CN101253388A - 用于时间相关的路线计划的方法和导航装置 - Google Patents

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Abstract

本发明在任何可能的情况下将可能具有固定的预定义的路线段成本(例如，法定限速)的地理覆盖范围与较丰富的时间相关成本组合。举例来说，便携式导航装置的用户可因此像以前一样继续进行到达所存储的地图数据库所覆盖的国家中的几乎任何目的地的路线计划，但在任何可能的情况下，也可将交通数据与时间相关成本一起使用，以便可作为自动的后台过程准确地考虑具有任何时间可预测性的堵塞的影响。这使得所述用户只是遵循所述导航装置所提供的引导而继续行驶，而无需关心现在存在的堵塞以及其是否将影响用户的旅程。

Description

用于时间相关的路线计划的方法和导航装置
技术领域
本发明涉及一种计划到达目的地的路线的方法；其可应用于能够计划最佳行驶路线的由计算机实施的系统中。
背景技术
对于商业和其它组织以及对私人来说，在路上行驶是日常生活的一个重要部分。交通延迟的代价可能非常巨大。仅在英国，据估计单单是财务上的损失就达几十亿英镑[CFIT]。考虑到这些代价，能够(例如)通过选择最佳路线并通过避免堵塞延迟来帮助驾驶员优化其行程的系统具有重大价值。事实上，已经发展出各种各样的驾驶员信息系统：
·建立时间最长的是广播收音机交通报道，其从大量来源(警方、跟踪器(eye-in-the-sky)，和更近的来自遭遇堵车的驾驶员的移动电话呼叫)聚集数据，以便提供关于事故和延迟的主观建议。RDS收音机通过自动从正常收音机节目切换到交通报道而使这些系统更加有效。
·主要驾车组织(AA，RAC)在网上提供了静态路线计划系统。这些系统允许驾驶员输入旅程点，并得到一条路线和针对所述路线的行驶指示。
·已经引入了基于GPS的车内个人导航系统(PNS)。这些系统使用车辆位置和用传统静态成本函数计算的路线来发布指令，以便将驾驶员引导到其目的地。此种系统已经开始将交通信息并入到其服务中，但并未将此并入到路线选择中；用户可观察影响选定路线的延迟，并且在其认为必要时手动地引导系统重新计划路线从而避开道路中的延迟区段。
·正使用基于各种技术(例如，移动电话、固定相机、GPS车队追踪)的实时交通监视系统来识别交通延迟并将信息馈入到通知系统中。
随着道路堵塞的增加，提供路线计划的系统变得更容易发生错误。驾驶员将不乐意询问了从A到B的最快路线却随后发现自己陷入50分钟的交通阻塞之中。类似地，如果一个系统安排驾驶员沿着繁忙的A道路并在HGV之后在护送下以50mph行驶，而其实驾驶员如果在一条稍长的汽车高速公路路线上会行驶得快得多的话，那么驾驶员将不会信任这样一个系统。
用于改进路线计划的已知技术需要向道路和道路区段指派个别道路速度，所述速度更加真实地反映道路和道路区段上可预期的交通行驶速度。这种指派通常是静态的，也就是说，在调查和分析之后向一个道路区段指派一个固定成本，之后在路线安排算法中一直将所述成本用作所述道路区段的成本。可对所述成本进行复查，但这与原始成本指派一样昂贵。因此，导航装置中的路线计划算法使用在存储于装置上的地图数据库中所定义的道路类型来算出路段通行时间；可假设车辆平均起来是以所述类型道路的法定限速或某种符合所述道路类别的速度行驶的。这些来自TeleAtlas和NavTech之类的公司的地图数据库是在对通常遍布整个国家的道路进行成本巨大且全面的调查之后得出的结果。因此，这种方法的优点在于，可针对地图数据库中的每条道路估计通行时间。但其缺点在于，对以法定限速行驶的假设对于堵塞区域显然无能为力，因为装置没有可靠的交通信息。可以认为计算最低成本路线(例如，最快)的一般方法是全面的，但是如果发生堵塞则是不准确的。
利用复杂的路线计划算法的GPS便携式卫星导航装置(例如来自TomTomInternational BV的GOTM)近些年来变得普及，并为许多普通驾驶员所使用：通过将有效的交通数据并入到这些系统中而得来的益处相当可观。
现有技术的交通监视系统关注于提供交通流量数据，以便可避免堵塞。但是这些系统主要限于主干道，原因在于发展监视设备(例如，埋在道路中的环形传感器，基于相机的系统，例如车牌识别系统)的基础设施成本，或者因为其依赖于流动车辆系统，其中追踪全部车辆(配备有专用硬件的)中的相对较小部分，被追踪的通常是在主干道而不是在市区移动的车辆。对于商业交通公司来说，这些限制可能是可接受的，因为他们的卡车无论如何都主要使用主干道。
总的来说，交通监视服务根本就不全面，但是当在被监视的道路上发生堵塞时是有用的。但是所述有用性出于两种原因是有限的。首先，只向用户通知堵塞事件；接着通常由用户请求适当行动(例如考虑到堵塞而计划新的路线)。其次，当车辆到达现在指示为堵塞的地点时，堵塞情况可能已经清除。在可预测堵塞的情况下(即，其遵循时间上的某种规律性或可预测性，例如早高峰，或在上演重大赛事时在体育馆周围的堵塞，或使得主干道的一条车道封闭的事故)，那么可估计车辆一旦到达目前堵塞的道路就将经历的可能的堵塞。时间相关的交通流量或通行时间数据(例如，在每个星期一早晨8am，特定路段的通行时间是20分钟；在1pm时通行时间下降到15分钟，且在11pm时是5分钟，等等)可在一定程度上解决这个问题。可参看US 6356836和后来的WO2004/021306。但是迄今为止，如上所述，这种数据通常只应用于为一个国家的相对小部分道路提供数据的交通监视系统。
总体效果是，用户可将路线计划算法与时间相关的路线段成本一起使用，但限于针对交通监视系统所覆盖的相对小部分道路进行路线计划。准确性的提供是以地理覆盖范围为代价的。或者，用户可基于固定的、预定义的路线段成本(例如，法定限速)使用路线计划算法。地理覆盖范围可实现，但是要以准确性为代价。
