CN108871362A - 一种汽车动态环保出行路径规划方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种汽车动态环保出行路径规划方法，方法由实际车载实验、建立排放测算模型、Dijkstra算法优化、形成ArcGIS矢量地图、路径规划仿真几个步骤组成。运用MAHA METDH6.3完成实际车载实验，获取实时车辆排放数据；运用上述数据基于VSP建立乘用车排放测算模型；利用ArcGIS平台依照城市真实城市道路地图搭建路网矢量地图，将矢量地图的路网数据导入MATLAB中，运用优化后的Dijkstra算法结合排放测算模型、动态交通信息仿真求解动态最优路径；使得搭建的动态环保出行路径规划模型能够较好地规划不同优化目标的路线方案，判断不同路线、不同指标的差异，并应用到实际道路行车中，协助驾驶员完成最优路径规划，实现适用于与动态交通耦合的环保出行路径规划。

Description

一种汽车动态环保出行路径规划方法
技术领域
本发明涉及一种汽车动态环保出行路径规划方法。
背景技术
目前车载导航在路径规划方面的发展倾向于改进现有导航系统的规划方法、路径规划装置等，例如，林秉汉利用控制器决定旅途点与目的地的行经顺序或使用者输入旅途点与目的地的行经顺序，使得使用者对行径顺序的选择多样化，提高使用便利性；乔徽（CN105974928A）发明的一种机器人导航路径规划方法，采用多叉树结构将路标划分层级，将路标层级与相邻层级直属关系的路标之间的位置关系保存为路标索引，使得路径规划中算法简单、效率高，规划的路径唯一；陈明杰（CN103868518A）发明了一种导航路径规划计算机程序产品，该产品利用地图数据库的地图信息将起始点定义为当前规划点，以路径目标函数演算出各路径的最小的总里程成本为最佳的导航路径；戴雅琴（CN103791912A）提出了一种支持手绘的导航装置，利用手绘路径获取模块获取使用者根据自身需求手绘出的路径，并完成该路径的导航。
综上所述，目前所应用的车载导航路径规划在规划方法以及装置上做了很多研究，但是路径规划模型均以距离最短、时间最少或成本最低为优化目标，在机动车排放量大、环境污染严重的大背景下无法保证排放最优，不符合国家的节能减排发展规划。因此以排放最少作为优化目标，建立适用于动态交通网络的乘用车经济环保出行路径模型，已成为提高城市道路交通管理控制水平、建设节能环保的生态型城市的迫切需要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种汽车动态环保出行路径规划方法，该环保路径规划方法以排放最优作为规划目标，旨在降低乘用车出行时的排放量，在目前节能减排的大背景下具有很重要的现实意义。
本动态环保出行路径规划方法搭载于车辆的导航系统，包括以下步骤：运用 MAHAMETDH6.3 完成实际车载实验，获取实时车辆排放数据；运用上述数据基于 VSP 建立乘用车排放测算模型；基于 ArcGIS 平台依照真实城市道路地图搭建路网矢量地图，将矢量地图的路网数据导入MATLAB中，运用优化后的Dijkstra算法结合排放测算模型、动态交通信息（交通流、拥挤情况）仿真求解动态最优路径。
本发明在目前使用的静态交通模型上，基于大量的实际车载实验数据，构建适用于与动态交通信息耦合的乘用车排放测算模型。
本发明在传统排放测算模型的基础上，全方位的考虑了交叉口等待过程中的污染物排放，即车辆在交叉口的怠速排放。
本发明利用方向搜索策略合理限制搜索区域，将原有Dijkstra算法的盲目搜索改为方向搜索，即限制搜索范围，提出基于椭圆的最小外接正矩形限制搜索区域的算法，减小搜索面积。
本发明考虑路况对于最优路径规划的影响，通过算法估算到达可能通行节点的时间并读取该时段对应的历史平均车速来判断路段是否存在拥堵，可及时避开拥堵区域，然后根据实验所得数据，以速度为变量从数据库调取排放因子，完成各路段总排放量的计算，然后选择排放量最少的路径完成导航。
本发明在仿真过程中针对驾驶员群体、不同指标的差异采用按钮的方式选择规划不同路径，可选目标有时间最少、距离最短、排放最少。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明：
图1为环保路径规划方法流程图；
图2为实际车载实验平台搭建图；
图3为排放测算模型设计思路；
图4为路径规划示意图。
具体实施方式
现在结合附图，将分别从本发明总体流程、车载实验、排放模型建立，Dijkstra算法优化几个方面对路径规划过程做详细地描述。
图1为路径规划的总体流程图，主要包括实际车载实验、排放测算模型建立、Dijkstra算法优化、路径规划四个部分。
在城市道路选择包含快速路、主干道、次干道、支路不同等级道路进行大量的车载实验，获得四种等级道路的排放、速度等数据作为排放模型建立和路径规划的基础数据；并建立不同时间段数据库，数据库记录不同时间段所对应的实时交通信息，用于在路径规划时模拟动态交通情况，数据库可大致分为：晚10点-早6点为交通低谷期，建立一个数据库即可，白天平峰期和高峰期由于交通状况变化多，则按照每十分钟划分数据库信息；并以速度作为自变量，不同速度对应于不同的排放因子建立数据库，用来计算在某一路段某一速度下的机动车排放总量。
基于上述实验所得数据，利用 VSP 建立包含有交叉口排放的机动车排放动态测算模型。
在传统 Dijkstra 算法的基础上，改进搜索方法，限制搜索面积来提高算法运算效率，并结合用不同数据库模拟的动态交通信息，形成可根据排放最少和是否拥堵及时更改路径的路径规划算法。
在 MATLAB 中导入 ArcGIS 矢量地图数据，运用 Dijkstra 优化算法完成时间最少、距离最短、排放最少的路径规划仿真。
图2为实际车载实验平台搭建图，其中车载排放仪 MAHA MET6.3 分析系统完成尾气的采集与分析，包括的污染物有CO、CO2、HC、NOX、PM；OBD Ⅱ（Ⅱ型车载诊断系统）接到汽车端口可以读取车辆转速、车速、VIN车架号、冷却液温度、发动机进气温度、发动机进气压力、节气门开度、O2传感器电压等车辆相关参数。GPS接收器将其放置于车顶，在机动车行驶过程中实时采集地理信息，实现车辆运行轨迹的记录与显示。
图3为排放测算模型设计思路，一方面基于实际车载实验的排放数据和四种等级道路的实际行驶工况，采用 VSP 聚类分析得到车辆在各VSP Bin下的排放率和不同等级道路各速度区间下的VSP Bin分布率，经统计分析得到不同等级道路各平均速度的排放因子，从而建立车辆路段排放模型；另一方面结合实际车载实验的排放数据和城市道路交通运行评价指标体系获得机动车怠速排放率，考虑交叉口等待时间得到交叉口排放量。
图4为路径规划示意图，从出发时刻开始，从系统调取该时间段数据库中的历史速度数据，采用Dijkstra 优化算法计算从当前位置到达可能经过的交叉口的时间来判断达到前方时是否会产生拥堵，在不会拥堵的前提下用此时速度来判断是否所处路径为排放最少路径，如果此路段满足不会拥堵并且为排放最少则结束路径规划，直接进行导航，否则Dijkstra 优化算法重新搜索路径并进行上述判断，直到实现排放最少并将拥挤程度降到最低为止。

