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申请/专利权人：大连理工大学

摘要：本发明属于自动驾驶技术领域，提出一种基于港口无人集卡自动驾驶网络的交通控制方法、装置和计算机可读存储介质。本发明将无人集卡编队控制策略与考虑冲突的路径规划算法相结合，对港口实际道路网络进行建模。基于不同的船舶到港时间间隔内的装卸作业数量，划分港口道路的交通运输需求等级。当交通需求较小时，在考虑冲突的前提下，采用基于时间窗的Dijkstra算法为无人集卡规划路径；当交通需求较大时，通过调整无人集卡队列相关参数，控制无人集卡组成队列，交替通过交叉口，完成港口所有无人集卡的无碰撞控制，以实现全网交通的无冲突安全运行，提高港口的运营效率。

主权项：1.一种基于港口无人集卡自动驾驶网络的交通控制方法，其特征在于，该基于港口无人集卡自动驾驶网络的交通控制方法提出无人集卡编队控制策略与路径规划算法，实时更新无人集卡队列规模与冲突规避路径；设置网络管理器和云储存中心；网络管理器用于共享和更新时间窗口信息，云储存中心用于实时记录信息；具体包括步骤如下：步骤1、根据提前存储的路网信息，以节点表示冲突点，以圆弧表示车道段，设置基于港口实际道路的冲突点网络；采用有向图表示冲突点网络，其中，为节点的有限集，为圆弧的集合；冲突点由表示车道段的链路相连接，一个无人集卡路径包括多段链路及多个节点；节点n与其后续节点n′，n,n′∈ε；当且仅当节点n与后续节点n′之间有一条链路连接时，车辆从节点n直接行驶到后续节点n′；对于每个节点获得其后续节点的集合φn；当相交道路均为单车道时，冲突点数目计算公式如下： Pda为交叉口分流冲突点数；Pma为交叉口合流冲突点数；Pjd为交叉口无人集卡与无人集卡交叉冲突点数；pr为交叉口相交道路条数；当相交道路均为双车道时，冲突点数目计算公式如下： Pjasr为交叉口非左转无人集卡与无人集卡交叉冲突点点数；Pjal为交叉口左转无人集卡与无人集卡交叉冲突点点数；pr′为交叉口相交道路条数，pr′3；交叉口和连接车道共同构成了整个冲突点网络；步骤2、根据无人集卡的出发地和目的地信息，基于路径规划算法确定各无人集卡的无冲突路径；步骤2.1、根据节点冲突情况，建立考虑无人集卡驾驶行为特征的数学模型，对进入冲突点网络的无人集卡路径进行约束；min∑i∈N∑t∈T′∑k∈K|γkit-γkit+1|1 式中，K是表示所有无人集卡的集合；K1是无任务的无人集卡的集合；N是所有节点的集合；T是时间步长的集合，T＝{1,2,…,tmax}，T′＝T\tmax；i,j,m,n是路径中各节点索引；是无人集卡k的起点；是无人集卡k行驶路径中除了起点和终点以外所有的节点；Cij是节点邻接矩阵，反映节点之间的连通性，当两个节点是相连的则该矩阵值为1，否则为0；αkij是一个二进制变量，当无人集卡k在节点j之前通过节点i时，则等于1，否则为0；γkit是一个二进制变量，当无人集卡k在t时刻位于节点i时，则为1，否则为0；公式1通过最小化无人集卡通过的节点数量，获得无人集卡最短路径；公式2是除起点和终点之外的流量平衡约束；公式3确保无人集卡通过之前的节点必须是相连接的；公式4保证无任务的无人集卡停留在起点；公式5限制了任何节点在任何时间持有的无人集卡的数量，用于防止节点冲突；公式6和公式7是决策变量的整数约束；步骤2.2：设计带时间窗的Dijkstra算法求解每一个进入冲突点网络的无人集卡路径；每辆无人集卡进入冲突点网络后，由网络管理器更新所有节点当前时间窗占用信息；给定无人集卡出发地与目的地，根据步骤2.1中的数学模型为每个无人集卡获得最短的无冲突行驶路径；将无人集卡最短的无冲突行驶路径上传到云储存中心，网络管理器根据新上传的信息重新更新时间窗占用情况；基于带时间窗的Dijkstra算法的具体步骤为：2.2.1初始化节点邻接矩阵Cij和节点集合N，以记录节点i在时间t的占用情况，并创建无人集卡优先级列表Kp；2.2.2使用带时间窗的Dijkstra算法规划无人集卡k＝1的路径r，并更新节点集合N；2.2.3使用带时间窗的Dijkstra算法为无人集卡k′规划一条路径r′并记录r′所占用的所有节点时间，生成新的节点集合N′；2.2.4同一节点占用冲突检测：比较步骤2.2.2中更新的节点集合N与新的节点集合N′是否存在冲突：当存在冲突时，将该冲突节点标记为不可用，并转到步骤2.2.3；当不存在冲突时，则k′＝k′+1，更新节点集合N，转到下一无人集卡的冲突检测判断；2.2.5找到所有无人集卡路径规划后结束；步骤3：在各交叉口的入口设立排队区，调整无人集卡车速及车辆间的距离间隔，控制无人集卡组成队列交替通过交叉口；根据港口实时交通需求，动态确定无人集卡队列发车间隔；当交叉口出现拥堵排队问题时，基于步骤二中的路径规划，辅助一种交通控制策略，根据不同交通运输需求设置不同的无人集卡队列发车时间间隔，并对无人集卡的车队进行编队控制，使目标路线相同的无人集卡在排队区域内排成一定长度的队列，无冲突交替通过各交叉口；该交通控制策略通过缩小无人集卡间的车头时距来提高交叉口的通行能力，解决港口交通拥堵现象；设置排队区内的每一辆领头无人集卡的延长时间缓冲和额外安全缓冲其中theadni是领头无人集卡在冲突网络节点i的发车时间；al为车队长度；是无人集卡固定安全缓冲；是车辆跟随状态下的安全缓冲；τ是无人集卡在每个节点的停留时间；tlastnk是最后一辆无人集卡在节点k的发车时间；通过控制时间缓冲量来决定无人集卡是否需要排列成车队；当车队长度al＝0时，最后一辆无人集卡成为领头无人集卡，则theadni′＝tlastni′，此时sextra＝0，说明在此时的交通需求下不需要实施无人集卡编队控制策略，仅使用步骤二的路径规划；当Sextra不等于0时，设定此时实施无人集卡编队的交通控制策略；在各交叉口的入口设立排队区，用以调整无人集卡车速及车辆间的距离间隔，控制无人集卡组成队列交替通过交叉口；根据港口实时交通需求，动态确定无人集卡队列发车间隔；当无人集卡队列发车间隔确定后，无人集卡在该发车间隔内形成队列，在下一个时间间隔进入交叉口冲突点网络；交叉口入口车道的总容量为la表示入口排队区内的车道数量，yf表示车道饱和流量；表示给定需求信息和发车间隔长度时冲突点网络中所有可行路径流分配的集合，则选定发车间隔其中，表示分配给路径r的车辆需求，表示路径r和链路a之间的关联系数，γ是鲁棒因子；表示无人集卡路径链路集合，连接路径链路w的所有无人集卡路径的集合；当港口开始一个作业周期，给定此时需求信息获得无人集卡队列发车间隔。

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