发明内容
本发明涉及一种计划到达目的地的路线的方法。其包括以下步骤：
(a)使用地图数据库，所述地图数据库以路线段形式定义道路，且包含与地图数据库中的每条不同的路线段相关联的固定的、预定义的、与时间无关的成本；
(b)使用软件，所述软件能够计划到达目的地的路线并计算使用一个或一个以上路线段到达所述目的地的估计成本；
其中使用所述软件涉及通过自动使用以下的组合来计划路线：(i)路线中的路线段中的一者或一者以上的时间相关成本，以便将成本应用于穿过适合于计划穿过的具体时间的特定路线段；以及(ii)路线中的那些未由时间相关成本定义的路线段的固定、预定义的、与时间无关的成本。
本发明在任何可能的情况下将可能具有固定、预定义的路线段成本(例如，法定限速)的地理覆盖范围与较丰富的时间相关成本组合。举例来说，便携式导航装置的用户可因此继续像以前一样进行到达由所存储的地图数据库覆盖的国家中的几乎任何目的地的路线计划，但在任何可能的情况下，也可将交通数据与时间相关成本一起使用，以便可作为自动的后台过程准确地考虑具有任何时间可预测性的堵塞的影响。这使得用户只是遵循导航装置所提供的引导而继续行驶，而无需关心现在存在的堵塞以及其是否会影响用户的旅程。
更多的实施方案细节包含以下内容：
与特定路线段相关联的时间相关成本涉及已经测量或推测且并非固定和预定义的车辆速度或路线段通行时间。测量可采用各种形式且稍后将对其进行描述。另一方面，与特定路线段相关联的固定、预定义的、与时间无关的成本尚未被测量或根据实际车辆交通流量或移动来推测，而是随以下因素变化：(i)与所述路线段相关联的道路类型；或(ii)可适用于所述路线段的限速。对于那些通过与时间无关的成本以及时间相关成本两者定义的路线段，与时间无关的成本与时间相关成本结合使用。所述组合可采用许多不同的形式：然而，核心在于，即使时间相关数据可能可用，但在确定一个路线段的最准确成本的过程中，与时间无关的数据仍然存在某种价值。举例来说，时间相关数据的质量可能过低而不是完全可靠；将所述数据与具有适当的相关加权的固定的、与时间无关的数据组合可提供最合理的估计。同样，时间相关数据可能对于特定路线段不可用，但可能对于类似的或附近的路线段是已知的且因此可能可推测出时间相关性：但是，与以前一样，可能需要对于固定的、与时间无关的数据的某种加权。
一般来说，与特定路线相关联的成本将是估计到达目的地所花费的时间，因为这是大多数用户最感兴趣的。但是也可使用其它任何成本。成本是驾驶员或其他某个人可能选择请求或提供的与路段相关的任何实际或感觉到的成本。举例来说，与特定路线相关联的成本可能是与所述路线相关联的燃料使用量。或者，与所述路线相关联的可征收的财务成本——在道路收费设在适当位置或存在其它形式的直接支付的地方，例如堵塞区，尤其有用。与特定路线相关联的成本可能是最终用户可从计算装置上显示的菜单列表中选出的一种类型。在以上实例中，所述菜单列表将包含以下项目中的一者或一者以上：路线的通行时间；路线的财务成本，路线上的燃料使用量；固定交通。在所有情况下，软件均会作为成本最小化算法的一部分来计算路线的成本。
一个特征在于，车辆的特定驾驶员到达目的地的估计成本随与所述驾驶员相关联的行驶能力变化。因此，行驶风格(例如，快速/大胆/运动；正常；缓慢/谨慎)可能对成本(尤其是通行时间和燃料使用量)具有重大影响。所述方法使得人们能够选择不同型式(例如，由驾驶员本人从导航装置上显示的菜单列表中手动选择；或者由所述装置通过监视实际行驶情况来自动选择)；接着，使用这些型式来选择一组适当的成本或待应用于成本的加权因数。举例来说，处于运动模式的驾驶员可能使通行时间减少5％，除非在非常堵塞的区域。
如上所述，存在许多测量实际车辆交通流量或移动数据的方式。举例来说，可使用GPS追踪(通常是以有规律的时间或距离间隔对GPS定位数据的记录)。可通过沿着路线段行驶的车辆中的基于GPS的导航装置来存储GPS追踪。可由装置直接通过蜂窝式无线网络将GPS追踪发送到交通监视系统，或者由装置直接发送到交通监视系统。GPS追踪可由通过微微网(piconet)或其它形式的连接而连接到装置的移动电话发送到交通监视系统，或由装置在其与PC对接时发送到交通监视系统。
也可通过测量移动电话的位置来实现对实际车辆交通流量或移动的测量；这也可通过被动地监视从移动电话到基站的信令业务来进行。也可使用道路中的环形传感器或使用基于相机的系统(例如，车牌识别系统)或使用配备有无线电信标的车辆来实现对实际车辆交通流量或移动的测量。
时间相关成本可能是可动态更新的：因此，当交通条件变化时，这些变化可被交通监视系统检测到，且改变的成本由路线计划软件使用。这也涵盖了发生事故或其它不可预测事件因而非常需要实时动态更新的情形。
与路线段相关联的时间相关成本可随许多不同的与时间有关的参数中的一者或一者以上变化。举例来说，其可随以下因素变化：
·白天或夜间的时间。
·星期几。
·公共假期。
·学校假期。
·更一般来说，任何将可能影响路线段成本的事件；或任何可能推测有可能影响路线段成本的将来情形。
使用以上方法可计划到达一个目的地或者两个或两个以上目的地的路线，且每个目的地的到达时间将明显比当前基于限速的方法准确。
本发明的另一方面是一种用以下内容编程的导航装置：
(a)地图数据库，其以路线段的形式定义道路，且包含与地图数据库中的每个不同路线段相关联的固定的、预定义的、与时间无关的成本；以及
(b)软件，其能够计划到达目的地的路线，且计算使用一个或一个以上路线段到达所述目的地的估计成本；
