无信号交叉口车辆自适应协同驾驶方法及装置和路侧设备

1.本技术涉及但不限于车路协同驾驶技术，尤指一种无信号交叉口车辆自适应协同驾驶方法及装置和路侧设备。


背景技术：

2.智能车路协同系统采用先进的无线通信和快速的边缘计算等技术，全方位实现车辆与车辆、车辆与路侧设备之间的信息共享。车路协同驾驶技术基于采集到的实时交通信息和车辆信息，采用先进的决策与控制方法，不仅可以保证车辆行驶过程中的交通安全，而且可以显著提高交通系统的效率，是一种全新的实现自动驾驶的技术。
3.网联自动驾驶车辆(cavs，connected and automated vehicles)是智能车路协同系统的重要组成部分，有望成为下一代智能交通运输系统的关键组成。网联自动驾驶车辆可以同路侧设备、周围车辆共享实时的车辆状态(比如位置、速度、加速度等)和驾驶意图(比如驾驶行为，车辆路线等)，同时还可以接收与执行来自路侧设备的安全且高效的决策与控制指令。
4.在无信号交叉口，车辆协同驾驶决策问题的核心是路权分配问题，其决定了车辆通过无信号交叉口的旅行耗时，直接影响无信号交叉口的交通效率。相关技术中仅仅考虑了交叉口局部范围内的交通信息，导致很多车辆会在交叉口控制区域之外长时间排队等待，严重增加了车辆的旅行时长。


技术实现要素：

5.本技术提供一种无信号交叉口车辆自适应协同驾驶方法及装置和路侧设备，能够提高车辆出行的公平性和效率，从而提高整个路网交通系统的效率。
6.本发明实施例提供一种无信号交叉口车辆自适应协同驾驶方法，包括：
7.根据交叉口的预设观测区域内车辆的数目确定车道的空间域优先级，根据交叉口的车道上的流量确定车道的时间域优先级；
8.根据确定出的空间域优先级和时间域优先级获取车道的优先级；
9.根据车道的优先级确定获得路权的车道使该车道的车辆通过交叉路口。
10.在一种示例性实例中，所述预设观测区域大于所述交叉口的控制区域。
11.在一种示例性实例中，按照下式获取所述车道的优先级pri：
12.pri＝w
pr
*pr
ispace
+(1-w
pr
)*pr
itime
；
13.其中，w
pr
为权重系数，pr
ispace
表示所述空间域优先级，表示所述时间域优先级。
14.在一种示例性实例中，按照下式确定所述车道的空间域优先级pr
ispace
：
15.16.其中，表示所述预设观测区域内车道i上的车辆数目，maxj表示所述预设观测区域内的车道中车辆最多的车道上的车辆数目。
17.在一种示例性实例中，按照下式确定所述车道的时间域优先级
[0018][0019]
其中，fi表示所述交叉口的车道i上的流量，max
jfj
表示所述交叉口的车道中流量最大的车道上的流量。
[0020]
所述根据车道的优先级确定获得路权的车道使该车道的车辆通过交叉路口，包括：
[0021]
将获得的所述车道的优先级进行排序，优先级最高的车道上的车辆将获得路权先通过交叉路口，之后车道的优先级次之的车道上的车辆通过交叉路口，以此类推。
[0022]
本技术实施例还提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行上述任一项所述无信号交叉口车辆自适应协同驾驶方法。
[0023]
本技术实施例再提供一种实现无信号交叉口车辆自适应协同驾驶的设备，包括存储器和处理器，其中，存储器中存储有以下可被处理器执行的指令：用于执行上述任一项所述的实现无信号交叉口车辆自适应协同驾驶的方法的步骤。
[0024]
本技术实施例又提供一种无信号交叉口车辆自适应协同驾驶装置，包括：第一获取模块、第二获取模块、计算模块，以及处理模块；其中，
[0025]
第一获取模块，用于根据交叉口的预设观测区域内车辆的数目确定车道的空间域优先级；
[0026]
第二获取模块，用于根据交叉口的车道上的流量确定车道的时间域优先级；
[0027]
计算模块，用于根据确定出的空间域优先级和时间域优先级获取车道的优先级；
[0028]
处理模块，用于根据车道的优先级确定获得路权的车道使该车道的车辆通过交叉路口。
[0029]
本技术实施例还提供一种路侧设备，包括上述所述的无信号交叉口车辆自适应协同驾驶装置。
[0030]
本技术实施例提供的无信号交叉口车辆自适应协同驾驶方法，通过根据交叉口各个方向的车道的排队长度和车流量情况，自适应地确定各个车道的优先级，在空间维度和时间维度提升了单个交叉口的性能，提高了车辆出行的公平性和效率，从而提高了整个路网交通系统的效率。
[0031]
