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龍圖騰網獲悉北京工業大學申請的專利一種整合的自動駕駛專用道及多類型交叉口布局優化方法獲國家發明授權專利權，本發明授權專利權由國家知識產權局授予，授權公告號為：CN116704799B 。

龍圖騰網通過國家知識產權局官網在2025-08-22發布的發明授權授權公告中獲悉：該發明授權的專利申請號/專利號為：202310733141.3，技術領域涉及：G08G1/0967；該發明授權一種整合的自動駕駛專用道及多類型交叉口布局優化方法是由李同飛;錢振;陳艷艷;竇雪萍;周文涵;熊杰設計研發完成，并于2023-06-20向國家知識產權局提交的專利申請。

本一種整合的自動駕駛專用道及多類型交叉口布局優化方法在說明書摘要公布了：本發明公開了一種整合的自動駕駛專用道及多類型交叉口布局優化方法，包括以下步驟：步驟S1：描述城市路網中的混行場景；步驟S2：明確CAV專用道與交叉口的類型、CAV專用進口道；步驟S3：明確DISLP問題中決策變量和決策變量之間的關系；步驟S4：計算出行成本；步驟S5：構造流量分配的約束條件；步驟S6：構建問題模型；步驟S7：設計改進遺傳算法求解。本發明可以明顯減少系統總出行成本，提高路網運行效率，針對問題模型，考慮HV在路網中的可達性，采用改進的遺傳算法，以有限次迭代獲得強平穩解。

本發明授權一種整合的自動駕駛專用道及多類型交叉口布局優化方法在權利要求書中公布了：1.一種整合的自動駕駛專用道及多類型交叉口布局優化方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟S1：描述城市路網中的混行場景； 子步驟S11：用表示路網，N表示節點集合，表示路段上的CAV專用道集合，表示路段上的普通車道集合； 子步驟S12：R和S分別是路網中起點和終點的集合， 子步驟S13：r和s分別代表一個起點和一個終點，r∈R，s∈S，i,j表示起點為i，終點為j的路段， 子步驟S14：采用link-node建模方法描述提出的DISLP規劃問題，路段上的流量將以流向的不同終點和車輛類型加以區分； 步驟S2：明確CAV專用道與交叉口的類型、CAV專用進口道； 子步驟S21：明確聯合優化布局方案中CAV專用道的類型：禁止HV通行，CAV自由通行的CAV專用道，稱為常規CAV專用道；HV付費可以通行，CAV自由通行的CAV專用道，稱為CAVT車道； 子步驟S22：明確聯合優化布局方案中交叉口類型：傳統信號交叉口實行視覺信號控制，HV和CAV混合行駛按照信號指示通過交叉口；智能無信號交叉口實行基于無信號控制的AIM策略，CAV之間可以通過相互之間的實時通信、協調控制通過交叉口，HV則禁止進入；帶CAV專用相位和CAV專用進口道的信號交叉口，信號交叉口設置CAV專用進口道、信號相位設置CAV專用相位，CAV專用進口道允許CAV駛入，禁止HV進入，在CAV專用相位內實行基于無信號控制的AIM策略，允許專用進口道的CAV通行，在其他相位實行傳統視覺信號控制； 步驟S3：明確DISLP問題中決策變量和決策變量之間的關系其中，決策變量包括 式中，表示路段i,j上CAV專用道數，作為整數變量，可以取0到路段i,j上的最大車道數 表示路段i,j上CAV專用道的類型，作為0-1變量，取0表示路段i,j上CAV專用道為常規CAV專用道，取1表示路段i,j上CAV專用道為CAVT車道；τij表示路段i,j上CAVT車道對駛入HV收取的費用，作為連續變量，給定取值區間 表示連接路段i,j與交叉口j的CAV專用進口道數，作為整數變量，可以取0到路段i,j上的最大進口道數zj表示交叉口j是否有普通信號相位，作為0-1變量，取0表示無普通信號相位，取1表示有普通信號相位；z′j表示交叉口j是否有CAV專用信號相位，作為0-1變量，取0表示無CAV專用信號相位，取1表示有CAV專用信號相位；cj表示交叉口j的信號周期，作為連續變量，給定取值區間 