其中所述装置可通过自动使用以下的组合来计划路线：(i)路线中的路线段中的一者或一者以上的时间相关成本，以便将成本应用于穿过适合于计划穿过的具体时间的特定路线段；以及(ii)路线中的那些未由时间相关成本定义的路线段的固定、预定义的、与时间无关的成本。
由装置计算到达目的地的最低成本路线；例如，最快路线，燃料使用量最低的路线，财务收费最低的路线，等等。可将时间相关成本推送到装置或在装置请求时发送到装置。为了实现带宽效率，可将装置接收到的时间相关成本限制于一组道路类型。
装置可在包含地图数据库的同一存储器上包含时间相关成本。因此，一种方法是向存储卡或其它存储器物理格式不但分配完整的地图数据库而且分配与数据库中的许多路线段相关联的时间相关成本。或者，时间相关成本可在装置与连接到因特网的PC(所述PC可从服务器下载数据)对接时或通过无线电而可供装置使用，并接着存储在装置本身中的存储器(通常是硬驱动机或固态存储器)上。
另一种方法是远程服务器将与从起点移动到目的地相关联的成本发送到装置；服务器接收使其能够用新近数据补充时间相关成本的实时交通馈入。在装置从服务器接收实时或新近的交通数据或堵塞信息的情况下，其自动使用所述数据或信息来重新计算最佳路线。
也可能：
(a)装置和服务器两者各自单独使用时间相关成本；
(b)装置向服务器通知其计算出的最低成本路线；以及
(c)如果服务器计算出的最低成本路线不同于装置计算出的路线，那么服务器向装置发送通知。
如果服务器向装置发送只定义路线之间的差别的通知，那么可节省带宽。
另一种方法是：
(a)装置和服务器两者各自单独使用时间相关成本；
(b)装置识别新近数据有价值的路段，并向服务器请求所述新近数据。
在任何情况下，如果用户定义了其想何时到达，装置均可建议旅程的最佳开始时间。
装置本身可能是基于GPS的导航装置。其可能是具有位置寻找系统(例如GPS)的移动电话。其可能是便携式导航装置(例如，来自TomTom的GO)，或者其可能永久地嵌入在机动车中。
其它方面是：
一种交通监视系统，其依据时间来测量交通速度或通行时间数据，并产生路段的时间相关交通速度或通行时间的历史数据库；并且共享所述数据库或其内容中的至少一些以便能够执行以上定义的方法。
一种地区数字地图，所述地图包含定义路段的数据，以及定义与所述路段中的至少一些相关联的时间相关成本的数据，所述地图适于在由路线计划软件使用时能够执行以上定义的方法。
一种机动车，其包含嵌入式导航系统，所述嵌入式导航系统可操作以使用以上定义的方法来计划路线。
附图说明
图1是根据本发明实施例的路线计划系统的示意代表图；
图2是说明使用动态成本函数为旅程选择最佳路线的地图；
图3是分布式动态路线安排系统的操作的示意代表图。
具体实施方式
存在各种用于向希望进行特定旅程的驾驶员建议道路网络上的路线的设施。所述旅程可简单地指定为在两个点之间，或者可以是涉及必须访问的多个位置(未必以特定次序)的较复杂的旅程。这是配送驾驶员将进行的种类的旅程。不论旅程的形式如何，目标都是使与旅程相关联的成本最小化。最明显的成本是持续时间，但其它任何成本也可能是相关的，例如进行旅程时所使用的燃料。用户可限制所使用的道路的选择，例如禁止一些类别的商用车辆在集合城市之外时使用除了干线之外的所有路线。这些设施最通常地实施为计算机系统，其包含向路线区段指派成本的算法，并向交叉点和路线图应用成本最小化算法[Dijkstra]。在简单的情况下，对于每条路线来说成本是固定的，且所述成本是在以路线的正常速度行驶时沿着路线的旅程时间(通常此数值是所讨论的道路的限速，或简单地根据限速导出的值)。可将此称为静态成本函数。
这并未考虑沿着路线的潜在速度的变化，例如由高峰和非高峰时期导致的变化。其也未考虑道路限速是对道路的安全可用速度的非常差的预测值的事实。
为了解决道路成本随时间变化的问题，可对所述算法进行修改以便给路线附加一项与日时相关的成本。因而，对路线安排算法的输入包含最佳路线所需的时间，且将相关时间时的适当成本应用于每个路线区段。此种系统的问题是为路线提供较佳成本函数；可通过在高峰时间指派较高成本来产生合成成本函数，但各个道路往往具有各自的堵塞模式，所以虽然随着时间变化的成本可能是对真实成本的改进估计，但其远不是完美的。
本发明处理为道路提供较好成本估计以产生较准确的驾驶员路线安排系统的问题。将交通监视系统(或交通监视系统的历史输出)并入到路线安排系统中。对由监视系统产生的历史交通信息进行处理，以提供对路线和相关时间的成本预测，且接着对路线段的预测成本应用成本最小化算法，以产生建议路线及其总的预测成本。
因为新系统提供时间可变成本估计和路线建议，所以我们也描述一种用于确保使用原先作为旅程的最佳路线建议的路线的驾驶员在道路条件动态改变时继续遵循最为理想的路线的框架。
此外，所述新系统提供对路线安排服务进行进一步改善的可能性。其可例如适于建议选定时间窗口内将导致旅程的最低成本的优选行驶时间。
本发明提供一种用于产生特定旅途的最佳路线计划和行驶时间估计以及出发或到达时间的方法和系统，且也可用于建议最佳出发时间。其使用交通监视系统所产生的数据和预测来提供对路线段上的特定时钟时间的准确行驶时间预测。这与传统路线安排算法结合时允许考虑可能遇到的交通条件而针对旅程选择最佳路线。确切地说，且如上所述，实施方案在任何可能的情况下将可能具有固定的、预定义的路线段成本(例如，法定限速)的地理覆盖范围与较丰富的时间相关成本组合。举例来说，便携式导航装置的用户可因此像以前一样继续进行到达由所存储的地图数据库覆盖的国家中的几乎任何目的地的路线计划，但在任何可能的情况下，也可将交通数据与时间相关成本一起使用，以便可作为自动的后台过程准确地考虑具有任何时间可预测性的堵塞的影响。其使得用户只是遵循导航装置所提供的引导而继续行驶，而无需关心现在存在的堵塞以及其是否将会影响用户的旅程。
