混行环境下多车道单交叉口时空资源配置方法及系统与流程

1.本发明涉及智能交通控制技术领域，具体涉及一种混行环境下多车道单交叉口时空资源配置方法、一种混行环境下多车道单交叉口时空资源配置系统，一种存储介质，一种电子设备。


背景技术：

2.具备与外界实时通信的自动驾驶车辆称为网联自动车，网联自动车由于具有更及时准确的信息获取能力、更快的反应能力和更精确的操作能力，可以提升道路行车安全以及缩小最小跟车时距提升道路通行能力。因此，网联自动车被认为在未来可以有效缓解城市交通拥堵，提高出行安全与效率。经过政府、企业和研究机构多年来的不懈努力，目前车联网和自动驾驶技术已取得了飞速发展，网联自动车已进入实地运营阶段，如2018年底，google在美国凤凰城郊区发布了全球第一款网联自动出租车，进行首个商业化应用；百度目前已在长沙、沧州和北京三座城市布设了其网联自动出租车运营服务，服务出行人次超21万。
3.当网联自动车大规模应用，路网交通流将由传统单一的人工车流转变为由人工车辆和网联自动车组成的混行车流，为保证运行安全或提高路网出行效率，管理者可能会重新分配道路资源，将路段上某些车道设置为专供网联自动车运行的专用道，称为网联自动车专用道，另外部分车道专供人工车辆运行，称为人工车辆专用道。相关研究表明将车道重新分配为网联自动车专用道和人工车道专用道可以明显提升路段交通流运行效率，提高道路通行能力，减少延误。然而，对于网联自动车与人工车辆混行环境下道路资源的重新分配，目前的研究仅限于对路段车道资源进行重新管理，路网交通流的运行还受到交叉口时空资源配置的影响，当在路段上将车道分别设置为网联自动车专用道和人工车辆专用道时，迫切需要一套能优化交叉口时空资源配置的方法，特别是对进口车道数较多的交叉口，优化进口车道渠化方案，避免交织，提升混行环境下交叉口进口处车流运行安全，以及在当前车道渠化方案下，优化交叉口信号配时方案，避免交叉口内部车流冲突，并提升交叉口出行效率。
4.需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。


技术实现要素：

5.本公开提供一种混行环境下多车道单交叉口时空资源配置方法及系统、存储介质、电子设备，能够优化混行环境下多车道交叉口的渠化设计和信号配时方案，并提升交叉口出行效率。
6.本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开的实践而习得。
7.根据本公开的第一方面，提供一种混行环境下多车道单交叉口时空资源配置方
法，所述方法包括：
8.确定待分析交叉口每个流向网联自动车流流量、每个流向人工车流流量以及该交叉口最大最小许可周期时长、最大最小许可相位绿灯时长和绿灯间隔时间；
9.确定网联自动车专用道和人工车辆专用道饱和流率，以及左、直、右网联自动车流和人工车流的折算系数；
10.结合待分析交叉口相连路段的布局，确定待分析交叉口对应的混行环境下多车道交叉口渠化方案。
11.在一种示例性实施方式中，所述方法还包括：根据网联自动车专用道和人工车辆专用道相对位置以及各股车流的运行轨迹，构建冲突集合；
12.基于所述交叉口渠化方案构建混合整数线性规划模型，以待分析交叉口通行能力最大和/或延误最小为目标，优化待分析交叉口的信号配时方案。
13.在一种示例性实施方式中，所述结合待分析交叉口相连路段的布局，确定待分析交叉口对应的混行环境下多车道交叉口渠化方案，包括：
14.将与所述交叉口相连的某一进口路段左侧或右侧π条连续车道设置成网联自动车专用道，其他车道供人工车辆运行；
15.网联自动车专用道设置预信号灯以及预信号停止线，预信号停止线与交叉口停止线之间为串联控制区；
16.将预信号停止线上游靠近人工车道一侧的网联自动车专用道配置为停车排队区，另一侧车道配置为通行区；
17.利用预信号对π条连续的网联自动车专用道上的左、直、右三股网联自动车流按照串联方式进行控制；
18.根据左、直、右转向车流流量比与导向车道数比的一致性原则配置待分析交叉口人工车辆专用道的渠化方案。
19.在一种示例性实施方式中，所述串联控制区长度按照能容纳一个周期内网联自动车流中任意一种转向车流停车排队设置，所述停车排队区按照能容纳一个周期内网联自动车流中任意两种转向车流停车排队设置，所述串联控制区长度与所述停车排队区长度之和应小于路段长度。
20.在一种示例性实施方式中，所述冲突集合包括：交叉冲突、合流冲突和串联冲突。
21.在一种示例性实施方式中，根据网联自动车专用道和人工车辆专用道相对位置以及各股车流的运行轨迹，构建冲突集合，包括：
22.根据网联自动车专用道的布设位置和各股车流的运行轨迹，确定两股不同转向车流的运行轨迹是否在交叉口内部发生交叉，将发生交叉冲突的冲突车流添加到冲突集合中；
23.根据网联自动车专用道的布设位置和各股车流的运行轨迹，确定两股不同转向车流的运行轨迹是否在出口车道处发生合流冲突，将发生合流冲突的冲突车流添加到冲突集合中；
24.进口方向设置了网联自动车专用道的该方向的三股网联自动车流两两配对，作为串联冲突车流添加到冲突集合中。
25.在一种示例性实施方式中，基于所述交叉口渠化方案构建混合整数线性规划模
型，以待分析交叉口通行能力最大和延误最小为目标，优化待分析交叉口的信号配时方案，包括：
26.根据第一约束条件从时间维度上分离冲突交通流；
27.根据第二约束条件确保分配的人工车流相位绿灯满足相位结构要求；
28.根据第三约束条件确保同一车道组的人工车流具有相同的绿灯相位；
29.根据第四约束条件确保在布设了网联自动车专用道的混行交叉口的相位饱和度满足最大饱和度；
30.根据第五约束条件确保所优化的配时参数处于许可范围内；
31.基于各约束条件构建混合整数线性规划模型。根据本公开的第二方面，提供一种混行环境下多车道单交叉口时空资源配置系统，所述系统包括：
