[发明专利]一种基于轨迹数据的干线交叉口协调控制方法

权利要求书

1.一种基于轨迹数据的干线交叉口协调控制方法，其特征在于，该方法采集干线交叉口车辆运行数据，分析获得车辆轨迹与相位差之间的关系，考虑交叉口排队影响因素，建立以协调车流总延误最小为目标的相位差优化模型，获得最优相位差方案，根据该最优相位差方案实现干线交叉口协调控制，所述相位差优化模型的约束条件包括交叉口原始排队情况预测约束和轨迹变化情况预测约束；

所述相位差优化模型为基于离散场景的随机线性规划模型，所建立的目标函数表达式为：

其中，p(h)为离散场景h的发生概率，表示离散场景h下车辆n在交叉口i的第j个转向的预测停车延误，CO_N为干线所有协调方向车辆编号集合，CO_I为干线所有协调方交叉口编号集合，CO_J为干线所有协调转向集合，Ω为样本空间；

所述交叉口原始排队情况预测约束通过以下方式获得：

基于历史排队轨迹，提取交叉口原始排队情况的排队特征参数，对不同相位差下的交叉口原始排队情况进行分析，获得排队特征参数修正约束；

所述排队特征参数修正约束的获取步骤具体包括：

11)判断交叉口原始状态是否存在排队，若是，则执行步骤12)，若否，则执行步骤13)；

12)在不同相位差方案下确定不同的排队特征参数修正，具体地，

a1)当0≤ΔF＜FQs⁰，排队特征参数修正如下所示：

nte¹＝nte⁰+ΔxdF (1)

ntm¹＝ntm⁰+ΔxdF (2)

FQe¹＝FQe⁰+ΔxdF (3)

FQs¹＝FQs⁰ (4)

nlm¹＝x-(nte¹-FQe¹)×h^t/h^s (5)

yspd＝1 (6)

a2)当FQs⁰≤ΔF＜nte⁰-(ntm⁰-nts⁰)时，排队特征参数修正如下所示：

nte¹＝nte⁰+FQs⁰ (7)

ntm¹＝ntm⁰+FQs⁰ (8)

FQe¹＝FQe⁰+ΔxdF (9)

FQs¹＝Rs+ΔxdF (10)

nlm¹＝x-(nte¹-FQe¹)×h^t/h^s (11)

yspd＝1 (12)

a3)当nte⁰-ntm⁰+nts⁰≤ΔF≤nts⁰-ntm⁰+FQe⁰时，排队特征参数修正如下所示：

nte¹＝nte⁰-ntm⁰+nts⁰ (13)

ntm¹＝nts⁰ (14)

FQe¹＝FQe⁰+ΔxdF (15)

nlm¹＝x-(nte¹-FQe¹)×h^t/h^s (16)

yspd＝0 (17)

a4)当nts⁰-ntm⁰+FQe⁰＜ΔF≤C时，排队特征参数修正如下所示：

nts¹＝nts⁰+Rs (18)

nte¹＝nte⁰+ΔF-C+Rs (19)

ntm¹＝ntm⁰+ΔF-C+Rs (20)

FQe¹＝FQe⁰+ΔxdF (21)

nlm¹＝x-(nte¹-FQe¹)×h^t/h^s (22)

yspd＝1 (23)

13)在不同相位差方案下确定不同的排队特征参数修正，具体地，

b1)当0≤ΔF≤FQs⁰-R时，排队特征参数修正如下所示：

nte¹＝nte⁰ (24)

ntm¹＝ntm⁰ (25)

yspd＝0 (26)

b2)当FQs⁰-R≤ΔF≤FQe⁰-R时，排队特征参数修正如下所示：

nte¹＝nte⁰ (27)

ntm¹＝ntm⁰ (28)

yspd＝1 (29)

b3)当FQe⁰-R＜ΔF≤FQs⁰时，排队特征参数修正如下所示：

nte¹＝nte⁰+ΔF-(FQe⁰-R)＝nte⁰+ΔxdF-FQe⁰+R (30)

ntm¹＝ntm⁰+ΔxdF-FQe⁰+R (31)

nlm⁰＝x-(nte⁰-FQe⁰)×h^t/h^s (32)

yspd＝1 (33)

b4)当FQs⁰＜ΔF＜nte⁰时，排队特征参数修正如下所示：

nte¹＝nte⁰+FQs⁰-FQe⁰+R (34)

ntm¹＝ntm⁰+FQs⁰-FQe⁰+R (35)

ntl⁰＝x-(nte⁰-FQe⁰)×h^t/h^s (36)

yspd＝1 (37)

b5)当nte⁰≤ΔF≤C时，排队特征参数修正如下所示：

nte¹＝nte⁰ (38)

ntm¹＝ntm⁰ (39)

yspd＝0 (40)