所述系统展示于图1中，且包括：
·交通监视系统1
·路线安排系统2
这两个系统集成，使得交通监视系统1提供通行时间预测设施3，路线安排系统2的成本函数7使用所述通行时间预测设施3来提供准确的时间相关路段成本。
1.交通监视系统(TMS)
例如Applied Generics′RoDIN24[RoDIN24]的交通监视系统1含有收集和监视核心4，其经由某种机制观察规定地理区域中的交通情况。
在所述地理区域内，将道路网络划分成短的、离散的段；段通常终止于交叉点处，但是在间隔较宽的交叉点之间可能存在多个段。核心内部的处理模块产生以下中的任一者或两者：
·路段的历史通行时间信息，其存储在数据库5中。以所定义的频率将系统对当前穿过路段的时间的估计连同系统所产生的与路段上的交通有关的其它任何参数一起记录在数据库中。用于计算通行时间估计的方法依赖于交通监视系统；在RoDIN24中，其是根据系统以高度可能性相信已经穿过所讨论的段的移动电话的移动导出的。可参看WO0245046，其内容以引用的方式并入本文中。
·堵塞信息和通知6。系统6识别那些严重堵塞(以远低于预期道路速度的速度行驶)的路段，并使用约定的协议向相关客户发布通知。
1.1通行时间预测
向交通监视系统1中增加通行时间预测模块3。其经设计以在任何所请求的将来时间提供对TMS 1范围内的任何路段上的预期通行时间的估计。请注意，始终供应道路限速下的通行时间的通行时间预测模块3是这个系统的降级实例，且当与路线安排系统集成时用以用传统的静态方式实施路线预测。因此，在历史数据库5或堵塞信息/通知系统无法提供任何有意义的数据的情况下，默认状态是，通行时间仅随限速(即，常规的固定的时间相关数据)变化。
在优选实施例中，通行时间预测基于对历史通行时间信息5的自动分析以及与当前堵塞信息6的集成。可连续对所有段实行近期的预测，或者可在对路线计算的请求要求特定路段的预测通行时间时按照需求实行预测。
在交通研究中，通常将日历分类为天的类型，且在特定类型的天内，将时间分类为高峰、非高峰、白天、晚上等。天的类型可以是
·工作日。
·星期五，其往往是与其它工作日不同的模式。
·星期六。
·星期天。
·公共假期。
一年中学校上课或放假的阶段进一步用以划分时间。
通过将此日历定义为对TMS 1的输入，可将历史数据分配到适当的种类。在每个种类内，可将短时间窗口内的通行时间估计进行分组；15分钟是窗口的现实大小。接着，用以下形式构成历史信息：
·工作日，学校上课时间，08:00-08:15，估计通行时间平均为43分钟
·星期五，学校假期，08:30-08:45，估计通行时间平均为27分钟
一种实行通行时间预测3的机制是使用历史信息种类，例如刚刚描述的种类。接着，将特定时钟时间时针对旅程的预测通行时间提供为含有时钟时间的种类的平均通行时间值。
对同一机制的改善考虑异常事故和当前由堵塞信息系统6观察到的堵塞。将最近观察到的通行时间与针对其种类的预测进行比较，且与新近观察到的通行时间与新近预测的通行时间的比率成比例地缩放将来预测。对于很久之后的通行时间预测，不应当应用缩放。更一般来说，预测应当随着将来预测时间的推后而将观察到的值衰退成平均历史值。
显然，可能会使预测机制非常复杂。主要的改进是历史信息可用，且可用来产生对所考虑的地理区域中的路线区段的通行时间的准确得多的预测。但是在没有此信息的情况下，那么使用常规的静态的与时间无关的成本信息。
2.路线寻找器
可在系统2中使用将成本指派到网络中的链接的任何路线寻找算法来实施路线寻找。简单地将动态成本函数并入到路线安排算法中。
2.1动态成本函数
动态成本函数是路段和相关(假设是将来的)时间的函数。这与静态成本函数形成对照，所述静态成本函数只是路段的函数。最常见的静态成本函数是限速下的通行时间7，但可改为选择8其它成本函数。可通过使用来自TMS 1的通行时间预测机制来实施较好的动态成本函数。当针对特定的行驶时间应用9成本最小化算法时，这个动态成本函数导致较准确的预测的旅程时间和对较接近最佳的路线的选择。
2.2用Dijkstra进行路线安排
存在一种众所周知的算法[Dijkstra]，其允许计算9图上的节点之间的最短路径。这是用来发现道路网络上的最短路线的标准算法。在Dijkstra算法中，向图中的每个边缘附加一个固定加权；正常道路路线安排的成本是在附加到道路区段的固定限速下所述道路区段的通行时间。
使用动态成本函数，图边缘的成本不是常数，而是随着时间变化。然而，可展示出，对算法的必要的略微扩展将仍然导致计算从特定开始地点和时间开始的成本最低的路径；事实上，永远只向特定边缘/道路区段应用一个成本(在算法的松弛阶段期间)，且由于这个成本根据动态成本函数而可供我们使用，所以算法的正确性的证明在我们的应用中是直接的。
在这个实施方案中，我们针对一些路线段使用固定的预定义的路线段成本(例如，法定限速)，但在任何可能的情况下，针对其它路线段使用较丰富的时间相关成本。举例来说，便携式导航装置的用户可因此继续像以前一样进行到达由所存储的地图数据库覆盖的国家中的几乎任何目的地的路线计划，但在任何可能的情况下，也可将交通数据与时间相关成本一起使用，以便可作为自动的后台过程准确地考虑具有任何时间可预测性的堵塞的影响。这使得用户只是遵循导航装置所提供的引导而继续行驶，而无需关心现在存在的堵塞以及其是否会影响用户的旅程。
2.3图2实例