32.第一参数获取模块，用于确定待分析交叉口每个流向网联自动车流流量、每个流向人工车流流量以及该交叉口最大最小许可周期时长、最大最小许可相位绿灯时长和绿灯间隔时间；
33.第二参数获取模块，用于确定网联自动车专用道和人工车辆专用道饱和流率，以及左、直、右网联自动车流和人工车流的折算系数；
34.渠化方案配置模块，用于结合待分析交叉口相连路段的布局，确定待分析交叉口对应的混行环境下多车道交叉口渠化方案。
35.在一种示例性实施方式中，所述系统还包括：
36.信号配时方案确定模块，用于根据网联自动车专用道和人工车辆专用道相对位置以及各股车流的运行轨迹，构建冲突集合；基于所述交叉口渠化方案构建混合整数线性规划模型，以待分析交叉口通行能力最大和/或延误最小为目标，优化待分析交叉口的信号配时方案。
37.根据本公开的第三方面，提供一种应存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现根据上述第一方面所述的混行环境下多车道单交叉口时空资源配置方法。
38.根据本公开的第四方面，提供一种电子设备，包括：处理器；以及存储器，用于存储所述处理器的可执行指令；其中，所述处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行时实现根据上述第一方面所述的混行环境下多车道单交叉口时空资源配置方法。
39.本公开的一种实施例所提供的混行环境下多车道单交叉口时空资源配置方法，根据交叉口相连路段上是否布设了网联自动车专用道来优化交叉口渠化方案，避免设有网联自动车专用道的相连路段上的网联自动车流和人工车流在交叉口进口处发生交织，提升混行环境下交叉口进口安全；优化交叉口信号配时方案，在确保交叉口内部运行安全的基础上提升交叉口通行效率。
40.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
41.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开
的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
42.图1示意性示出混行环境下五车道交叉口车道渠化图；
43.图2中示意性示出混行交叉口冲突示意图；
44.图3示意性示出nema相位结构的示意图；
45.图4示意性示出本公开示例性实施例中一种混行环境下多车道单交叉口时空资源配置方法的示意图；
46.图5示意性示出本公开示例性实施例中另一种混行环境下多车道单交叉口时空资源配置方法的示意图；
47.图6示意性示出本公开示例性实施例中一种混行环境下多车道单交叉口时空资源配置系统的示意图；
48.图7示意性示出本公开示例性实施例中一种电子设备的组成示意图；
49.图8示意性示出本公开示例性实施例中一种存储介质的组成示意图。
具体实施方式
50.现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。
51.此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
52.针对现有技术的缺点和不足，参考图4所示，本示例实施方式中提供了一种混行环境下多车道单交叉口时空资源配置方法，包括：
53.步骤s1，确定待分析交叉口每个流向网联自动车流流量、每个流向人工车流流量以及该交叉口最大最小许可周期时长、最大最小许可相位绿灯时长和绿灯间隔时间；
54.步骤s2，确定网联自动车专用道和人工车辆专用道饱和流率，以及左、直、右网联自动车流和人工车流的折算系数；
55.步骤s3，结合待分析交叉口相连路段的布局，确定待分析交叉口对应的混行环境下多车道交叉口渠化方案。
56.本示例实施方式所提供的混行环境下多车道单交叉口时空资源配置方法，针对网联自动车和人工车辆混行的各进口方向具有四进口车道及以上的交叉口，且与交叉口相连的路段上设置了网联自动车专用道和人工车辆专用道，设计一种包含网联自动车专用道和人工车辆专用道的渠化方案，分离混行环境下多车道交叉口处的网联自动车流和人工车流。
57.在步骤s1中，确定待分析交叉口每个流向网联自动车流流量、每个流向人工车流流量以及该交叉口最大最小许可周期时长、最大最小许可相位绿灯时长和绿灯间隔时间。
58.本示例实施方式中，可以确定每个流向网联自动车流流量、每个流向人工车流流量以及该交叉口最大最小许可周期时长、最大最小许可相位绿灯时长和绿灯间隔时间。
59.具体而言，以典型五车道十字信号交叉口为例，如图1所示，与交叉口相连的四个路段均在路段左侧布设了两条网联自动车专用道。
60.实地调查确定各转向网联自动车流流量和人工车流流量，如表1和2所示。
61.基于人工经验确定该交叉口最大最小许可周期时长c
max
＝120s，c
min
＝60s，最大绿灯时长g
max
＝80s，基于行人过街时间需求确定最小许可相位绿灯时长g
min
＝6s，基于交叉口“两难区域”避免原则确定绿灯间隔时间w＝5s。
[0062][0063]
表1网联自动车流流量(pcu/h)
[0064][0065]
表2人工车流流量(pcu/h)
[0066]
在步骤s2中，确定网联自动车专用道和人工车辆专用道饱和流率，以及左、直、右网联自动车流和人工车流的折算系数。
[0067]
本示例实施方式中，饱和流率可根据理论模型法和实测法进行确定。具体的，可以根据调查统计得出交叉口处网联自动车和人工车辆各自最小跟驰车头时距，例如实施例中网联自动车和人工车辆各自最小跟驰车头时距η1＝1.5s，η2＝2s，基于饱和流率与最小跟驰车头时距的倒数关系确定网联自动车专用道和人工车辆专用道的饱和流率s分别为2400pcu/h和1800pcu/h.