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
[0032]
附图用来提供对本技术技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本技术的实施例一起用于解释本技术的技术方案，并不构成对本技术技术方案的限制。
[0033]
图1为本技术实施例中无信号交叉口场景示意图；
[0034]
图2为本技术实施例中无信号交叉口车辆自适应协同驾驶方法的流程示意图；
[0035]
图3为本技术实施例中自适应协同驾驶道路优先级评估的示意图；
[0036]
图4为本技术实施例中无信号交叉口车辆自适应协同驾驶的组成结构示意图。
具体实施方式
[0037]
为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本技术的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
[0038]
在本技术一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(cpu)、输入/输出接口、网络接口和内存。
[0039]
内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(ram)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(rom)或闪存(flash ram)。内存是计算机可读介质的示例。
[0040]
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(pram)、静态随机存取存储器(sram)、动态随机存取存储器(dram)、其他类型的随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(cd-rom)、数字多功能光盘(dvd)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括非暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
[0041]
在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
[0042]
相关技术中，针对无信号交叉口协同驾驶问题，仅仅考虑了孤立的交叉口处局部范围内的交通信息，未考虑更广的路网范围内的交通信息，这样，会导致部分车辆会在交叉口控制范围之外长时间排队等待，进而严重增加了车辆的旅行时长，削弱了整个路网的交通效率。针对无信号交叉口协同驾驶路权分配问题，仅仅考虑了孤立交叉口在当前时刻的交通信息，没有考虑交叉口系统未来的交通状态和信息，这样，会导致交叉口系统脆弱，交通性能无法得到有效保障，从而容易陷入交通拥堵。
[0043]
图1为本技术实施例中无信号交叉口场景示意图，如图1所示，环形区域为控制区域，阴影区域为冲突区域。如图1所示，无信号灯单交叉口处的协同驾驶是指，通过集中式的路权调度来协同交叉口的控制区域内的自动驾驶车辆，使得交叉口的控制区域内的自动驾驶车辆能够在保证安全的前提下，提高交叉口的效率，减小通过交叉口的延迟。其中，交叉口的路权调度是指，确定车辆通过交叉口的优先级，可以形象的用一个由车辆索引构成的字符串来表明，称之为通行顺序。以图1所示的无信号交叉口为例，可以用由车辆索引构成的字符串“decab”来表示：车辆d具有最高的优先级，车辆e的优先级次之，
……
，以此类推，车辆b的优先级最低。当两辆车遇到冲突时，比如车辆a与车辆d遇到冲突，那么，优先级高的
车辆即车辆d将获得路权，而车辆a则需要减速甚至停车，并等待直到车辆d通过冲突区域。
[0044]
由此可见，一个更好的通行顺序将会显著提高单交叉口的效率。相关技术中提出了各类单交叉口的通行顺序求解方法。然而，相关技术中的单交叉口协通行顺序求解方法，存在诸多不足，尤其是当这些求解方法直接部署到路网当中时，会出现一些问题：首先，从空间范围来看，相关技术中的单交叉口协同驾驶方法仅仅考虑了控制区域内的车辆的信息，致力于让控制区域内的车辆更高效地通过交叉口。然而，在路网内，仅仅考虑控制区域内的车辆会导致大量车辆在控制区域外面排队等待。其次，从时间范围来看，相关技术中协同驾驶算法的每次规划之间都是独立的，且仅仅考虑当前的实时的信息，没有考虑交通系统的连续性，特别是没有考虑单交叉口系统接下来的可预测的演变。再者，一个更好的通行顺序虽然能够减小车辆的延迟总和，但是会导致个别车辆的延迟很大。最后，相关技术中协同驾驶算法没有考虑车辆的公平性问题，当直接部署到路网层面当中时，会导致部分车辆的旅行时间很长。
