一种交叉路口的网联车人混合调度通行方法

1.本发明属于智能交通领域，涉及一种交叉路口的网联车人混合调度通行方法，尤其是涉及一种部署于交叉路口调度计算机中的网联机动车、非机动车和行人的调度通行方法。


背景技术：

2.随着城市人口密度的不断增长以及机动车保有量的不断增加，城市交通压力不断加大，道路拥堵问题已经成为城市治理的重要方面。通过车联网、车-路/车-云及交通大数据缓解交通拥堵已经成为交通领域的重要技术方向和发展趋势。
3.在整个交通系统中，交叉路口是车辆与行人汇集和疏散的必经之地，是整个交通系统中的车辆通行的瓶颈也是事故高发地带。因此，即使车辆能在正常道路行驶中提高交通效率，但若无法在路口区域采用很好的调度策略，则整个交通系统如“木桶效应”一般，依旧会在特定区域形成拥堵，进而降低整体通行效率。因此，通过车联网、车-路/车-云及交通大数据等技术改进交叉路口的调度策略成为了改善交通拥堵问题的重要切入点。近几年有许多研究者对这一问题做出了针对性的研究。
4.文献“基于petri网的无信号交叉口车辆诱导及优化系统研究，李佳澎，软件导刊，2018 8卷第8期”中研究了如何提高道路安全，提升通行效率，并提出了一套基于petri网的无信号交叉口控制方案。文献“基于增强型dijkstra算法的无信号灯交叉路口智能车辆调度研究，孙宁，吴伟豪，赵凤财，肖广兵，计算机应用研究，2022 39卷第1期”研究了如何通过动态规划通过路口的机动车路径来提升通行效率并提出了一套基于增强型dijkstra算法的调度方案。但上述方法专注于对机动车的管理，而非机动车和行人作为交通的重要参与者未被纳入考虑范围。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供了一种交叉路口的网联车人混合调度通行方法。所述方法通过应用于交叉路口的网联交叉路口控制器(nic，networked intersection controller)，执行对机动车、非机动车和行人几类调度单位的混合调度。充分利用所述调度单位发出预约消息和位置信息中的调度单位识别号、优先级、数量等因素计算权重，对其进行授权调度，最终实现了交叉路口的网联车人混合调度通行，克服了现有技术中未考虑非机动车和行人，未能实现机动车、非机动车和行人的混合调度的缺陷，能够实现对路口通行单位的高效调度，有助于提升交叉路口的通行效率，从而也为降低车祸发生率、降低能源开销提供有效支撑。
6.为了使本发明内容表述更加清晰，下面对本发明所涉及的定义进行解释：
7.本发明首先将机动车、非机动车、行人按调度方式划分为两类：网联机动车类，记作nmv(networked motor vehicle)，包括紧急机动车和非紧急机动车。非机动车和行人统一归为网联非机动车类，记作nnvap(networked non-motor vehicle and pedestrian)。
8.本发明中，nmv具有多种优先级，不同优先级对应不同大小的影响因子。
9.本发明中，定义机动车临界区、等待区域、混合临界区为：
10.机动车临界区：将路口的机动车车道交叉区划分为一组相邻且互不重叠的路面区域，每个区域在同一时刻不能有超过一个车道的车辆驶入，故称为机动车临界区，记作γ，该类临界区主要用于机动车通行。
11.等待区域：在各人行道的两端设置等待区域，记作wr。该区域作用与机动车车道类似，网联非机动车nnvap在通过路口前可以在该区域等待授权。
12.混合临界区：在各人行道上根据车道宽度以及人行道宽度划分一组相邻且互不重叠的路面区域，每个区域在同一时刻不允许机动车和非机动车同时进入，称为混合临界区，记作γ
′
。
13.其中，网联机动车nmv和网联非机动车nnvap类的交通对象通过路口前均需要申请所需的临界区，且只有通过授权后才能通行。
14.需要说明的是，由于网联非机动车nnvap的行为模式与网联机动车nmv存在明显差异，本方法采用群体方式对网联非机动车nnvap进行统一调度。根据网联非机动车nnvap在速度、前进状态和空间分布上的特点，在相同等待区域wr的网联非机动车nnvap可以根据其通过路口的方式划分为多个nnvap群体。同一个nnvap群体中的单位在调度的时候无需像网联机动车nmv那样考虑其空间上的前后关系，因此本方法直接以群体方式对网联非机动车nnvap进行调度。
15.本发明中，定义网联机动车nmv发起预约位置、网联非机动车nnvap发起预约位置和预约消息为：
16.网联机动车nmv发起预约位置：网联机动车nmv在与路口中心距离小于固定距离d后，需要向nic发出预约消息，然后等待授权，在获得授权后，再由授权的机动车临界区通过路口。
17.网联非机动车nnvap发起预约位置：网联非机动车nnvap则需要在进入等待区域wr后，向nic发出预约消息，然后等待授权。
18.预约消息：预约消息包含该调度单位识别号、优先级、所在机动车车道或者等待区域wr的编号以及通过路口需要占用的机动车临界区γ或混合临界区β
