CN112289062B - 一种基于绿灯时刻图的车辆行驶路径动态导航方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于绿灯时刻图的车辆行驶路径动态导航方法，其可以减少路遇红灯的停车次数和行驶延误，有效提高出行导航的可靠性和稳定性。本发明技术方案中，基于路径上各个灯控路口的绿灯起止时间、灯控路口之间的空间距离，获得每一条所述可行路径的最终到达时间、停车次数，进而基于每一条可行路径的路径长度、最终到达时间、停车次数，建立路径评估指数，获取最佳候选路径；确保待导航车辆能够兼顾最短路径的基础上，使用最短的驾驶时间，最小的能耗达到目的地。

Description

一种基于绿灯时刻图的车辆行驶路径动态导航方法
技术领域
本发明涉及智能交通控制技术领域，具体为一种基于绿灯时刻图的车辆行驶路径动态导航方法。
背景技术
传统的路经导航方法通常只考虑距离、时间和路况等因素，而忽略了信号灯控制的影响，只能计算得出无管控状态下的相对较优路径；而用户基于这样的导航结果进行驾驶的时候，经常受阻于路口的信号灯控制，从驾驶时间和能耗的角度来说，并非真的最优导航结果。
发明内容
为了解决现有的导航方法没有考虑信号灯影响的因素，导致导航结果并非最优结果的问题，本发明提供一种基于绿灯时刻图的车辆行驶路径动态导航方法，其可以减少路遇红灯的停车次数和行驶延误，有效提高出行导航的可靠性和稳定性。
本发明的技术方案是这样的：一种基于绿灯时刻图的车辆行驶路径动态导航方法，其特征在于，其包括以下步骤：
S1：根据待导航车辆的起点和终点，搜索所有可行路径；
S2：针对每一条所述可行路径，获取路径上各个灯控路口的绿灯起止时间，以及每一条所述可行路径的路径长度、所述灯控路口之间的距离；
S3：针对每一条所述可行路径，结合所述灯控路口之间的空间距离，计算所述待导航车辆达到每个所述灯控路口的到达时间，建立绿灯时刻图；获得每一条所述可行路径的最终到达时间、停车次数；
S4：基于每一条所述可行路径的所述路径长度、所述最终到达时间、所述停车次数，建立路径评估指数；
S5：将所有的所述可行路径按照其对应的所述评估指数进行排序，找到所述评估指数最大的路径，即为最佳候选路径；
S6：基于所述待导航车辆当下所在地点，以及下一个所述灯控路口的信号时间，计算在所述最佳候选路径上的所述待导航车辆的引导速度；
所述待导航车辆按照所述引导速度行驶，可确保在行车安全条件下以最快时间到达终点，且停车次数最少。
其进一步特征在于：
其还包括以下步骤：
S7：在所述待导航车辆离开第i个所述灯控路口时，比较实际的离开时间，与在步骤S3中计算得到的所述待导航车辆达到每个路所述灯控路口的到达时间；
如果该路口的所述离开时间与所述达到时间差值大过偏差允许范围，则：
将第i+1个所述灯控路口设置为所述起点，所述终点不变；
再次执行步骤S1～S5，重新获得所述最佳候选路径；
步骤S1中，基于A*算法计算起点SP和终点EP之间的所有的所述可行路径P1,P2,...,Pn，以及对应的路径长度L1,L2,...,Ln的过程包括以下步骤：
a1：初始化一个开启列表OpenList；将所述起点放入所述开启列表OpenList中；
a2：将所述起点设置为探测点；
a3：找到所述探测点周围相邻的灯控路口，记做相邻灯控路口，并把所述探测点设置为所有的所述相邻灯控路口的父节点；
验证所述探测点到所述相邻灯控路口的通达性；
如果，所述探测点与所述相邻灯控路口之间存在物理上未连通或连通路径有交通管制无法通行，则将其剔除；
否则将所述相邻灯控路口加入到所述开启列表OpenList中；
a4：从所述开启列表OpenList中删除所述探测点；
将所述探测点加入到关闭列表CloseList中；
