CN110567479A - 一种考虑拥堵中换道的最短路径获取方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种考虑拥堵中换道的最短路获取方法，其步骤包括：1.由实时路况信息得到道路的赋权有向图，用dijkstra算法求出目标两点之间的最短路径，得到此最短路径上的拥堵区间集合；2.引入安全权重，判断拥堵区间的类型，并根据拥堵区间不同的拥堵类型赋予不同的安全权重；3.更新完全部拥堵区间权重后重新利用dijkstra算法求出最短路径，若与上一次更新的最短路径一致则结束。本发明通过考虑车辆在一些拥堵区间中是否需要换道以及换道次数、拥堵区间的道路权重等因素从而能得到一条更加合理化，人性化的最短路径，让驾驶过程更通畅，更安全。

Description

一种考虑拥堵中换道的最短路径获取方法

技术领域

本发明涉及一种导航算法开发领域，特别是涉及一种考虑拥堵中换道的最短路径获取方法。

背景技术

在对路况不熟悉或者路况较为复杂时，人们会使用导航系统以寻找耗费时间最短或者道路状况最为简单的路径。

在现有的技术中，导航设备将会在地图中标注出用户查询地区的道路拥堵状况，并且根据花费的时间最短，走过的路径最短，经过的红绿灯路口最少等不同条件推荐不同路线。

在现有的技术中，导航设备仅支持显示拥堵区间及拥堵范围，在推荐行车路径时往往以是否规避拥堵作为推荐依据。

目前的导航存在以下不足：

推荐路线的依据较为单一，不能体现用户个体的独特性；

将拥堵区间简单划分为畅通、缓行和拥堵三个不同等级，在推荐行车路线时不能根据用户不同的行车路线对道路的拥堵类型以及个人驾驶能力进行进一步的划分。

发明内容

本发明是为了解决上述现有技术存在的不足之处，提出一种考虑拥堵中换道的最短路获取方法，通过考虑车辆在拥堵区间中是否需要换道以及换道次数、拥堵区间的道路权重等因素从而能得到一条更加合理化，人性化的最短路径，让驾驶过程更通畅，更安全。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明一种考虑拥堵中换道的最短路径获取方法的特点是按如下步骤进行：

步骤1、利用实时路况信息得到赋权有向图G＝(V,A)，其中，V表示交叉口集合，且V＝{v₁,v₂,…,v_q,…,v_Q}，v_q表示第q个交叉口，若第q个交叉口v_q有信号灯，则表示第q个交叉口v_q为信号交叉口，否则表示为无信号交叉口，q＝1,2,…,Q，A表示交叉口之间的路段集合，且A＝{a_i,j＝(v_i,v_j)|i,j＝1,2,…,Q}，a_i,j表示第i个交叉口v_i与第j个交叉口v_j之间的路段；令路段a_i,j所对应的权重为w_i,j，且其中，表示路段a_i,j的效率权重；表示路段a_i,j的安全权重，并初始化为0；c为安全权重与效率权重的转换系数；

步骤2、定义当前路径方向是由出发点为第s个交叉口v_s至到达点为第t个交叉口v_t的行驶方向；

定义迭代次数为m，并初始化m＝1；

步骤3、利用迪杰斯特拉dijkstra算法求出第m次迭代下的第s个交叉口v_s和第t个交叉口v_t之间的最短路径集合其中，表示第m次迭代下的最短路径集中第d个交叉口，d＝1,2,…,D；

步骤4、定义最短路径集合的权重为其所有路段的权重之和并利用式(1)得到：

式(1)中，表示第d个交叉口与第d+1个交叉口之间路段的效率权重；表示第d个交叉口与第d+1个交叉口之间路段的安全权重；

步骤5、判断所述最短路径集中的所有路段内是否存在拥堵区间，若存在，则将所有的拥堵区间记为U＝{u₁,u₂,…,u_k,…,u_K}，将所有包含拥堵区间的路段记为O＝{o₁,o₂...,o_l,...,o_L}；其中，u_k表示第k个拥堵区间，o_l表示第l个包含拥堵区间的路段，k＝1,2,…,K，l＝1,2,...,L；并执行步骤6；否则，表示第m次迭代下的最短路径集为最短路径；

