到达第一个接驳站Si后开始计时;为确保行人过街自动驾驶接驳车的顺利运行,需对整个路段所有运行的接驳车的行驶时刻施加限制;其中第p辆行人过街接驳车到达m节点的时刻可以用km,p表示,而离开m节点的时刻则用lm,p来表示,如公式(8)所示:公式(8)中Fm表示行人过街自动驾驶接驳车在节点m的停靠时间,包含乘客上下车的时间,tu,td则代表单位乘客上下车所需时间,单位:秒/人,Pm表示为在m点上车的乘客数,Km则为在m点下车的乘客数,满足公式(9)‑(10)的要求:公式(10)表示接驳车到达n点的时间减去到达m的时间至少大于等于接驳车在节点m的停靠时间加m点和n点之间的行车时间以及车辆的固定时间损失;am,n,p则代表m点和n点之间的行车时间,bm,n,p为二元变量,tl代表在接驳点因车辆加减速产生的时间损失,X是一个极大的正数,确保公式在运算过程中顺利施加约束;
步骤32:对与路段运行中的自动驾驶接驳车的运载乘客数进行约束,设置gmin,m与gmax,m分别代表第p辆车在准备离开节点m的限制最小载客量与限制最大载客量:公式(11)‑(12)中,lm表示在m节点的行人过街需求量,其在不同的停靠点位分别记录为正数和负数代表这一点位的上车与下车人数;Rp表示行人过街自动驾驶接驳车的核载容量;
第p辆自动驾驶接驳车在准备离开m点的实际载客量设为gm,p,满足公式(13)约束:所述步骤4,包含如下步骤:
步骤41:在所有行人过街接驳车的完成行人需求的前提下,建立行人过街自动驾驶接驳车的行驶时间函数S,如公式(14)所示:获得行人过街接驳车的行驶时间后,以路段内接驳车运行总时间最短为目标,建立目标函数,如公式(15)所示:
2.根据权利要求1所述一种自动驾驶行人接驳车行驶路径与路段过街控制方法,其特征在于,所述步骤5,包含如下步骤:步骤51:在路段内每个接驳站的来车上游方向设置信号灯与相应的停车线,停车线可为直线或斜线,但不能与接驳车的路径冲突,获得优化后的接驳车路径后,行人过街自动驾驶接驳车按照规划的路径运行;当接驳车在运行中需要过街运送行人时,接驳车在此站点上、下客完并关闭车门后,向路内交通设施发送过街请求,路段信号灯变为红灯且过往的车辆在停车线前停车,接驳车按照既定的运行路径过街;
步骤52:当自动驾驶接驳车完成过街到达下一站点后,信号灯调整为绿灯,路段内其余过往车辆正常通行。
说明书 :
一种自动驾驶行人接驳车行驶路径与路段过街控制方法
技术领域
背景技术
到另一端的无线通信,车辆终端彼此直接交换无线信息,无需通过基站转发。但在大幅度提
高通行效率的同时,却忽视了路段中行人过街的需求;若以现阶段的过街方式,如过街天桥
和地下行人通道等这类交通设施,仍存在投资消耗大,施工周期长,后续维护等问题,而行
人随意穿插过街将极大影响自动驾驶环境下的道路交通,严重增加路段内的车辆延误。当
前大量的研究注重于自动驾驶车辆方案的设计,忽略了行人的过街需求,但行人过街需求
在现实中仍是客观存在的问题。因此,未来在面向无人自动驾驶环境下,如何合理地利用交
通控制对行人的过街需求做出妥善安排显得尤为重要。
段中,使路段中有过街需求的行人可通过在路段内分布的接驳点搭乘自动驾驶接驳车实现
过街需求,在搭乘接驳车后,通过站点的信号灯对路段内的车辆进行管控,保证接驳车顺利
横穿过街。本发明还能够根据行人过街的需求与站点间不同距离,综合后优化行人自动驾
驶接驳车在路段内的运行路径。除此之外,若路段内同时存在多辆行人过街自动驾驶接驳
车运行,在这种情况下为多辆行人过街自动驾驶接驳车设计运行路径,并精确至每辆行人
过街自动驾驶接驳车在任一节点处的上下车人数、到达与离开时间调控,使得路段内运行
的所有行人过街自动驾驶接驳车能够满足最大限度的行人过街需要。
发明内容
人提供服务,在自动驾驶环境下,有效组织行人的过街。因此在自动驾驶技术快速发展的时
期,更需要对自动驾驶环境下行人过街的问题进行深入的研究,并通过建立交通控制模型
获得自动驾驶接驳车的运行路径,使得所有自动驾驶接驳车的总运行时间最短。
的接驳车集合;设置M个自动驾驶接驳车的接驳点,每个接驳点用Ai表示,i∈{1,2,3,...,
M},以第一个接驳点A1作为坐标原点得到所有接驳点位的坐标,每个接驳点的坐标为(xi,
yi),计算并获得所有接驳点之间的距离,获取每个点位运送行人的需求量;每个接驳点可
供接驳车出发和到达,为进行区分,将每个接驳点按出发或到达分为出发停靠点或到达停
