CN106092111B - 一种车辆路径动态规划方法、服务器及导航系统 - Google Patents

一种车辆路径动态规划方法、服务器及导航系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种车辆路径动态规划方法、服务器及导航系统，该方法包括在确定目标车辆的前提下，构建目标车辆的动态带权有向拓扑图；获取目标车辆在设定区域的交通灯信息，所述交通信息包括交通灯位置和通过每个交通灯的实时车流量；以每个交通灯作为结点，目标车辆所在位置作为起始结点，目标车辆目的地作为目标结点，各结点之间的连接作为边，以结点之间的距离+车流量作为边的权值，建立目标车辆的动态带权有向拓扑图并存储至服务器中；在服务器中，根据目标车辆的动态带权有向拓扑图和目标车辆的动态实时位置，对目标车辆在设定区域内进行动态路径规划，实时筛选出一条加权和最小的路径，进而得到目标车辆的实时最佳路径。

Description

一种车辆路径动态规划方法、服务器及导航系统
技术领域
本发明属于城市交通路径规划领域，尤其涉及一种车辆路径动态规划方法、服务器及导航系统。
背景技术
随着经济的飞速发展，汽车数量的快速增加与道路的慢速建设之间的矛盾日益突出，严重制约了社会与经济的可持续发展，因此，交通管理部门将现代化的计算机技术、通信技术、通信技术以及智能控制技术运用于现代交通中，产生了智能交通系统的新型交通系统。智能交通系统对于改善交通状况起到了很好的作用。
车辆定位和导航系统是智能交通系统实施中涉及的一个主要的应用系统。路径规划的好坏直接影响到行车的成本。车辆定位与导航系统中的路径规划是在车辆行驶前或行驶过程中为司机提供从起点到目的地的一条或若干条路线，对司机的行车进行导航的过程。在行车的过程中，司机最关心的是如何在最短的时间内找到最合理、最优的路径。
然而，在实际生活中，并不是所有的车辆都安装有GPS导航系统，现有的路径规划方法大多数是参考车辆所处交通环境中其他车辆的实时位置进行规划路径；再加上城市交通拥堵状态是动态的，目前常用的动态路径规划算法各有优势，大多数的规划目标是出现距离最短，路径规划目标不能中途改变，导致路径规划效率低。
发明内容
为了解决现有技术的缺点，本发明提供一种车辆路径动态规划方法、服务器及导航系统。本发明的该车辆路径动态规划方法能够避开拥堵路段节约出行时间，解决车辆行驶中可按照需求随时更改目标结点；本发明的服务器和导航系统能够实时根据交通的拥堵情况，动态调整路径，提高出行效率，同时也缓解拥堵路径的压力。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种车辆路径动态规划方法，包括：
步骤(1)：在确定目标车辆的前提下，构建目标车辆的动态带权有向拓扑图；
获取目标车辆在设定区域的交通灯信息，所述交通信息包括交通灯位置和通过每个交通灯的实时车流量；以每个交通灯作为结点，目标车辆所在位置作为起始结点，目标车辆目的地作为目标结点，各结点之间的连接作为边，以结点之间的距离+车流量作为边的权值，建立目标车辆的动态带权有向拓扑图并存储至服务器中；
步骤(2)：在服务器中，根据目标车辆的动态带权有向拓扑图和目标车辆的动态实时位置，对目标车辆在设定区域内进行动态路径规划，实时筛选出一条加权和最小的路径，进而得到目标车辆的实时最佳路径。
本发明的车辆路径动态规划方法以每个交通灯作为结点，目标车辆所在位置作为起始结点，目标车辆目的地作为目标结点，各结点之间的连接作为边，以结点之间的距离+车流量作为边的权值，构建出目标车辆的动态带权有向拓扑图，这样在车辆行驶过程中，更改目的地使，能够快速构建出于目的地相匹配的目标车辆的动态带权有向拓扑图。