a5：从所述开启列表OpenList中取出一个所述灯控路口作为探测点；
循环执行步骤a3～a5，直至所述开启列表OpenList中数据为空，或者所述终点被键入到所述开启列表OpenList中；
a6：提取所有路径；
从所述终点开始逐层提取父节点Cm,Cm-1,...,C2,C1，所有这些节点组成了路径P：
P＝{SP,C1,C2,...,Cm,EP}
SP为起点，EP为终点；m为所述路径p中的灯控路口对应的节点个数；
其中，相邻节点之间的距离Di计算公式如下：
Figure GDA0003219054420000021
路径长度L计算如下：
Figure GDA0003219054420000022
步骤S2中，S2：针对每一条所述可行路径，获取路径上各个灯控路口的绿灯起止时间，其包括以下步骤：
b1：基于信号控制系统，接入所述可行路径P1,P2,...,Pn中的每个所述灯控路口，获取车道配置参数、实时运行信息；
所述实时运行信息包括：信号周期、阶段、相位灯态；
所述车道配置参数包括：车道、信号相位、信号阶段、配时方案；
b2：确定所述待导航车辆在每一个所述灯控路口的交通流向；
b3：根据所述交通流向，结合所述灯控路口的所述车道配置参数中进口车道所在的方向及转向，匹配出车辆导航进入此路口的车道；
b4：根据所述车道配置参数中的信号相位中配置的放行车道列表，搜索出所述待导航车辆在此路口通行所对应的信号相位；
b5：根据所述车道配置参数中信号阶段参数的放行相位列表和阶段时长，查找出所述待导航车辆在此路口通行所对应的信号阶段及绿灯时长G1,G2,...,Gm，其中m为所述路径P中的灯控路口对应的节点个数；
b6：根据所述车道配置参数中配时方案中的周期长度、放行阶段列表、所述实时运行信息，计算出该路口中所述待导航车辆对应的交通流向的绿灯启亮及结束时间；
步骤S3中，构建所述绿灯时刻图包括以下步骤：
c1：基于所述路径P的情况，设置所述待导航车辆在所述路径P中的行驶最大速度Vmax、最小速度Vmin；
c2：基于所述路径P中相邻的所述灯控路口之间的空间距离，计算获得在所述路径P上，所述待导航车辆到达每一个所述灯控路口的到达时间T1,T2,...,Tm；
c3：构建所述绿灯时刻图；
所述绿灯时刻图的纵坐标为所述路径P上单位为空间距离，横坐标为时间；
将每一个所述路径P上每一个父节点C1,C2,...,Cm-1,Cm对应的绿灯时长G1,G2,...,Gm，按照信号阶段的时间顺序以平行于横坐标的形式标记在图中；
设：在所述路径P上，所述待导航车辆以最大速度Vmax行驶，每个路口对应的所述到达时间为Tmin；
以最小速度Vmin行驶，每个路口对应的所述到达时间为Tmax；
以平均速度Vi行驶，每个路口对应的所述到达时间为Ti；其中，Vi表示从第i个路口出发直到从第i+1个路口车辆开始驶离，这一个完整时间段内车辆的平均速度；
按照行驶顺序，将所述待导航车辆到达每一个父节点C1,C2,...,Cm-1,Cm的上相应的信号阶段时，花费的所述到达时间Tmax、Tmin，分别画出折线，即得到所述绿灯时刻图；
步骤S3中，获得每一条所述可行路径的最终到达时间、停车次数的方法包括以下步骤：
d1：设：在所述路径P上，所述待导航车辆以最大速度Vmax行驶，每个路口对应的所述到达时间为Tmin；
Vi为平均速度，Vi≤Vmax；当Vi≤Vmin发生时，表示该路口出现了停车；
计算所述待导航车辆自导航开始时间T0后的第i个路口的绿灯开始时间TSi：
TSi＝mod[(Offseti+BeforeTimei-T0),Ci]+Ti-1-mod[Ti-1,Ci]
式中：Ci为所述灯控路口的信号周期时长，Offseti为周期开始时间，BeforeTimei为此信号阶段前的所有阶段时长，Ti-1为所述待导航车辆到达第i-1个所述灯控路口的到达时间；