步骤6、初始化k＝1；

步骤7、若第k个拥堵区间u_k中包含交叉口集合V中的一个交叉口v^*，且为无信号交叉口，则执行步骤8，否则，表示第k个拥堵区间u_k为孤立拥堵区间；

步骤8、搜寻与交叉口v^*相连的邻接路段，如果其邻接路段中也存在拥堵区间，且所存在的拥堵区间与拥堵区间U中的不同，则执行步骤9；否则，表示第k个拥堵区间u_k为孤立拥堵区间；

步骤9、若邻接路段内的任一拥堵区间的末端点是交叉口v^*，且邻接路段内的车道通行方向和当前路径方向相同，则执行步骤10；否则，表示第k个拥堵区间u_k为孤立拥堵区间；

步骤10、根据最短路径集得到拥堵区间u_k的车道数x和车辆行驶路径的下一个交叉路口v^**，若车辆从拥堵区间右侧进入且在交叉路口v^**需要左拐，或车辆从拥堵区间左侧进入且在交叉路口v^**需要右拐，则表示第k个拥堵区间u_k为耦合拥堵区间；否则，表示第k个拥堵区间u_k为孤立拥堵区间；

步骤11、当第k个拥堵区间u_k为耦合拥堵区间时，利用式(2)计算第m次迭代下通过第k个拥堵区间u_k需要的安全权重

当第k个拥堵区间u_k为孤立拥堵区间时，利用式(3)计算第m次迭代下通过第k个拥堵区间u_k需要的安全权重

式(2)和式(3)中，f为安全系数；

步骤12、利用式(4)计算第m次迭代下包含第k个拥堵区间的第l个路段o_l的权重

式(4)中，为第m次迭代下包含第k个拥堵区间的第l个路段o_l的效率权重；

步骤13、将k+1赋值给k后，判断k＞K是否成立，若成立，则执行步骤14；否则返回步骤7；

步骤14、判断m＝1是否成立，若成立，则将m+1赋值给m后，返回步骤3；否则，执行步骤15；

步骤15；判断第m次迭代下的最短路径集与第m-1次迭代下的最短路径集所包含的各个交叉口是否对应相同，若相同，则表示第m次迭代下的最短路径集为最短路径；否则，将m+1赋值给m后，返回步骤3。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1.目前的导航将拥堵区间简单划分为畅通、缓行和拥堵三个不同等级，对于拥堵并不再细分，而本发明对于拥堵情况进行了进一步的细分，根据每个人不同的具体情况，通过综合考虑是否需要避开拥堵区间、是否需要在拥堵中换道等因素，给予更加合理，更加人性化的最短路径。这样将会大大增强导航在获取最短路径时的准确性，也在很大程度上提高了导航的实际效率。

2.本发明所提出的最短路径获取方法，将每两个节点之间的弧的权重由目前的只考虑效率权重，变为效率权重和安全权重之和。通过引入安全权重让导航在寻找线路时更加准确，也更加人性化。如下内容，如果安全权重趋近于0，则按照仅考虑效率权重的最短路径出行；如果安全权重趋近于无穷大，则所采取的最短路径完全规避了拥堵。

3.本发明通过分析拥堵区间u_k将拥堵区间分为耦合拥堵区间和孤立拥堵区间，然后针对不同的拥堵类型，以换道次数x为自变量得到不同的安全权重且拥堵中换道次数愈多，通过难度愈大，安全权重取值愈大；拥堵中不换道，通过难度小，则安全权重取极小值。最终得到道路权重相比于目前的导航来说，用新增的安全权重来描述拥堵区间，使拥堵区间进一步细化到不同的行车路线，更加准确。