在目标车辆的动态带权有向拓扑图的基础上，综合考虑了目标车辆的实时动态位置以及每个交通灯处的实时车流量信息，对目标车辆在设定区域内进行动态路径规划，最终实时筛选出一条加权和最小的路径，进而得到目标车辆的实时最佳路径，这样技能避开拥堵路段节约出行时间，还能够动态调整路径，提高出行效率。
所述车辆路径动态规划方法，还包括：在获取目标车辆在设定区域的交通灯信息的过程中，在每个交通灯处设置用于实时计算车流量的计数器。
交通信息中的交通灯位置和通过每个交通灯的实时车流量采用两个相关联的数据链表的方式进行存储。
本发明还将每个交通灯位置以及相应交通灯处的实时车流量信息进行关联性存储，保证了车辆路径动态规划过程中数据的实时性和准确性，提高了车辆规划路径的精度。
所述步骤(2)中，对目标车辆在设定区域内进行动态路径规划之前，根据目标车辆的动态实时位置来实时更新目标车辆的动态带权有向拓扑图。
采用D*Lite算法对目标车辆在设定区域内进行动态路径规划。
一种具有车辆路径动态规划的服务器，包括：
动态带权有向拓扑图模块，其被配置为获取目标车辆在设定区域的交通灯信息，所述交通信息包括交通灯位置和通过每个交通灯的实时车流量；以每个交通灯作为结点，目标车辆所在位置作为起始结点，目标车辆目的地作为目标结点，各结点之间的连接作为边，以结点之间的距离+车流量作为边的权值，建立目标车辆的动态带权有向拓扑图；
实时最佳路径筛选模块，其被配置为根据目标车辆的动态带权有向拓扑图和目标车辆的动态实时位置，对目标车辆在设定区域内进行动态路径规划，实时筛选出一条加权和最小的路径，进而得到目标车辆的实时最佳路径。
所述动态带权有向拓扑图模块与计数器相连，所述计数器设置于每个交通灯处用于实时计算车流量。
所述实时最佳路径筛选模块还包括：动态更新模块，其被配置为根据目标车辆的动态实时位置来实时更新目标车辆的动态带权有向拓扑图。
一种车辆导航系统，包括上述任一所述的具有车辆路径动态规划的服务器。
所述车辆导航系统还包括语音模块，所述语音模块与服务器相连，用于语音提示目标车辆当前行驶的路径。
所述车辆导航系统还包括显示模块和路径标记模块，所述路径标记模块被配置为标记目标车辆的实时最佳路径并传送至显示模块中进行显示。
本发明的有益效果为：
(1)本发明的车辆路径动态规划方法以每个交通灯作为结点，目标车辆所在位置作为起始结点，目标车辆目的地作为目标结点，各结点之间的连接作为边，以结点之间的距离+车流量作为边的权值，构建出目标车辆的动态带权有向拓扑图，这样在车辆行驶过程中，更改目的地使，能够快速构建出于目的地相匹配的目标车辆的动态带权有向拓扑图；
(2)在目标车辆的动态带权有向拓扑图的基础上，综合考虑了目标车辆的实时动态位置以及每个交通灯处的实时车流量信息，对目标车辆在设定区域内进行动态路径规划，最终实时筛选出一条加权和最小的路径，进而得到目标车辆的实时最佳路径，这样技能避开拥堵路段节约出行时间，还能够动态调整路径，提高出行效率；
(3)本发明还将每个交通灯位置以及相应交通灯处的实时车流量信息进行关联性存储，保证了车辆路径动态规划过程中数据的实时性和准确性，提高了车辆规划路径的精度。
附图说明
图1是本发明的车辆路径动态规划方法的流程示意图；
图2是本发明的具有车辆路径动态规划的服务器结构示意图；
图3是本发明的车辆导航系统结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1是本发明实施例中一种车辆路径动态规划方法的流程示意图，如图所示本实施例中的车辆路径动态规划方法包括：
步骤(1)：在确定目标车辆的前提下，构建目标车辆的动态带权有向拓扑图；
获取目标车辆在设定区域的交通灯信息，所述交通信息包括交通灯位置和通过每个交通灯的实时车流量；以每个交通灯作为结点，目标车辆所在位置作为起始结点，目标车辆目的地作为目标结点，各结点之间的连接作为边，以结点之间的距离+车流量作为边的权值，建立目标车辆的动态带权有向拓扑图并存储至服务器中；