d2：计算所述待导航车辆自导航开始时间T0后的第i个路口的绿灯结束时间TEi：
TEi＝TSi+Gi
其中，Gi为绿灯信号的阶段时长；
d3：计算所述待导航车辆到达第i个路口的时间区间Ri＝[Tmini,Tmaxi]：
Tmini＝Ti-1+Di/Vmax
Tmaxi＝Ti-1+Di/Vmin
式中，Di为第i-1个灯控路口到第i个灯控路口的空间距离；
d4：计算所述待导航车辆到达第i个路口的时间Ti：
Figure GDA0003219054420000041
设路径Pj上共有m个所述灯控路口，则路径Pj的最终到达时间PTj为其终点的所述灯控路口的车辆驶出时间；
d5：计算第j条路径Pj的总路口停车次数PPj；
获取所述待导航车辆途径Pj上所有灯控路口时的时间区间Ri，以及Pj上所有灯控路口的绿灯时间区间GRi；
确认Ri和GRi是否有交集；
如果Ri∩GRi＝φ，则在第i个灯控路口所述待导航车辆发生了停车；
PPj次数加一；
其中，第i个灯控路口的绿灯的时间区间GRi为[TSi,TEi]，所述待导航车辆到达第i个灯控路口的时间区间Ri＝[Tmini,Tmaxi]；
设路径Pj上共有m个所述灯控路口，对每一个所述灯控路口计算一次，即可得到路径Pj的总路口停车次数PPj最终值；
步骤S4中的所述路径评估指数，计算方法如下：
第j条路径Pj的所述路径评估指数为PIj，则有：
Figure GDA0003219054420000042
式中，w为评估权重，根据高峰、平峰、低谷时段选取不同权值；Lj为第j条路径的长度；Lmin为所有路径的最小长度；PTj第j条路径最终到达用时；PPj第j条路径的停车次数；PPmin为所有路径的最少停车次数；k为单次停车等效时间损耗系数；
步骤S6中的所述引导速度行驶计算方法如下：
设所述待导航车辆通往第i个所述灯控路口，其对应的所述引导速度为VSi：
VSi＝max(Vmin,Vi-1)
其中，Ti为所述待导航车辆离开第i个所述灯控路口的理论离开时间；Vi为在
Figure GDA0003219054420000051
路段上的平均车速；
Vi-1＝Di/(Ti-Ti-1)。
本发明提供的一种基于绿灯时刻图的车辆行驶路径动态导航方法，基于路径上各个灯控路口的绿灯起止时间、灯控路口之间的空间距离，获得每一条所述可行路径的最终到达时间、停车次数，进而基于每一条可行路径的路径长度、最终到达时间、停车次数，建立路径评估指数，获取最佳候选路径；本发明技术方案选取最佳导航路径的过程中，充分的结合信号灯的控制信息，获取的是信号管控条件下的最优路径，确保待导航车辆能够兼顾最短路径的基础上，使用最短的驾驶时间，最小的能耗达到目的地；同时，在行车过程中，提供车辆导航速度引导，确保车辆到达每个信号灯控路口不停车或停车时间最短，进一步减少停车次数和行驶延误，进一步减少停车造成的能耗损失；即便车辆在驾驶过程中发生意外，导致偏离之前的计算结果，本发明技术方案，也可以通过比较比较实际的离开时间和到达时间，偏差过大则会进行重新计算，确保即便发生了意外，待导航车辆也能用最少的时间和能耗达到目的地。
附图说明
图1为本发明中绿灯时刻图的示意图；
图2为实施例的路网示意图；
图3为实施例的绿灯时刻图的示例。
具体实施方式
本发明一种基于绿灯时刻图的车辆行驶路径动态导航方法，其特征在于，其包括以下步骤。
S1：根据待导航车辆的起点和终点，搜索所有可行路径；本发明技术方案中基于A*算法计算所有可能的可行路径，与其他算法相比A*算法具备更好的搜索效率，能够确保本法技术方案的计算效率更高；
基于A*算法计算起点SP和终点EP之间的所有的可行路径P1,P2,...,Pn，以及对应的路径长度L1,L2,...,Ln的过程包括以下步骤：
