一种基于边缘计算的混行环境下单点交叉口车速优化方法技术

本发明专利技术提出一种基于边缘计算的混行环境下单点交叉口车速优化的方法，包括：步骤一、划分信号周期；步骤二、诱导非网联车辆的车速；步骤三、网联自动驾驶车辆车速的干预。通过以上技术方案本专利虑普通车辆与网联自动驾驶车辆混行环境下的优化，为在普通车和网联车同行驶的情况下提供了统一协调的调度方案，提高了安全性，减少了汽车的能量消耗。

An optimization method of single intersection speed based on edge calculation in mixed traffic environment

The invention provides a method for optimizing the speed of a single point intersection in a mixed traffic environment based on edge calculation, which includes: Step 1, dividing the signal period; step 2, inducing the speed of non network connected vehicles; step 3, interference of the speed of network connected automatic driving vehicles. Through the above technical scheme, the patent considers the optimization of the hybrid environment of the common vehicle and the network connected automatic driving vehicle, provides a unified and coordinated scheduling scheme for the common vehicle and the network connected vehicle driving at the same time, improves the safety and reduces the energy consumption of the vehicle.

【技术实现步骤摘要】
一种基于边缘计算的混行环境下单点交叉口车速优化方法
本专利技术属于智能交通
，具体涉及混行环境下单点交叉口车速的优化，尤其是一种基于边缘计算的混行环境下单点交叉口车速优化方法。
技术介绍
随着经济的快速发展与人民生活水平的提高，我国大幅增长的机动车保有量对城市现有道路服务设施提出了挑战，交叉口是实现各路段交通流转换的节点，也是制约道路网络通行能力的主要瓶颈，因此对车辆速度的优化往往围绕交叉口展开。车路协同技术在近年逐渐兴起并成为智能交通控制
研究的热点，网联自动驾驶车辆可以在自动驾驶的同时实现与路侧设备的实时通信，为交叉口信号控制与车辆车速的优化提供了新的契机。但短时间内，网联自动驾驶车辆难以实现全面覆盖，可以预见的是，在相当长的时间维度内，将会存在网联自动驾驶车辆与普通车辆混行的情况。目前存在的交叉口车速优化控制算法往往只针对单一环境，极少考虑普通车辆与网联自动驾驶车辆混行环境下的优化。针对以上问题，以车辆旅行时间及油耗作为目标函数，本专利技术提出了一种混行环境下单点交叉口车速优化方法。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提供一种网联自动驾驶车辆与普通车辆混行环境下车速的优化控制方法，降低车辆通过交叉口时的延误及油耗。为了解决上述技术问题，本专利提供的技术方案包括：一种基于边缘计算的混行环境下单点交叉口车速优化方法，其特征在于，所述方法包括：步骤一、划分信号周期根据交叉口信号配时方案将信号周期划分五部分：(t1,t2)为基础绿灯时间，；(t2,t3)为黄灯时间；(t3,t4)为初始红灯时间；(t4,t5)为不可控时间；(t5,t6)为红末时间；初始红灯时长：红末时间：其中，a0为给定的加速度，Vmin和Vmax分别为路段最低和最高限速，Li为车路i到停车线距离。步骤二、诱导非网联车辆的车速当非网联车辆驶达检测点，完成速度的检测后，根据检测出的车速、距交叉口距离，计算其预计到达时间；根据到达时间所属的周期信号划分的部分，采用VMS屏进行对应信息的速度诱导。