步骤(2)：在服务器中，根据目标车辆的动态带权有向拓扑图和目标车辆的动态实时位置，对目标车辆在设定区域内进行动态路径规划，实时筛选出一条加权和最小的路径，进而得到目标车辆的实时最佳路径。
此外，本发明该实施例中的车辆路径动态规划方法，还包括：在获取目标车辆在设定区域的交通灯信息的过程中，在每个交通灯处设置用于实时计算车流量的计数器。
交通信息中的交通灯位置和通过每个交通灯的实时车流量采用两个相关联的数据链表的方式进行存储。
在步骤(2)中，对目标车辆在设定区域内进行动态路径规划之前，根据目标车辆的动态实时位置来实时更新目标车辆的动态带权有向拓扑图。
采用D*Lite算法对目标车辆在设定区域内进行动态路径规划。
其中，本发明借鉴了D*Lite算法的主要思想，并且把以结点之间的距离+车流量作为边的权值，引导动态路径规划，充分考虑了车辆拥堵对车辆行驶速度的影响。D*Lite算法釆用逆向搜索从终点开始向后遍历。
目标车辆的动态带权有向拓扑图中各个结点的信息存储到OPEN表中，D*Lite在OPEN表中维护着目标车辆与目的地之间代价最小的路径,并且保存两个重要的值：(1)结点vi目前到目的地的最小费用g(i)；(2)估计值h(i)见公式(1)。
其中：Next(i)表示结点vi的后续结点集合,Cost(i,j)为结点vi到结点vj的花费,本发明以加权的距离+车流量作为花费值，见公式(2)。
Cost(i,j)＝w1*d(i,j)+w2*f(i,j) 公式(2)
其中：w1和w2是权值，w1+w2＝1，正常情况下设w1＝0.5,w2＝0.5，d(i,j)是结点vi到结点vj之间的距离，f(i,j)是结点j处的拥堵度，见公式(3)。
当f(i,j)＞2时，设Cost(i,j)＝∞，选择其他的路径。结点vi与结点vj为邻居。若h(i)＝g(i),则称结点vj是连续结点,否则，称结点vj是非连续结点。对于非连续结点。如果在路径花费值发生变化后，路径上所有的节点仍是连续的，则说明上一次规划后的路径仍是最优路径,相关路段的花费值未受影响，否则，需要重新规划最优路径。
本实施例中一种车辆路径动态规划方法的有益效果为：
(1)本发明的车辆路径动态规划方法以每个交通灯作为结点，目标车辆所在位置作为起始结点，目标车辆目的地作为目标结点，各结点之间的连接作为边，以结点之间的距离+车流量作为边的权值，构建出目标车辆的动态带权有向拓扑图，这样在车辆行驶过程中，更改目的地使，能够快速构建出于目的地相匹配的目标车辆的动态带权有向拓扑图；
(2)在目标车辆的动态带权有向拓扑图的基础上，综合考虑了目标车辆的实时动态位置以及每个交通灯处的实时车流量信息，对目标车辆在设定区域内进行动态路径规划，最终实时筛选出一条加权和最小的路径，进而得到目标车辆的实时最佳路径，这样技能避开拥堵路段节约出行时间，还能够动态调整路径，提高出行效率；
(3)本发明还将每个交通灯位置以及相应交通灯处的实时车流量信息进行关联性存储，保证了车辆路径动态规划过程中数据的实时性和准确性，提高了车辆规划路径的精度。
图2本发明实施例中具有车辆路径动态规划的服务器的结构示意图，如图2所示本发明实施例中的具有车辆路径动态规划的服务器包括：
动态带权有向拓扑图模块，其被配置为获取目标车辆在设定区域的交通灯信息，所述交通信息包括交通灯位置和通过每个交通灯的实时车流量；以每个交通灯作为结点，目标车辆所在位置作为起始结点，目标车辆目的地作为目标结点，各结点之间的连接作为边，以结点之间的距离+车流量作为边的权值，建立目标车辆的动态带权有向拓扑图；
实时最佳路径筛选模块，其被配置为根据目标车辆的动态带权有向拓扑图和目标车辆的动态实时位置，对目标车辆在设定区域内进行动态路径规划，实时筛选出一条加权和最小的路径，进而得到目标车辆的实时最佳路径。
其中，动态带权有向拓扑图模块与计数器相连，所述计数器设置于每个交通灯处用于实时计算车流量。
