非信号化交叉口的启发式优先调度算法：一种基于车辆冲突的高效方法

自主交叉路口管理通过加权有向冲突图量化车辆冲突影响，提出混合优先级成本模型和启发式迭代算法优化通行序列，仿真验证其在低计算复杂度下保持稳定高效的交通效率。

　　

摘要：

随着自动驾驶交叉口管理系统的发展，交叉口控制中心正逐渐取代交通信号灯，成为未来交叉口的发展趋势。然而，大多数现有研究仅关注交通效率，而忽略了实施的可行性。为了同时优化交通效率和实施可行性，我们首先设计了一个加权有向冲突图（WDCG）来描述车辆之间的冲突关系。在WDCG中，我们为有向边赋予权重以对节点进行分类，并量化车辆冲突对交通效率的影响。接着，我们提出了一种混合优先级成本模型，用于全面评估赋予车辆最高通行优先级的成本。最后，在三种设计的启发式节点选择规则的指导下，我们引入了一种启发式迭代选择算法来确定优先级顺序。仿真结果表明，我们的算法在所有交通场景下都能保持较高的交通效率，并且计算复杂度和通信开销较低，证明了该算法的高实施可行性。

引言

作为城市交通中最常见且复杂的场景，交叉口是道路拥堵和车辆事故发生的主要场所[1]、[2]、[3]。道路拥堵是由于传统交通信号控制系统在处理实时交通流量和突发交通需求方面的效率低下所致[4]。人类驾驶员的不当行为和分心驾驶是导致车辆事故的主要原因[5]。不幸的是，由于交通需求与道路容量的不平衡增长，交叉口的安全和高效通行将面临更大的挑战[6]、[7]。尽管已经提出了一些改进的自适应交通信号控制系统，但其交通效率可能仍不尽如人意，尤其是在高密度交通场景中[8]。这是因为交通信号控制系统的固有局限性尚未得到解决。现有的改进型交通信号控制系统仍然无法解决某些特定方向或车道上的车辆必须停车的问题[9]。随着车联网和自动驾驶技术的发展，联网自动驾驶车辆（CAVs）因其协作驾驶能力而在提高交通效率和减少事故方面展现出了巨大潜力[10]、[11]。为了充分利用CAVs的潜力，自动驾驶交叉口管理系统（AIM）近年来受到了广泛关注，并成为未来交叉口的发展趋势[12]。在AIM系统中，交叉口控制中心（ICC）取代了交通信号灯，从而高效地调度CAVs在交叉口的通行[13]。通过规划每辆车的进入时间，AIM系统使车辆能够安全通过交叉口而无需停车，从而消除了交通信号控制系统的固有局限性。