[0068]
利用折算系数将左、直、右转向的车流转化成等量的直行车流，以便于统一计算，折算系数可根据理论模型法、容量计算法、速度-流量计算法、超车率法、延误计算法、车头时距法等方法进行确定，本示例实施方式中，按式x∈{l,t,r},m∈{a,h}计算得出，式中为x转向m类型车辆的折算系数；为x转向m类型车辆的转向半径，l、t、r分别表示左转、右转和直行，a,h分别表示网联自动车流和人工车流。实施例中左、直、右网联自动车流和人工车流的转向半径取值相同，分别为计算得出折算系数分别为
[0069]
在步骤s3中，结合待分析交叉口相连路段的布局，确定待分析交叉口对应的混行环境下多车道交叉口渠化方案。
[0070]
本示例实施方式中，上述的步骤s3可以包括：
[0071]
将与所述交叉口相连的某一进口路段左侧或右侧π条连续车道设置成网联自动车专用道，其他车道供人工车辆运行；
[0072]
网联自动车专用道设置预信号灯以及预信号停止线，预信号停止线与交叉口停止线之间为串联控制区；
[0073]
将预信号停止线上游靠近人工车道一侧的网联自动车专用道配置为停车排队区，另一侧车道配置为通行区；
[0074]
利用预信号对两条连续的网联自动车专用道上的左、直、右三股网联自动车流按照串联方式进行控制；
[0075]
根据左、直、右转向车流流量比与导向车道数比的一致性原则配置待分析交叉口人工车辆专用道的渠化方案。
[0076]
具体而言，混行环境下多车道交叉口渠化方案的设计，主要包括以下过程：
[0077]
c31、将与所述交叉口相连的某一进口路段左侧或右侧π条连续车道设置成网联自动车专用道，其他车道供人工车辆运行；网联自动车专用道和人工车辆专用道的数量参考路段车道数量及网联自动车车流、人工车流流量设置，此处根据网联自动车流和人工车流流量比，在各进口方向左侧设置两条连续的网联自动车专用道，如图1所示。
[0078]
c32、网联自动车专用道设置预信号灯以及预信号停止线，预信号停止线与交叉口停止线之间为串联控制区，供网联自动车车流停车等待交叉口绿灯信号亮起，进而驶离交叉口，如图1所示。串联控制区长度需能容纳一个周期内左、直、右网联自动车流中的任意一股车流停车排队，b表示串联控制区，按下式计算：
[0079][0080]
式中：和分别为i进口方向左、直、右转向的网联自动车车流流量；
[0081]
c为信号周期时长；
[0082]
为车辆停车排队时的平均车头间距。
[0083]
c33、将预信号上游靠近人工车道一侧的网联自动车专用道设置成停车排队区，供当前时刻非允许通行的转向车流停车让行，停车排队区长度需能容纳任意两种转向车流一个周期内停车排队，o表示停车排队区，按下式计算：
[0084][0085]
式中：和分别为i进口方向网联自动车车流的左、直、右转向的绿灯时长；
[0086]
另一侧车道设置成通行区，供允许通行的某一转向网联自动车流使用。通常配置1条通行区，通车排队区配置为π-1条。
[0087]
串联控制区长度与停车排队区长度之和应小于路段长度。
[0088]
c34、利用预信号对两条连续的网联自动车专用道上的左、直、右三股网联自动车流按照串联方式进行控制，即三股车流依次轮流使用串联控制区内所有网联自动车专用道驶离交叉口；
[0089]
c35、根据左、直、右转向车流流量比与导向车道数比的一致性原则设置交叉口人
工车辆专用道的渠化方案，此处一致性原则指左、直、右转向车流流量比与相应导向车道数比之差位于合理范围内。
[0090]
当进口方向i左转人工车流流量处于以下范围时，设置n
i,1
条左转人工车道，否则，设置1条直左人工车道，n
i,1-1条左转人工车道；
[0091][0092]
式中：λ1和λ2分别为两控制尺度参数，控制左转与直右转向人工车流流量比和相应车道数比的一致性范围，依据人工经验预先设定；
[0093]ni,2
为进口方向i直行与右转人工车道数之和，且n
i,2
＝n
i-n
i,1
，ni为进口方向i允许人工车辆运行的车道数；
[0094]
和分别表示i进口方向人工车流左、直、右转向的折算系数；
[0095]
和分别表示i进口方向人工车流左、直、右转向流量；
[0096]
当进口方向i右转人工车流流量处于以下范围时，设置n
i,3
条右转人工车道，否则，设置1条直右人工车道，n
i,3-1条右转人工车道；
[0097][0098]
式中：λ3和λ4分别为两控制尺度参数，控制右转与左直转向人工车流流量比和相应车道数比的一致性范围，依据人为经验预先设定；
[0099]ni,4
为进口方向i直左转人工车道数之和或直行人工车道数，当进口方向i设置了直左人工车道，n
i,4
为进口方向i直左转人工车道数之和，n
i,4
＝n
i-n
i,3
；当进口方向i未设置直左人工车道时，n
i,4
为进口方向i直行人工车道数，n
i,4
＝n
i,2-n
i,3
，并令上述式中
[0100]
将进口方向i剩余车道全设置为人工直行车道，允许人工直行车流运行。
[0101]
举例而言，由于与交叉口相连的四个路段均在路段左侧布设了两条网联自动车专用道，将交叉口每个进口方向左侧两进口车道设置为网联自动车专用道，剩下右侧三进口车道供人工车流运行。
[0102]
对网联自动车流实施串联控制，即三股车流依次轮流使用串联控制区内所有网联自动车专用道驶离交叉口，例如，首先，开启预信号左转绿灯信号，允许左转网联自动车流进入串联控制区，随后，开启交叉口该进口方向左转绿灯信号并关闭预信号左转绿灯信号，左转网联自动车流通过串联控制区所有进口车道驶离交叉口；其次，关闭交叉口左转绿灯信号并开启预信号直行绿灯，允许直行网联自动车流进入串联控制区，随后，开启交叉口直行绿灯信号并关闭预信号直行绿灯信号，直行网联自动车流通过串联控制区所有进口车道驶离交叉口；最后，关闭交叉口直行绿灯信号并开启预信号右转绿灯，允许右转网联自动车流进入串联控制区，随后，开启交叉口右转绿灯信号并关闭预信号右转绿灯信号，右转网联自动车流通过串联控制区所有进口车道驶离交叉口；周期性重复上述过程，进而实现对网联自动车流的串联控制，如图1所示。