进一步地，实时最佳路径筛选模块还包括：动态更新模块，其被配置为根据目标车辆的动态实时位置来实时更新目标车辆的动态带权有向拓扑图。
本实施例中具有车辆路径动态规划的服务器的有益效果为：
(1)在具有车辆路径动态规划的服务器中，以每个交通灯作为结点，目标车辆所在位置作为起始结点，目标车辆目的地作为目标结点，各结点之间的连接作为边，以结点之间的距离+车流量作为边的权值，构建出目标车辆的动态带权有向拓扑图，这样在车辆行驶过程中，更改目的地使，能够快速构建出于目的地相匹配的目标车辆的动态带权有向拓扑图；
(2)在目标车辆的动态带权有向拓扑图的基础上，综合考虑了目标车辆的实时动态位置以及每个交通灯处的实时车流量信息，对目标车辆在设定区域内进行动态路径规划，最终实时筛选出一条加权和最小的路径，进而得到目标车辆的实时最佳路径，这样技能避开拥堵路段节约出行时间，还能够动态调整路径，提高出行效率；
(3)本发明还将每个交通灯位置以及相应交通灯处的实时车流量信息进行关联性存储，保证了车辆路径动态规划过程中数据的实时性和准确性，提高了车辆规划路径的精度。
图3本发明实施例中车辆导航系统的结构示意图，如图3所示本发明实施例中的车辆导航系统包括如图2所示的具有车辆路径动态规划的服务器。
进一步地，车辆导航系统还包括语音模块，所述语音模块与服务器相连，用于语音提示目标车辆当前行驶的路径。
进一步地，车辆导航系统还包括显示模块和路径标记模块，所述路径标记模块被配置为标记目标车辆的实时最佳路径并传送至显示模块中进行显示。
本实施例中车辆导航系统的有益效果为：
(1)车辆导航系统的具有车辆路径动态规划的服务器中，以每个交通灯作为结点，目标车辆所在位置作为起始结点，目标车辆目的地作为目标结点，各结点之间的连接作为边，以结点之间的距离+车流量作为边的权值，构建出目标车辆的动态带权有向拓扑图，这样在车辆行驶过程中，更改目的地使，能够快速构建出于目的地相匹配的目标车辆的动态带权有向拓扑图；
(2)在目标车辆的动态带权有向拓扑图的基础上，综合考虑了目标车辆的实时动态位置以及每个交通灯处的实时车流量信息，对目标车辆在设定区域内进行动态路径规划，最终实时筛选出一条加权和最小的路径，进而得到目标车辆的实时最佳路径，这样技能避开拥堵路段节约出行时间，还能够动态调整路径，提高出行效率；
(3)本发明还将每个交通灯位置以及相应交通灯处的实时车流量信息进行关联性存储，保证了车辆路径动态规划过程中数据的实时性和准确性，提高了车辆规划路径的精度。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (7)

1.一种车辆路径动态规划方法，其特征在于，包括：
步骤(1)：在确定目标车辆的前提下，构建目标车辆的动态带权有向拓扑图；
获取目标车辆在设定区域的交通灯信息，所述交通灯信息包括交通灯位置和通过每个交通灯的实时车流量；以每个交通灯作为结点，目标车辆所在位置作为起始结点，目标车辆目的地作为目标结点，各结点之间的连接作为边，以结点之间的距离+车流量作为边的权值，建立目标车辆的动态带权有向拓扑图并存储至服务器中；
步骤(2)：在服务器中，根据目标车辆的动态带权有向拓扑图和目标车辆的动态实时位置，对目标车辆在设定区域内进行动态路径规划，实时筛选出一条加权和最小的路径，进而得到目标车辆的实时最佳路径；
所述步骤(2)中，采用D*Lite算法对目标车辆在设定区域内进行动态路径规划；对目标车辆在设定区域内进行动态路径规划之前，根据目标车辆的动态实时位置来实时更新目标车辆的动态带权有向拓扑图；
D*Lite算法以结点之间的距离+车流量作为边的权值，引导动态路径规划，充分考虑了车辆拥堵对车辆行驶速度的影响，D*Lite算法釆用逆向搜索从终点开始向后遍历；
目标车辆的动态带权有向拓扑图中各个结点的信息存储到OPEN表中，D*Lite在OPEN表中维护着目标车辆与目的地之间代价最小的路径,并且保存两个重要的值：结点vi目前到目的地的最小费用g(i)和估计值h(i)；