Claims (5)

1.汽车动态环保出行路径规划方法，方法由实际车载实验、建立排放测算模型、Dijkstra算法优化、形成ArcGIS矢量地图、路径规划仿真几个部分组成，其特征在于，还包括以下步骤：
（1）实际车载实验基于排放测试实验平台，在城市道路选择各等级道路作为实验路径，选择城市道路上的汽油乘用车代表车型为实验车辆（排量为1.3L-1.8L），选取符合国家标准的 16 辆汽油乘用车在白天平峰期完成实际车载实验，获得机动车排放数据；
（2）排放测算模型建立利用上述实验所得数据，确定基于 VSP（车辆比功率，即发动机每牵引1吨重量所输出的功率） 的排放率、确定不同等级道路各速度区间VSP Bin（VSP区间）分布率，进而计算各等级道路各平均速度的排放因子，最终建立路段排放测算模型；
（3）Dijkstra 算法优化是将传统算法的盲目搜索方法改进为定向搜索，利用矩形限制搜索区域，从而减小搜索面积，有效提高运算效率，并结合动态交通信息预测前方路段拥堵情况，考虑节点权重形成新的路径规划算法；
（4）路径规划仿真是将基于ArcGIS平台搭建的路网数据导入 MATLAB ，运用改进后的Dijkstra 算法，结合路段排放测算模型，实现适用于与动态交通耦合的经济环保出行路径规划。
2.按照权利要求1所述的环保出行路径规划方法，其特征在于：提出基于排放最优的环保出行路径规划；
本发明提出以排放最少作为导航优化目标，建立适用于动态交通网络的乘用车环保出行路径模型；基于实际车载实验得到的排放数据建立排放模型，结合Dijkstra优化算法和MATLAB 平台，在不产生拥堵的前提下以排放最少作为搜索目标完成仿真分析，最终使导航系统规划出排放最少的出行路径。
3.按照权利要求1所述的环保出行路径规划方法，其特征在于：实际车载实验中，采用集车辆参数OBD诊断仪、高精度排放分析仪、高精度烟度分析仪、GPS定位模块的第二代车载系统MAHA METDH6.3。
4.按照权利要求1所述的环保出行路径规划方法，其特征在于：根据相关标准确定路段不同平均车速区间对应的信号交叉口单车等待时间，考虑因信号交叉口停车等待时间导致的排放。
5.按照权利要求1所述的环保出行路径规划方法，其特征在于：所述Dijkstra优化即在传统Dijkstra算法的基础上，加入了交叉口等待时间这一因素，结合动态交通预测，提出一种新的运算方法进行路径规划；
（1）利用方向搜索策略合理限制搜索区域，提出基于椭圆的最小外接正矩形限制搜索区域的算法，最大限度地降低算法搜索区域的面积，提高运行效率；
（2）在静态网络的基础上，给节点间的边增加动态变化的属性，即不同的出发时间，得到不同的出行路径规划方案；
（3）通过读入不同时间段的数据，模拟动态交通环境，实现动态路径规划，及时避开拥堵区域，保证及时有效的更新路径。
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