步骤三、网联自动驾驶车辆车速的干预当网联车辆驶达系统边界时，边缘计算节点获取其车速，并根据车速及其具体位置信息计算其预计到达停车线的时间：若车辆到达时间属于(t1,t2)区间，则不对其速度进行干预；若车辆到达时间属于(t2,t4)区间，对车辆进行加速干预；若车辆到达时间属于(t4,t5)区间，则不对车辆进行干预；若车辆到达时间为属于(t5,t6)期间，则对车辆进行减速干预；其中，所述加速干预包括：网联自动驾驶车辆i到达系统边界的速度为Vi，此时绿灯剩余时间为gr，距停车线Li，加速过程的加速度为a0；保持现速预计到达时间t∈(t2,t4)，干预速度为Vx；当Vi+gra0≤Vmax，且时，网联自动驾驶车辆将全程加速，末速度计算方法为：其他情况下则先加速后匀速，速度计算方法为：车辆以给定的加速度a0进行匀加速，以末速度Vx通过交叉口；其中，所述减速干预算法包括：网联自动驾驶车辆i到达系统边界的速度为Vi，此时红灯剩余时间为Rr，距停车线Li，减速过程的加速度为a0；保持现速预计到达时间t∈(t2,t4)；当Vi-Rra0≥Vmin，且时，网联车辆将全程减速，末速度计算方法为：其余情况将先减速后匀速，速度计算方法为：车辆将以给定的加速度a0进行匀减速，以末速度Vx通过交叉口。通过以上技术方案本专利虑普通车辆与网联自动驾驶车辆混行环境下的优化，为在普通车和网联车同行驶的情况下提供了统一协调的调度方案，提高了安全性，减少了汽车的能量消耗。附图说明图1为系统结构图。图2为信号周期的划分方式示意图，图3为车辆加速控制效果示意图，图4为车联减速控制效果示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利的具体实施方式进行详细说明，需要指出的是在具体实施方式仅仅是对本专利优选技术方案的举例，并不能理解为对本专利保护范围的限制。根据本具体实施方式首先提供了一种基于边缘计算的混行环境下单点交叉口车速优化系统。所述系统架构如图1所示：具体包括(1)网联无人驾驶车辆车载设备：车载设备包括车辆自动驾驶系统、车辆定位装置、车辆状态上传装置。主要作用为实现车辆的自动驾驶、车辆运行及环境参数的采集与上传。(2)路侧设备：①普通车辆信息采集传输设备及速度诱导设备：具体包括雷达测速装置、VMS显示屏，作用为采集普通车辆的速度信息，传输至边缘计算节点；接收边缘计算节点下发的诱导速度显示在VMS屏上对普通车辆进行车速诱导。②信号控制设备：道路交通信号控制机，接入网络，可与边缘计算节点进行通信。③边缘计算节点：集成于信号机内，可以与信号机及网联车辆进行实时通信。所述系统在完成对普通车辆信息的采集及网联自动驾驶车辆信息的接收后，对其进行预处理，过滤异常数据，再根据由信号控制设备获取的交通信号信息计算并将诱导车速下发至网联车辆及VMS诱导屏。其中，网联无人驾驶车辆车载设备：车载设备包括车辆自动驾驶系统、车辆定位装置、车辆状态上传装置。主要作用为实现车辆的自动驾驶、车辆运行及环境参数的采集与上传。在本具体实施方式中，所述系统进行如下建模：交叉口模型：本专利技术以孤立的简单交叉口为研究目标，边缘计算节点对交叉口中心半径为300米的范围内的车辆进行感知与干预。在距停车线300米的范围内车辆无变道行为，简化所有车辆通行方式为直行。混行方式：所研究的车型为标准小汽车，考虑两类车辆混行：1)非网联车辆：可在检测点处由路侧设备测得其具体车速，驾驶人遵循一般的驾驶规律；2)网联自动车驾驶车辆：具有精确定位的功能，可实现联网环境下的自动驾驶，可与路侧设备镜像通信、可进行精准的速度干预。网联自动驾驶车辆的渗透率可在0-100％之间调整，以便进行进一步研究。车辆行驶时遵循的必要原则：①基本的交通规则；②与前车保持安全的车头时距。车辆动力学模型：简化车辆的运动为匀速、匀加减速。设置路段限速为Vmin≤Vi≤Vmax；车辆最大舒适加速度为a0；车辆i距停车线距离为Li。目标函数：通过对车辆进行加速干预可使车辆尽可能不停车地通过交叉口，减少延误；通过对车辆进行减速干预，可避免因停车与车辆怠速状态导致的油耗的上升，因此优化的目标函数为车辆的旅行时间与车辆油耗。本专利技术以孤立的简单交叉口为研究目标，边缘计算节点对交叉口中心半径为300米的范围内的车辆进行感知与干预。在距停车线300米的范围内车辆无变道行为，简化所有车辆通行方式为直行。针对车型为标准小汽车，考虑非网联车辆与网联自动车驾驶车辆的混行，非网联车辆的位置及速度数据可由路侧检测设备测得，网联车辆的相关数据则保持0.5的上传周期。一般根据地方实际情况及规定设置路段限速为Vmin≤Vi≤Vmax；车辆取较为舒适的加速度为a0≤1.5m/s2。首先根据交叉口现行信号配时方案将信号周期划分为如图2所示的五部本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于边缘计算的混行环境下单点交叉口车速优化系统；其特征在于，所述系统包括：/n网联无人驾驶车辆车载设备，所述车载设备实现车辆的自动驾驶、车辆运行及环境参数的采集与上传；/n路侧设备，所述路侧设备包括：普通车辆信息采集传输设备及速度诱导设备，包括雷达测速装置、VMS显示屏，采集普通车辆的速度信息，传输至边缘计算节点；接收边缘计算节点下发的诱导速度显示在VMS屏上对普通车辆进行车速诱导；信号控制设备，包括道路交通信号控制机，接入网络，与边缘计算节点进行通信；边缘计算节点模块，所述边缘计算节点模块集成于交通信号控制机内，与信号机及网联车辆保持实时通信；/n其中，所述边缘计算节点模块包括：/n划分信号周期单元/n根据交叉口信号配时方案将信号周期划分五部分：(t

