一种基于博弈论的港口码头面自动驾驶换道决策方法技术

本发明专利技术公开了一基于博弈论的港口码头面自动驾驶换道方法，包括：S1，感知换道车辆周围车辆信息；S2，根据换道车辆和周围车辆的相对速度和距离，判断是否产生换道意图；S3，若产生换道意图，则进入步骤S4；否则，返回到步骤S2；S4，对拟换道车辆，打转向灯并进行较小横向移动以进行试探换道；S5，考虑拟换道车辆和目标车道后方车辆的博弈：根据拟换道车辆的策略为换道或车道保持及目标车道后方车辆的策略为避让或不避让构建换道博弈收益矩阵；S6，根据拟换道车辆和目标车道后方车辆总收益进行换道博弈决策判断。该方法在保证安全的前提下大大提高了决策模块对可换道时机的精准把控，提高了自动驾驶车辆在码头面的作业效率。高了自动驾驶车辆在码头面的作业效率。高了自动驾驶车辆在码头面的作业效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于博弈论的港口码头面自动驾驶换道决策方法


[0001]本专利技术涉及无人驾驶
，具体涉及一种基于博弈论的港口码头面自动驾驶换道决策方法。

技术介绍

[0002]近几年，随着人工智能的快速发展和传感器技术的突破，无人驾驶技术已经在一些特定场景中得到应用，比如：园区、矿山和港口等。对于港口码头来说，由于集卡司机的高昂成本及设施维护成本给港口运营带来的成本压力，无人驾驶集卡将会成为港口智能化改造的主要方向。港口集装箱的装卸过程通常会涉及三个作业环节，其中一个重要的环节是：货物通过岸桥设备，在码头面进行装卸箱。而在码头面上进行装卸箱时，常涉及到多车道规划和换道的情况，为了提高交通运输的效率和安全性，提高换道决策水平是必要的。
[0003]换道决策作为无人驾驶决策规划模块的子模块，以其过程的复杂性和决策的关键性一直备受广大学者的关注和研究。换道决策模块常采用的方法有间隙阈值接受模型和机器学习模型等。对于间隙阈值接受模型的方法来说，通过比较自车和前车、自车和目标车道的前后车距离进行换道判断，由于换道模型较为简单，故很难应对复杂的换道场景。对于机器学习方法来说，需要大量数据对模型进行训练，且在模型出现故障时，由于机器学习本身具有不可解释的性质，故很难对故障原因进行准确定位。
[0004]在换道过程中，由于目标车道的后方车辆可能选择减速让行或加速行驶等行为，所以任何换道行为的完成或放弃都是一方礼让或者妥协的产物，表现为两车的博弈平衡，否则两车之间的完全竞争将会导致交通事故的发生。
[0005]而博弈论为含有竞争倾向的问题提供了解决方法和分析手段，因此被广泛应用于各个领域中。每一个博弈的主要构成要素包括参与者、每个参与者所采取的策略以及参与者采取相应的策略所带来的收益函数。因此，可以应用博弈论研究换道过程中的多车动态交互作用。目前未见基于博弈论的港口码头面自动驾驶换道决策方法方面的报导。