[0045]
为了解决相关技术中的诸多不足，本技术实施例提供一种无信号交叉口车辆自适应协同驾驶方法，旨在让路网层面的协同驾驶能够在空间维度看得更广，在时间维度上能够考虑交叉口系统未来的状况，同时促进车辆的公平性。本技术实施例自适应协同驾驶的基本思想包括：通过定义车道层面的优先级来自适应地调整车辆层面的通行顺序，使得路网层面的交通效率更高、路网系统的性能稳定性更好。在一种实施例中，通过自适应协同驾驶算法，对排队长度更长、流量更高的车道自适应的赋予更高的优先级；然后，在通行顺序求解时，赋予优先级更高的车道的车辆更优先的路权，这样，在优化控制区域内车辆的交通效率的同时，让优先级更高车道上的车辆自适应的排到通行顺序中更靠前的位置，即更优先的通过交叉口路口。
[0046]
图2为本技术实施例中无信号交叉口车辆自适应协同驾驶方法的流程示意图，如图2所示，包括：
[0047]
步骤200：根据交叉口的预设观测区域内车辆的数目确定车道的空间域优先级，根据交叉口的车道上的流量确定车道的时间域优先级。
[0048]
在一种示例性实例中，预设观测区域大于交叉口的控制区域，观测区域的范围只要能反映出相应车道上的车辆在控制区域外长时间排队的情况即可。
[0049]
在一种示例性实例中，车道i的空间域优先级pr
ispace
可以如公式(1)所示：
[0050][0051]
公式(1)中，表示观测区域内车道i上的车辆数目，maxj表示观测区域内的车道中车辆最多的车道上的车辆数目。从公式(1)可见，观测区域内的车道中，车道上的车辆最多的车道具有最高的空间域优先级，车道上的车辆越多的车道具有越高的空间域优先级，这样，在空间范围内，使得车辆数目更多的车道上的车辆更快的通过交叉口，将有效避免相应车道上的车辆在控制区域外长时间排队。
[0052]
在一种示例性实例中，车道i的时间域优先级可以如公式(2)所示：
[0053][0054]
公式(2)中，fi表示交叉口的车道i上的流量，max
jfj
表示交叉口的车道中流量最大的车道上的流量。从公式(2)可见，交叉口的各车道中，车道上的流量最多的车道具有最高的时间域优先级，车道上的流量越多的车道具有越高的时间域优先级，这样，在时间范围内，使得车辆流量更大的车道上的车辆更快的通过交叉口，为后续到达的该车道的车流提前预留了路权，避免了这些车辆在控制区域外长时间排队。
[0055]
在一种示例性实例中，车道i上的流量fi可以借助路侧设备之间的无线通信从相应的邻接交叉口处获得。由于从相邻交叉口到达本交叉口的车流会在间隔一段时间后到达，因此，车道上游实时的流量值包含了相应的车道的下游在未来的交通状况。本技术实施例中考虑由实时流量fi确定的时间域优先级即考虑了当前交叉口未来的状态信息。而通过本技术实施例中的时间域优先级，让流量大的车道上的车辆更早的通过，这样，为后续到达的车流提前预留了路权，避免了这些车辆在控制区域外长时间排队。同时，也会提高路网内车辆旅行的公平性。
[0056]
步骤201：根据确定出的空间域优先级和时间域优先级获取车道的优先级。
[0057]
在一种示例性实例中，车道i的优先级pri可以如公式(3)所示：
[0058]
pri＝w
pr
*pr
ispace
+(1-w
pr
)*pr
itime
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0059]
公式(3)中，w
pr
为权重系数。w
pr
的值可以根据交叉口的观测区域的大小，或测量交通流量的位置与当前交叉口之间的距离而确定。在一种实施例中，交叉口的观测区域越大，w
pr
越大；交叉口的观测区域越小，w
pr
越小。测量交通流量的位置与当前交叉口之间的距离越大，w
pr
越小；测量交通流量的位置与当前交叉口之间的距离越小，w
pr
越大。需要说明的是，由于交通系统的随机性和不确定性，w
pr
的具体取值需要根据实际情况进行调试，以找到最优的w
pr
设定值。
[0060]
步骤202：根据车道的优先级确定获得路权的车道使该车道的车辆通过交叉路口。
[0061]
在一种示例性实例中，将获得的车道的优先级进行排序，优先级最高的车道上的车辆将获得路权先通过交叉路口，然后再让车道的优先级次之的车道上的车辆通过交叉路口，以此类推。