附图说明

图1为本发明方法流程图图；

图2为本发明拥堵区间类别判断流程图图；

图3为本发明实例辅路耦合拥堵区间图；

图4为本发明实例T型路口耦合拥堵区间图；

图5为本发明实例T型路口孤立拥堵区间图。

具体实施方式

本实施例中，一种考虑拥堵中换道的最短路径获取方法引入了安全权重与原本已有的效率权重互为补充，更客观地细分拥堵区间类型，更合理地得到优化的最短路径：

1.由实时路况信息得到道路的赋权有向图，用dijkstra算法求出目标两点之间的最短路径，得到此最短路径上的拥堵区间集合。

2.引入安全权重，判断拥堵区间的类型，并根据拥堵区间不同的拥堵类型赋予不同的安全权重。

3.更新完全部拥堵区间的权重后重新利用dijkstra算法求出最短路径，若与上一次更新的最短路径一致则结束。

本发明具体实施方式如下(方法流程图如图1所示，拥堵区间类别判断流程图如图2所示):

步骤1、利用实时路况信息得到赋权有向图G＝(V,A)，其中，V表示交叉口集合，且V＝{v₁,v₂,…,v_q,…,v_Q}，v_q表示第q个交叉口，若第q个交叉口v_q有信号灯，则表示第q个交叉口v_q为信号交叉口，否则表示为无信号交叉口，q＝1,2,…,Q，A表示交叉口之间的路段集合，且A＝{a_i,j＝(v_i,v_j)|i,j＝1,2,…,Q}，a_i,j表示第i个交叉口v_i与第j个交叉口v_j之间的路段；令路段a_i,j所对应的权重为w_i,j，且其中，表示路段a_i,j的效率权重，考虑推荐路线的交通情况的预计行驶时间，；表示路段a_i,j的安全权重，考虑不同拥堵区间类型中换道对驾驶者行车安全的影响：如在无支路的城市道路主干道的同一行驶方向上的拥堵类型较为简单，驾驶者无需在拥堵中换道，以跟驰的方式即可通过，拥堵区间中安全影响较小；又如城市道路次干道中车辆通过无信号交叉口的拥堵类型较为复杂，若在其中进行多次换道则危险程度变高，发生交通事故的概率变大。初始化为0；即开始时以仅考虑效率权重的方法计算最短路径作为初始化路径。c为安全权重与效率权重的转换系数；

步骤2、定义当前路径方向是由出发点为第s个交叉口v_s至到达点为第t个交叉口v_t的行驶方向；

定义迭代次数为m，并初始化m＝1；

步骤3、利用迪杰斯特拉(dijkstra)算法求出第m次迭代下的第s个交叉口v_s和第t个交叉口v_t之间的最短路径集合其中，表示第m次迭代下的最短路径集中第d个交叉口，d＝1,2,…,D；

步骤4、定义最短路径集合的权重为其所有路段的权重之和并利用式(1)得到：

式(1)中，表示第d个交叉口与第d+1个交叉口之间路段的效率权重；表示第d个交叉口与第d+1个交叉口之间路段的安全权重；该公式为本发明的核心，表示既考虑了效率权重又考虑了安全权重的最短路径计算基准；本发明通过提出现有效率权重之外的安全权重，分析计算在不同类型拥堵区间中换道的道路安全权重，并更新道路权重，使得最终得到的最短路径更符合驾驶者的个性化需求，完善现有导航系统的不足和短板。

步骤5、判断所述最短路径集中的所有路段内是否存在拥堵区间，若存在，则将所有的拥堵区间记为U＝{u₁,u₂,…,u_k,…,u_K}，将所有包含拥堵区间的路段记为O＝{o₁,o₂...,o_l,...,o_L},其中，u_k表示第k个拥堵区间，o_l表示第l个包含拥堵区间的路段，k＝1,2,…,K，l＝1,2,...,L；并执行步骤6；否则，表示第m次迭代下的最短路径集为最短路径；