′
信息。
19.需要说明的是，在发出预约消息后，待调度单位会循环向网联交叉路口控制器nic发送自身位置信息，以供网联交叉路口控制器nic使用。在通过路口过程中，网联交叉路口控制器nic检测到某个单位离开机动车临界区γ或混合临界区γ
′
之后，nic会将该单位从该机动车临界区γ或混合临界区γ
′
对应的授权队列或授权数组中移除。
20.本发明中，针对紧急车辆进行了特别定义：
21.为了保证紧急车辆优先得到调度，为紧急车辆设定较大的影响因子以保证在计算权重时，有紧急车辆的车道权重远远大于其它机动车车道和nnvap群体。并且在检测到路口存在待调度紧急车辆时，网联交叉路口控制器nic会停止授权其它机动车车道和nnvap群体的单位通过路口，直到检测到车道内离路口中心最远的待调度紧急车辆以及与其在同一车道的前方所有网联机动车nmv需要的临界区都可用时，网联交叉路口控制器nic会授权该紧急车辆与其前方的所有网联机动车nmv通过路口，然后才会开始调度其它单位。
22.需要说明的是，为了使是否获得授权更加直观，每个进入该路口的机动车车道以
及每个nnvap群体都配置有交通信号灯，配置的交通信号灯仅显示状态，包括允许通行(绿灯)、等待(黄灯)和禁止通行(红灯)，但并不显示状态剩余时间。
23.当网联交叉路口控制器nic授权某个机动车车道或者nnvap群体之后，会将对应的交通信号灯设定为绿灯。
24.当网联交叉路口控制器nic检测到某个机动车车道中的最后一个已授权单位即将离开机动车车道、或者某nnvap群体中的最后一个已授权单位即将离开等待区域wr时，nic会将对应的交通信号灯设定为黄灯，在所述最后一个已授权单位离开机动车车道或者等待区域wr且进入混合临界区γ
′
之后将交通信号灯设置为红灯。
25.为了使本发明混合调度流程内容表述更加清晰，下面对所涉及的名词进行解释：
26.(1)网联机动车nmv数量n：为了提升调度以及通行效率，本发明设定网联机动车nmv数量n，网联交叉路口控制器nic每次计算出最大权重后，若为机动车车道，则尝试授权该车道前n辆网联机动车nmv通过路口。
27.(2)网联机动车nmv预约队列bq
nmv,j
：用于存储编号为j的机动车车道中待调度nmv信息的队列。
28.(3)网联非机动车nnvap预约数组ba
nnvap,k
：用于存储编号为k的nnvap群体中待调度网联非机动车nnvap信息的数组。
29.(4)机动车临界区γ的授权队列aqm：用于存储被授权占用编号为m的机动车临界区γ中网联机动车nmv信息的队列。
30.(5)混合临界区γ
′
的授权数组aan：用于存储被授权占用编号为n的γ
′
临界区网联非机动车nnvap和网联机动车nmv信息的数组。
31.(6)t0/t1：为了避免某机动车车道或nnvap群体长时间得不到授权，设定限定时间t0和t1。当超过对应限定时间，车道或群体仍未获得授权时，优先授权该车道/群体。
32.(7)临界区不可用：即临界区被其它单位占用。
33.(8)机动车车道权重lwj/nnvap群体权重gwk：表达该nnvap群体或者机动车车道拥挤程度和阻塞时间的非负浮点数，计算方法如下：
34.为了记录各网联机动车nmv以及nnvap群体在预约后到获得授权前被阻塞的累积时长，为其引入发起预约之后，至计算权重时的等待时间wti(i是网联机动车nmv或nnvap群体的编号，为大于或等于1的整数)，计算公式如下：
35.wti＝t
c-t
a(i)36.其中，tc为系统当前时间；ta(i)是该网联机动车nmv发起预约的时间或者nnvap群体中最早加入该群体的单位发起预约的时间。
37.对于任一机动车车道，网联交叉路口控制器nic基于下述计算该车道的当前权重lwj：
[0038][0039]
其中，j是机动车车道的编号，为大于或等于1的整数；公式右侧第一项是车道紧急度、第二项是车道阻塞程度；β1、β2分别为各项的非负浮点型比例常数。第一项中，n是优先级的数量，为大于或等于1的整数；x是优先级的编号，为大于或等于1的整数；p
x
是编号x的优先级对应的影响
因子常数，为非负浮点数；qj(x)代表编号j的机动车车道上位于编号x优先级的网联机动车nmv数量；第二项中，|bq
nmv,j
|是网联机动车nmv预约队列bq
nmv,j
中记录的待调度网联机动车nmv数量，wti为第i辆nmv的等待时间。
[0040]
nnvap群体权重gwk的计算公式如下：
[0041]
gwk＝β3×
|ba
nnvap,k
|+β4×
wtk[0042]
其中，k是nnvap群体的编号，为大于或等于1的整数；β3、β4为非负浮点型比例常数；|ba
nnvap,k
|是nnvap预约数组ba
nmv,j
中记录的待调度nnvap数量；wtk为群体等待时间。
[0043]
本发明的技术方案为：
[0044]