【技术特征摘要】
1.一种基于边缘计算的混行环境下单点交叉口车速优化系统；其特征在于，所述系统包括：
网联无人驾驶车辆车载设备，所述车载设备实现车辆的自动驾驶、车辆运行及环境参数的采集与上传；
路侧设备，所述路侧设备包括：普通车辆信息采集传输设备及速度诱导设备，包括雷达测速装置、VMS显示屏，采集普通车辆的速度信息，传输至边缘计算节点；接收边缘计算节点下发的诱导速度显示在VMS屏上对普通车辆进行车速诱导；信号控制设备，包括道路交通信号控制机，接入网络，与边缘计算节点进行通信；边缘计算节点模块，所述边缘计算节点模块集成于交通信号控制机内，与信号机及网联车辆保持实时通信；
其中，所述边缘计算节点模块包括：
划分信号周期单元
根据交叉口信号配时方案将信号周期划分五部分：(t1,t2)为基础绿灯时间，；(t2,t3)为黄灯时间；(t3,t4)为初始红灯时间；(t4,t5)为不可控时间；(t5,t6)为红末时间；初始红灯时长：



红末时长：



其中，a0为给定的加速度，Vmin和Vmax分别为路段最低和最高限速，Li为车路i到停车线距离。
诱导非网联车辆的车速单元
当非网联车辆驶达检测点，完成速度的检测后，根据检测出的车速、距交叉口距离，计算其预计到达时间；根据到达时间所属的周期信号划分的部分，采用VMS屏进行对应信息的速度诱导。
网联自动驾驶车辆车速的干预单元
当网联车辆驶达系统边界时，边缘计算节点获取其车速，并根据车速及其具体位置信息计算其预计到达停车线的时间：若车辆到达时间属于(t1,t2)区间，则不对其速度进行干预；若车辆到达时间属于(t2,t4)区间，对车辆进行加速干预；若车辆到达时间属于(t4,t5)区间，则不对车辆进行干预；若车辆到达时间为属于(t5,t6)期间，则对车辆进行减速干预；
其中，所述加速干预包括：网联自动驾驶车辆i到达系统边界的速度为Vi，此时绿灯剩余时间为gr，距停车线Li，加速过程的加速度为a0；保持现速预计到达时间t∈(t2,t4)，干预速度为Vx；当Vi+gra0≤Vmax，且时，网联自动驾驶车辆将全程加速，末速度计算方法为：其他情况下则先加速后匀速，速度计算方法为：车辆以给定的加速度a0进行匀加速，以末速度Vx通过交叉口；
其中，所述减速干预算法包括：网联自动驾驶车辆i到达系统边界的速度为Vi，此时红灯剩余时间为Rr，距停车线Li，减速过程的加速度为a0；保持现速预计到达时间t∈(t2,t4)；当Vi-Rra0≥Vmin，且时，网联车辆将全程减速，末速度计算方法为：其余情况将先减速后匀速，速度计算方法为：车辆将以给定的加速度a0进行匀减速，以末速度Vx通过交叉口。


2.一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：任毅龙，姜涵，于海洋，刘润坤，刘成生，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11