a1：初始化一个开启列表OpenList；将起点放入开启列表OpenList中；
a2：将起点设置为探测点；
a3：找到探测点周围相邻的灯控路口，记做相邻灯控路口，并把探测点设置为所有的相邻灯控路口的父节点；
验证探测点到相邻灯控路口的通达性；
如果，探测点与相邻灯控路口之间存在物理上未连通或连通路径有交通管制无法通行，则将其剔除；
否则将相邻灯控路口加入到开启列表OpenList中；
a4：从开启列表OpenList中删除探测点；
将探测点加入到关闭列表CloseList中；
a5：从开启列表OpenList中取出一个灯控路口作为探测点；
循环执行步骤a3～a5，直至开启列表OpenList中数据为空，或者终点被键入到开启列表OpenList中；
a6：提取所有路径；
从终点开始逐层提取父节点Cm,Cm-1,...,C2,C1，所有这些节点组成了路径P：
P＝{SP,C1,C2,...,Cm,EP}
SP为起点，EP为终点；m为路径p中的灯控路口对应的节点个数；
其中，相邻节点之间的距离Di计算公式如下：
Figure GDA0003219054420000061
路径长度L计算如下：
Figure GDA0003219054420000062
如图2所示，为实施例的路网示意图；利用A*算法搜索出导航起点和终点之间所有的可行路径共有3条，具体如下表1所示：
表1：可行路径列表
编号 路径 长度(m)
1 SP→A→B→C→F→EP 700
2 SP→A→B→E→F→EP 740
3 SP→A→D→E→F→EP 710
S2：针对每一条可行路径，获取路径上各个灯控路口的绿灯起止时间，以及每一条可行路径的路径长度、灯控路口之间的距离；
针对每一条可行路径，获取路径上各个灯控路口的绿灯起止时间，其包括以下步骤：
b1：基于信号控制系统，接入可行路径P1,P2,...,Pn中的每个灯控路口，获取车道配置参数、实时运行信息；
实时运行信息包括：信号周期、阶段、相位灯态；
车道配置参数包括：车道、信号相位、信号阶段、配时方案；
b2：确定待导航车辆在每一个灯控路口的交通流向，如：北直行，南左转等；
b3：根据交通流向，结合灯控路口的车道配置参数中进口车道所在的方向及转向，匹配出车辆导航进入此路口的车道；
b4：根据车道配置参数中的信号相位中配置的放行车道列表，搜索出待导航车辆在此路口通行所对应的信号相位；
b5：根据车道配置参数中信号阶段参数的放行相位列表和阶段时长，查找出待导航车辆在此路口通行所对应的信号阶段及绿灯时长G1,G2,...,Gm，其中m为路径P中的灯控路口对应的节点个数；
b6：根据车道配置参数中配时方案中的周期长度、放行阶段列表、实时运行信息，计算出该路口中待导航车辆对应的交通流向的绿灯启亮及结束时间；
充分考虑可行路径上的灯控路口的实时运行信息以及相关道路的车道配置参数对于车辆行驶的影响，再次基础之上进行后续计算，确保本发明技术方案的可实施性。
S3：针对每一条可行路径，结合灯控路口之间的空间距离，计算待导航车辆达到每个灯控路口的到达时间，建立绿灯时刻图；获得每一条可行路径的最终到达时间、停车次数；
构建绿灯时刻图包括以下步骤：
c1：基于路径P的情况，设置待导航车辆在路径P中的行驶最大速度Vmax、最小速度Vmin；实际实施过程中，每条路径上的Vmax和Vmin的设置需要综合道路通行条件、限速措施及交通安全因素进行；本实施例中，Vmax＝80km/h，Vmin＝20km/h；
c2：基于路径P中相邻的灯控路口之间的空间距离，计算获得在路径P上，待导航车辆到达每一个灯控路口的到达时间T1,T2,...,Tm；
c3：构建绿灯时刻图；
如图1所示，针对每一个路径P都建立一个绿灯时刻图；绿灯时刻图的纵坐标为路径P上单位为空间距离，横坐标为时间；纵坐标原点为起点SP，横坐标原点为从起点离开的时间T0；