表示交叉口j的第h個普通信號相位，作為連續變量，給定取值區間 表示交叉口j的CAV專用信號相位，作為連續變量，給定取值區間通過zj、z′j的取值組合可以表示交叉口類型，zj＝1，z′j＝0表示交叉口j為傳統信號交叉口；zj＝1，z′j＝1表示交叉口j為帶CAV專用相位和CAV專用進口道的信號交叉口；zj＝0，z′j＝0表示交叉口j為智能無信號交叉口； 決策變量之間的關系 考慮HV在路網中的可達性，明確路網中多類型交叉口之間的關系 式中，Θ表示節點之間HV可達性的集合； 其中，θij為0-1變量，取0表示節點i與節點j之間HV不可達，取1表示節點i與節點j之間HV可達；Γ0表示原路網的鄰接矩陣，其中為0-1變量，取1表示節點i與節點j在原路網中相鄰，否則取0；Γ表示針對于HV出行的路網鄰接矩陣，其中γij為0-1變量，取1表示節點i與節點j均不為智能無信號交叉口且在原路網中相鄰，否則取0；ζi為0-1變量，表示節點i是否為智能無信號交叉口，為智能無信號交叉口取1，否則取0；正如式14所示，由于智能無信號交叉口禁止HV通過，因此，只有當相鄰兩節點均非智能無信號交叉口時，HV才可以通行；式15中，Γn為鄰接矩陣Γ的n次冪，通過將Γ的1到n次冪進行布爾相加得到節點之間HV可達性的集合Θ，式16表示，如果起點r到終點s的HV出行需求大于0時，起點r到終點s之間HV可達，即θrs為1，綜合以上約束，來限制表示交叉口類型的變量組合zj、z′j的取值，使其滿足HV的可達性條件； 交叉口類型與CAV專用道、CAV專用進口道的關系 表示交叉口類型的變量組合zj、z′j取值對應著三類交叉口，通過式17可以避免zj＝0，z′j＝1取值組合出現；式18表示，交叉口進口處的進口道數等于路段車道數與拓寬車道數之和，其中Y表示交叉口進口處的拓寬車道數，式19表示，如果交叉口是智能無信號交叉口，則上游路段的車道全為CAV專用道，否則至少保留一條普通車道，式20表示，路段車道總數為CAV專用道數與普通車道數之和，式21表示，如果交叉口是傳統信號交叉口，則不設置CAV專用進口道，否則CAV專用進口道數大于等于上游CAV專用道數，并不超過上游CAV專用道數與拓寬車道數之和，式22表示，如果交叉口是智能無信號交叉口，則進口道全為CAV專用進口道；式23表示，如果交叉口是帶CAV專用相位信號交叉口或智能無信號交叉口，則進口至少有一條CAV專用進口道；式24表示，如果交叉口是智能無信號交叉口，則不設置普通進口道，否則，CAV專用進口道以外的進口道均為普通進口道；由于同一路段i,j的CAV專用道和普通車道連接的是同一個進口，因此正如式25-26所示，普通車道下游是相同的CAV專用進口道和普通進口道布設情況； CAV專用道類型與收取HV服務費之間的關系 式27中，ωij為0-1變量，表示路段i,j上是否設置CAV專用道，設置CAV專用道時取1，否則取0；式28規定如果路段i,j上未設置CAV專用道時，CAV專用道類型變量為0；式29規定，如果CAV專用道為常規CAV專用道時，收費變量τij為0； 信號周期與各相位綠燈時間的關系 式30表示，如果交叉口j不是帶CAV專用相位和CAV專用進口道的信號交叉口時，CAV專用相位時長取0；式31-33表示，對于信號交叉口，周期時長上下界和各相位綠燈時長上下界的關系，其中，w為綠燈間隔時間，包括黃燈時間和全紅時間，式34計算進口i,j對應交叉口j普通信號相位的綠燈時長；其中，為0-1變量，表示進口i,j是否與交叉口j的第h個普通相位對應； 步驟S4：計算出行成本； 路段出行時間計算 