[0103]
根据实地调查统计，确定实施例中网联自动车排队时的平均车头间距周期时长c可取最大周期时长或实际实施的周期时长，各网联自动车流相位绿灯时长
ga
可基于
最大周期时长和绿信比取得或取实际实施的绿灯时长。本示例实施方式中，周期时长c和各网联自动车流相位绿灯时长
ga
取信号配时优化模型优化后实际实施的周期时长和绿灯时长，因此，串联控制区和停车排队区长度根据信号配时方案确定之后再进行确定。
[0104]
确定人工车流进口车道渠化方案设计中的四个控制尺度参数λ1＝1.5,λ2＝2.5,λ3＝1.0,λ4＝1.5，进而计算得到当n
i,1
＝1,n
i,2
＝2,n
i,3
＝0,n
i,4
＝2，i∈{1,2,3,4}，满足左、直、右转向车流流量比与导向车道数比的一致性原则，即将交叉口每个进口方向车道3设置为人工车辆左转专用道，车道2设置为人工车辆直行专用道，车道1设置为人工车辆直右车道。
[0105]
参考图5所示，本示例实施方式中还提供了一种混行环境下多车道单交叉口时空资源配置方法，包括：
[0106]
步骤s1，确定待分析交叉口每个流向网联自动车流流量、每个流向人工车流流量以及该交叉口最大最小许可周期时长、最大最小许可相位绿灯时长和绿灯间隔时间；
[0107]
步骤s2，确定网联自动车专用道和人工车辆专用道饱和流率，以及左、直、右网联自动车流和人工车流的折算系数；
[0108]
步骤s3，根据待分析交叉口相连路段的布局，确定待分析交叉口对应的混行环境下多车道交叉口渠化方案。
[0109]
步骤s4，根据网联自动车专用道和人工车辆专用道相对位置以及各股车流的运行轨迹，构建冲突集合；
[0110]
步骤s5，基于所述交叉口渠化方案构建混合整数线性规划模型，以待分析交叉口通行能力最大和/或延误最小为目标，优化待分析交叉口的信号配时方案。
[0111]
本示例实施方式中，在步骤s4中，所述冲突集合包括：交叉冲突、合流冲突和串联冲突。其中，根据网联自动车专用道和人工车辆专用道相对位置以及各股车流的运行轨迹，构建冲突集合，包括：
[0112]
根据网联自动车专用道的布设位置和各股车流的运行轨迹，确定两股不同转向车流的运行轨迹是否在交叉口内部发生交叉，将发生交叉冲突的冲突车流添加到冲突集合中；
[0113]
根据网联自动车专用道的布设位置和各股车流的运行轨迹，确定两股不同转向车流的运行轨迹是否在出口车道处发生合流冲突，将发生合流冲突的冲突车流添加到冲突集合中；
[0114]
进口方向设置了网联自动车专用道的该方向的三股网联自动车流两两配对，作为串联冲突车流添加到冲突集合中。
[0115]
具体而言，首先，确定发生交叉冲突的冲突车流，车流用(i,j,m)表示，式中i,j分别表示车流的进、出口车道编号，m为车流类型，m∈{a,h}。根据左、直、右转向顺序顺时针确定每个进口方向的人工车流与网联自动车流的冲突车流，将冲突车流添加到冲突集合中。例如图2进口方向1的左转人工车流轨迹与进口方向2的左转人工车流和网联自动车流轨迹在交叉口内部发生交叉，产生交叉冲突，将冲突车流((1,2,h),(2,3,h))和((1,2,h),(2,3,a))添加到冲突集合中。
[0116]
其次，确定发生合流冲突的冲突车流，顺时针确定每个出口车道的所有车流，确定其中发生合流冲突的车流。例如图2中来自进口方向1的右转网联自动车流轨迹与来自进口
方向2的直行人工车流的轨迹在进口方向4的出口车道处发生合流交叉，产生合流冲突，将冲突车流((1,4,a),(2,4,h))添加到冲突集合中。
[0117]
最后，确定设置了网联自动车专用道进口方向，并将该方向的三股网联自动车流两两配对，作为串联冲突车流添加到冲突集合中。例如图2中进口方向3设置了网联自动车专用道，来自进口方向3的左、直、右三股网联自动车流两两发生串联冲突，将其添加到冲突集合中。
[0118]
在步骤s5中，基于所述交叉口渠化方案构建混合整数线性规划模型，以待分析交叉口通行能力最大和/或延误最小为目标，优化待分析交叉口的信号配时方案。
[0119]
本示例实施方式中，上述的步骤s5可以包括：
[0120]
根据第一约束条件从时间维度上分离冲突交通流；
[0121]
根据第二约束条件确保分配的人工车流相位绿灯满足相位结构要求；
[0122]
根据第三约束条件确保同一车道组的人工车流具有相同的绿灯相位；
[0123]
根据第四约束条件确保在布设了网联自动车专用道的混行交叉口的相位饱和度满足最大饱和度；
[0124]
根据第五约束条件确保所优化的配时参数处于许可范围内；
[0125]
基于各约束条件构建混合整数线性规划模型。
[0126]
具体而言，以交叉口通行能力最大和/或延误最小为目标的信号配时优化模型包括冲突分离模块(第一约束条件)、人工车流相位结构约束模块(第二约束条件)、车道组约束模块(第三约束条件)、饱和度约束模块(第四约束条件)、参数范围约束模块(第五约束条件)以及优化目标模块，具体构建过程包括：
[0127]
为了保证交叉口运行安全，需要从时间维度上分离冲突交通流，确保冲突交通流通过交叉口的时间相互分离，构建下述冲突分离模块，通过优化信号相序，实现冲突交通流在不同的时刻被赋予通行权。
[0128]
具体的，所述的冲突分离模块通过以下约束从时间维度上分离冲突交通流：
[0129][0130][0131][0132][0133]
其中，i表示进口方向编号集合，进口方向顺时针编号；ω表示冲突车流集合；表示m类型车流(i,j)的绿灯起点时刻，m∈{a,h}，其中a表示网联自动车流，h表示人工车流，车流(i,j)表示从i进口方向驶向j进口方向的车流，根据j进口方向的不同，分别表示i进口方向左、直、右转向车流。
[0134]