一种交叉路口的网联车人混合调度通行方法，通过网联交叉路口控制器实施所述方法，其特征在于，
[0045]
所述网联交叉路口控制器nic，包括支持消息收发功能的装置，用于接收各个调度单位发出的预约消息，同时所述网联交叉路口控制器通过计算权重执行混合调度；本发明中所有调度对象，在到达交叉路口前都需要向路口的nic发出预约消息；nic则根据发出预约消息调度单位的类型，优先级，数量等因素计算权重，对其进行授权调度；
[0046]
所述调度单位包括网联机动车nmv、网联非机动车nnvap；其中，网联机动车nmv包括紧急机动车和非紧急机动车，网联非机动车nnvap包括非机动车和行人；网联机动车nmv和网联非机动车nnvap类的交通对象通过路口前均需要申请所需的临界区，且只有获得授权后才能通行；由于网联非机动车nnvap的行为模式与网联机动车nmv存在明显差异，本方法采用群体方式对网联非机动车nnvap进行统一调度；根据网联非机动车nnvap在速度，前进状态和空间分布上的特点，在相同等待区域wr的网联非机动车nnvap可以根据其通过路口的方式划分为多个nnvap群体；
[0047]
所述交叉路口的网联车人混合调度通行方法包括步骤如下：
[0048]
步骤1，根据当前路口情况，执行混合调度初始化；
[0049]
步骤2，计算权重并开始调度，具体包括如下子步骤；
[0050]
步骤2.1，根据接收到的预约消息和调度单位循环发出的位置信息，计算权重以准备调度操作，将各机动车车道和nnvap群体标记为未调度，计算各机动车车道权重以及nnvap群体权重并存储；
[0051]
步骤2.2，若未调度项中最大权重为0，则重新执行步骤2；若未调度项中最大权重不为0，执行步骤3；
[0052]
步骤3，根据最大权重未调度项的类型执行调度操作，具体包括如下子步骤：
[0053]
步骤3.1，若最大权重未调度项是机动车车道，则执行机动车车道调度，授权该车道前n辆网联机动车nmv通过路口；
[0054]
步骤3.2，若最大权重未调度项是nnvap群体，则执行nnvap群体调度；
[0055]
步骤4，调度后处理，调度操作执行后，将已调度项标记为已调度，判断是否存在未调度项；若不存在未调度项，返回执行步骤2；若存在未调度项，返回执行步骤2.2；
[0056]
步骤5，循环执行步骤2、步骤3、步骤4，直至系统停机，实现交叉路口的网联车人混合调度通行。
[0057]
进一步的，所述混合调度初始化具体包括：
[0058]
根据当前路口的情况获取机动车临界区γ、等待区域wr、混合临界区γ
′
的分布信息，将各交通信号灯设置为红灯；
[0059]
建立等待区域wr与nnvap群体之间、机动车车道与交通信号灯之间和nnvap群体与交通信号灯之间的映射关系；
[0060]
按照进入路口的机动车车道数量准备好对应网联机动车的nmv预约队列bq
nmv,j
，按照当前路口的nnvap群体数量准备好对应的nnvap预约数组ba
nnvap,k
；按照当前路口混合临界区γ
′
数量准备好授权数组aan，按照当前路口机动车临界区γ数量准备好授权队列aqm；准备好消息队列以存储收到的预约消息；将所有队列和数组初始化为空；将各机动车车道权重lwj和nnvap群体的权重gwk初始化为0；
[0061]
同时设定机动车车道的限定时间t0和nnvap群体的限定时间t1。
[0062]
进一步的，所述预约消息包括调度单位识别号、优先级、所在机动车车道或者等待区域wr的编号以及通过路口需要占用的临界区信息，用于供网联交叉路口控制器使用和计算，发出预约消息的具体时间为：
[0063]
网联机动车nmv在与路口中心距离小于固定距离d后需要向网联交叉路口控制器发出预约消息；
[0064]
网联非机动车nnvap则需要在进入等待区域wr后向网联交叉路口控制器发出预约消息。
[0065]
进一步的，所述机动车车道权重以及nnvap群体权重具体为：
[0066]
所述机动车车道权重以及nnvap群体权重用于表示机动车车道或者nnvap群体拥挤程度和阻塞时间；
[0067]
为了记录各网联机动车nmv以及nnvap群体在发出预约信息后到获得授权前被阻塞的累积时长，引入发出预约信息之后至计算权重时的等待时间wti，其中i是网联机动车nmv或nnvap群体的编号，为大于或等于1的整数，wti的计算公式如下：
[0068]
wti＝t
c-t
a(i)[0069]
其中，tc为系统当前时间，ta(o)是该网联机动车nmv发起预约的时间或者nnvap群体中最早加入该群体的单位发起预约的时间；
[0070]
机动车车道权重计算过程：
[0071]
对于任一机动车车道，网联交叉路口控制器基于下述公式计算该车道的机动车车道权重lwj，其中j是机动车车道的编号，为大于或等于1的整数，其具体计算公式为：
[0072][0073]
其中，公式右侧第一项是车道紧急度、第二项是车道紧急度、第二项是车道阻塞程度；β1、β2分别为各项的非负浮点型比例常数；