式35-36中，uij表示純HV行駛在CAV專用道、普通車道上的通行能力，等于路段i,j上CAV專用道數普通車道數乘上HV跟隨HV平均安全車頭時距的倒數，式37中，采用BPR函數計算車輛通過路段i,j所需的時間tij，表示車輛自由通過路段i,j所需的時間，α、β為BPR函數中的兩個正參數，分別為路段i,j上的HV、CAV流量，pcuij為CAV流量轉化為HV流量的轉化系數；式38中，根據公式推導，得到CAV流量轉化為HV流量的轉化系數pcuij，是一個與CAV流量在混合車流占比pij有關的函數；其中，為CAV跟隨HV平均安全車頭時距，為HV跟隨CAV平均安全車頭時距，為CAV跟隨CAV平均安全車頭時距；式39表示，路段i,j上CAV流量在混合車流占比pij等于在路段i,j上CAV流量除以CAV流量與HV流量之和； 進口道延誤時間計算 1進口道流量約束 式40表示，路段i,j上CAV專用道下游交叉口進口處的CAV流量，等于CAV專用道和普通車道上的CAV流量之和，HV同理；式41表示，路段i,j上普通車道下游與CAV專用道下游有同樣的交叉口進口處流量；式42計算的是，進口道i,j上CAV流量轉化為HV流量的轉化系數 2普通進口道延誤時間計算 式43中，λij為0-1變量，表示普通進口道i,j是否過飽和，過飽和時取1，否則取0；式44計算普通進口道i,j的延誤時間dij；其中，oij為非負的連續變量，表示普通進口道i,j的飽和度；T為固定參數，表示推導流量持續的時長；式45通過引入一個足夠大的數M來建立λij與普通進口道i,j飽和度oij的關系，如果普通進口道i,j飽和度oij＞1，λij取0將不滿足約束，因此只能取1；如果普通進口道i,j飽和度oij≤1，λij取1將不滿足約束，因此只能取0；式46計算普通進口道i,j的飽和度oij，式中分子為普通進口道處的等價HV流量，分母為普通進口道的車輛消散能力；其中，X為固定參數，表示HV流量通過一條普通進口道的飽和流率； CAV專用相位下的CAV專用進口道延誤時間計算： 式47中，為0-1變量，表示CAV專用相位下的CAV專用進口道i,j是否過飽和，過飽和時取1，否則取0，式48計算CAV專用相位下的CAV專用進口道i,j延誤時間其中，為非負的連續變量，表示CAV專用相位下的CAV專用進口道i,j飽和度；式49通過引入一個足夠大的數M來建立與CAV專用相位下的CAV專用進口道i,j飽和度的關系，如果CAV專用相位下的CAV專用進口道i,j飽和度 取0將不滿足約束，因此只能取1；如果CAV專用相位下的CAV專用進口道i,j飽和度 取1將不滿足約束，因此只能取0，式50計算CAV專用相位下的CAV專用進口道i,j飽和度式中分子為CAV專用進口道處的CAV流量，分母為CAV專用進口道的車輛消散能力；其中，為固定參數，表示CAV流量通過一條CAV專用進口道的飽和流率，ρ為無信號AIM控制策略相比于傳統信號交叉口，對交叉口通行效率的提升系數； 智能無信號交叉口的CAV專用進口道延誤時間計算 式51中，ξij為0-1變量，表示智能無信號交叉口的CAV專用進口道i,j是否過飽和，過飽和時取1，否則取0，式52計算智能無信號交叉口的CAV專用進口道i,j延誤時間式53通過引入一個足夠大的數M來建立ξij與的關系，如果ξij取0將不滿足約束，因此只能取1；如果ξij取1將不滿足約束，因此只能取0； 出行成本計算 1路段出行成本計算 式54計算路段i,j上HV通過CAV專用道的出行成本在交叉口為智能無信號交叉口、路段上不布設CAV專用道、布設CAV專用道為常規CAV專用道的情況下，HV通過CAV專用道的出行成本為一個足夠大的數M，否則，HV通過CAV專用道的出行成本為通過CAV專用道的出行時間tij與被收取的費用τij之和，乘上HV的時間價值系數κHV，式55計算路段i,j上CAV通過CAV專用道的出行成本在路段i,j上不布設CAV專用道的情況下，CAV通過CAV專用道的出行成本為一個足夠大的數M，否則，CAV通過CAV專用道的出行成本為通過CAV專用道的出行時間tij乘上CAV的時間價值系數κCAV，式56計算路段i,j上HV、CAV通過普通車道的出行成本在交叉口為智能無信號交叉口的情況下，HV、CAV通過普通車道的出行成本為一個足夠大的數M，否則，HV、CAV通過普通車道的出行成本分別為通過普通車道的出行時間tij乘上HV、CAV的時間價值系數κm； 