本發(fā)明涉及車聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，具體涉及一種基于車速的路徑規(guī)劃方法。

(二)

背景技術(shù)：

路徑規(guī)劃的目的是在有障礙物的環(huán)境中尋找一條從起點(diǎn)到終點(diǎn)無碰撞的最優(yōu)路徑。隨著城市機(jī)動(dòng)車數(shù)量的不斷增長，城市交通負(fù)荷不斷增大，堵車、交通事故等突發(fā)狀況時(shí)常發(fā)生，使得根據(jù)路網(wǎng)信息規(guī)劃的最短路徑并非最優(yōu)路徑。因此，結(jié)合交通狀態(tài)和路網(wǎng)拓?fù)涞膭?dòng)態(tài)路徑規(guī)劃方法對(duì)于車輛導(dǎo)航具有重要意義。

目前，結(jié)合路況信息和路網(wǎng)拓?fù)涞穆窂揭?guī)劃方法中大多根據(jù)路段的通行能力、交通環(huán)境、車輛狀況等信息計(jì)算路段的路阻情況，從而得到路段的路況信息。然而，路阻情況計(jì)算復(fù)雜，當(dāng)路段中交通環(huán)境復(fù)雜、車流量達(dá)到一定規(guī)模時(shí)，路徑信息計(jì)算將十分耗時(shí)。車速能夠快速有效地反映道路的擁堵狀況，在車輛路徑規(guī)劃時(shí)將路段中車輛的平均車速作為路況信息，可降低計(jì)算的復(fù)雜度。

(三)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于車速的路徑規(guī)劃方法。該方法利用路段中有效車輛的平均車速信息和路段距離信息的加權(quán)和作為目標(biāo)函數(shù)計(jì)算路段中的綜合信息，車輛在節(jié)點(diǎn)處根據(jù)路段綜合信息選擇下一條要走的路段。該方法綜合考慮路況信息與路段距離因素，以一種簡單快速的方式預(yù)測路段中的交通狀況，使車輛有效地避開阻塞道路。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用這樣的方案實(shí)現(xiàn)：

在系統(tǒng)中輸入起點(diǎn)、終點(diǎn)，路網(wǎng)中的車輛利用車載服務(wù)終端上報(bào)車速信息，系統(tǒng)根據(jù)路段中的車速信息和距離信息計(jì)算路段的綜合信息，監(jiān)控模塊根據(jù)GPS定位信息監(jiān)測車輛是否到達(dá)終點(diǎn)，是則結(jié)束，否則走完規(guī)劃路段后根據(jù)車輛所在節(jié)點(diǎn)、相鄰可達(dá)節(jié)點(diǎn)、終點(diǎn)的距離關(guān)系縮小車輛搜索范圍，鎖定可選鄰接路段，并根據(jù)可選鄰接路段的車速信息和距離信息的加權(quán)和選擇下一條要走的路段。

本方法中涉及到的模塊如下：

存儲(chǔ)模塊：存儲(chǔ)用戶輸入的起點(diǎn)和終點(diǎn)位置信息、路網(wǎng)信息、車輛的可選路段集合、禁選路段集合、車輛上報(bào)的車速信息、上報(bào)車速的時(shí)間信息、上報(bào)信息車輛所在的路段。

監(jiān)控模塊：用于監(jiān)控車輛在地圖中的位置信息、相鄰可達(dá)節(jié)點(diǎn)集合及車輛已走路線信息。

規(guī)劃模塊：計(jì)算車輛所在節(jié)點(diǎn)、相鄰可達(dá)節(jié)點(diǎn)及終點(diǎn)之間的位置關(guān)系，根據(jù)路段的平均車速信息、距離信息的加權(quán)和為車輛規(guī)劃下一條要走的路段。

