一种保障自动驾驶交叉口通行安全的关键冲突点确定方法

摘要

本发明公开了一种保障自动驾驶交叉口通行安全的关键冲突点确定方法，属于智能交通控制领域。在自动驾驶交叉口无信号控制情况下，自动驾驶车辆通过计算到达路径上冲突点的时间避免冲突，针对路径上冲突点确定关键冲突点，车辆根据关键冲突点进行控制；首先获取交叉口信息，建立直角坐标系，计算交叉口内部每条路径的方程、冲突点坐标；车辆经过冲突点后更新冲突点时刻，根据更新后的时刻和冲突点位置进行迭代筛选，得到筛选后冲突点集合；在集合内选取基准点，判断从基准点时刻出发以最快速度是否通过每个冲突点，根据通过情况更新基准点时刻，确定最后一次更新基准点时刻的点为关键冲突点，本发明在确保交叉口通行安全的前提下提高控制效率。

说明书

技术领域

本发明属于智能交通控制领域，涉及城市道路针对自动驾驶车辆通过交叉口的交通控制技术领域，更具体地说，涉及一种保障自动驾驶交叉口通行安全的关键冲突点确定方法。

背景技术

许多研究均表明，自动驾驶环境下，相较于信号控制交叉口，车辆相互穿插通过无信号控制交叉口的通行效率更高，因此自动驾驶环境下交叉口无信号控制是未来城市交叉口交通控制的发展趋势。

在无信号控制交叉口，多辆不同方向的自动驾驶车辆通过交叉口，势必存在冲突，如何避免冲突主要有两种方法，一种是对所有即将进入交叉口的车辆两两组合，判断两辆有冲突的车辆如何安全通过一个冲突点，这种方法在交通量小时有效，当交通量增大、冲突点较多时，控制模型的计算次数呈阶乘级增长，计算很难满足时效性要求，甚至得不到可行解，在这种控制架构下，较多研究以车速恒定为前提，如果考虑优化车辆行驶速度，行驶速度和到达冲突点时间互为约束，得不到可行解；另一种控制方法是每次只考虑一辆车通过所在路径上所有冲突点，在此之前有若干车辆已经通过交叉口，更新了每个冲突点的时刻，车辆只需要在每个冲突点的时刻后到达冲突点即可保证不会与其他车辆发生冲突，但安全通过某个冲突点不能保证安全通过路径上其他的冲突点，这就需要对车速进行多次优化调整，以满足通过路径上所有冲突点时安全，主要存在两方面的问题：首先导致车辆频繁调整车速，严重影响舒适性，其次在实际求解模型时发现，当冲突点多时，模型求解难度增加。

若能通过建立一种规则或方法，在每条路径上，根据已通过交叉口车辆更新冲突点的时刻，找出关键的冲突点，该路径上的车辆只需针对该关键冲突点调整行驶速度，无论行驶车速如何，均能安全经过其余所有冲突点。如何动态寻找每条路径上的关键点，是本发明需要解决的问题。

经对现有技术的文献检索发现，已有针对“自动驾驶交叉口”的文献，主要研究自动驾驶环境下交叉口的交通管控方法，暂无专门针对关键冲突点确定方法的研究。

发明内容

本发明目的是为了克服上述技术存在的不足，提出一种保障自动驾驶交叉口通行安全的关键冲突点确定方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种保障自动驾驶交叉口通行安全的关键冲突点确定方法，包括如下步骤：

步骤1：确定交叉口大小、进口道和出口道的车道数、每条车道的宽度，对车道编号，在交叉口建立直角坐标系，用直线方程或曲线方程刻画从交叉口进口道到出口道的每条路径，将路径方程联立，求得路径间冲突点的坐标，冲突点按类型可分为分流冲突点、合流冲突点、交叉冲突点，根据路径的走向对冲突点进行编号；r表示路径，R表示路径的集合，r∈R，p