交叉口進口道出行成本計算 式57計算CAV專用道i,j上的HV通過交叉口j的出行成本如果交叉口j是一個智能無信號交叉口，禁止HV通過智能無信號交叉口，因此CAV專用道i,j上的HV通過交叉口j的出行成本為一個足夠大的數M，否則，為CAV專用道i,j上的HV通過普通進口道i,j的延誤時間dij乘上HV的時間價值系數κHV，式58計算CAV專用道i,j上的CAV通過交叉口j的出行成本如果交叉口j是一個傳統信號交叉口，CAV專用道i,j上的CAV通過交叉口j的出行成本為CAV專用道i,j上的CAV通過普通進口道i,j的延誤時間dij乘上CAV的時間價值系數κCAV；如果交叉口j是一個帶CAV專用相位和CAV專用進口道的信號交叉口，CAV專用道i,j上的CAV通過交叉口j的出行成本為CAV專用道i,j上的CAV在CAV專用相位通過CAV專用進口道i,j的延誤時間乘上CAV的時間價值系數κCAV；如果交叉口j是一個智能無信號交叉口，CAV專用道i,j上的CAV通過交叉口j的出行成本為CAV專用道i,j上的CAV通過CAV專用進口道i,j的延誤時間乘上CAV的時間價值系數κCAV，式59表示，路段i,j上普通車道上與CAV專用道上的HV、CAV通過交叉口j，有著同樣的出行成本 步驟S5：構造流量分配的約束條件； 子步驟S51：構造流量非負和需求約束 式60表示，路段i,j上的流向終點s的HV、CAV流量都是非負的，式61-64表示節點流量守恒，在路網中，對于終點s，流入終點s的流量應該等于該節點s的總吸引；對于起點r，流出該起點r且以節點s為終點的流量為該OD對之間的出行需求量；對于中間節點k，流出節點k且以s為終點的流量應該等于流入節點k且以s為終點的流量； 子步驟S52：構造HV與CAV混行條件下的用戶均衡約束 基于link-node建模方法構造UE均衡約束：當達到均衡時，如果路段i,j在從節點i到終點s的路徑上，并且路段上有HV或CAV流量，則HV或CAV在路段i,j上的出行成本分別等于，節點i到終點s的最小出行成本減去節點j到終點s的最小出行成本； 式65-66表示HV在路網上的UE均衡約束；式67-68表示CAV在路網上的UE均衡約束；路段HV、CAV流量與區分終點的路段HV、CAV流量之間的關系為 和分別代表節點j到終點s的HV最小出行成本和CAV最小出行成本； 步驟S6：以最小總出行時間為目標，構建DISLP問題模型； 問題模型為： 約束為a，b，c aDISLP問題中決策變量以及決策變量之間的關系； bHV、CAV出行成本計算； cHV、CAV流量分配約束； 步驟S7：設計改進遺傳算法求解DISLP問題； 子步驟S71：考慮HV在路網中的可達性，生成一組初始可行解； 子步驟S72：將可行解帶入到GAMS求解器中求解一個網絡流量分配子問題，并計算該可行解對應的原問題的目標函數值，根據得到的原問題目標值進行排序； 子步驟S73：按照目標值越小，成為父代、母代概率越大的原則選取父代、母代，并進行遺傳變異生成子代； 子步驟S74：判斷生成的子代是否滿足HV在路網中的可達性要求，對于不滿足的子代，將被重新生成的滿足HV可達性的子代代替，直到生成的子代均滿足HV在路網中的可達性要求； 子步驟S75：返回步驟S72，直到最大進化代數，程序終止。

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