規(guī)劃路徑過程中涉及到如下參數(shù)：S(long,lat)為起點(diǎn)經(jīng)緯度坐標(biāo)，D(long,lat)為終點(diǎn)經(jīng)緯度坐標(biāo)，N為禁選路段集合，Y為可選路段集合，A為路網(wǎng)中以起點(diǎn)為根節(jié)點(diǎn)的全部可達(dá)路段的集合，v_k(t)為t時(shí)刻車輛k的速度，d_ij為車輛所在節(jié)點(diǎn)i到相鄰可達(dá)節(jié)點(diǎn)j的直線距離，d_jD為節(jié)點(diǎn)i的相鄰可達(dá)節(jié)點(diǎn)j到終點(diǎn)D的直線距離，d_iD為車輛所在節(jié)點(diǎn)i到終點(diǎn)D的直線距離，λ為判斷當(dāng)前節(jié)點(diǎn)、相鄰可達(dá)節(jié)點(diǎn)及終點(diǎn)關(guān)系閾值系數(shù)，τ_(i,j,v)(T)為T時(shí)刻路段(i,j)的車速信息，w為車速信息系數(shù)，q為距離信息系數(shù)，α為距離信息指數(shù)，w、q和α目的是將車速信息與距離信息保持在同一數(shù)量級(jí)，當(dāng)路段中無有效車速車輛行駛時(shí)用C表示路段的車速信息，ψ_(i,j,d)為路段(i,j)的距離信息，F(xiàn)_(i,j)(T)表示T時(shí)刻路段(i,j)的綜合信息，車輛根據(jù)綜合信息的大小選擇下一要走的路段，ρ為車速信息的權(quán)重系數(shù)。

其具體方法步驟為：

(1)輸入起點(diǎn)和終點(diǎn)的地址信息，格式按照結(jié)構(gòu)化地址進(jìn)行描述，如省、市、縣、街道等或標(biāo)志性建筑名稱；

(2)將起點(diǎn)和終點(diǎn)的地址描述通過地址解析轉(zhuǎn)換為經(jīng)緯度坐標(biāo)S(long,lat)和D(long,lat)標(biāo)于路網(wǎng)中并存于存儲(chǔ)模塊；

(3)以起點(diǎn)為根節(jié)點(diǎn)深度優(yōu)先遍歷路網(wǎng)圖，將所有遍歷到的路段加入集合A作為可達(dá)路段集合存于存儲(chǔ)模塊；

(4)初始化路段集合,其中N＝φ為禁選路段集合，Y＝φ為可選路段集合，其中N∈A,Y∈A，將集合N和Y存于存儲(chǔ)模塊；

(5)路網(wǎng)中車輛每隔1分鐘通過車載服務(wù)終端上報(bào)一次車速v_k(t)、上報(bào)時(shí)間t及上報(bào)車輛所在路段；

(6)存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)車輛上報(bào)的車速信息v_k(t)、上報(bào)車速的時(shí)間信息t、上報(bào)信息車輛所在的路段；

(7)監(jiān)控模塊判斷車輛所在節(jié)點(diǎn)i、相鄰可達(dá)節(jié)點(diǎn)j，其中(i,j)∈A-N，規(guī)劃模塊判斷終點(diǎn)是否在路段(i,j)上，是則選擇該路段為下一條要走的路段并執(zhí)行步驟(14)，否則執(zhí)行步驟(8)；

(8)計(jì)算車輛所在節(jié)點(diǎn)、相鄰可達(dá)節(jié)點(diǎn)與終點(diǎn)D的位置關(guān)系是否滿足d_ij+d_jD＜λd_iD，是 則將路段(i,j)作為可選路段加入集合Y，否則作為禁選路段加入集合N；

(9)規(guī)劃模塊判斷集合Y中可選路段(i,j)當(dāng)前時(shí)段(T-1min,T)車輛數(shù)量n是否大于0，是則執(zhí)行步驟(10)否則車速信息τ_(i,j,v)(T)＝C；

(10)監(jiān)控模塊判斷車輛終點(diǎn)是路段(i,j)中某點(diǎn)的車輛記為車速無效車輛予以剔除，車速有效車輛數(shù)量為m,若m＞0計(jì)算車速有效車輛信息否則τ_(i,j,v)(T)＝C；

(11)規(guī)劃模塊計(jì)算可選路段(i,j)的距離信息ψ_(i,j,d)＝q/(d_jD)^α；

(12)規(guī)劃模塊計(jì)算可選路段(i,j)T時(shí)間的綜合信息F_(i,j)(T)＝ρτ_(i,j,v)(T)+(1-ρ)ψ_(i,j,d)；