我们证实动态路线安排系统如何导致针对实例旅途大量具体地节省时间。考虑以下示意性道路地图。驾驶员希望从Lilliput行驶到Brobdingnag。驾驶员应当采用哪条路线，以及其将花费驾驶员多长时间？用沿着道路的距离以及分别在午餐时间和高峰期的速度来标记地图。举例来说，30km(60kph/30kph)指示路段长30km，且根据可供通行时间预测器使用的最佳信息，在午餐时间(12:00)，其将正在以60kph行驶，而在高峰期(16:00)，其将正在以30kph行驶。
考虑我们的驾驶员的选择。他(她)可行驶经过Blefuscu或经过Laputa。假设所有道路限速都是90kph，那么经过Blefuscu的旅途较短，且常规的路线安排系统将始终建议这条路线。现在让我们用动态成本函数来检查路线安排：
午餐时间
1.在12:00，在60kph下从Lilliput到Blefuscu花费30分钟。在12:30(当驾驶员到达Blefuscu时)，在60kph下到Brobdingnag的旅途花费20分钟从而又持续20分钟。旅途总的持续时间为50分钟。
2.在12:00，在60kph下从Lilliput到Laputa花费20分钟。在12:20(到达Laputa)，在60kph下到Brobdingnag的旅途花费40分钟从而又持续20分钟，总的持续时间为60分钟。
因此，在午餐时间，显然经过Blefuscu行驶较好。
高峰期
1.在16:00，在30kph下从Lilliput到Blefuscu花费60分钟。驾驶员在17:00到达Blefuscu，且在20kph下又花费60分钟行驶20km到达Brobdingnag。旅途已花费总共120分钟。
2.在16:00，在30kph下从Lilliput到Laputa花费40分钟。驾驶员在16:30到达Laputa，此时其将在40kph下又花费60分钟行驶40km到达Brobdingnag。旅途花费总共100分钟。
因此，在高峰期期间，经过Laputa行驶的选择为我们的驾驶员节省了20分钟。
3.更新/监视所选路线
当路线安排系统已经为驾驶员计算出一条路线时，道路的状况可能会在驾驶员仍穿过所述路线时意外地发生变化。可构造路线安排系统实施方案，其实时地确保驾驶员仍然采用最佳路线。这需要：
·驾驶员应当与路线安排系统保持联系，以便指示在路线上到达的位置；作为反馈，系统可基于所建议的路线的速度来估计驾驶员的位置。
·路线安排系统周期性地重新计算驾驶员从其当前位置到目的地的路线。
·路线安排系统使用通信机制在计算的路线已经改变时通知驾驶员。
3.1高效的分布式动态路线安排系统
提供动态路线安排的系统的常见实施方案将个人导航系统(PNS)置于用户的车辆中，或放置成与用户一起的某种形式的移动情形中。PNS与中央导航系统(CNS)保持(间歇性)通信，所述CNS是含有交通监视系统的固定网络互连系统。我们可将系统视为分布在PNS与CNS之间。
PNS与CNS之间的通信系统的当前技术水平(例如，GPRS)一般来说不提供高带宽、低等待时间或连续通信，从而必须在实施方案的结构中处理通信问题。
此外，在系统含有许多PNS的情况下，在CNS上执行大量计算特别是进行路线安排的成本可能过高。类似地，代表所有PNS在CNS处维持状态会显著增加复杂性和必须在CNS处部署的计算资源。
在分布式动态路线安排系统中，可定位路线安排智能：
·只在PNS上
·PNS含有历史数据库的新近快照
·PNS从CNS接收堵塞信息
·PNS基于其近似实施通行时间预测和路线安排系统
·在PNS与CNS之间共享
·PNS和CNS均为用户计算路线
·CNS信息始终是最佳的
·CNS和PNS试图确保PNS提供一条始终够好(或较好)且最不出乎用户意料的路线。
仅在CNS处的路线安排系统会缺乏CNS与PNS之间的受到保障的连接性，且在任何情况下，当前技术水平的PNS均使用PNS处的静态路线安排；因此，始终可能提供可简单地视为PNS路线安排的降级情况的路线安排。
各种替代方案具有不同优点，且我们检查可如何以用低通信成本提供快速且准确的路线选择为目标来实施每种替代方案。最后，我们描述一种具有对CNS无状态(stateless)且在带宽方面成本较低的优点的路线安排系统。
3.2 PNS路线安排
当PNS进行路线安排时，其必须向CNS指示其感兴趣的地理区域。这是围绕路线的来源和目的地的区域，其具有足够的放松度使得任何明智的路线均将始终在所述区域内。我们将称其为可安排路线区域。因而，CNS需要确保
1.当可安排路线区域中的路段正在以明显不同于PNS处的信息所预测的速度行驶时(因此具有明显不同的成本)，PNS接收更新；通常这意味着所述路段上存在意外延迟(堵塞)。
2.PNS具有可安排路线区域的最新历史视图。历史数据库往往缓慢改变，且CNS可向PNS提供对可安排路线区域中的过期的历史信息的动态更新。
总的来说，CNS确保PNS具有可安排路线区域的足够好的视图，以便产生非常接近CNS自身将产生的最佳路线的路线。PNS路线安排具有实时的优点。不论PNS是否与CNS保持联系，驾驶员均可计算和使用已知的最佳路线，直到从CNS接收到更新为止，从而重新计算路线并(可能)重新引导驾驶员。
这种形式的PNS路线安排的一个问题是，PNS必须对CNS进行轮询以获得对可安排路线区域中的预测函数的更新，或者CNS必须维持对PNS的可安排路线区域进行状态记录，以便其可将更新推送到PNS。
3.3共享的路线安排
PNS和CNS均可参与在路线上引导驾驶员。在两者保持联系的情况下，PNS和CNS均可计算路线，接着其可就其选定路线中的差别进行协商，或者满足于两者选择了同一路线。
举例来说：
1.驾驶员向PNS要求(路线AB)
2.PNS计算(ArstB)
3.PNS将(选定路线AB(rs))发送到CNS
·其被要求作出哪条路线
·其已选中的第一沿途停车点(等效于第一路段)
4.CNS使用其路线安排系统计算(路线AB)，所述系统根据定义会产生这种技术可产生的可能的最佳路线。(AxyzB)