上式中，ΔF为相位差，ΔxdF为相邻两个交叉口的相对相位差，FQs⁰为原始第一辆排队车开始排队的时间，nte⁰为原始预计下一辆排队车驶离交叉口的时间，ntm⁰为原始预计下一辆排队车结束排队的时间，nts⁰为原始预计下一辆排队车开始排队的时间，FQe⁰为原始第一辆排队车结束排队的时间，nlm⁰为原始预计下一辆排队车的排队位置，C为交叉口的周期时长，nte¹为修正后预计下一辆排队车驶离交叉口的时间，ntm¹为修正后预计下一辆排队车结束排队的时间，FQe¹为修正后第一辆排队车结束排队的时间，FQs¹为修正后第一辆排队车开始排队的时间，nlm¹为修正后预计下一辆排队车的排队位置，nts¹为修正后预计下一辆排队车开始排队的时间，x为交叉口处停车线所在位置，h^t为车辆驶离交叉口的平均车头时距，h^s为排队车头间距，yspd为是否修正后存在原始排队，Rs为交叉口协调相位红灯开始时间，R为红灯时长；

所述轨迹变化情况预测约束中的车辆轨迹相关参数基于交叉口原始排队情况预测获得，所述轨迹变化情况预测包括车辆通过第一个交叉口时的轨迹预测和车辆通过后续交叉口时的轨迹预测；

所述车辆通过第一个交叉口时的轨迹预测具体为：

21)判断原始轨迹是否存在停车，若是，则执行步骤22)，若否，则执行步骤23)；

22)在不同相位差方案下确定不同的车辆轨迹相关参数，具体地，

c1)当0≤ΔF＜R-da⁰时，车辆轨迹相关参数预测如下：

te¹＝te⁰+ΔF (41)

s¹＝s⁰ (42)

c2)当R-da⁰≤ΔF＜te⁰-da⁰时，车辆轨迹相关参数预测如下：

te¹＝te⁰+R-da⁰ (43)

s¹＝s⁰ (44)

c3)当te⁰-da⁰≤ΔF≤C-da⁰时，车辆轨迹相关参数预测如下：

te¹＝te⁰-da⁰ (45)

s¹＝s⁰-1 (46)

c4)当C-da⁰＜ΔF＜C时，车辆轨迹相关参数预测如下：

te¹＝te⁰+ΔF-C (47)

s¹＝s⁰ (48)

23)判断当前交叉口是否有排队，若是，则执行步骤24)，若否，则执行步骤25)；

24)在不同相位差方案下确定不同的车辆轨迹相关参数，具体地，

d1)当0≤te⁰≤FQs¹时，车辆轨迹相关参数预测如下：

te¹＝te⁰+R (49)

s¹＝s⁰+1 (50)

d2)当FQs¹＜te⁰≤nts¹时，车辆轨迹相关参数预测如下：

ts¹＝ts⁰-(ts⁰-FQs¹)×h^s/(h^t×v) (51)

te¹＝FQs¹+(ts¹-FQs¹)×(nte¹-FQe¹)/(nts¹-FQs¹) (52)

s¹＝s⁰+1 (53)

d3)当nts¹＜te⁰＜nte¹时，车辆轨迹相关参数预测如下：

te¹＝nte¹ (54)

s¹＝s⁰+1 (55)

d4)当nte¹≤te⁰≤C时，车辆轨迹相关参数预测如下：

te¹＝te⁰ (56)

s¹＝s⁰ (57)

25)在不同相位差方案下确定不同的车辆轨迹相关参数，具体地，

e1)当0≤te⁰＜R时，车辆轨迹相关参数预测如下：

te¹＝R (58)

s¹＝s⁰+1 (59)

e2)当R≤te⁰≤C时，车辆轨迹相关参数预测如下：

te¹＝te⁰ (60)

s¹＝s⁰ (61)

上式中，R为红灯时长，da⁰为原始停车延误，te⁰为原始车辆离开交叉口的时间，s⁰为原始停车次数，te¹为预测车辆离开交叉口的时间，s¹为预测停车次数，v为车的行驶速度。

2.根据权利要求1所述的基于轨迹数据的干线交叉口协调控制方法，其特征在于，所述车辆通过后续交叉口时的轨迹预测具体为：

根据各个交叉口排队情况的修正结果，对比车辆原始到达交叉口的时间与交叉口排队情况的关系，以原始轨迹不存在停车情况预测获得车辆轨迹相关参数。