(13)規(guī)劃模塊選擇集合Y中綜合信息F_(i,j)(T)最大的路段為車輛下一條要走的路段；

(14)監(jiān)控模塊根據(jù)GPS定位檢測車輛是否到達(dá)目的地，是則結(jié)束，否則執(zhí)行步驟(15)；

(15)走完規(guī)劃路段后，將可選路段集合Y加入禁選路段集合N，同時(shí)清空集合Y，執(zhí)行步驟(7)；

本發(fā)明所闡述基于車速的路徑規(guī)劃方法，是結(jié)合當(dāng)前時(shí)段路網(wǎng)中平均車速預(yù)測路段的路阻狀況，并計(jì)算車輛所處節(jié)點(diǎn)可選鄰接路段的距離信息，車輛根據(jù)車速信息和距離信息的加權(quán)和大小選擇下一要走的路段。該方法考慮了路徑的交通狀況對(duì)于路徑規(guī)劃的影響，縮短了車輛從起點(diǎn)到終點(diǎn)的時(shí)耗。此外，車速信息獲取便捷、快速，無需復(fù)雜計(jì)算即可實(shí)現(xiàn)對(duì)交通狀況的準(zhǔn)確預(yù)估。

本方法的創(chuàng)新性在于：

1.根據(jù)當(dāng)前車輛所處節(jié)點(diǎn)的可選鄰接路段的車速信息和距離信息的加權(quán)和選擇下一要走路段，能夠有效地避開從起點(diǎn)到終點(diǎn)過程中的阻塞路段。

2.用路段中平均車速信息反映路段交通狀況，不僅獲取方便快捷，而且避免了通過路段通行能力、車流量信息、車輛狀況等因素對(duì)路阻狀況的復(fù)雜計(jì)算，縮短了路徑規(guī)劃的時(shí)間和計(jì)算復(fù)雜度。

(四)附圖說明

圖1為本發(fā)明所述方法示意圖。

圖2為本發(fā)明中計(jì)算車輛所在節(jié)點(diǎn)i、相鄰可達(dá)節(jié)點(diǎn)j及終點(diǎn)D位置關(guān)系示意圖。

圖3為本發(fā)明中路徑規(guī)劃流程圖。

(五)具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述：

在系統(tǒng)中輸入起點(diǎn)、終點(diǎn)，路網(wǎng)中的車輛利用車載服務(wù)終端上報(bào)車速信息，系統(tǒng)根據(jù)路段中的平均車速和距離計(jì)算路段的綜合信息，監(jiān)控模塊根據(jù)GPS定位信息檢測車輛是否到達(dá)目的地，是則結(jié)束，否則走完規(guī)劃路段后根據(jù)車輛所在節(jié)點(diǎn)、相鄰可達(dá)節(jié)點(diǎn)、終點(diǎn)的距離關(guān)系縮小車輛搜索范圍，鎖定可選鄰接路段，并根據(jù)可選鄰接路段的綜合信息選擇下一條要走的路段。

輸入起點(diǎn)和終點(diǎn)地址，根據(jù)地址解析協(xié)議將結(jié)構(gòu)化地址描述轉(zhuǎn)換為經(jīng)緯度坐標(biāo)。將路網(wǎng)中劃分為可選路段集合與禁選路段集合，其中禁選路段包括車輛搜索范圍以外的路段和車輛已經(jīng)走過的可選路段集合。路網(wǎng)中的車輛通過車載服務(wù)終端上報(bào)車速信息，通過判斷車輛所在節(jié)點(diǎn)、相鄰可達(dá)節(jié)點(diǎn)及終點(diǎn)之間的距離關(guān)系縮小車輛搜索范圍。根據(jù)可選路段中的平均車速及路段距離信息計(jì)算車輛所處節(jié)點(diǎn)的可選鄰接路段的綜合信息，并比較綜合信息大小為車輛選擇下一條要走的路段。監(jiān)控模塊根據(jù)GPS定位信息檢測車輛是否到達(dá)終點(diǎn)，是則結(jié)束，否則繼續(xù)規(guī)劃車輛需要走的下一路段。

本發(fā)明所述方法的特征在于：

(1)輸入起點(diǎn)和終點(diǎn)的地址信息，格式按照結(jié)構(gòu)化地址進(jìn)行描述，如省、市、縣、街道等或標(biāo)志性建筑名稱；

(2)將起點(diǎn)和終點(diǎn)的地址描述通過地址解析轉(zhuǎn)換為經(jīng)緯度坐標(biāo)S(long,lat)和D(long,lat)標(biāo)于路網(wǎng)中并存于存儲(chǔ)模塊；