[0074]
第一项中，n是优先级的数量，为大于或等于1的整数；x是优先级的编号，为大于或等于1的整数；p
x
是编号x的优先级对应的影响因子常数，为非负浮点数；qj(x)代表编号j的机动车车道上位于编号x优先级的nmv数量；
[0075]
第二项中，|bq
nmv,j
|是nmv预约队列bq
nmv,j
中记录的待调度网联机动车nmv数量，wti为第i辆nmv的等待时间；
[0076]
nnvap群体权重的计算公式为：
[0077]
gwk＝β3×
|ba
nnvap,k
|+β4×
wtk[0078]
其中，k是nnvap群体的编号，为大于或等于1的整数；β3、β4为非负浮点型比例常数；|ba
nnvap,k
|是nnvap预约数组ba
nmv,j
中记录的待调度网联非机动车nnvap数量，wtk为nnvap群体等待时间。
[0079]
进一步的，所述机动车车道调度具体包括如下子步骤：
[0080]
步骤3.1.1，检查该机动车车道的nmv预约队列中是否有紧急车辆并做出处理；
[0081]
若该机动车车道的nmv预约队列中没有紧急车辆，执行步骤3.1.2；
[0082]
若该机动车车道有紧急车辆，则循环等待直到紧急车辆及其前面的所有网联机动车nmv需要的机动车临界区γ和混合临界区γ
′
都可用，则网联交叉路口控制器授权紧急车辆及其前面的所有网联机动车nmv所需的机动车临界区γ和混合临界区γ
′
，并从nmv预约队列中移除已授权的调度单位，并将该机动车车道对应的交通信号灯设置为允许通行，然后执行步骤4；
[0083]
步骤3.1.2，尝试授权该机动车车道首辆网联机动车nmv；
[0084]
该机动车车道预约队列中没有紧急车辆时，则将本次已授权网联机动车nmv数量k置为0，然后检查该机动车车道首辆网联机动车nmv所需机动车临界区γ和混合临界区γ
′
是否都可用；
[0085]
若该网联机动车nmv所需机动车临界区γ和混合临界区γ
′
都可用，则执行步骤3.1.4；
[0086]
若存在不可用临界区，则检查首辆网联机动车nmv的等待时间wti；若等待时间小于t0，执行步骤4；若等待时间不小于t0，判断本路口是否存在待调度的紧急车辆，如果有，执行步骤2；如果没有，重新执行步骤3.1.2；
[0087]
步骤3.1.3：检查下一辆网联机动车nmv情况并做出相应处理；
[0088]
若不存在下一辆网联机动车nmv，执行步骤4；
[0089]
若存在下一辆网联机动车nmv，则判断本次已授权网联机动车nmv数量k是否小于n；如果不小于，则执行步骤4；如果小于，则判断下一辆网联机动车nmv所需机动车临界区γ和混合临界区γ
′
是否都可用；
[0090]
若都可用，执行步骤3.1.3；若存在机动车临界区γ或混合临界区γ
′
不可用，则判断不可用的临界区是否都是被前面已授权的k辆网联机动车nmv占用；如果未被占用则执行步骤4，如果被占用，则执行步骤3.1.4；
[0091]
步骤3.1.4：授权网联机动车nmv；
[0092]
授予该网联机动车nmv所需临界区权限，然后令k自增1，返回执行步骤3.1.3。
[0093]
进一步的，所述nnvap群体调度具体包括：
[0094]
检查该nnvap群体所需混合临界区γ
′
是否都可用；
[0095]
若所需混合临界区γ
′
都可用，则授权该nnvap群体及对向nnvap群体中所有nnvap所需混合临界区γ
′
，并将授权的nnvap单位从对应nnvap预约数组中移除，将两个nnvap群体对应的交通信号灯设置为允许通行，然后执行步骤4；
[0096]
若存在不可用混合临界区γ
′
，则检查该nnvap群体的等待时间；如果等待时间小于t1，执行步骤4；如果等待时间不小于t1，判断本路口是否存在待调度的紧急车辆，若有待调
度紧急车辆，执行步骤2.1，若没有待调度紧急车辆，重新执行步骤3.2。
[0097]
进一步的，所述紧急车辆具有较大优先级，用于保证存在紧急车辆的机动车车道权重远远大于其它机动车车道权重和nnvap群体权重，并且在检测到路口存在待调度紧急车辆时，网联交叉路口控制器nic会停止授权其它机动车车道和nnvap群体的单位通过路口，直到检测到车道内离路口中心最远的待调度紧急车辆以及与其在同一车道的前方所有nmv需要的临界区都可用时，网联交叉路口控制器nic会授权该紧急车辆与其前方的所以nmv通过路口。然后才会开始调度其它待调度单位。
[0098]
进一步的，所述某个机动车车道或者nnvap群体获得授权后网联交叉路口控制器的具体操作为：
[0099]
为了使调度单位是否获得授权更加直观，每个进入该路口的机动车车道以及每个nnvap群体都配置有交通信号灯，配置的交通信号灯仅显示状态，包括允许通行(绿灯)、等待(黄灯)和禁止通行(红灯)，但并不显示状态剩余时间；
[0100]
