单交叉口网联车辆车速引导方法、电子设备及存储介质与流程

1.本技术涉及一种车速引导方法，尤其涉及单交叉口网联车辆车速引导方法、电子设备及存储介质，属于车速引导技术领域。


背景技术：

2.智能网联汽车车辆搭载先进的车载传感器、控制系统、执行器等装置，再结合现代通信与网络技术，实现车与x（车、路、人、云端等）之间的智能信息交换共享，具备复杂环境感知、智能决策、协同控制等功能，可实现安全、高效、舒适、节能行驶，并最终可实现替代人为操作。在智能网联车车速引导场景下，系统将根据网联车辆进入控制区域时的行驶状态和信号灯相位信息，计算车辆最优的行驶速度，减少车辆的延误与候灯时长，提升驾驶舒适性。
3.现有车速引导方法包括分场景的车速引导法和多车协同车速引导法：（1）分场景的车速引导法：根据当前信号交叉口的信号相位及当前信号剩余时间，判断车速引导方式的种类：匀速行驶、加速行驶、减速行驶或是停车等待，以确保车辆尽可能少停车的通过信号交叉口。
4.该方法的缺陷是：车辆通过交叉口的行驶过程中，往往不会仅有一种行驶状态，另外该方法未考虑前后车辆的行驶状态的对车辆的影响，仅聚焦单个车辆的最优行驶速度，缺乏实际场景的考量。
5.（2）多车协同车速引导法：通过获取初始阶段的车辆信息，在决策推算阶段结合信号灯相位和前方车辆排队信息进行推演判断，最后在策略制定阶段输出车辆行驶速度的决策。以上方法对车辆速度的引导基于固定逻辑推演，从多种选项中选出唯一最优的策略。
6.该方法的缺陷是：该方法考虑了道路上车辆的排队信息，但是对车辆的控制是从多种行为中选出一种最优的，但是实际车辆在行驶过程中，通常是多种行为组合在一起，而不是单纯的保持一个状态。