(3)以起點(diǎn)為根節(jié)點(diǎn)深度優(yōu)先遍歷路網(wǎng)圖，將所有遍歷到的路段加入集合A作為可達(dá)路段集合存于存儲(chǔ)模塊；

(4)初始化路段集合,其中N＝φ為禁選路段集合，Y＝φ為可選路段集合，其中N∈A,Y∈A，將集合N和Y存于存儲(chǔ)模塊；

(5)路網(wǎng)中車輛每隔1分鐘通過車載服務(wù)終端上報(bào)一次車速v_k(t)、上報(bào)時(shí)間t及上報(bào)車輛所在路段；

(6)存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)車輛上報(bào)的車速信息v_k(t)、上報(bào)車速的時(shí)間信息t、上報(bào)信息車輛所在的路段；

(7)監(jiān)控模塊判斷車輛所在節(jié)點(diǎn)i、相鄰可達(dá)節(jié)點(diǎn)j，其中(i,j)∈A-N，規(guī)劃模塊判斷終點(diǎn)是否在路段(i,j)上，是則選擇該路段為下一條要走的路段并執(zhí)行步驟(14)，否則執(zhí) 行步驟(8)；

(8)計(jì)算車輛所在節(jié)點(diǎn)、相鄰可達(dá)節(jié)點(diǎn)與終點(diǎn)D的位置關(guān)系是否滿足d_ij+d_jD＜λd_iD，是則將路段(i,j)作為可選路段加入集合Y，否則作為禁選路段加入集合N；

(9)規(guī)劃模塊判斷集合Y中可選路段(i,j)當(dāng)前時(shí)段(T-1min,T)車輛數(shù)量n是否大于0，是則執(zhí)行步驟(10)否則車速信息τ_(i,j,v)(T)＝C；

(10)監(jiān)控模塊判斷車輛終點(diǎn)是路段(i,j)中某點(diǎn)的車輛記為車速無效車輛予以剔除，車速有效車輛數(shù)量為m,若m＞0計(jì)算車速有效車輛信息否則τ_(i,j,v)(T)＝C；

(11)規(guī)劃模塊計(jì)算可選路段(i,j)的距離信息ψ_(i,j,d)＝q/(d_jD)^α；

(12)規(guī)劃模塊計(jì)算可選路段(i,j)T時(shí)間的綜合信息F_(i,j)(T)＝ρτ_(i,j,v)(T)+(1-ρ)ψ_(i,j,d)；

(13)規(guī)劃模塊選擇集合Y中綜合信息F_(i,j)(T)最大的路段為車輛下一條要走的路段；

(14)監(jiān)控模塊根據(jù)GPS定位檢測車輛是否到達(dá)目的地，是則結(jié)束，否則執(zhí)行步驟(15)；

(15)走完規(guī)劃路段后，將可選路段集合Y加入禁選路段集合N，同時(shí)清空集合Y，執(zhí)行步驟(7)；

具體實(shí)施模式是這樣的：

用戶在輸入完起點(diǎn)與終點(diǎn)的結(jié)構(gòu)化地址描述并開啟路徑規(guī)劃功能，將結(jié)構(gòu)化地址描述轉(zhuǎn)換為起點(diǎn)和終點(diǎn)在地圖上的經(jīng)緯度坐標(biāo)，存于存儲(chǔ)模塊。路網(wǎng)中車輛每隔一分鐘上報(bào)一次車速，同時(shí)存儲(chǔ)模塊需要存儲(chǔ)車輛上報(bào)的車速信息、上報(bào)車速的時(shí)間及車輛所在路段等信息。監(jiān)控模塊監(jiān)控路網(wǎng)中車輛的位置信息判斷車輛是否到達(dá)終點(diǎn)，如果到達(dá)則結(jié)束，否則走完規(guī)劃路段后在節(jié)點(diǎn)對(duì)鄰接路段進(jìn)行篩選，根據(jù)車輛所在節(jié)點(diǎn)、相鄰可達(dá)節(jié)點(diǎn)以及終點(diǎn)的位置關(guān)系縮小車輛的搜索范圍，將可選路段與禁選路段放入相應(yīng)的集合。規(guī)劃模塊根據(jù)車輛可選鄰接路段的車速信息及距離信息的加權(quán)和為車輛選擇下一條要走的路段。車輛每走完一段路，需將該次循環(huán)中可選路段集合Y加入禁選路段集合N并清空集合Y，以免重復(fù)走同一路段。