5.CNS将其已产生的路线与PNS产生的路线进行比较。在这个实例中，CNS已经安排出途经x、y和z的路线，这条路线完全不同于PNS，因此似乎有必要告诉PNS。
6.在存在差别的情况下，CNS将这些差别发回给驾驶员。确切地说，其只需要在路线开始处存在差别时立刻传输。且其只需要传输第一差别；一旦接收到差别，PNS便可计算从PNS供应的路线上的下一沿途停车点开始的剩余路线。因此CNS告诉PNS(选定路线AB(x))且PNS计算(路线A途经xB)，令人满意的是，PNS将其计算为(AxyzB)。
·如果路线上稍后存在差别，那么PNS甚至可选择不传输路线，直到驾驶员较靠近路线分叉处为止，原因在于所述分叉可能是因临时堵塞导致的，而当驾驶员到达此点时堵塞将已被清除。
7.CNS继续监视驾驶员的路线，如果其在稍后时间重新计算不同路线则发出通知。
这种形式和相关形式的共享路线安排在带宽方面非常高效。如果动态成本函数正确的话其也非常接近路线寻找的最佳结果。共享路线安排的主要问题在于，其为CNS设置了重大的计算和状态成本。
3.4图3低网络负载PNS路线安排
当系统使用PNS路线安排时，事实证明，可使用PNS上的动态路线安排函数作出够好的路线安排，所述函数编码历史信息，加上非常少量的从CNS处请求的延迟信息。关键是在PNS上进行路线安排，以便识别出必须用CNS计算的最新值在PNS上对其成本进行更新的若干路段。这因而允许PNS对其路线进行改善以便接近原本会由CNS使用动态成本函数计算出的最佳路线。
机制如下：
1.PNS为路线A到B构造可安排路线区域，并在所述路线将用于可安排路线区域中的任何根据CNS成本函数比根据PNS成本函数成本低的的路段的时候，向CNS询问CNS成本值。CNS知道PNS正在使用哪个成本函数，因为PNS可告诉CNS其所保存的历史数据库的版本。CNS保存对总体的PNS中存在的所有历史数据库的编码，使其可针对任何路段确定是否应该将所述段的任何成本值返回到PNS。定义每段的最小成本差ds，使得CNS只将满足成本cns(段)+ds≤成本pns(段)的路段和CNS成本值(段，成本cns(段))发送到PNS，即发送CNS成本值低至少ds的路段和CNS成本值。实践中，此类选定路段的数目且因此消息大小和成本将较小。
2.现在PNS构造经修改的成本函数路线成本pns，其指派由PNS返回的针对前一阶段中返回的较低成本路段的成本值，并指派PNS针对其它所有路段保存的历史值。PNS使用路线成本pns执行从A到B的路线安排计算。此计算选中的路线称为候选路线最佳路线pns。CNS成本函数路线成本cns可将比路线成本pns高的成本附加到此路线，因为经修改的PNS成本函数并不知道CNS成本函数所知道的异常高的成本(等同于延迟的路段)。但是，因为对前一阶段中的PNS成本函数的修改，所以最佳路线pns将具有根据PNS的成本，所述成本并不比根据路线成本cns的最低成本路线(我们称为最佳路线cns)大很多。事实上：
路线成本pns(最佳路线pns)≤路线成本cns(最佳路线cns)+段计数(最佳路线cns)*ds。系统中使用的ds的值经选择，以便将路线成本pns(最佳路线pns)必须在多大程度上接近路线成本cns(最佳路线cns)与阶段1中传输路段和成本所需的时间和网络带宽进行折衷。
3.现在还需要检验CNS指派给PNS所选择的候选路线的成本路线成本cns(最佳路线pns)并不比PNS指派给它的成本差很多。为了进行这个操作，PNS请求最佳路线pns上的路段的CNS成本值。CNS将这些路段的成本值供应到PNS，且PNS更新其成本函数，以便并入来自CNS的这些路段成本值。如果CNS保持PNS历史数据库版本号，或者PNS根据这个请求再次发送所述版本号，那么CNS只需要用不同于PNS在其数据库中保存的成本值的那些路段成本值作出回复。PNS成本函数现在是路线成本pns 经更新。
4.PNS现在计算路线成本pns 经更新(最佳路线pns)，这是其先前选中的候选路线的成本，这次是使用所述路线上的路段的由CNS供应的成本值来计算的。请注意，路线成本pns 经更新(最佳路线pns)＝路线成本cns(最佳路线pns)。定义最大的可接受成本差dextra路线，以测试最佳路线pns是否应被接受作为在这个阶段提供给客户的路线。只有在路线成本pns 经更新(最佳路线pns)≤路线成本pns(最佳路线pns)+dextra路线的情况下，才接受最佳路线pns。选择系统所使用的dextra路线的值，以将路线成本pns 经更新(最佳路线pns)在多大程度上接近路线成本cns(最佳路线cns)与所述机制消耗的时间和网络带宽进行折衷。
5.如果接受最佳路线pns，那么路线选择过程完成，且将最佳路线pns发布给PNS的用户。
6.如果不接受最佳路线pns，那么机制返回阶段2，只不过这次使用路线成本pns 经更新来选择新的候选路线最佳路线′pns。如果最佳路线′pns＝最佳路线pns(或者，经过进一步迭代，任何先前选中的候选路线)，那么立刻接受最佳路线′pns。否则系统再次运行相同过程，请求最佳路线′pns的CNS成本值(阶段3)更新路线成本pns 经更新，并计算路线成本′pns 经更新(最佳路线′pns)(阶段4)。
7.最终，且通常非常快速地给出对dextra路线的合理选择之后，接受系统所产生的候选路线之一。可显示出，PNS最终必须接受候选路线，因为成本函数路线成本pns 经更新将最终稳定成等于路线成本cns，此时路线成本pns 经更新＝路线成本pns，且当前候选路线的接受条件路线成本pns 经更新(最佳路线pns)≤路线成本pns(最佳路线pns)+dextra路线将立刻成立。
