[发明专利]高速公路场景下基于边缘计算的无人驾驶车群形成方法及自协模型构建方法

权利要求书

1.一种高速公路场景下无人驾驶车群形成方法，无人驾驶单智能体运动于高速公路场景中，特征是：具体包括如下步骤：

步骤1.相关定义

(1)高速公路干扰标识定义

定义1高速公路有人驾驶车辆标识(MVI,Manned Vehicle Identification)：在高速公路上有人驾驶车辆与无人驾驶车辆共存，有人驾驶车辆相对于无人驾驶车辆而言是一个高速移动的障碍物，为了区分两者，每个车辆节点依据自身状态通过设置高速公路有人驾驶车辆标识来标明自身的身份，其数学表达式为(1)：

其中，MVI表示高速公路中车辆v的有人驾驶车辆身份标识，当MVI_v＝1时，表示车辆v为有人驾驶车辆，在后续算法中作为一个高速移动的障碍物；相反，当MVI_v＝0时，表示车辆v为无人驾驶车辆；

定义2高速公路道路标识牌(HRS,Highway Road Signs)：在高速公路上存在很多道路信息标识牌例，道路标识牌能够对无人驾驶车辆的运动进行指导；

(2)基于边缘计算的车辆角色及相关定义

定义3无人驾驶车群引领节点CH(Cluster Head)：一个无人驾驶车群都会选出唯一的无人驾驶车辆节点作为整个车群的引领节点，引领节点负责与其他车群中的引领节点进行通信并管理本车群的各项信息；

定义4无人驾驶车群次级引领节点CR(Cluster Relay)：负责在车群普通节点与车群引领节点之间、车群普通节点之间互相传递消息并管理车群普通节点，即次级引领节点CR决定一个非本车群的无人驾驶车辆普通节点是否能够加入本车群；

定义5无人驾驶车群普通节点CM：无人驾驶车群中除去引领节点CH与次级引领节点CR之外，都属于普通节点，在未组成车群之前，所有无人驾驶车辆节点都是普通节点；

定义6 ch_v：表示车辆节点v对应的无人驾驶车群引领节点CH；

定义7 cr_v：表示车辆节点v对应的无人驾驶车群次级引领节点CR；

定义8 d_max：表示在一个无人驾驶车群中，无人驾驶车群引领节点CH距离无人驾驶车群内所有车辆节点的最大跳数；

(3)车群属性定义

定义9无人驾驶车辆连接稳定指数CSI(Driverless Vehicle ConnectivityStability Index)：表示两个无人驾驶车辆节点之间直接连接的稳定程度，其数学表达式为(3)：

其中，MDCR(Max Driverless Communication Range)表示无人驾驶车辆所携带通信探测设备的最大通信范围，D_t(v_i，v_j)表示t时刻两个无人驾驶车辆v_i与v_j之间的物理距离；车辆节点v∈{v|MVI_v＝0}；若两个无人驾驶车辆节点之间的距离小于等于MDCR时，即两个无人驾驶车辆节点位于最大通信范围内，此时车辆节点之间距离越近，连接稳定指数CSI越大，表明两个车辆节点之间的直接连接的稳定程度越高，两者的联系越紧密；

定义10邻居车辆节点NVN(Neighbor Vehicle Node)：若在高速公路上的某一无人驾驶车辆节点v_i与另一个车辆节点v_j之间的CSI满足CSI＞δ(δ是设定的阈值，保证车辆节点连接的可靠性)，则表明两个车辆之间连接稳定，此时称车辆节点v_i与车辆节点v_j互为邻居节点关系，在网络拓扑图中表现为节点v_i与节点v_j之间存在一条边，其数学表达式为(4)：

其中，CSI表示无人驾驶车辆连接稳定指数，v_i表示高速公路上的无人驾驶车辆，v_j表示高速公路上的车辆，为无人驾驶车辆，或为有人驾驶车辆；

定义11高速公路上无人驾驶车辆节点v_i的邻居车辆节点集合NVNS_i，t：表示在t时刻高速公路上与某一无人驾驶车辆节点v_i为邻居节点关系的无人驾驶车辆节点组成的车辆集合，其数学表达式为(5)：

NVNS_i，t＝{v_j|NVN(v_i，v_j)＝1 and MVI_v＝0} (5)

其中，NVN(v_i，v_j)表示无人驾驶车辆节点v_i与v_j之间是邻居节点关系，v_i表示高速公路上的无人驾驶车辆，v_j表示高速公路上的车辆，为无人驾驶车辆，或者为有人驾驶车辆；

定义12高速公路所有无人驾驶车辆节点组成的网络拓扑图DVN(V，E)：DVN(DriverlessVehicle Network)是一个无向图；其中V表示所有无人驾驶车辆节点的集合V＝{v|MVI_v＝0}，E表示拓扑图中所有边的集合；v_i表示拓扑图节点集合V中某一无人驾驶车辆节点；

定义13高速公路中所有无人驾驶车辆节点组成的连通分量CCG(V，E)：CCG(V，E)(Connected Component Graph)表示网络拓扑图DVN中一个极大连通子图，CCG(V，E)内所有车辆节点都能够互相直接连接，其数学表达式为(6)：

其中，Arrive函数是判别函数，Arrive(u，v)＝True表示存在一条路径能连接无人驾驶车辆节点u到节点v；

定义14超连通分量HCCG(V，E)(High Connected Component Graph)：通过向连通分量CCG(V，E)中添加边得到，数学表达式如下(7)：

HCCG(V，E)＝Add edge(u，v)to CCG(V，E)

其中，CCG(V，E)表示高速公路上所有无人驾驶车辆节点组成的连通分量，gap函数是判别函数，gap(u，v)＝True表示节点u与节点v的距离是2跳；

定义15支配集DS(Dominating Set)：是超连通分量HCCG(V，E)的部分点的集合V^*；HCCG(V，E)中的节点是顶点集V^*中的一个节点，或者与顶点集V^*中的一个节点相邻，支配集DS数学表达式为(8)：

定义16贯通路径：定义为高速公路网络拓扑中相连车辆节点组成的路径w＝v_ie₀v_i+1e₁…v_i+ke_kv_i+k+1；此时该路径的长度为k；

步骤2.无人驾驶车群形成方法