步骤2：当没有车辆通过冲突点时，冲突点的时刻为0，当车辆进入交叉口通过冲突点后，更新冲突点的时刻，根据更新后冲突点的时刻对路径上所有冲突点进行筛选，得到每条路径筛选后的冲突点集合；

步骤3：在步骤2获得的集合中，选取第一个冲突点作为基准点，计算集合中各冲突点与基准点的距离，车辆以最快速度行驶，判断从基准点时刻

所述步骤1包括如下步骤：

步骤11：对每个方向进口道和出口道分别从最内侧开始编号，第k条车道的宽度用l

对于转弯路径可以用椭圆方程或圆方程确定路径方程，对于圆弧路径，由公式计算：

式中，

联立两条路径方程，可求得冲突点的坐标；

步骤12：根据路径的走向，对冲突点坐标按与进口道位置点的距离由近到远依次编号得到路径上冲突点的集合用

所述步骤2包括如下步骤：

步骤21：首先根据不同进口方向和转向的路径定义冲突点的上下游位置，对于东进口、西进口方向的路径，以x坐标大小确定上下游冲突点，其中东进口方向的路径上，冲突点x坐标大的在上游、西进口方向的路径上，冲突点x坐标小的在上游；对于南进口、北进口方向的路径，以y坐标大小确定上下游冲突点，南进口方向路径上，冲突点y坐标小的在上游，北进口方向路径上，冲突点y坐标大的在上游；

步骤22：在集合

式中：

则路径上最大时刻的冲突点最有可能成为该路径的关键点；如果车辆能安全通过最大时刻的冲突点，则一定能安全通过该最大时刻的冲突点下游小于最大时刻的冲突点；因此剔除集合内

步骤23：在剩余的点集合

步骤24：重复步骤23，经过z次迭代后，依次遍历完路径r上所有冲突点，能得到备选关键点的集合

所述步骤3包括如下步骤：

步骤31：以集合

式中：

对于圆弧形转弯路径，根据计算圆弧曲线弧长，如公式所示：

式中，

步骤32：如果能确保车辆在最不利的情况下，能安全通过下一个冲突点，则能保证车辆在其他情况下均能安全通过，最不利的情况是指以最短时间到达下个冲突点，即以最大速度行驶；车辆在交叉口内最大行驶速度用V

当

当

步骤33：重复执行步骤32，直到遍历完集合

本发明有益效果：

通过确定关键冲突点可以极大的降低优化过程中的计算次数。当交叉口较大或进口车道为自由转向车道时，自由转向车道是指对交叉口进口道不做渠化处理，每条进口道均能左转、直行、右转，交叉口内部的路径很多，产生的冲突点很多，如果针对每个冲突点调整通行方案，需要调整多次并且每次调整都需要判断车辆是否能安全通过其他冲突点，极大的浪费了计算资源，而通过确定关键冲突点，只需要根据该冲突点调整通行方案，在保障自动驾驶交叉口通行安全的前提下，提高交通控制效率。

附图说明

图1 为本发明方法的流程图；

图2 为交叉口冲突点示意图；

图3 为交叉口车道编号、南进口方向左转路径及冲突点示意图。

具体实施方式

结合附图1～3，并以双向两车道正交平面十字交叉口为例，其中每个方向进出口道均为2条车道，每条车道的车道宽度均为3.5m，对所有车道按步骤11进行编号并建立直角坐标系；南进口方向第1条车道的位置点

同理，可以计算得其他所有与路径相交的冲突点坐标，其中p

根据步骤12，根据路径的走向，对冲突点坐标按与进口道位置点的距离从小到大依次编号得到路径上冲突点的集合

假设如果交叉口内已经有车辆通过，冲突点更新后的最终时刻分别为

以集合

根据步骤32，车辆以Vm=15m/s的速度匀速从p

到达p

根据步骤33重复执行步骤32，车辆以V

到达p

验证，当车辆以V