技术实现要素：

7.在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
8.鉴于此，为解决现有技术中存在缺乏考虑实际车辆行驶状态多变和安全车距的技术问题，本发明提供单交叉口网联车辆车速引导方法、电子设备及存储介质。
9.方案一、单交叉口网联车辆车速引导方法，包括以下步骤：s1.获取路网中车辆信息数据，形成数据集；s2.处理车辆信息数据，方法是：遍历车辆信息数据集中的每一条记录，将车辆编号放入集合中记为；车辆通过车辆初始速度字段得到车辆对应的初始速度记为；通过
车辆所在车道的道路长度字段和车辆初始位置得到车辆通过交叉口需要行驶的距离记为；s3.根据实际场景建立单交叉口网联车辆车速引导模型，方法是，包括以下步骤：s31.模型目标最小化车辆加、减速度情况下行驶的距离：设交叉口网联车辆运动状态分为第一阶段匀变速、第二阶段匀速、第三阶段匀变速；；其中，、分别表示车辆第一阶段和第三阶段的行驶距离；s32.建立车辆行驶各阶段速度-位移约束；s33.建立车辆行驶各阶段安全车距约束；s4.利用车辆信息数据对单交叉口网联车辆车速引导模型进行解算，得到车速引导方案。
10.优选的，车辆信息数据包括车辆编号、车辆所在车道、车辆初始速度、车辆初始位置和车辆后方车辆编号。
11.优选的，根据实际场景建立单交叉口网联信号配时模型的方法是，包括以下步骤：s31.模型目标最小化车辆加、减速度情况下行驶的距离；s32.建立车辆行驶各阶段速度-位移约束；s33.建立车辆行驶各阶段安全车距约束。
12.优选的，建立车辆行驶各阶段速度-位移约束的方法是：设置车辆行驶速度的连续变量，车辆匀速状态下速度记为，到达交叉口停车线时的速度为，则各个运动阶段的行驶距离式子如下：；；；；其中，、、分别表第一阶段匀变速、第二阶段匀速、第三阶段匀变速中车辆的行驶距离，表示车辆的初始速度，表示车辆通过交叉口需要行驶的距离，车辆各个阶段车辆通行时长分别为、、，为已知参数。
13.优选的，建立车辆行驶各阶段安全车距约束的方法是：对车辆行驶过程中第一阶段结束时刻、第二阶段结束时刻、第三阶段结束时刻与后方车辆的车距约束，车辆和后方相邻车辆的安全车距：当时，相邻车辆在时间点的位移满足：；当，且时，相邻车辆在时间点的位移满足：
；当，且、时，相邻车辆在时间点的位移满足：。
14.方案二、一种电子设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，所述的处理器执行所述计算机程序时实现方案一所述的单交叉口网联车辆车速引导方法的步骤。
15.方案三、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现方案一所述的单交叉口网联车辆车速引导方法。
16.本发明的有益效果如下：本发明考虑了实际的车辆通行场景，针对车辆行驶状态的不唯一性，对其进行了阶段划分，解决单一状态速度推荐策略准确度低的问题，同时针对车辆轨迹的非线性特征，通过固定行驶阶段时长，将车辆位移-速度函数线性化，解决非线性模型求解复杂度高的问题，提升模型计算速度。
附图说明
17.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：图1为单交叉口网联车辆车速引导方法流程示意图；图2为 1号车道车辆轨迹示意图；图3为2号车道车辆轨迹示意图；图4为3号车道车辆轨迹示意图；图5为4号车道车辆轨迹示意图；图6为5号车道车辆轨迹示意图；图7为6号车道车辆轨迹示意图；图8为7号车道车辆轨迹示意图；图9为8号车道车辆轨迹示意图。
具体实施方式
18.为了使本技术实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本技术的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本技术的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。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组合。
19.实施例1、参照图1-9说明本实施方式，单交叉口网联车辆车速引导方法，包括以下步骤：
s1.获取路网中车辆信息数据，形成数据集；车辆信息数据包括车辆编号、车辆所在车道、车辆初始速度、车辆初始位置和车辆后方车辆编号。
20.s2.处理车辆信息数据，方法是：遍历车辆信息数据集中的每一条记录，将车辆编号放入集合中记为；车辆通过车辆初始速度字段得到车辆对应的初始速度记为；通过车辆所在车道的道路长度字段和车辆初始位置得到车辆通过交叉口需要行驶的距离记为。
21.s3.根据实际场景建立单交叉口网联车辆车速引导模型，该模型为线性规划模型；设车辆通过交叉口之前行驶状态分为4个阶段：匀加速、匀速、匀减速速、加速通过交叉口。实际场景下，距离交叉口较近的车辆不建议加速，设距离交叉口150m以内（可变参数）的车辆行驶状态为：匀速、匀减速、候灯；反之为完整状态，区别点在于，距离交叉口150m以内车辆匀速阶段的速度为初始速度，而大于150m的车辆，匀加速阶段结束的速度为；设三个阶段的行驶时长已知，分别记为、、。
22.根据实际场景建立单交叉口网联车辆车速引导模型的方法是，包括以下步骤：s31.模型目标最小化车辆加、减速度情况下行驶的距离，方法是：设交叉口网联车辆运动状态分为第一阶段匀变速、第二阶段匀速、第三阶段匀变速，即将候灯时间合并至匀变速阶段，消除车辆的候灯时长，优化模型调整车辆匀速和通过停车线的速度，达到减少变速行驶距离的目的；；其中，、分别表示车辆第一阶段和第三阶段的行驶距离，这两个阶段车辆做匀变速运动。
23.s32.建立车辆行驶各阶段速度-位移约束，方法是：设置车辆行驶速度的连续变量如下，车辆匀速状态下速度记为，到达交叉口停车线时的速度为，则各个运动阶段的行驶距离式子如下：；；；；其中，、、分别表示第一阶段匀变速、第二阶段匀速、第三阶段匀变速中车辆的行驶距离，表示车辆的初始速度，表示车辆通过交叉口需要行驶的距离，车辆各个阶段车辆通行时长分别为、、，为已知参数。
24.s33.建立车辆行驶各阶段安全车距约束，方法是：对车辆行驶过程中第一阶段结束时刻、第二阶段结束时刻、第三阶段结束时刻与后方车辆的车距约束，车辆和后方相邻车辆的安全车距：
当时，相邻车辆在时间点的位移满足：；当，且时，相邻车辆在时间点的位移满足：；当，且、时，相邻车辆在时间点的位移满足：。
25.当前车在交叉口处停车等红灯时，后方车辆需要提前进行减速停车避免追尾，这种情况下后方车辆需要在绿灯时，与前车保持安全车距，进行匀加速行驶通过交叉口，即车辆的第4阶段行驶状态，模型计算时默认后方车辆可以到达交叉口停车线；s4.利用车辆信息数据对单交叉口网联车辆车速引导模型进行解算，得到车速引导方案。
26.利用分支定界算法求解得到车辆行驶速度、，以及行驶距离、、的全局最优解，即可得到车辆行驶轨迹。
27.根据本实施例的方法进行试验，结果如下：在双向六车道场景中，在直行、左转车道上分别随机生成6台，共计48台网联车辆（车辆位置和速度具有随机性），场景参数参照表1模型参数值表表1：模型参数值表
28.将十字交叉口场景中，将进入交叉口的车道进行编号，对模型进行解算后，得到车速引导方案，各个车道上网联车辆时间位移图像参照图2-图9，图2-图9分别进入交叉口的8条车道上车辆理想行驶轨迹，其中每条轨迹线对应一台网联车，可知两个信号周期内所有车辆全部通过交叉口。模型在车辆行驶的前3阶段中最大程度保证车辆行驶的安全车距，另外理想状态下（忽略车辆等灯时，前后方车辆占据相同位置），车辆全部通过交叉口的时长约为83秒，但是考虑到实际情况，车辆在红绿灯路口的存在排队问题，当绿灯亮起时，队列再依次通过交叉口，实际时长应比理想时长，通过sumo仿真进行推演计算可知，实际车辆全部通过交叉口的时长约为90.7秒；实施例2、本发明的计算机装置可以是包括有处理器以及存储器等装置，例如包含中央处理器的单片机等。并且，处理器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现上述的单交叉口网联车辆车速引导方法的步骤。
29.所称处理器可以是中央处理单元(central processing unit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器 (digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现成可编程门阵列 (field-programmable gate array，fpga) 或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
30.所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序（比如声音播放功能、图像播放功能等）等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据（比如音频数据、电话本等）等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡（smart media card, smc），安全数字（secure digital, sd）卡，闪存卡（flash card）、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
31.实施例3、计算机可读存储介质实施例本发明的计算机可读存储介质可以是被计算机装置的处理器所读取的任何形式
的存储介质，包括但不限于非易失性存储器、易失性存储器、铁电存储器等，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，当计算机装置的处理器读取并执行存储器中所存储的计算机程序时，可以实现上述的单交叉口网联车辆车速引导方法的步骤。
32.所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器（rom，read-only memory）、随机存取存储器（ram，random access memory）、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
33.尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围，对本发明所做的公开是说明性的，而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。