表示m类型车流(i,j)的绿灯时长；w表示绿灯间隔时长；m表示一足够大的正整数；表示m1类型车流(i,j)和m2类型车流(t,v)绿灯相位顺序，为二进制变量，表示m1类型车流(i,j)的绿灯先于m2类型车流(t,v)绿灯亮起，否则，晚于m2类型车流(t,v)绿灯亮起。
[0135]
式(1)确保冲突车流(i,j)和(t,v)通过信号相序在时间上分离，消除冲突；式(2)
确保冲突车流(i,j)和(t,v)的绿灯相序具有一致性；式(3)确保新周期第一相位与上一周期最后一相位之间存在清空时间；式(4)为二进制约束。
[0136]
具体的，人工车流相位结构约束模块通过以下约束确保分配的人工车流相位绿灯满足相位结构要求：
[0137][0138][0139][0140][0141][0142]
其中，进口方向编号进口方向编号进口方向编号
[0143]
f表示参照传统的nema相位结构中前半环冲突车流与后半环冲突车流所构建的冲突车流集合，f＝{((i,j),(j,t),(t,i),(j,t)),((i,j),(d,j),(t,i),(d,j)),((i,j),(j,t),(i,j),(d,j)),((t,i),(j,t),(t,i),(d,j))}。f1,f2,f3,f4分别依次表示集合f中每个元素中的四股车流；c表示信号周期时长。
[0144]
式(5)表示混行交叉口周期时长不小于人工车流相位结构中相互冲突的四股人工车流的绿灯时长之和；式(6)表示混行交叉口周期时长不小于m类型车流(i,j)的绿灯时刻；式(7)和(8)分别表示相交道路中的同一道路双方向的人工车流直行与左转绿灯时间交叉之和相等；式(9)表示同一道路冲突车流与相交道路冲突车流相序关系相同。
[0145]
对于混行交叉口的人工车流的相位结构，其结构与传统的nema相位结构既存在相似之处，双环结构，即同一路段不同进口方向的左转与直行相位位于同一环中，交叉路段的不同进口方向的左转与直行相位位于不同环中，例如图3中东西向的左转与直行相位(相位1、2、5、6)位于前半环中，南北向的左转与直行相位(相位3、4、7、8)位于后半环中。此外，又存在不同之处，如：当存在直右车道时，且网联自动车专用道右侧布设时，由于右转人工车流与直行网联自动车流冲突，采用屏障1、3外侧潜在直行网联自动车流相位，删除屏障1、3内侧潜在直行网联自动车流相位，并将其绿灯时间给与右转网联自动车流相位，此时，人工车流的相位绿灯时长之和不再与周期时长相等，且各人工车流相位绿灯终点不大于周期时长。当网联自动车专用道左侧布设或不存在直右车道时，采用屏障1、3内侧潜在直行网联自动车流相位，删除屏障1、3外侧潜在直行网联自动车流相位，此时，人工车流的相位绿灯时长之和与周期时长相等。构建该约束，实现上述人工车流的相位结构。
[0146]
具体的，车道组约束模块通过以下约束确保同一车道组的人工车流具有相同的绿灯相位：
[0147]
[0148][0149]
其中，k分别确为车道组集合，k为某一车道组；gk表示车道组k的绿灯时长。
[0150]
式(10)和(11)保在同一车道组k的两股人工车流(i,j)和(t,v)的绿灯起点和绿灯时长相同。
[0151]
对于属于同一车道组的不同转向的人工车流，其绿灯相位应相同。
[0152]
具体的，饱和度约束模块通过以下约束确保在布设了网联自动车专用道的混行交叉口的相位饱和度满足最大饱和度约束要求：
[0153][0154]
其中，表示m类型车流(i,j)的折算系数，m∈{a,h}；
[0155]
nk表示车道组k所具有的车道数；
[0156]
sk表示车道组k的饱和流率；
[0157]
pk表示车道组k所允许的最大饱和度；
[0158]
λk表示车道组k是否是网联自动车专用道，若是，λk＝1，否则，λk＝0。
[0159]
对于每个相位所分配的绿灯时长，需要确保该时长方案下的相位饱和度不大于最大饱和度要求，构建该约束实现在布设了网联自动车专用道的混行交叉口最大饱和度约束要求。
[0160]
具体的，参数范围约束模块通过以下约束确保所优化的配时参数处于许可范围内：
[0161][0162]cmin
≤c≤c
max
ꢀꢀ
(14)
[0163]
其中，g
max
和g
min
分别表示最大和最小许可绿灯时长；c
max
和c
min
分别表示最大和最小许可周期时长。
[0164]
式(13)和(14)分别确保所优化的绿灯时长和周期时长满足最大最小值要求。
[0165]
优化目标模块通过构建目标函数实现交叉口通行能力最大和/或车辆延误最小的目标。本实施例中，以交叉口通行能力最大和车辆延误最小为目标，构建目标函数如下：
[0166][0167]
其中m表示一足够大的正整数。
[0168]
基于绿灯时间越长，通行能力越大，以及周期时长越小，车辆延误越小的原理构建该目标函数，实现交叉口通行能力最大和车辆延误最小的目标。
[0169]
基于上述内容，本示例实施方式中，上述方法还包括：利用gams求解器求解混合整数线性规划模型，获得以交叉口通行能力最大和延误最小的所设计车道渠化方案下信号配时方案。
[0170]
具体的，采用gams求解器求解上述信号配时优化模型，获得以交叉口通行能力最大和延误最小的所设计车道渠化方案下信号配时方案，结果如表3所示，周期时长c＝106s。
[0171][0172]
表3五车道交叉口最优信号配时方案
[0173]
根据周期时长c确定1-4进口方向的串联控制区和停车排队区长度分别为
[0174]
本公开实施例所提供的一种混行环境下多车道单交叉口时空资源配置方法，根据交叉口相连路段上是否布设了网联自动车专用道来优化交叉口渠化方案，避免设有网联自动车专用道的相连路段上的网联自动车流和人工车流在交叉口进口处发生交织，提升混行环境下交叉口进口安全。并通过所构建的以交叉口通行能力最大和/或延误最小为目标的信号配时优化模型，优化交叉口信号配时方案，在确保交叉口内部运行安全的基础上提升交叉口通行效率。