Cost(i,j)＝w1*d(i,j)+w2*f(i,j)
其中：Next(i)表示结点vi的后续结点集合,Cost(i,j)为结点vi到结点vj的花费,以加权的距离+车流量作为花费值；w1和w2是权值，w1+w2＝1，d(i,j)是结点vi到结点vj之间的距离，f(i,j)是结点j处的拥堵度；
当f(i,j)＞2时，设Cost(i,j)＝∞，选择其他的路径；结点vi与结点vj为邻居：若h(i)＝g(i)，则称结点vj是连续结点，否则，称结点vj是非连续结点；对于非连续结点：如果在路径花费值发生变化后，路径上所有的节点仍是连续的，则说明上一次规划后的路径仍是最优路径，相关路段的花费值未受影响，否则，需要重新规划最优路径。
2.如权利要求1所述的一种车辆路径动态规划方法，其特征在于，所述车辆路径动态规划方法，还包括：在获取目标车辆在设定区域的交通灯信息的过程中，在每个交通灯处设置用于实时计算车流量的计数器。
3.如权利要求1所述的一种车辆路径动态规划方法，其特征在于，交通信息中的交通灯位置和通过每个交通灯的实时车流量采用两个相关联的数据链表的方式进行存储。
4.一种具有车辆路径动态规划的服务器，其特征在于，包括：
动态带权有向拓扑图模块，其被配置为获取目标车辆在设定区域的交通灯信息，所述交通灯信息包括交通灯位置和通过每个交通灯的实时车流量；以每个交通灯作为结点，目标车辆所在位置作为起始结点，目标车辆目的地作为目标结点，各结点之间的连接作为边，以结点之间的距离+车流量作为边的权值，建立目标车辆的动态带权有向拓扑图；
实时最佳路径筛选模块，其被配置为根据目标车辆的动态带权有向拓扑图和目标车辆的动态实时位置，对目标车辆在设定区域内进行动态路径规划，实时筛选出一条加权和最小的路径，进而得到目标车辆的实时最佳路径；所述实时最佳路径筛选模块还包括：动态更新模块，其被配置为根据目标车辆的动态实时位置来实时更新目标车辆的动态带权有向拓扑图；
D*Lite算法以结点之间的距离+车流量作为边的权值，引导动态路径规划，充分考虑了车辆拥堵对车辆行驶速度的影响，D*Lite算法釆用逆向搜索从终点开始向后遍历；
目标车辆的动态带权有向拓扑图中各个结点的信息存储到OPEN表中，D*Lite在OPEN表中维护着目标车辆与目的地之间代价最小的路径,并且保存两个重要的值：结点vi目前到目的地的最小费用g(i)和估计值h(i)；
Cost(i,j)＝w1*d(i,j)+w2*f(i,j)
其中：Next(i)表示结点vi的后续结点集合,Cost(i,j)为结点vi到结点vj的花费,以加权的距离+车流量作为花费值；w1和w2是权值，w1+w2＝1，d(i,j)是结点vi到结点vj之间的距离，f(i,j)是结点j处的拥堵度；
当f(i,j)＞2时，设Cost(i,j)＝∞，选择其他的路径；结点vi与结点vj为邻居：若h(i)＝g(i)，则称结点vj是连续结点，否则，称结点vj是非连续结点；对于非连续结点：如果在路径花费值发生变化后，路径上所有的节点仍是连续的，则说明上一次规划后的路径仍是最优路径，相关路段的花费值未受影响，否则，需要重新规划最优路径。
5.如权利要求4所述的一种具有车辆路径动态规划的服务器，其特征在于，所述动态带权有向拓扑图模块与计数器相连，所述计数器设置于每个交通灯处用于实时计算车流量。
6.一种车辆导航系统，其特征在于，所述车辆导航系统包括如权利要求4-5任一所述的具有车辆路径动态规划的服务器。
7.如权利要求6所述的一种车辆导航系统，其特征在于，所述车辆导航系统还包括显示模块和路径标记模块，所述路径标记模块被配置为标记目标车辆的实时最佳路径并传送至显示模块中进行显示。
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