技术特征：
1.单交叉口网联车辆车速引导方法，其特征在于，包括以下步骤：s1.获取路网中车辆信息数据，形成数据集；s2.处理车辆信息数据，方法是：遍历车辆信息数据集中的每一条记录，将车辆编号放入集合中记为；车辆通过车辆初始速度字段得到车辆对应的初始速度记为；通过车辆所在车道的道路长度字段和车辆初始位置得到车辆通过交叉口需要行驶的距离记为；s3.根据实际场景建立单交叉口网联车辆车速引导模型，方法是，包括以下步骤：s31.模型目标最小化车辆加、减速度情况下行驶的距离：设交叉口网联车辆运动状态分为第一阶段匀变速、第二阶段匀速、第三阶段匀变速；；其中，、分别表示车辆第一阶段和第三阶段的行驶距离；s32.建立车辆行驶各阶段速度-位移约束；s33.建立车辆行驶各阶段安全车距约束；s4.利用车辆信息数据对单交叉口网联车辆车速引导模型进行解算，得到车速引导方案。2.根据权利要求1所述单交叉口网联车辆车速引导方法，其特征在于，车辆信息数据包括车辆编号、车辆所在车道、车辆初始速度、车辆初始位置和车辆后方车辆编号。3.根据权利要求2所述单交叉口网联车辆车速引导方法，其特征在于，建立车辆行驶各阶段速度-位移约束的方法是：设置车辆行驶速度的连续变量，车辆匀速状态下速度记为，到达交叉口停车线时的速度为，则各个运动阶段的行驶距离式子如下：；；；；其中，、、分别表示第一阶段匀变速、第二阶段匀速、第三阶段匀变速中车辆的行驶距离，表示车辆的初始速度，表示车辆通过交叉口需要行驶的距离，车辆各个阶段车辆通行时长分别为、、，为已知参数。4.根据权利要求3所述单交叉口网联车辆车速引导方法，其特征在于，建立车辆行驶各阶段安全车距约束的方法是：对车辆行驶过程中第一阶段结束时刻、第二阶段结束时刻、第三阶段结束时刻与后方车辆的车距约束，车辆和后方相邻车辆的安全车距：当时，相邻车辆在时间点的位移满足：；当，且时，相邻车辆在时间点的位移满足：
；当，且、时，相邻车辆在时间点的位移满足：。5.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，所述的处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-4任一项所述的单交叉口网联车辆车速引导方法的步骤。6.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-4任一项所述的单交叉口网联车辆车速引导方法。

技术总结
本发明提出单交叉口网联车辆车速引导方法、电子设备及存储介质，属于车速引导技术领域。包括以下步骤：S1.获取路网中车辆信息数据，形成数据集；S2.处理车辆信息数据；S3.根据实际场景建立单交叉口网联车辆车速引导模型；S4.利用车辆信息数据对单交叉口网联车辆车速引导模型进行解算，得到车速引导方案。本发明考虑了实际的车辆通行场景，针对车辆行驶状态的不唯一性，对其进行了阶段划分，同时针对车辆轨迹的非线性特征，通过固定行驶阶段时长，将车辆位移-速度函数线性化，提升模型计算速度。度。度。


技术研发人员：张晓春 霍剑光 周勇 王祖健 陈振武 王燕
受保护的技术使用者：深圳市城市交通规划设计研究中心股份有限公司
技术研发日：2023.04.10
技术公布日：2023/5/16