当网联交叉路口控制器授权某个机动车车道或者nnvap群体之后，会将对应的交通信号灯设定为绿灯；
[0101]
当网联交叉路口控制器nic检测到某个机动车车道中的最后一个已授权调度单位即将离开机动车车道、或者某nnvap群体中的最后一个已授权调度单位即将离开等待区域wr时，网联交叉路口控制器nic会将对应的交通信号灯设定为黄灯；
[0102]
当所述最后一个已授权调度单位离开机动车车道或者等待区域wr且进入混合临界区γ
′
之后将交通信号灯设置为红灯。
[0103]
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
[0104]
本发明根据机动车、非机动车、行人三种调度单位在通过交叉路口时的活动规则，将交叉路口划分为机动车临界区、等待区域与混合临界区，通过所述三种区域划分，保证了各个调度单位在通过交叉路口时的安全。
[0105]
本发明针对紧急车辆，设置了较高优先级，同时对未调度紧急车辆优先计算权重，以保证紧急车辆能够尽快通过路口，当存在多辆未调度紧急车辆在同一条紧急车道的情况，本发明所述方法会直接判断距离路口中心最远的那辆紧急车辆，提升了紧急车辆的通过速度。
[0106]
本发明通过判断当前未调度网联机动车不可用的机动车临界区或混合临界区是否被前方网联机动车占用，能够在前方网联机动车还未完全通过路口，但是已离开未调度网联机动车所需的部分机动车临界区或混合临界区时，授权所述部分临界区的通过权，提升了网联机动车的通过效率。
[0107]
本发明根据接收的网联机动车和网联非机动车的预约消息和位置信息计算权重，然后通过获得的机动车车道权重或nnvap群体权重执行机动车车道调度或nnvap群体调度，在考虑机动车的基础上，同时考虑到了非机动车和行人的调度问题，实现了网联车人混合调度通行，同时在保证各调度单位安全通过的前提下，提高了网联车人混合调度通行的效率，证明了一种交叉路口的网联车人混合调度通行方法的实用性。
附图说明
[0108]
图1是本发明实施例中在交叉路口设置的nic、等待区域、机动车临界区、混合临界
区、nmv发起预约位置和交通信号灯示意图。
[0109]
图2为本发明实施例中所述一种交叉路口的网联车人混合调度通行方法的流程图。
具体实施方式
[0110]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。需要强调的是，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而非本发明的全部实施例。列出的实施例不会限制本技术的权力保护范围。
[0111]
实施例
[0112]
在如图1所示十字交叉路口，通过网联交叉路口控制器nic实施如图2所示一种交叉路口的网联车人混合调度通行方法，以实现交叉路口的网联车人的混合调度通行，包括步骤如下：
[0113]
步骤1：初始化
[0114]
首先，根据本路口的情况获取各机动车临界区、混合临界区和等待区域的分布信息，将各交通信号灯设置为红灯；然后建立等待区域和nnvap群体之间以及机动车车道、nnvap群体和交通信号灯之间的映射关系；根据进入路口的机动车车道数量准备好对应的nmv预约队列，按照本路口的nnvap群体数量准备好对应的nnvap预约数组，按照本路口混合临界区γ
′
数量准备好授权数组，按照本路口机动车临界区γ数量准备好授权队列；准备好消息队列以存储收到的预约消息；将所有队列和数组初始化为空；将各机动车车道和nnvap群体的权重初始化为0。
[0115]
在图1所示的典型十字路口环境中，需要设置8个nmv预约队列，8个nnvap预约数组，16个混合临界区γ
′
的授权数组，16个机动车临界区γ的授权队列。
[0116]
需要强调的是，图1所示情况仅作参考，各机动车临界区、混合临界区和等待区域的位置、形状、大小等数据可以根据实际情况如交叉路口类型进行调整。例如机动车临界区、混合临界区和等待区域可以为矩形、平行四边形或者三角形，以适应现实情况中各种交叉路口的情况。
[0117]
本步骤中选择为混合临界区γ
′
设置授权数组而不是队列是因为从混合临界区γ
′
经过的nnvap群体调度单位并不存在严格的前后关系，并不适合使用队列存储。
[0118]
步骤2：计算权重并开始调度
[0119]
步骤2.1：计算并存储各机动车车道以及nnvap群体的权重
[0120]
将各机动车车道和nnvap群体初始化为未调度，计算各机动车车道以及nnvap群体的权重并存储。
[0121]
步骤2.2：根据权重情况进行调度
[0122]
判断未调度项中最大权重是否为0。若为0，则返回执行步骤2.1；若不为0，则判断最大权重未调度项是哪种类型。如果该项是机动车车道，执行步骤3.1；如果该项是nnvap群体，执行步骤3.2。
[0123]
本步骤中若检测到所有未调度项的最大权重为0，则代表剩余的未调度项都没有待调度单位，也就可以重新计算权重开启新一轮调度。