[0062]
本技术实施例提供的无信号交叉口车辆自适应协同驾驶方法，通过根据交叉口各个方向的车道的排队长度和车流量情况，自适应地确定各个车道的优先级，在空间维度和时间维度提升了单个交叉口的性能，提高了车辆出行的公平性和效率，从而提高了整个路网交通系统的效率。本技术实施例提供的无信号交叉口车辆自适应协同驾驶方法有效地解决了相关技术中存在的单交叉口系统短视和交通拥堵的问题，确实提高了单交叉口系统的性能稳定性和连续性，对于真实交通系统中存在的潮汐现象有重要的应用潜力和价值。
[0063]
本技术实施例提供的无信号交叉口车辆自适应协同驾驶方法，还可以应用于提高群体机器人系统的协同作业效率，比如无人停车场、无人码头、智能无人仓库等场景，都具有重要的应用价值和潜力，以提高这些机器人群体系统的作业效率。
[0064]
在一种示例性实例中，在车路协同环境下，车辆和交叉口的路侧设备均装有车联网(v2x，vehicle-to-everything)通讯设备和计算单元，车辆可以向路侧设备发送实时的
状态信息，而路侧设备可以进行集中式的协同驾驶路权分配，并将分配结果发送给车辆。同时，相邻交叉口的路侧设备也能够借助v2x设备互相发送收集到的交通信息。按照本技术实施例提供的无信号交叉口车辆自适应协同驾驶方法，如图3所示，各个车道的在观测区域内的车辆排队长度(即各个车道上的排队的车辆数目)可以由当前交叉口的路侧设备借助相关感知设备统计获取；各个车道的流量信息可以由相邻交叉口的路侧设备测量获取，并通过v2x通信设备发送到当前交叉口的路侧设备；当前交叉口的路侧设备中的计算单元根据感知到的上述信息，按照步骤200和步骤201计算各个车道的优先级pri。按照各个车道的优先级pri求解控制区域内车辆的通行顺序，比如：在路权分配过程中，当前交叉口的路侧设备优先安排优先级pri更大的车道上的车辆通过交叉口。在一种实施例中，通信顺序可以用于后续的时间分配和轨迹规划。在一种实施例中，上述步骤可以通过时间驱动，比如设置一定时器使得每δ秒求解一次，其中，δ与路侧设备的感知速度和通信评频率相关。
[0065]
本技术实施例无信号交叉口车辆自适应协同驾驶方法中，一方面，在空间尺度上将更广范围的交通信息融入到了交叉口自动驾驶车辆的协同驾驶过程中，同时提高了交叉口系统和整个路网交通系统的效率；另一方面，在时间尺度上让交叉口控制系统不仅考虑了当前的交通状态信息，同时考虑了交叉口系统未来的交通状态信息，避免了交叉口系统陷入拥堵，保持了交通系统作业性能的稳定性和连续性。也就是说，本技术实施例提供的无信号交叉口车辆自适应协同驾驶方法，在交叉口协同驾驶方法在空间尺度和时间尺度上做出了实质性的改进和提高，不仅提高了单个交叉口系统的交通效率，而且提高了整个路网交通系统的交通效率。
[0066]
本技术还提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行任一项所述的无信号交叉口车辆自适应协同驾驶方法。
[0067]
本技术再提供一种实现无信号交叉口车辆自适应协同驾驶的设备，包括存储器和处理器，其中，存储器中存储有以下可被处理器执行的指令：用于执行上述任一项所述的实现无信号交叉口车辆自适应协同驾驶的方法的步骤。
[0068]
图4为本技术实施例中无信号交叉口车辆自适应协同驾驶的组成结构示意图，如图4所示，包括：第一获取模块、第二获取模块、计算模块，以及处理模块；其中，
[0069]
第一获取模块，用于根据交叉口的预设观测区域内车辆的数目确定车道的空间域优先级；
[0070]
第二获取模块，用于根据交叉口的车道上的流量确定车道的时间域优先级；
[0071]
计算模块，用于根据确定出的空间域优先级和时间域优先级获取车道的优先级；
[0072]
处理模块，用于根据车道的优先级确定获得路权的车道使该车道的车辆通过交叉路口。
[0073]
在一种示例性实例中，第一获取模块具体可以用于：
[0074]
观测区域内的车道中，车道上的车辆最多的车道具有最高的空间域优先级，车道上的车辆越多的车道具有越高的空间域优先级。这样，在空间范围内，使得车辆数目更多的车道上的车辆更快的通过交叉口，将有效避免相应车道上的车辆在控制区域外长时间排队。
[0075]
在一种示例性实例中，第二获取模块具体可以用于：
[0076]
交叉口的各车道中，车道上的流量最多的车道具有最高的时间域优先级，车道上
