一种基于改进信号灯的十字路口车辆调度方法

本发明涉及交通控制领域，具体涉及一种基于改进信号灯的十字路口车辆调度方法。

背景技术：

1、随着城市化进程的不断加速，国内汽车保有量的不断提升，城市交通问题日益突出，而十字路口作为道路交通流量汇聚的关键节点，逐渐成为道路通行的瓶颈。车辆在路口通行过程最为复杂，交通拥堵、交通事故等多发生在路口区域，给城市交通运输带来了不小的挑战。现有技术中，最常见的十字路口车辆调度方法就是红绿灯控制，它通过设定固定的时间段来控制交通信号灯的变化，每隔一段固定的时间开放部分路口允许车辆通行，其余路口方向车辆停止等待，以确保各个方向的车辆能够有序通行。这种方法虽然在一定程度上能够加强道路交通管理，安排车辆安全有序的通过十字路口，减少交通事故的发生，但由于交通信号灯的通行周期是固定的，所以这种调度方法不能灵活的适应不同的交通流量，通行效率比较低，容易发生堵塞。

2、针对以上问题，a.a.zaidi等人发表的面向城市车载网络具有固定和自适应路由的背压交通信号灯控制(back-pressure traffic signal control with fixed andadaptive routing for urban vehicular networks)提出了面向实时交通流量的智能红绿灯管理技术与机制。尽管该方法能够改善传统红绿灯调度呆板不灵活的缺点并且提高十字路口交通管理能力，但是对于车辆碰撞避免以及最大化十字路口吞吐量这两方面问题而言，还难以满足无人驾驶车辆交通调度的要求。p.lin等人发表的车联网环境下自动驾驶车十字路口调度方法(autonomous vehicle-intersection coordination method in aconnected vehicle environment)采用了缓冲区分配调度方式的原理来引导车辆根据所设定的规则安全通过十字路口，但是由于整个调度过程需要不断通过控制改变车辆加速度来调整车辆行驶轨迹，因此要求无人驾驶车辆始终与控制中心保持通信的连接。

3、综上所述，现有技术存在的问题是：在调整车辆行驶状态的过程中极度依赖通信的可靠性及无人驾驶技术的稳定性；并且在避免车辆碰撞和增加道路吞吐量方面也存在一定的局限性。因此，提供一种更为高效可靠的十字路口调度方法是十分必要的。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种基于改进信号灯的十字路口车辆调度方法，能够灵活适应不同的交通流量，改善十字路口交通状况，提高十字路口的道路通行效率，减少交通堵塞，降低交通事故发生率，避免由于丢包或者通信延迟给整个系统带来的影响，减少了车辆之间的信息交互和处理时间，保证车辆安全高效的通过十字路口。

2、本发明至少通过如下技术方案之一实现。

3、一种基于改进信号灯的十字路口车辆调度方法，包括以下步骤：

4、s1、生成十字路口场景，在各个入口车道起始处生成新的车辆；

5、s2、获取所有车辆的位置信息，找到距离交通中心最近的车辆；

6、s3、将距离交通中心最近的车辆的行驶方向设置为绿灯，与之冲突的行驶方向设置为红灯；

7、s4、检测所有车辆，清除已通过十字路口区域的车辆信息，未通过十字路口区域且行驶方向为绿灯的车辆全速通过十字路口，未通过十字路口区域且行驶方向为红灯的车辆减速停车。

8、进一步地，在步骤s1中，每个时间步长里是否生成新车辆由车辆生成概率p以及一个随机数r1决定，车辆的行驶方向由另一个随机数r2决定。生成一个在区间(0,1)范围内的随机数r1，如果r1小于p，则生成一个新的车辆，否则不生成新车辆；

9、车辆的行驶方向由另一个随机数r2决定：生成一个在区间(0,1)范围内的随机数r2，如果r2在区间[0,0.25)范围内，则生成的新车辆自南向北行驶；如果r2在区间[0.25,0.5)范围内，则生成的新车辆自西向东行驶；如果r2在区间[0.5,0.75)范围内，则生成的新车辆自北向南行驶，否则生成的新车辆自东向西行驶。

10、进一步地，在步骤s2中，计算所有车辆到交通中心的欧几里得距离，距离最短的车辆为距离交通中心最近的车辆。

11、进一步地，在步骤s3中，当距离交通中心最近的车辆的行驶方向为自南向北或者自北向南时，将十字路口设置为南北方向绿灯东西方向红灯。当距离交通中心最近的车辆的行驶方向为自西向东或者自东向西时，将十字路口设置为南北方向红灯东西方向绿灯。

12、进一步地，在步骤s4中，对于仍在十字路口区域范围内且行驶方向为红灯的车辆，找到区域内和该车在同一车道并且位于该车前面的车辆，查询该车辆的速度，预测两辆车的未来位置，如果两车的未来位置之间的距离小于安全距离，说明两辆车会发生碰撞。当两辆车存在碰撞的风险时，位于后面的车辆采取减速措施避免碰撞。