8.系统将接受的路线发布给PNS的用户。
9.如果在任何阶段PNS与CNS之间的连接性丢失，那么PNS可将当前的候选路线发布给用户。实际上，通常最好立刻发布路线的第一阶段，并接着从驾驶员将接近的下一交叉点开始安排路线。如果用户无需在请求路线之后等待数分之一秒以上才能从系统处获得初始响应，那么对于用户来说与系统的交互似乎要自然得多。
10.当驾驶员朝目的地行驶时，系统可周期性地请求接受的路线的剩余路段的成本(与阶段3中一样)。如果沿着所述路线进一步积累延迟，那么PNS可通过继续执行阶段4处的算法而自动从当前位置处重新安排路线。
低成本PNS路线安排在PNS上执行其所有路线安排计算(因此，是PNS路线安排)，但同时其要求CNS上的最小状态，且其造成最小的带宽需求。其具有PNS路线安排的能够在其与CNS失去联系时继续有用的优点。此外，低成本PNS路线安排产生的路线在实践中在成本方面充分接近使用CNS处的动态路线安排所产生的路线，使得与动态路线安排相关联的几乎所有成本节省均可在实践中实现。
3.5减少通信成本
不论怎样划分路线选择的责任，均可使用若干技术将数据传输的成本保持为较低：
位置相关段编号
当PNS与CNS保持通信时，CNS几乎始终要求获得驾驶员和PNS的精确位置。因为大多数相关路段都在驾驶员本地(或在驾驶员请求的路线本地)，所以可在PNS与CNS之间的适当位置临时放置替代的路线编号系统，其中只必需少数的位来识别最通常传输的路段。
路线相关段编号
可通过对路线上被穿过的每个交叉点处的出口进行计数来完全地描述从A到B的路线。在每个路段具有较大长度的情况下，这产生路线的非常简洁的表示形式。
在路线的较大区段可能位于同一道路上的情况(这是典型的情况)下，可使用一种形式的游程长度编码。因而，可将路线表示为(3，13，2，28，2，15)，其意思是：
·下一交叉点处的第3个出口
·直接穿过接下来的13个交叉点
·第14个交叉点处的第2个出口
·直接穿过接下来的28个交叉点
·第29个交叉点处的第2个出口
·直接穿过15个交叉点
·到达。
参考书目
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RoDIN24：Applied Generics，RoDIN24实时道路交通信息，2005。

Claims (56)

1.一种计划到达目的地的路线的方法，其包括以下步骤：
(a)使用地图数据库，所述地图数据库以路线段形式定义道路，且包含与所述地图数据库中的每一不同的路线段相关联的固定的、预定义的、与时间无关的成本；
(b)使用软件，所述软件能够计划到达目的地的路线并计算使用一个或一个以上路线段到达所述目的地的估计成本；
其中使用所述软件涉及通过自动使用以下的组合来计划路线：(i)所述路线中的所述路线段中的一者或一者以上的时间相关成本，以便将成本应用于穿过适合于计划穿过的具体时间的特定路线段；以及(ii)所述路线中那些未通过所述时间相关成本定义的路线段的所述固定的、预定义的、与时间无关的成本。
2.根据权利要求1所述的方法，其中与特定路线段相关联的所述时间相关成本涉及已经被测量或推测且不是固定和预定义的车辆速度或路线段通行时间。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中与特定路线段相关联的所述固定的、预定义的、与时间无关的成本尚未被测量或根据实际车辆交通流量或移动进行推测，而是随以下因素变化：(i)与所述路线段相关联的道路类型；或(ii)适用于所述路线段的限速。
4.根据权利要求3所述的方法，其中对于那些通过与时间无关的成本以及时间相关成本两者定义的路线段，将所述与时间无关的成本与所述时间相关成本结合使用。
5.根据任一前述权利要求所述的方法，其中与特定路线相关联的成本是到达所述目的地花费的估计时间。
6.根据任一前述权利要求所述的方法，其中与特定路线相关联的成本是与所述路线相关联的燃料使用量。
7.根据任一前述权利要求所述的方法，其中与特定路线相关联的成本是与所述路线相关联的可收费的财务成本。
8.根据任一前述权利要求所述的方法，其中与特定路线相关联的成本是最终用户可从计算装置上显示的菜单列表中选出的类型。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述菜单列表包含以下项目中的一者或一者以上：所述路线的通行时间；所述路线的财务成本，所述路线上的燃料使用量；固定交通。
10.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述软件作为成本最小化算法的一部分来计算所述路线的成本。
11.根据任一前述权利要求所述的方法，其中车辆的特定驾驶员到达目的地的估计成本随与所述驾驶员相关联的行驶能力变化。
12.根据权利要求11所述的方法，其中根据由沿着所述路线段行驶的车辆中的基于GPS的导航装置存储的GPS追踪导出对实际车辆交通流量或移动数据的测量。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述装置直接通过蜂窝式无线网络将GPS追踪发送到交通监视系统。
14.根据权利要求11或12所述的方法，其中所述装置将所述GPS追踪直接发送到交通监视系统。
15.根据权利要求12所述的方法，其中通过微微网或其它形式的连接而连接到所述装置的移动电话发送所述GPS追踪。
16.根据权利要求12所述的方法，其中所述装置在其与PC对接时将所述GPS追踪发送到交通监视系统。
17.根据权利要求11所述的方法，其中通过测量移动电话的位置来实现对实际车辆交通流量或移动的测量。