[0175]
进一步的，参考图6所示，本示例的实施方式中还提供一种混行环境下多车道单交叉口时空资源配置系统10，包括：第一参数获取模块101、第二参数获取模块102、渠化方案配置模块103。其中，
[0176]
第一参数获取模块101，用于确定待分析交叉口每个流向网联自动车流流量、每个流向人工车流流量以及该交叉口最大最小许可周期时长、最大最小许可相位绿灯时长和绿灯间隔时间。
[0177]
第二参数获取模块102，用于确定网联自动车专用道和人工车辆专用道饱和流率，以及左、直、右网联自动车流和人工车流的折算系数。
[0178]
渠化方案配置模块103，用于结合待分析交叉口相连路段的布局，确定待分析交叉口对应的混行环境下多车道交叉口渠化方案。
[0179]
进一步的，所述混行环境下多车道单交叉口时空资源配置系统10还可以包括：
[0180]
冲突集合构建模块，用于根据网联自动车专用道和人工车辆专用道相对位置以及各股车流的运行轨迹，构建冲突集合。
[0181]
信号配时方案确定模块，用于基于所述交叉口渠化方案构建混合整数线性规划模型，以待分析交叉口通行能力最大和/或延误最小为目标，优化待分析交叉口的信号配时方案。
[0182]
进一步的，所述渠化方案配置模块可以包括：将与所述交叉口相连的某一进口路段左侧或右侧π条连续车道设置成网联自动车专用道，其他车道供人工车辆运行；网联自动车专用道设置预信号灯以及预信号停止线，预信号停止线与交叉口停止线之间为串联控制
区；将预信号停止线上游靠近人工车道一侧的网联自动车专用道配置为停车排队区，另一侧车道配置为通行区；利用预信号对π条连续的网联自动车专用道上的左、直、右三股网联自动车流按照串联方式进行控制；根据左、直、右转向车流流量比与导向车道数比的一致性原则配置待分析交叉口人工车辆专用道的渠化方案。
[0183]
进一步的，所述串联控制区长度按照能容纳一个周期内网联自动车流中任意一种转向车流停车排队设置，所述停车排队区按照能容纳一个周期内网联自动车流中任意两种转向车流停车排队设置，所述串联控制区长度与所述停车排队区长度之和应小于路段长度。
[0184]
进一步的，所述冲突集合包括：交叉冲突、合流冲突和串联冲突。
[0185]
进一步的，所述信号配时方案确定模块还可以用于根据网联自动车专用道的布设位置和各股车流的运行轨迹，确定两股不同转向车流的运行轨迹是否在交叉口内部发生交叉，将发生交叉冲突的冲突车流添加到冲突集合中；根据网联自动车专用道的布设位置和各股车流的运行轨迹，确定两股不同转向车流的运行轨迹是否在出口车道处发生合流冲突，将发生合流冲突的冲突车流添加到冲突集合中；进口方向设置了网联自动车专用道的该方向的三股网联自动车流两两配对，作为串联冲突车流添加到冲突集合中。
[0186]
进一步的，所述信号配时方案确定模块还可以包括：根据第一约束条件从时间维度上分离冲突交通流；根据第二约束条件确保分配的人工车流相位绿灯满足相位结构要求；根据第三约束条件确保同一车道组的人工车流具有相同的绿灯相位；根据第四约束条件确保在布设了网联自动车专用道的混行交叉口的相位饱和度满足最大饱和度；根据第五约束条件确保所优化的配时参数处于许可范围内；基于各约束条件构建混合整数线性规划模型。
[0187]
上述的混行环境下多车道单交叉口时空资源配置系统中各模块的具体细节已经在对应的混行环境下多车道单交叉口时空资源配置方法中进行了详细的描述，因此此处不再赘述。
[0188]
应当注意，尽管在上文详细描述中提及了用于动作执行的设备的若干模块或者单元，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本公开的实施方式，上文描述的两个或更多模块或者单元的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之，上文描述的一个模块或者单元的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体化。
[0189]
在本公开的示例性实施例中，还提供了一种能够实现上述方法的电子设备。
[0190]
所属技术领域的技术人员能够理解，本发明的各个方面可以实现为系统、方法或程序产品。因此，本发明的各个方面可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件实施方式、完全的软件实施方式(包括固件、微代码等)，或硬件和软件方面结合的实施方式，这里可以统称为“电路”、“模块”或“系统”。
[0191]
下面参照图7来描述根据本发明的这种实施方式的电子设备400。图7显示的电子设备400仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。
[0192]
如图7所示，混行环境下多车道单交叉口时空资源配置系统以通用计算设备的形式表现。混行环境下多车道单交叉口时空资源配置系统的组件可以包括但不限于：上述至少一个处理单元410、上述至少一个存储单元420、连接不同系统组件(包括存储单元420和处理单元410)的总线430。
[0193]
其中，所述存储单元存储有程序代码，所述程序代码可以被所述处理单元410执行，使得所述处理单元410执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本发明各种示例性实施方式的步骤。例如，所述处理单元410可以执行如图4中所示的步骤。
[0194]
存储单元420可以包括易失性存储单元形式的可读介质，例如随机存取存储单元(ram)4201和/或高速缓存存储单元4202，还可以进一步包括只读存储单元(rom)4203。
[0195]
存储单元420还可以包括具有一组(至少一个)程序模块4205的程序/实用工具4204，这样的程序模块4205包括但不限于：操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。