靠点,则停靠点总数为2M个,停靠点用v表示,v∈{1,2,3,...,2M},其中出发停靠点集合用
Ov表示,其中Ov={1,2,3,...,M},到达停靠点集合用Dv表示,Dv={M+1,M+2,M+3,...,2M};Ai
={i,M+i},i∈{1,2,3,...,M};
不利位置是在相邻两个接驳站的正中间,因此,行人过街设施的间距一般不超过行人所能
接受的绕行距离,如公式(1)所示:
相邻接驳点的距离满足公式(2)的约束:
bm,n,p为二元变量,表示判断第p辆车从m到n通过的路径是否为接驳车所经过路径,是则
bm,n,p=1,否则bm,n,p=0;bm,n,p满足公式(3)的约束:
站Ei出发,必须到达2M+1号终点车站停泊,需满足公式(4)的约束条件;
行驶时刻施加限制;其中第p辆行人过街接驳车到达m节点的时刻可以用km,p表示,而离开m
节点的时刻则用lm,p来表示,如公式(8)所示:
Km则为在m节点下车的乘客数,满足公式(9)‑(10)的要求:
点之间的行车时间,bm,n,p为二元变量,tl代表在接驳点因车辆加减速产生的时间损失,X是
一个极大的正数,确保公式在运算过程中顺利施加约束;
载容量;
动驾驶接驳车按照规划的路径运行;当接驳车在运行中需要过街运送行人时,接驳车在此
站点上、下客完并关闭车门后,向路内交通设施发送过街请求,路段信号灯变为红灯且过往
的车辆在停车线前停车,接驳车按照既定的运行路径过街;
行人过街自动驾驶接驳车在满足所有乘客需求的最优行驶路径,并通过设置接驳点信号
灯,管控路段内其余车辆,保证接驳车顺利横穿过街,提高行人过街自动驾驶接驳车的运行
效率。
附图说明
具体实施方式
修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围内。
发停靠点,所以此实例中,共计16个停靠点位,并分别设置0号站点与17号站点作为始发站
与终点站;同时,在运行过程中,为保证接驳车的有效运行,为同一侧道路上相邻的接驳点
位设置最小间距,设行人为使用自动驾驶过街接驳车而到接驳站所能接受的绕行时间为
tp,设置tp=60s,行人在人行道上的步行速度为vp,设为0.8s则行人在道路一侧所能接受的
绕行距离则是d=vptp,所以且行人过街最不利位置是在相邻两个接驳站的正中间;因此,行
人过街设施的间距一般不超过行人所能接受的绕行距离;即Imin=2d=96m道路一侧的接驳
站点最小相邻间距为96m,够满足行人的基本过街需求;
门和接驳车加减速时间,设为10s;设定整个运行过程中的接驳车平均速度为30km/h;am,n,p
则表示第p辆自动驾驶接驳车从m接驳点出发到达n接驳点的行驶时间,且满足m∈Ov,n∈Dv,
p∈Q;根据道路车道数、车道宽度和自动驾驶接驳车速度可以确定各个接驳点间所需要的
行驶时间am,n,p;在此实施例中,路段内各个接驳点位置可以表示为:A1(0,0)、A2(70,28)、A3
(250,28)、A4(198,0)、A5(430,0)、A6(400,28)、A7(610,28)、A8(630,0)。
人,A4→A3为2人,A5→A6为4人,A6→A5为3人,A7→A8为4人,A8→A7为6人。
1‑步骤4的公式(1)‑(16),便可计算得出此接驳车在路段内的优化后行驶路径,并可得出计
算后的接驳站在各个点位的到达时间与承载人数,每辆接驳车的核载Rp设定为16人,其最
佳行驶路径下的各个接驳点的载客量如表1所示:
时间 0 24 51 87 109 134 163 195
接驳车行驶路径 6‑5 5‑14 14‑8 8‑7 7‑16 16‑13 13‑15 15‑17
载客量 3 7 3 9 13 9 6 0
时间 224 251 281 322 356 384 422 456
时间 0 24 51 87 116 143
时间 0 34 74 102 136 170 200 233 265 301
后,按照路径行驶并需要横穿过街,则本站点与接驳车即将驶向的下一站点的信号灯由绿
灯转为3秒的黄灯,之后转变为红灯,示意后方来车在停车线前驻车等待,可以形成专门为
接驳车提供横穿过街的虚拟过街道路;之后,接驳车便可顺利完成横穿过街。按照预先获得
的路径行驶,完成横穿过街后,这两个站点的信号灯由红灯变回绿灯。
对应接驳站点 6‑5 5‑14 14‑8 8‑7 7‑16 16‑13 13‑15 15‑17
红灯启亮时刻 240 273 299 350 378 0 438 0