18.根据权利要求17所述的方法，其中通过被动地监视从所述移动电话到基站的信令业务来获得移动电话的位置。
19.根据权利要求11所述的方法，其中使用道路中的环形传感器来实现对实际车辆交通流量或移动的测量。
20.根据权利要求11所述的方法，其中使用基于相机的系统来实现对实际车辆交通流量或移动的测量。
21.根据权利要求11所述的方法，其中使用装备有无线电信标的车辆来实现对实际车辆交通流量或移动的测量。
22.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述时间相关成本是可动态更新的。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述时间相关成本是可实时动态更新的。
24.根据任一前述权利要求所述的方法，其中与路线段相关联的所述时间相关成本随白天或夜间的时间变化。
25.根据任一前述权利要求所述的方法，其中与路线段相关联的所述时间相关成本随星期几变化。
26.根据任一前述权利要求所述的方法，其中与路线段相关联的所述时间相关成本随公共假期变化。
27.根据任一前述权利要求所述的方法，其中与路线段相关联的所述时间相关成本随学校假期变化。
28.根据任一前述权利要求所述的方法，其中与路线段相关联的所述时间相关成本随任何将可能影响路线段成本的事件变化。
29.根据任一前述权利要求所述的方法，其中与路线段相关联的所述时间相关成本随任何可能推测出对路线段成本可能有影响的将来情形变化。
30.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述目的地包含两个或两个以上目的地。
31.根据任一前述权利要求所述的方法，其中通过基于GPS的导航装置来执行所述方法。
32.一种导航装置，其用以下内容编程：
(a)地图数据库，其以路线段的形式定义道路，且包含与所述地图数据库中的每一不同路线段相关联的固定的、预定义的、与时间无关的成本；以及
(b)软件，其能够计划到达目的地的路线，且计算使用一个或一个以上路线段到达所述目的地的估计成本；
其中所述装置可通过自动使用以下的组合来计划路线：(i)所述路线中的所述路线段中的一者或一者以上的时间相关成本，以便将成本应用于穿过适合于计划穿过的具体时间的特定路线段；以及(ii)所述路线中的那些未通过所述时间相关成本定义的路线段的所述固定的、预定义的、与时间无关的成本。
33.根据权利要求32所述的装置，其中所述装置计算到达所述目的地的最低成本路线。
34.根据权利要求32或33所述的装置，其中所述装置计划最快路线。
35.根据权利要求32或33所述的装置，其中所述装置计划燃料使用量最低的路线。
36.根据权利要求32或33所述的装置，其中所述装置计划财务收费最低的路线。
37.根据权利要求32-36所述的装置，其中时间相关成本被推送到所述装置。
38.根据权利要求32-36所述的装置，其中时间相关成本在所述装置请求时被发送到所述装置。
39.根据权利要求37或38所述的装置，其中由所述装置接收的所述时间相关成本被限制于一组道路类型。
40.根据权利要求32所述的装置，其中所述装置在包含所述地图数据库的同一存储器上包含时间相关成本。
41.根据权利要求32所述的装置，其中所述装置访问保存在远程服务器上的所述时间相关成本。
42.根据权利要求41所述的装置，其中所述装置可与连接到因特网的计算机对接并经由所述连接到因特网的计算机从所述远程服务器接收所述时间相关成本。
43.根据权利要求41所述的装置，其中所述远程服务器将与从起点移动到所述目的地相关联的成本发送到所述装置。
44.根据权利要求41所述的装置，其中所述服务器接收使其能够用新近数据补充所述时间相关成本的实时交通馈入。
45.根据权利要求41所述的装置，其中所述装置从所述服务器接收实时或新近交通数据或堵塞信息，并自动使用所述数据或信息来重新计算最佳路线。
46.根据权利要求41所述的装置，其中
(a)所述装置和所述服务器两者各自单独使用所述时间相关成本；
(b)所述装置通知所述服务器其计算出的最低成本路线；以及
(c)如果所述服务器计算出的最低成本路线不同于所述装置计算出的所述路线，那么所述服务器向所述装置发送通知。
47.根据权利要求46所述的装置，其中所述服务器向所述装置发送只定义所述路线之间的差别的通知。
48.根据权利要求41所述的装置，其中：
(a)所述装置和所述服务器两者各自单独使用所述时间相关成本；
(b)所述装置识别新近数据有价值的路段，并向所述服务器请求所述新近数据。
49.根据权利要求32-48所述的装置，其中所述装置可建议旅程的最佳开始时间。
50.根据权利要求32-48所述的装置，其中所述装置是基于GPS的导航装置。
51.根据权利要求32-48所述的装置，其中所述装置是具有位置寻找系统的移动电话。
52.根据权利要求32-48所述的装置，其中所述位置寻找系统是GPS。
53.根据权利要求32-48所述的装置，其中所述装置永久地嵌入在机动车中。
54.一种交通监视系统，其依据时间来测量交通速度或通行时间数据，并产生路段的时间相关交通速度或通行时间的历史数据库；并且共享至少一些所述数据库或其内容以便能够执行根据权利要求1所述的方法。
55.一种地区数字地图，所述地图包含定义路段的数据，以及定义与至少一些所述路段相关联的时间相关成本的数据，所述地图适于在由路线计划软件使用时能够执行根据权利要求1-31所述的方法。
56.一种机动车，其包含嵌入式导航系统，所述嵌入式导航系统可操作以使用根据权利要求1-31所述的方法来计划路线。
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