[0196]
总线430可以为表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储单元总线或者存储单元控制器、外围总线、图形加速端口、处理单元或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。
[0197]
混行环境下多车道单交叉口时空资源配置系统也可以与一个或多个外部设备300(例如键盘、指向设备、蓝牙设备等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该负荷控制系统交互的设备通信，和/或与使得该负荷控制系统能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如路由器、调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(i/o)接口450进行。并且，负荷控制系统还可以通过网络适配器460与一个或者多个网络(例如局域网(lan)，广域网(wan)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图所示，网络适配器460通过总线430与负荷控制系统的其它模块通信。处理单元410通过总线430连接显示单元440应当明白，尽管图中未示出，可以结合负荷控制系统使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、raid系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。
[0198]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施方式可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此，根据本公开实施方式的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是cd-rom，u盘，移动硬盘等)中或网络上，包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、终端装置、或者网络设备等)执行根据本公开实施方式的方法。
[0199]
在本公开的示例性实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有能够实现本说明书上述方法的程序产品。在一些可能的实施方式中，本发明的各个方面还可以实现为一种程序产品的形式，其包括程序代码，当所述程序产品在终端设备上运行时，所述程序代码用于使所述终端设备执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本发明各种示例性实施方式的步骤。
[0200]
参考图8所示，描述了根据本发明的实施方式的用于实现上述方法的程序产品500，其可以采用便携式紧凑盘只读存储器(cd-rom)并包括程序代码，并可以在终端设备，例如个人电脑上运行。然而，本发明的程序产品不限于此，在本文件中，可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
[0201]
所述程序产品可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以为但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或
半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。
[0202]
计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了可读程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。可读信号介质还可以是可读存储介质以外的任何可读介质，该可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
[0203]
可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、有线、光缆、rf等等，或者上述的任意合适的组合。
[0204]
可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如java、c++等，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网络，包括局域网(lan)或广域网(wan)，连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
[0205]
此外，上述附图仅是根据本发明示例性实施例的方法所包括的处理的示意性说明，而不是限制目的。易于理解，上述附图所示的处理并不表明或限制这些处理的时间顺序。另外，也易于理解，这些处理可以是例如在多个模块中同步或异步执行的。
[0206]
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其他实施例。本技术旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。
[0207]
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限。

技术特征：