[0124]
步骤3：根据最大权重未调度项的类型做出相应操作
[0125]
步骤3.1：最大权重未调度项为机动车车道时的处理流程
[0126]
步骤3.1.1：检查该机动车车道预约队列中是否有紧急车辆并做出处理
[0127]
如果该机动车车道预约队列中没有紧急车辆，执行步骤3.1.2；如果有紧急车辆，则循环等待直到紧急车辆及其前面的所有网联机动车nmv需要的机动车临界区或混合临界区都可用，授权紧急车辆及其前面的所有网联机动车nmv所需的机动车临界区或混合临界区并从队列中移除这些单位，将该机动车车道对应的交通信号灯设置为允许通行，然后执行步骤4。
[0128]
本步骤对紧急车辆进行了处理，以保证紧急车辆能尽快通过路口。同时如果遇到有多辆待调度紧急车辆在同一条紧急车道的情况，网联交叉路口控制器nic会直接判断距离路口中心最远的那辆紧急车辆，以提升紧急车辆通过速度。
[0129]
步骤3.1.2：尝试授权该机动车车道首辆网联机动车nmv
[0130]
若该机动车车道预约队列中没有紧急车辆，则将k(本次已授权网联机动车nmv数)置为0；然后检查该车道首辆网联机动车nmv所需机动车临界区和混合临界区是否都可用。如果该网联机动车nmv所需机动车临界区和混合临界区都可用，则执行步骤3.1.4；如果存在不可用机动车临界区或混合临界区，则检查首辆网联机动车nmv的等待时间(即当前时间-该单位发起预约时间)。若等待时间小于t0，执行步骤4；若等待时间不小于t0，判断本路口是否存在待调度的紧急车辆。如果有，执行步骤2.1；如果没有，重新执行步骤3.1.2。
[0131]
本步骤中对首辆网联机动车nmv等待时间是否超过t0的判断是为了处理某条机动车车道长时间无法获得授权，该车道内的网联机动车nmv一直不能获得授权的情况。网联交叉路口控制器nic一旦发现该情况，就会持续等待，循环尝试授权该车道的网联机动车nmv。但为了避免因为等待导致紧急车辆不能第一时间获得授权，在等待过程中网联交叉路口控制器nic一旦发现有待调度紧急车辆，就会停止等待，重新计算权重。
[0132]
步骤3.1.3：检查下一辆网联机动车nmv情况并做出相应处理
[0133]
若不存在下一辆网联机动车nmv，执行步骤4；若存在下一辆网联机动车nmv，则判断k是否小于n。若不小于，则执行步骤4；若小于，则判断下一辆网联机动车nmv所需机动车临界区和混合临界区是否都可用。如果都可用，执行步骤3.1.3；如果存在不可用的机动车临界区或混合临界区，则判断不可用的临界区是否都是被前面授权的k辆网联机动车nmv占用。若不是则执行步骤4；若是，则执行步骤3.1.4。
[0134]
本步骤中对不可用机动车临界区或混合临界区是否是被前面k辆网联机动车nmv占用的判断是为了实现后面的网联机动车nmv可以在前面的网联机动车nmv还未完全通过路口时就可以使用前面的网联机动车nmv已经离开的临界区，避免只有后面的网联机动车nmv所需的全部机动车临界区和混合临界区都可用其才能获得授权的情况，以提升通行效率。
[0135]
步骤3.1.4：授权网联机动车nmv
[0136]
授予该网联机动车nmv所需机动车临界区和混合临界区权限，然后令k自增1。返回执行步骤3.1.3。
[0137]
步骤3.2：最大权重未调度项为nnvap群体时的处理流程
[0138]
若该项为nnvap群体，则检查该群体所需混合临界区是否都可用。若都可用，则授权该nnvap群体及对向nnvap群体中所有nnvap所需混合临界区，并将授权的nnvap单位从对
应nnvap预约数组中移除，将两个nnvap群体对应的交通信号灯设置为允许通行，然后执行步骤4；若存在不可用混合临界区，则检查该nnvap群体的等待时间(即当前时间-该群体中最早预约单位的发起预约时间)。如果等待时间小于t1，执行步骤4。如果等待时间不小于t1，判断本路口是否存在待调度的紧急车辆。如果有，执行步骤2.1；如果没有，重新执行步骤3.2。
[0139]
本步骤中对nnvap群体等待时间是否超过t1的判断是为了处理某个nnvap群体长时间无法获得授权的情况。网联交叉路口控制器nic一旦发现该情况，就会持续等待，循环尝试授权该群体，但为了避免因为等待导致紧急车辆不能第一时间获得授权，在等待过程中网联交叉路口控制器nic一旦发现有待调度紧急车辆，就会停止等待，重新计算权重。
[0140]
步骤4：调度后处理
[0141]
将该项标记为已调度，判断是否存在未调度项。如果不存在，返回执行步骤2.1；如果存在，返回执行步骤2.2。
[0142]
步骤5：循环执行步骤2、3、4，直至系统停机；
[0143]
本方法中各网联机动车nmv和网联非机动车nnvap的唯一调度单位识别号获取有多种方式，除了由交通云分配外，也可由网联交叉路口控制器nic分配临时调度单位识别号，该临时调度单位识别号仅在单位通过交叉路口时有效，一旦单位离开路口区域，网联交叉路口控制器nic就会回收该调度单位识别号并分配给之后的单位。