技术实现思路

[0006]为解决现有技术存在的问题，本专利技术提供一种基于博弈论的港口码头面自动驾驶换道决策方法，无需大量数据的处理和计算即能实现更合理的换道决策。
[0007]为此，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]一种基于博弈论的港口码头面自动驾驶换道方法，包括以下步骤：
[0009]S1，通过换道车辆的车身传感器感知周围车辆信息；
[0010]S2，根据换道车辆和周围车辆的相对速度和距离，判断是否产生换道意图；
[0011]S3，若产生换道意图，则进入步骤S4；否则，返回到步骤S2；
[0012]S4，对于拟换道车辆，开始打转向灯并进行较小的横向移动以进行试探换道；
[0013]S5，考虑拟换道车辆和目标车道后方车辆之间的博弈：根据拟换道车辆的策略为换道或车道保持以及目标车道后方车辆的策略为避让或不避让构建换道博弈收益矩阵；
[0014]S6，根据拟换道车辆和目标车道后方车辆的总收益，进行换道博弈决策判断，其中：
[0015]总收益M计算公式为：
[0016]M＝W1M
safety
+W2M
dist
+W3M
velocity
，
[0017]式中：
[0018]M
safety
为交互车辆在换道博弈中的安全收益；M
dist
为交互车辆在换道博弈中的距离收益；M
velocity
为交互车辆在换道博弈中的速度收益；W1、W2、W分别为M
safety
、M
dist
、M
velocity
的权重，且W1+W2+W3＝1；
[0019]将所述安全收益、距离收益和速度收益进行归一化处理后引入到决策模型中，寻找最优策略，设CV为拟换道车辆，FV为前方车辆，LFV为目标车道的前方车辆，LRV为目标车道的后方车辆，在换道过程中，CV和LRV遵循两个参与者的Stackelberg博弈，目标函数式为：
[0020][0021][0022]约束条件定义如下：
[0023]V
i
≥0,i＝CV,LRV；
[0024]a
min
≤a
i
≤a
max
,i＝CV,LRV；
[0025]SP
CV
>D
min
；
[0026]式中：M
i
为i车的总收益；a
i
为i车的可能加速度，单位为m/s2；c
CV
为CV是否会换道；为CV的最佳加速度，单位为m/s2；为换道是否对CV有利；β2为LRV的最佳决策；λ
LRV
为已知CV的决策下，LRV的决策；a
min
为车辆最小加速度，单位为m/s2；a
ma
x为车辆最大加速度，单位为m/s2。
[0027]其中，M
safety
计算公式如下：
[0028][0029]式中，SPt为换道t时刻的安全系数；SP0为换道开始时的安全系数，SPt计算公式如下：
[0030][0031]式中，Th为换道t时刻的车头时距，单位为s；Tb为期望车头时距，单位为s。
[0032]其中，所述M
dist
以换道过程中车辆距离的变化表示，定义RP为两个交互车辆间的相对距离因子，则：
[0033][0034]式中，RPt为换道t时刻的相对距离因子；RP0为换道开始时的相对距离因子。
[0035]当CV与LRV在不同的车道上时，在t时刻相互作用的相对距离因子定义如下：
[0036][0037]式中：RP
LRV
‑
CV
(t)表示t时刻LRV的相对距离因子，LRV
‑
CV表示LRV与CV交互；_LRV表示目标车道被LRV占用；
[0038]其中，T
LRV
‑
CV
表示LRV与CV的时间因子，表达式如下：
[0039][0040]式中：D
LRV
为在道路坐标系上(沿道路方向)LRV的纵向距离；D
CV
为在道路坐标系上CV的纵向距离；V
LRV
为LRV的纵向速度；V
CV
为CV的纵向速度。
[0041]其中，所述M
velocity
的计算公式如下：
[0042][0043]式中：VPt为换道结束时的速度系数；VP0为换道开始时的速度系数；
[0044]VP的计算方法如下：
[0045][0046][0047]步骤S2中判断是否产生换道意图的方法如下：
[0048]设v
CV
为本车实际车速，v
FV
为本车道内前车实际车速，v
LFV
为目标车道前车车速，v
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于博弈论的港口码头面自动驾驶换道决策方法，包括以下步骤：S1，通过换道车辆的车身传感器感知周围车辆信息；S2，根据换道车辆和周围车辆的相对速度和距离，判断是否产生换道意图；S3，若产生换道意图，则进入步骤S4；否则，返回到步骤S2；S4，对于拟换道车辆，开始打转向灯并进行较小的横向移动以进行试探换道；S5，考虑拟换道车辆和目标车道后方车辆之间的博弈：根据拟换道车辆的策略为换道或车道保持以及目标车道后方车辆的策略为避让或不避让构建换道博弈收益矩阵；S6，根据拟换道车辆和目标车道后方车辆的总收益，进行换道博弈决策判断，其中：总收益M计算公式为：M＝W1M
safety
+W2M
dist
+W3M
velocity
，式中：M
safety
为交互车辆在换道博弈中的安全收益；M
dist
为交互车辆在换道博弈中的距离收益；M
velocity
为交互车辆在换道博弈中的速度收益；W1、W2、W分别为M
safety
、M
dist
、M
velocity
的权重，且W1+W2+W3＝1；将所述安全收益、距离收益和速度收益进行归一化处理后引入到决策模型中，寻找最优策略，设CV为拟换道车辆，FV为前方车辆，LFV为目标车道的前方车辆，LRV为目标车道的后方车辆，在换道过程中，CV和LRV遵循两个参与者的Stackelberg博弈，目标函数式为：车辆，在换道过程中，CV和LRV遵循两个参与者的Stackelberg博弈，目标函数式为：约束条件定义如下：V
i
≥0,i＝CV,LRV；a
min
≤a
i
≤a
max
,i＝CV,LRV；SP
CV
>D
min
；式中：M
i
为i车的总收益；a
i
为i车的可能加速度，单位为m/s2；c
CV
为CV是否会换道；为CV的最佳加速度，单位为m/s2；为换道是否对CV有利；β2为LRV的最佳决策；λ
LRV
为已知CV的决策下，LRV的决策；a
min
为车辆最小加速度，单位为m/s2；a
ma
x为车辆最大加速度，单位为m/s2。2.根据权利要求1所述的基于博弈论的港口码头面自动驾驶换道决策方法，其特征在于，M
safety
计算公式如下：式中，SPt为换道t时刻的安全系数；SP0为换道开始时的安全系数，SPt计算公式如下：式中，Th为换道t时刻的车头时距，单位为s；Tb为期望车头时距，单位为s。
3.根据权利要求1所述的基于博弈论的港口码头面自动驾驶换道决策方法，其特征在于，所述M
dist
以换道过程中车辆距离的变化表示，定义RP为两个交互车辆间的相对距离因子，则距离收益计算公式如下：式中，RPt为换道t时刻的相对距离因子；RP0为换道开始时的相对距离因子。4.根据权利要求1所述的基于博弈论的港口码头面自动驾驶换道决策方法，其特征在于，当CV与LRV在不同的车道上时，在t时刻相互作用的相对距离因子定义如下：式中：RP
LRV
‑
CV
(t)表示t时刻LRV的相对距离因子，LRV
‑
CV表示LRV与CV交互；_LRV表示目标车道被LRV占用；其中，T
LRV
‑
CV
表示LRV与CV的时间因子，表达式如下：式中：D
LRV
为在道路坐标系上(沿道路方向)LRV的纵向距离；...

【专利技术属性】
技术研发人员：张祖锋，张冉，林麒，
申请(专利权)人：宁波大榭招商国际码头有限公司，
类型：发明
国别省市：