步骤6、初始化k＝1；

步骤7、若第k个拥堵区间u_k中包含交叉口集合V中的一个交叉口v^*，且为无信号交叉口，则执行步骤8，否则，表示第k个拥堵区间u_k为孤立拥堵区间，此时拥堵区间情况受交通信号设施的管理与控制；

步骤8、搜寻与交叉口v^*相连的邻接路段，如果其邻接路段中也存在拥堵区间，且所存在的拥堵区间与拥堵区间U中的不同，则执行步骤9；否则，表示第k个拥堵区间u_k为孤立拥堵区间；

步骤9、若邻接路段内的任一拥堵区间的末端点是交叉口v^*，且邻接路段内的车道通行方向和当前路径方向相同，则执行步骤10；否则，表示第k个拥堵区间u_k为孤立拥堵区间；

步骤10、根据最短路径集得到拥堵区间u_k的车道数x和车辆行驶路径的下一个交叉路口v^**，若车辆从拥堵区间右侧进入且在交叉路口v^**需要左拐，或车辆从拥堵区间左侧进入且在交叉路口v^**需要右拐，则表示第k个拥堵区间u_k为耦合拥堵区间；否则，表示第k个拥堵区间u_k为孤立拥堵区间；

步骤11、当第k个拥堵区间u_k为耦合拥堵区间时，利用式(2)计算第m次迭代下通过第k个拥堵区间u_k需要的安全权重

当u_k为孤立拥堵区间时，利用式(3)计算第m次迭代下通过第k个拥堵区间u_k需要的安全权重

式(2)和式(3)中，f为安全系数；

步骤12、利用式(4)计算第m次迭代下包含第k个拥堵区间的第l个路段o_l的权重

式(4)中，为第m次迭代下包含第k个拥堵区间的第l个路段o_l的效率权重；

步骤13、将k+1赋值给k后，判断k＞K是否成立，若成立，则执行步骤14；否则返回步骤7；

步骤14、判断m＝1是否成立，若成立，则将m+1赋值给m后，返回步骤3；否则，执行步骤15；

步骤15；判断第m次迭代下的最短路径集与第m-1次迭代下的最短路径集所包含的各个交叉口是否对应相同，若相同，则表示第m次迭代下的最短路径集为最短路径；否则，将m+1赋值给m后，返回步骤3。

如图3所示，行驶车辆由图中最上方辅路经拥堵区间第一车道向第二车道换道，此时行驶车辆可能与拥堵区间内其他车辆发生刮擦，甚至碰撞从而导致交通事故，这是十分考验驾驶者驾驶技术和精力集中与否的拥堵区间情况，特别是对于驾驶经验和信心不足的新手驾驶者而言更加危险和不可预测。

如图4所示，行驶车辆由下方车道经由拥堵区间内第一车道换道到第二车道。此时没有交通信号灯的引导，易使一些驾驶经验和信心不足者在面对复杂的拥堵路况时慌忙抢道，在换道空间不足的情况下强行别入第一或第二车道，使本来行驶在第一车道内的车辆反应不及，造成交通事故；也可能存在，在下方车道内等待换道时机的过分保守的驾驶者一直不敢进行换道的情况，使得其后的车辆停车等待，加重拥堵区间的拥堵。

孤立拥堵区间相比于耦合拥堵区间，车辆通过更为简单。如图5所示，驾驶者行驶车辆由图中最下方车道进入拥堵区间第一车道即可，这种情况下驾驶者无需多次换道，直接驶入最近的第一车道即可，也就降低了在拥堵区间中换道的难度，从而减少与其他车辆发生交通事故的可能性，有利于行车安全。

Claims (1)