[0144]
本文中采用了具体个例对本发明的原理及实施方案进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：
1.一种交叉路口的网联车人混合调度通行方法，通过网联交叉路口控制器实施所述方法，其特征在于，所述网联交叉路口控制器，包括支持消息收发功能的装置，用于接收各个调度单位发出的预约消息，同时所述网联交叉路口控制器通过计算权重执行混合调度；所述调度单位包括网联机动车nmv、网联非机动车nnvap；其中，网联机动车nmv包括紧急机动车和非紧急机动车，网联非机动车nnvap包括非机动车和行人；同时将网联非机动车nnvap划分为多个nnvap群体；所述交叉路口的网联车人混合调度通行方法包括步骤如下：步骤1，根据当前路口情况，执行混合调度初始化；步骤2，计算权重并开始调度，具体包括如下子步骤；步骤2.1，根据接收到的预约消息和调度单位循环发出的位置信息，计算权重以准备调度操作，将各机动车车道和nnvap群体标记为未调度，计算各机动车车道权重以及nnvap群体权重并存储；步骤2.2，若未调度项中最大权重为0，则重新执行步骤2；若未调度项中最大权重不为0，执行步骤3；步骤3，根据最大权重未调度项的类型执行调度操作，具体包括如下子步骤：步骤3.1，若最大权重未调度项是机动车车道，则执行机动车车道调度，授权该车道前n辆网联机动车nmv通过路口；步骤3.2，若最大权重未调度项是nnvap群体，则执行nnvap群体调度；步骤4，调度后处理，调度操作执行后，将已调度项标记为已调度，判断是否存在未调度项；若不存在未调度项，返回执行步骤2；若存在未调度项，返回执行步骤2.2；步骤5，循环执行步骤2、步骤3、步骤4，直至系统停机，实现交叉路口的网联车人混合调度通行。2.根据权利要求1所述一种交叉路口的网联车人混合调度通行方法，其特征在于，所述混合调度初始化具体包括：根据当前路口的情况获取机动车临界区γ、等待区域wr、混合临界区γ
′
的分布信息，将各交通信号灯设置为红灯；建立等待区域wr与nnvap群体之间、机动车车道与交通信号灯之间和nnvap群体与交通信号灯之间的映射关系；按照进入路口的机动车车道数量准备好对应的nmv预约队列bq
nmv，j
，按照当前路口的nnvap群体数量准备好对应的nnvap预约数组ba
nnvap，k
；按照当前路口混合临界区γ
′
数量准备好授权数组aa
n
，按照当前路口机动车临界区γ数量准备好授权队列aq
m
；准备好消息队列以存储收到的预约消息；将所有队列和数组初始化为空；将各机动车车道权重lw
j
和nnvap群体的权重gw
k
初始化为0：同时设定机动车车道的限定时间t0和nnvap群体的限定时间t1。3.根据权利要求2所述一种交叉路口的网联车人混合调度通行方法，其特征在于，所述预约消息包括调度单位识别号、优先级、所在机动车车道或者等待区域wr的编号以及通过路口需要占用的临界区信息，发出预约消息的具体时间为：网联机动车nmv在与路口中心距离小于固定距离d后需要向网联交叉路口控制器发出
预约消息；网联非机动车nnvap则需要在进入等待区域wr后向网联交叉路口控制器发出预约消息。4.根据权利要求3所述一种交叉路口的网联车人混合调度通行方法，其特征在于，所述机动车车道权重以及nnvap群体权重具体为：所述机动车车道权重以及nnvap群体权重用于表示机动车车道或者nnvap群体拥挤程度和阻塞时间；为了记录各网联机动车nmv以及nnvap群体在发出预约信息后到获得授权前被阻塞的累积时长，引入发出预约信息之后至计算权重时的等待时间wt
i
，其中i是网联机动车nmv或nnvap群体的编号，为大于或等于1的整数，wt
i
的计算公式如下：wt
i
＝t
c-t
a
(i)其中，t
c
为系统当前时间，t
a
(i)是该网联机动车nmv发起预约的时间或者nnvap群体中最早加入该群体的单位发起预约的时间；机动车车道权重计算过程：对于任一机动车车道，网联交叉路口控制器基于下述公式计算该车道的机动车车道权重lw
j
，其中j是机动车车道的编号，为大于或等于1的整数，其具体计算公式为：其中，公式右侧第一项是车道紧急度、第二项是车道紧急度、第二项是车道阻塞程度；β1、β2分别为各项的非负浮点型比例常数；第一项中，n是优先级的数量，为大于或等于1的整数；x是优先级的编号，为大于或等于1的整数；p
x
是编号x的优先级对应的影响因子常数，为非负浮点数；q
j
(x)代表编号j的机动车车道上位于编号x优先级的nmv数量；第二项中，|bq
nmv，j
|是nmv预约队列bq
nmv，j
中记录的待调度网联机动车nmv数量，wt
i
为第i辆nmv的等待时间；nnvap群体权重的计算公式为：gw
k
＝β3×
|ba
nnvap，k
|+β4×
wt
k
