一种基于车车通信的动态路径诱导方法

摘要

本发明涉及车联网和交通诱导技术领域，具体涉及一种通过车与车之间的信息交互和共享，实现对驾驶员出行路径的动态优化和诱导的方法。本发明提出了一种基于车车通信的动态路径诱导方法，该方法以车辆的车载设备作为交通信息采集、共享、汇集装置，获取车辆出行起点至出行终点网络之间的道路网络交通流运行信息。车载设备以获取到的路网各道路路段的路段行程时间作为最短路计算中的路段权值，为驾驶员优化最优出行路径，引导驾驶员走最佳行驶路径。

主权项

一种基于车车通信的动态路径诱导方法，其特征包括以下步骤：Step1：路段行程时间提取。运行在道路网络中的车辆，车辆中的车载设备通过内置的GPS模块以一定的时间间隔T获取GPS经纬度、GPS瞬时速度、GPS方向角、GPS时间等GPS信息。同时，车载设备内置的GIS模块将GPS信息通过坐标转换、地图匹配等实时将车辆运行轨迹的GPS点显示在GIS电子地图上。由于车辆进入道路路段的GPS点和离开道路路段的GPS点不可能与道路路段的起点和终点完全匹配，需要根据车辆的GPS点位置、瞬时速度、GPS时间等对车辆的路段行程时间进行估算。假设车辆进入道路路段LINK的GPS点分别为GPS₁、GPS₂、......、GPS_n。GPS₀为车辆在上一个道路路段的最后一个GPS点，GPS_n+1为车辆进入下一个道路路段的第一个GPS点。通过GIS电子地图，可以获得GPS₀和GPS₁距离LINK起点LINK_O的距离分别为LEN_O1和LEN_O2；GPS_n和GPS_n+1距离LINK终点LINK_D的距离分别为LEN_D1和LEN_D2。则车辆在道路路段LINK上的路段行程时间估计为：$LKO\_T=T-T·\frac{\sqrt{GPS\_V_0^2+2·LEN\_O1·\frac{GPS\_V_1-GPS\_V_0}{T}}-GPS\_V_0}{GPS\_V_1-GPS\_V_0}$$LKD\_T=T·\frac{\sqrt{GPS\_V_n^2+2·LEN\_D1·\frac{GPS\_V_{n+1}-GPS\_V_n}{T}}-GPS\_V_n}{GPS\_V_{n+1}-GPS\_V_n}$LINK_T＝GPS_T_n‑GPS_T₁+LKO_T+LKD_T其中：GPS_V₀、GPS_V₁、GPS_V_n、GPS_V_n+1分别为GPS点GPS₀、GPS₁、GPS_n、GPS_n+1的瞬时速度；GPS_T₁、GPS_T_n分别为GPS点GPS₁、GPS_n的GPS时间；LKO_T为车辆从LINK起点到GPS₁的估计行程时间；LKD_T为车辆从GPS_n到LINK终点的估计行程时间；LINK_T为车辆在道路路段LINK的估计路段行程时间；同时，车载设备把估计所得的道路路段行程时间存储到车载设备内置的嵌入式数据库中；Step2：路段行程时间共享。当路网中的车辆驶进或驶离以交叉口为中心，以长度CR为半径的交叉口范围CR_Scan内时，车辆中的车载设备开启内置的短程无线通信功能，搜索CR_Scan范围内与车辆行驶方向相反，已直行、右转、左转驶离交叉口的车辆VEH_Scan，提取VEH_Scan刚驶离道路路段的路段行程时间。同时，车载设备对从VEH_Scan提取的路段行程时间进行标识与分类，按交叉口不同进口方向分别进行道路路段行程时间统计平均，并存储到车载设备内置的嵌入式数据库中；Step3：车辆出行起迄点获取。当路网中有车辆准备出行时，车辆中车载设备的人机交互单元获取驾驶员输入的出行终点VEH_D，同时车载设备通过内置GPS模块，结合内置的GIS模块自动定位车辆的出行起点VEH_O；Step4：路网交通信息汇集与出行路径优化。车载设备在内置GIS电子地图上抽取以VEH_O为左上角、VEH_D为右下角的网格路网Grid_OD。同时，车载设备通过内置无线通信网络，以VEH_O为原点，以WR为无线通信网络覆盖半径，形成Grid_OD内的扇行搜索网络Grid_OR。车载设备提取Grid_OR内下行车辆的路段行程时间及其存储的对向路段行程时间作为Grid_OR区域内的道路路段权值；提取Grid_OR内上行车辆的路段行程时间及其存储对向路段行程时间作为Grid_OD内的Grid_OR以外区域的道路路段权值；对于同一道路路段Grid_OR区域内有多辆车辆记录其路段行程时间，则采用多辆车辆记录的路段行程时间平均值作为该道路路段权值；对于Grid_OD内的道路路段无法从Grid_OR区域内车辆获取其路段行程时间的情况，则该道路路段权值为无穷大。由此，Grid_OD各道路路段均获得道路路段权值，采用Dijstra算法优化求解VEH_O、VEH_D之间的初始最优路径，定义为INI_Path，其路径行程时间为PT(INI_Path)；Step5：无向网络构建及出行路径优化。从搜索网络Grid_OR的车辆中，提取以VEH_D为出行终点或途经点，以VEH_O为出行起点或途径点的车辆VEH_ODS，称为前向车辆。提取这些车辆从VEH_O到车辆当前位置所经过路段的路段行程时间；提取以VEH_D为出行起点或途经点，以VEH_D为出行终点或途径点的车辆VEH_DOS，称为后向车辆。提取这些车辆从VEH_D到车辆当前位置所经过路段的路段行程时间；将VEH_ODS的出行路径和VEH_DOS的出行路径组成VEH_O、VEH_D之间无向路径集，该无向路径集为无向网络Path_OD。对于Path_OD中同一路段既有VEH_ODS路段行程时间，又有VEH_DOS路段行程时间，以VEH_ODS路段行程时间作为无向网络Path_OD的路段权值；对于同一路段具有多辆同向车辆有其路段行程时间，则采用路段行程时间平均值作为无向网络Path_OD的路段权值；最后，采用Dijstra算法优化求解无向网络Path_OD中VEH_O、VEH_D之间的最优路径，定义为MIN_Path，其路径行程时间为PT(MIN_Path)；Step6：如果PT(MIN_Path)≤PT(INI_Path)，则车辆的车载设备以MIN_Path为诱导路径GUI_Path在车载设备人机交互界面对驾驶员进行路径诱导；否则以INI_Path为诱导路径GUI_Path在车载设备人机交互界面对驾驶员进行路径诱导；Step7：当车辆从VEH_O运行到下一个节点VEH_O‘时，车载设备将VEH_O‘作为新的出行起点，以VEH_D为出行终点，重复Step4‑Step6对出行路径进行重新求解，获得SUB_Path，其路径行程时间为PT(SUB_Path)。如果SUB_Path≠GUI_Path‑|VEH_O‑VEH_O‘|，车载设备通过人机交互界面提示驾驶员前方最优路径变更，以及变更原因；Step8：重复Step4‑Step7，直至车辆到达出行终点VEH_D。