1.一种考虑拥堵中换道的最短路径获取方法，其特征是按如下步骤进行：

步骤1、利用实时路况信息得到赋权有向图G＝(V,A)，其中，V表示交叉口集合，且V＝{v₁,v₂,…,v_q,…,v_Q}，v_q表示第q个交叉口，若第q个交叉口v_q有信号灯，则表示第q个交叉口v_q为信号交叉口，否则表示为无信号交叉口，q＝1,2,…,Q，A表示交叉口之间的路段集合，且A＝{a_i,j＝(v_i,v_j)|i,j＝1,2,…,Q}，a_i,j表示第i个交叉口v_i与第j个交叉口v_j之间的路段；令路段a_i,j所对应的权重为w_i,j，且其中，表示路段a_i,j的效率权重；表示路段a_i,j的安全权重，并初始化为0；c为安全权重与效率权重的转换系数；

步骤2、定义当前路径方向是由出发点为第s个交叉口v_s至到达点为第t个交叉口v_t的行驶方向；

定义迭代次数为m，并初始化m＝1；

步骤3、利用迪杰斯特拉dijkstra算法求出第m次迭代下的第s个交叉口v_s和第t个交叉口v_t之间的最短路径集合其中，表示第m次迭代下的最短路径集中第d个交叉口，d＝1,2,…,D；

步骤4、定义最短路径集合的权重为其所有路段的权重之和并利用式(1)得到：

式(1)中，表示第d个交叉口与第d+1个交叉口之间路段的效率权重；表示第d个交叉口与第d+1个交叉口之间路段的安全权重；

步骤5、判断所述最短路径集中的所有路段内是否存在拥堵区间，若存在，则将所有的拥堵区间记为U＝{u₁,u₂,…,u_k,…,u_K}，将所有包含拥堵区间的路段记为O＝{o₁,o₂…,o_l,…,o_L}；其中，u_k表示第k个拥堵区间，o_l表示第l个包含拥堵区间的路段，k＝1,2,…,K，l＝1,2,...,L；并执行步骤6；否则，表示第m次迭代下的最短路径集为最短路径；

步骤6、初始化k＝1；

步骤7、若第k个拥堵区间u_k中包含交叉口集合V中的一个交叉口v^*，且为无信号交叉口，则执行步骤8，否则，表示第k个拥堵区间u_k为孤立拥堵区间；

步骤8、搜寻与交叉口v^*相连的邻接路段，如果其邻接路段中也存在拥堵区间，且所存在的拥堵区间与拥堵区间U中的不同，则执行步骤9；否则，表示第k个拥堵区间u_k为孤立拥堵区间；

步骤9、若邻接路段内的任一拥堵区间的末端点是交叉口v^*，且邻接路段内的车道通行方向和当前路径方向相同，则执行步骤10；否则，表示第k个拥堵区间u_k为孤立拥堵区间；

步骤10、根据最短路径集得到拥堵区间u_k的车道数x和车辆行驶路径的下一个交叉路口v^**，若车辆从拥堵区间右侧进入且在交叉路口v^**需要左拐，或车辆从拥堵区间左侧进入且在交叉路口v^**需要右拐，则表示第k个拥堵区间u_k为耦合拥堵区间；否则，表示第k个拥堵区间u_k为孤立拥堵区间；

步骤11、当第k个拥堵区间u_k为耦合拥堵区间时，利用式(2)计算第m次迭代下通过第k个拥堵区间u_k需要的安全权重

当第k个拥堵区间u_k为孤立拥堵区间时，利用式(3)计算第m次迭代下通过第k个拥堵区间u_k需要的安全权重

式(2)和式(3)中，f为安全系数；

步骤12、利用式(4)计算第m次迭代下包含第k个拥堵区间的第l个路段o_l的权重

式(4)中，为第m次迭代下包含第k个拥堵区间的第l个路段o_l的效率权重；

步骤13、将k+1赋值给k后，判断k＞K是否成立，若成立，则执行步骤14；否则返回步骤7；

步骤14、判断m＝1是否成立，若成立，则将m+1赋值给m后，返回步骤3；否则，执行步骤15；

步骤15；判断第m次迭代下的最短路径集与第m-1次迭代下的最短路径集所包含的各个交叉口是否对应相同，若相同，则表示第m次迭代下的最短路径集为最短路径；否则，将m+1赋值给m后，返回步骤3。