的流量越多的车道具有越高的时间域优先级。这样，在时间范围内，使得车辆流量更大的车道上的车辆更快的通过交叉口，为后续到达的该车道的车流提前预留了路权，避免了这些车辆在控制区域外长时间排队。
[0077]
本技术实施例提供的无信号交叉口车辆自适应协同驾驶装置，通过根据交叉口各个方向的车道的排队长度和车流量情况，自适应地确定各个车道的优先级，在空间维度和时间维度提升了单个交叉口的性能，提高了车辆出行的公平性和效率，从而提高了整个路网交通系统的效率。
[0078]
本技术实施例还提供一种路侧设备，包括上述任一项所述的无信号交叉口车辆自适应协同驾驶装置。
[0079]
虽然本技术所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本技术而采用的实施方式，并非用以限定本技术。任何本技术所属领域内的技术人员，在不脱离本技术所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本技术的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

技术特征：
1.一种无信号交叉口车辆自适应协同驾驶方法，其特征在于，包括：根据交叉口的预设观测区域内车辆的数目确定车道的空间域优先级，根据交叉口的车道上的流量确定车道的时间域优先级；根据确定出的空间域优先级和时间域优先级获取车道的优先级；根据车道的优先级确定获得路权的车道使该车道的车辆通过交叉路口。2.根据权利要求1所述的无信号交叉口车辆自适应协同驾驶方法，其中，所述预设观测区域大于所述交叉口的控制区域。3.根据权利要求1所述的无信号交叉口车辆自适应协同驾驶方法，其中，按照下式获取所述车道的优先级pr
i
：pr
i
＝w
pr
*pr
ispace
+(1-w
pr
)*pr
itime
；其中，w
pr
为权重系数，pr
ispace
表示所述空间域优先级，pr
itime
表示所述时间域优先级。4.根据权利要求1或3所述的无信号交叉口车辆自适应协同驾驶方法，其中，按照下式确定所述车道的空间域优先级pr
ispace
：其中，表示所述预设观测区域内车道i上的车辆数目，表示所述预设观测区域内的车道中车辆最多的车道上的车辆数目。5.根据权利要求1或3所述的无信号交叉口车辆自适应协同驾驶方法，其中，按照下式确定所述车道的时间域优先级pr
itime
：其中，f
i
表示所述交叉口的车道i上的流量，max
j
f
j
表示所述交叉口的车道中流量最大的车道上的流量。6.根据权利要求1所述的无信号交叉口车辆自适应协同驾驶方法，其中，所述根据车道的优先级确定获得路权的车道使该车道的车辆通过交叉路口，包括：将获得的所述车道的优先级进行排序，优先级最高的车道上的车辆获得所述路权先通过交叉路口，之后车道的优先级次之的车道上的车辆通过交叉路口，以此类推。7.一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行权利要求1～权利要求6任一项所述无信号交叉口车辆自适应协同驾驶方法。8.一种实现无信号交叉口车辆自适应协同驾驶的设备，包括存储器和处理器，其中，存储器中存储有以下可被处理器执行的指令：用于执行权利要求1～权利要求6任一项所述的实现无信号交叉口车辆自适应协同驾驶的方法的步骤。9.一种无信号交叉口车辆自适应协同驾驶装置，其特征在于，包括：第一获取模块、第二获取模块、计算模块，以及处理模块；其中，第一获取模块，用于根据交叉口的预设观测区域内车辆的数目确定车道的空间域优先级；
第二获取模块，用于根据交叉口的车道上的流量确定车道的时间域优先级；计算模块，用于根据确定出的空间域优先级和时间域优先级获取车道的优先级；处理模块，用于根据车道的优先级确定获得路权的车道使该车道的车辆通过交叉路口。10.一种路侧设备，包括权利要求9所述的无信号交叉口车辆自适应协同驾驶装置。

技术总结
本申请公开了一种无信号交叉口车辆自适应协同驾驶方法及装置和路侧设备，通过根据交叉口各个方向的车道的排队长度和车流量情况，自适应地确定各个车道的优先级，在空间维度和时间维度提升了单个交叉口的性能，提高了车辆出行的公平性和效率，从而提高了整个路网交通系统的效率。系统的效率。系统的效率。


技术研发人员：李力 李深 张嘉玮 常成 李志恒
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：2023.03.27
技术公布日：2023/6/27