1.一种混行环境下多车道单交叉口时空资源配置方法，其特征在于，所述方法包括：确定待分析交叉口每个流向网联自动车流流量、每个流向人工车流流量以及该交叉口最大最小许可周期时长、最大最小许可相位绿灯时长和绿灯间隔时间；确定网联自动车专用道和人工车辆专用道饱和流率，以及左、直、右网联自动车流和人工车流的折算系数；结合待分析交叉口相连路段的布局，确定待分析交叉口对应的混行环境下多车道交叉口渠化方案。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：根据网联自动车专用道和人工车辆专用道相对位置以及各股车流的运行轨迹，构建冲突集合；基于所述交叉口渠化方案构建混合整数线性规划模型，以待分析交叉口通行能力最大和/或延误最小为目标，优化待分析交叉口的信号配时方案。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述结合待分析交叉口相连路段的布局，确定待分析交叉口对应的混行环境下多车道交叉口渠化方案，包括：将与所述交叉口相连的某一进口路段左侧或右侧π条连续车道设置成网联自动车专用道，其他车道供人工车辆运行；网联自动车专用道设置预信号灯以及预信号停止线，预信号停止线与交叉口停止线之间为串联控制区；将预信号停止线上游靠近人工车道一侧的网联自动车专用道配置为停车排队区，另一侧车道配置为通行区；利用预信号对π条连续的网联自动车专用道上的左、直、右三股网联自动车流按照串联方式进行控制；根据左、直、右转向车流流量比与导向车道数比的一致性原则配置待分析交叉口人工车辆专用道的渠化方案。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述串联控制区长度按照能容纳一个周期内网联自动车流中任意一种转向车流停车排队设置，所述停车排队区按照能容纳一个周期内网联自动车流中任意两种转向车流停车排队设置，所述串联控制区长度与所述停车排队区长度之和应小于路段长度。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述冲突集合包括：交叉冲突、合流冲突和串联冲突。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据网联自动车专用道和人工车辆专用道相对位置以及各股车流的运行轨迹，构建冲突集合，包括：根据网联自动车专用道的布设位置和各股车流的运行轨迹，确定两股不同转向车流的运行轨迹是否在交叉口内部发生交叉，将发生交叉冲突的冲突车流添加到冲突集合中；根据网联自动车专用道的布设位置和各股车流的运行轨迹，确定两股不同转向车流的运行轨迹是否在出口车道处发生合流冲突，将发生合流冲突的冲突车流添加到冲突集合中；进口方向设置了网联自动车专用道的该方向的三股网联自动车流两两配对，作为串联冲突车流添加到冲突集合中。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，基于所述交叉口渠化方案构建混合整数线性规划模型，以待分析交叉口通行能力最大和延误最小为目标，优化待分析交叉口的信号配时方案，包括：根据第一约束条件从时间维度上分离冲突交通流；根据第二约束条件确保分配的人工车流相位绿灯满足相位结构要求；根据第三约束条件确保同一车道组的人工车流具有相同的绿灯相位；根据第四约束条件确保在布设了网联自动车专用道的混行交叉口的相位饱和度满足最大饱和度；根据第五约束条件确保所优化的配时参数处于许可范围内；基于各约束条件构建混合整数线性规划模型。8.一种混行环境下多车道单交叉口时空资源配置系统，其特征在于，所述系统包括：第一参数获取模块，用于确定待分析交叉口每个流向网联自动车流流量、每个流向人工车流流量以及该交叉口最大最小许可周期时长、最大最小许可相位绿灯时长和绿灯间隔时间；第二参数获取模块，用于确定网联自动车专用道和人工车辆专用道饱和流率，以及左、直、右网联自动车流和人工车流的折算系数；渠化方案配置模块，用于结合待分析交叉口相连路段的布局，确定待分析交叉口对应的混行环境下多车道交叉口渠化方案。9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：信号配时方案确定模块，用于根据网联自动车专用道和人工车辆专用道相对位置以及各股车流的运行轨迹，构建冲突集合；基于所述交叉口渠化方案构建混合整数线性规划模型，以待分析交叉口通行能力最大和/或延误最小为目标，优化待分析交叉口的信号配时方案。10.一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现根据权利要求1至7中任一项所述的混行环境下多车道单交叉口时空资源配置方法。11.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器；以及存储器，用于存储所述处理器的可执行指令；其中，所述处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行时实现根据权利要求1至7中任一项所述的混行环境下多车道单交叉口时空资源配置方法。

技术总结
本发明涉及智能交通控制技术领域，具体涉及一种混行环境下多车道单交叉口时空资源配置方法及系统，存储介质，电子设备。所述方法包括：确定待分析交叉口每个流向网联自动车流流量、每个流向人工车流流量以及该交叉口最大最小许可周期时长、最大最小许可相位绿灯时长和绿灯间隔时间；确定网联自动车专用道和人工车辆专用道饱和流率，以及左、直、右网联自动车流和人工车流的折算系数；结合待分析交叉口相连路段的布局，确定待分析交叉口对应的混行环境下多车道交叉口渠化方案。下多车道交叉口渠化方案。下多车道交叉口渠化方案。


技术研发人员：温晓岳 钱国敏 孔桦桦 郑蓉 王辉 王腾 蒋立靓 韩振兴 田伟
受保护的技术使用者：银江技术股份有限公司
技术研发日：2022.12.20
技术公布日：2023/6/28