其中，k是nnvap群体的编号，为大于或等于1的整数；β3、β4为非负浮点型比例常数；|ba
nnvap，k
|是nnvap预约数组ba
nmv，j
中记录的待调度nnvap数量，wt
k
为nnvap群体等待时间。5.根据权利要求4所述一种交叉路口的网联车人混合调度通行方法，其特征在于，所述机动车车道调度具体包括如下子步骤：步骤3.1.1，检查该机动车车道的nmv预约队列中是否有紧急车辆并做出处理；若该机动车车道的nmv预约队列中没有紧急车辆，执行步骤3.1.2；若该机动车车道有紧急车辆，则循环等待直到紧急车辆及其前面的所有网联机动车nmv需要的机动车临界区γ和混合临界区γ
′
都可用，则网联交叉路口控制器授权紧急车辆及其前面的所有网联机动车nmv所需的机动车临界区γ和混合临界区γ
′
，并从nmv预约队列中移除已授权的调度单位，并将该机动车车道对应的交通信号灯设置为允许通行，然后执行步骤4；
步骤3.1.2，尝试授权该机动车车道首辆网联机动车nmv；该机动车车道预约队列中没有紧急车辆时，则将本次已授权网联机动车nmv数量k置为0，然后检查该机动车车道首辆网联机动车nmv所需机动车临界区γ和混合临界区γ
′
是否都可用；若该网联机动车nmv所需机动车临界区γ和混合临界区γ
′
都可用，则执行步骤3.1.4；若存在不可用临界区，则检查首辆网联机动车nmv的等待时间wt
i
；若等待时间小于t0，执行步骤4；若等待时间不小于t0，判断本路口是否存在待调度的紧急车辆，如果有，执行步骤2；如果没有，重新执行步骤3.1.2；步骤3.1.3：检查下一辆网联机动车nmv情况并做出相应处理；若不存在下一辆网联机动车nmv，执行步骤4；若存在下一辆网联机动车nmv，则判断本次已授权网联机动车nmv数量k是否小于n；如果不小于，则执行步骤4；如果小于，则判断下一辆网联机动车nmv所需机动车临界区γ和混合临界区γ
′
是否都可用；若都可用，执行步骤3.1.3；若存在机动车临界区γ或混合临界区γ
′
不可用，则判断不可用的临界区是否都是被前面已授权的k辆网联机动车nmv占用；如果未被占用则执行步骤4，如果被占用，则执行步骤3.1.4；步骤3.1.4：授权网联机动车nmv；授予该网联机动车nmv所需临界区权限，然后令k自增1，返回执行步骤3.1.3。6.根据权利要求4所述一种交叉路口的网联车人混合调度通行方法，其特征在于，所述nnvap群体调度具体包括：检查该nnvap群体所需混合临界区γ
′
是否都可用；若所需混合临界区γ
′
都可用，则授权该nnvap群体及对向nnvap群体中所有nnvap所需混合临界区γ
′
，并将授权的nnvap单位从对应nnvap预约数组中移除，将两个nnvap群体对应的交通信号灯设置为允许通行，然后执行步骤4；若存在不可用混合临界区γ
′
，则检查该nnvap群体的等待时间；如果等待时间小于t1，执行步骤4；如果等待时间不小于t1，判断本路口是否存在待调度的紧急车辆，若有待调度紧急车辆，执行步骤2.1，若没有待调度紧急车辆，重新执行步骤3.2。7.根据权利要求5或6所述一种交叉路口的网联车人混合调度通行方法，其特征在于，所述紧急车辆具有较大优先级，用于保证存在紧急车辆的机动车车道权重远远大于其它机动车车道权重和nnvap群体权重。8.根据权利要求5或6所述一种交叉路口的网联车人混合调度通行方法，其特征在于，所述某个机动车车道或者nnvap群体获得授权后网联交叉路口控制器的具体操作为：当网联交叉路口控制器授权某个机动车车道或者nnvap群体之后，会将对应的交通信号灯设定为绿灯；当网联交叉路口控制器nic检测到某个机动车车道中的最后一个已授权调度单位即将离开机动车车道、或者某nnvap群体中的最后一个已授权调度单位即将离开等待区域wr时，网联交叉路口控制器nic会将对应的交通信号灯设定为黄灯；当所述最后一个已授权调度单位离开机动车车道或者等待区域wr且进入混合临界区γ
′
之后将交通信号灯设置为红灯。

技术总结
本发明公开了一种交叉路口的网联车人混合调度通行方法，通过与网联机动车和网联非机动车进行交互，充分利用接收到的机动车、非机动车和行人几类调度单位的预约消息和位置信息来计算车道权重和授权调度，在考虑机动车的同时也考虑到了非机动车和行人的调度，解决了网联车人混合调度通行任务。首先进行混合调度初始化，接着根据所述预约消息中交通单位的位置信息和优先级计算车道权重，从而根据最大权重未调度项的类型执行调度操作，最终实现了交叉路口的网联车人混合调度通行，提高了交叉路口的通行效率，证明了一种交叉路口的网联车人混合调度通行方法的实用性。混合调度通行方法的实用性。混合调度通行方法的实用性。


技术研发人员：张凯龙 李丘刚 周俊乐 冯靖凯 张佳豪
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：2023.02.17
技术公布日：2023/6/27