13、进一步地，所述十字路口场景是一个只包含直行车道的双向单车道十字路口模型，每条入口车道上均设置停车线。

14、进一步地，生成的车辆为单独的无人驾驶车辆。

15、进一步地，车辆无需进行通信和信息交互，能够避免由于丢包或者通信延迟给整个系统带来的影响。

16、进一步地，所述的区域内的每辆车都在看交通灯，根据交通灯进行操作行驶，绿灯时全速行驶，红灯时减速或停车；每辆车在不发生冲突和不违反交通管制的情况下，尽可能的靠近，从而使自己的延迟最小化。

17、进一步地，允许距离十字路口最近的车辆通过，保证没有车永远在等待。使得在不离开道路和不互相碰撞的情况下，让车辆尽可能快的直行穿过十字路口。

18、本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

19、本发明公开了一种基于改进信号灯的十字路口车辆调度方法，将距离交通中心最近的车辆的行驶方向设置为绿灯，克服了传统交通灯通行周期固定，不能灵活适应不同道路状况的缺点。改善了十字路口的交通状况，提高十字路口的道路通行效率，减少了交通堵塞。该方法允许距离十字路口最近的车辆通过，保证了没有车永远在等待。通过预测前后两辆车未来的位置，提前减速避免碰撞，降低了交通事故发生率，保证车辆安全高效的通过十字路口。

技术特征：

1.一种基于改进信号灯的十字路口车辆调度方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于改进信号灯的十字路口车辆调度方法，其特征在于，在步骤s1中，每个时间步长里是否生成新车辆由车辆生成概率p以及一个随机数r1决定：生成一个在区间(0,1)范围内的随机数r1，如果r1小于p，则生成一个新的车辆，否则不生成新车辆；

3.根据权利要求1所述的一种基于改进信号灯的十字路口车辆调度方法，其特征在于，在步骤s2中，计算所有车辆到交通中心的欧几里得距离，距离最短的车辆为距离交通中心最近的车辆。

4.根据权利要求1所述的一种基于改进信号灯的十字路口车辆调度方法，其特征在于，在步骤s3中，当距离交通中心最近的车辆的行驶方向为自南向北或者自北向南时，将十字路口设置为南北方向绿灯东西方向红灯；当距离交通中心最近的车辆的行驶方向为自西向东或者自东向西时，将十字路口设置为南北方向红灯东西方向绿灯。

5.根据权利要求1所述的一种基于改进信号灯的十字路口车辆调度方法，其特征在于，在步骤s4中，对于仍在十字路口区域范围内且行驶方向为红灯的车辆，找到区域内和该车在同一车道并且位于该车前面的车辆，查询该车辆的速度，预测两辆车的未来位置，如果两车的未来位置之间的距离小于安全距离，则两辆车会发生碰撞；当两辆车存在碰撞的风险时，位于后面的车辆采取减速措施避免碰撞。

6.根据权利要求1所述的一种基于改进信号灯的十字路口车辆调度方法，其特征在于，所述十字路口场景是一个只包含直行车道的双向单车道十字路口模型，每条入口车道上均设置停车线。

7.根据权利要求1所述的一种基于改进信号灯的十字路口车辆调度方法，其特征在于，生成的车辆为单独的无人驾驶车辆。

8.根据权利要求1所述的一种基于改进信号灯的十字路口车辆调度方法，其特征在于，车辆无需进行通信和信息交互，能够避免由于丢包或者通信延迟给整个系统带来的影响。

9.根据权利要求1所述的一种基于改进信号灯的十字路口车辆调度方法，其特征在于，区域内的每辆车根据交通灯进行操作行驶，绿灯时全速行驶，红灯时减速或停车；每辆车在不发生冲突和不违反交通管制的情况下使自己的延迟最小化。

10.根据权利要求1所述的一种基于改进信号灯的十字路口车辆调度方法，其特征在于，允许距离十字路口最近的车辆通过，保证没有车一直在等待，在不离开道路和不互相碰撞的情况下，让车辆尽可能快的直行穿过十字路口。

技术总结本发明公开了一种基于改进信号灯的十字路口车辆调度方法，包括：生成十字路口场景，在各个入口车道起始处生成新的车辆；获取所有车辆的位置信息，找到距离交通中心最近的车辆；将距离交通中心最近的车辆的行驶方向设置为绿灯，另一方向设置为红灯；检测所有车辆，清除已通过十字路口区域的车辆信息。未通过十字路口区域且行驶方向为绿灯的车辆全速通过十字路口，未通过十字路口区域且行驶方向为红灯的车辆减速停车。本发明根据所有车辆到交通中心的距离设置信号灯，克服了传统交通灯通行周期固定，不能灵活适应不同道路状况的缺点。提高了十字路口的道路通行效率，减少了交通堵塞和交通事故。技术研发人员：华珂,卢洁莹,苏为洲受保护的技术使用者：华南理工大学技术研发日：技术公布日：2024/7/25