将每一个路径P上每一个父节点C1,C2,...,Cm-1,Cm对应的绿灯时长G1,G2,...,Gm，按照信号阶段的时间顺序以平行于横坐标的形式标记在图中；
设：在路径P上，待导航车辆以最大速度Vmax行驶，每个路口对应的到达时间为Tmin；
以最小速度Vmin行驶，每个路口对应的到达时间为Tmax；
以平均速度Vi行驶，Vi表示从第i个路口出发直到从第i+1个路口车辆开始驶离，这一个完整时间段内车辆的平均速度的计算值；
参照图1，其中待导航车辆按照最小速度Vmin行驶到达路口的时刻为Tmax，达到后需要等待路口该方向绿灯开始之后，才能继续行驶，设路口该方向绿灯开始时刻为TS，则待导航车辆的停车时间为TG，TG为Tmax与TS时间差长度：TG＝TS-Tmax；
而平均速度Vi的计算中包含的时间，即包括待导航车辆在第i个路口出发到从第i+1个路口的驾驶时间，也包括在第i个路口出发到从第i+1个路口之间的停车时间，即：在第i个路口出发直到从第i+1个路口车辆开始驶离这个时间段内，计算待导航车辆的平均速度；通过这种方式计算的平均速度Vi更符合在现实生活中平均速度所表达的含义，确保本发明技术方案更具有实用性；
按照行驶顺序，将待导航车辆到达每一个父节点C1,C2,...,Cm-1,Cm的上相应的信号阶段时，花费的到达时间Tmax、Tmin，分别画出折线，即得到绿灯时刻图；
通过绿灯时刻图将每条路径P上的灯控路口的空间距离、路口上的信号阶段、信号周期、绿灯启亮及结束时间、待导航车辆的行驶速度、每个灯控路口的到达时间、待导航车辆的行驶时间这些多维信息结合在一起，图形化的显示给用户；简化了计算过程，提高了效率，确保本发明技术方案更多的考虑了道路中灯控路口的信号灯的相关因素，提高了本发明技术方案的实用性。
如图3所示，为本实施例中针对表1中的路径1建立的绿灯时刻图；
路径1为：SP→A(直行)→B(直行)→C(左转)→F(直行)→EP，标记在纵坐标上，横坐标的时间点为每个灯控路口的到达时间；按照行驶顺序，将待导航车辆以速度Vmin、Vmax行驶，到达每一个父节点所花费的时间折线标记在图中，得到路径1的绿灯启亮时刻图；
根据图3的绿灯时刻图，可知终点路口的到达时间为104s，行驶过程中停车次数为2；采用同样方法获得路径2的到达时间为110s，停车次数为1，路径3的到达时间为118s，停车次数为2。
获得每一条可行路径的最终到达时间、停车次数的方法包括以下步骤：
d1：设：在路径P上，待导航车辆以最大速度Vmax行驶，每个路口对应的到达时间为Tmin；；
Vi为平均速度，Vi≤Vmax；当Vi≤Vmin发生时，表示该路口出现了停车；
计算待导航车辆自导航开始时间T0后的第i个路口的绿灯开始时间TSi：
TSi＝mod[(Offseti+BeforeTimei-T0),Ci]+Ti-1-mod[Ti-1,Ci]
式中：Ci为灯控路口的信号周期时长，Offseti为周期开始时间，BeforeTimei为此信号阶段前的所有阶段时长，Ti-1为待导航车辆到达第i-1个灯控路口的到达时间；
d2：计算待导航车辆自导航开始时间T0后的第i个路口的绿灯结束时间TEi：
TEi＝TSi+Gi
其中，Gi为绿灯信号的阶段时长；
d3：计算待导航车辆到达第i个路口的时间区间Ri＝[Tmini,Tmaxi]：
Tmini＝Ti-1+Di/Vmax
Tmaxi＝Ti-1+Di/Vmin；
d4：计算待导航车辆到达第i个路口的时间Ti：
Figure GDA0003219054420000091
设路径Pj上共有m个灯控路口，T0导航开始时间，通过m次计算，即可得到Tm即终点路口车辆驶出时间，则路径Pj的最终到达时间PTj为其终点的灯控路口的车辆驶出时间；
d5：计算第j条路径Pj的总路口停车次数PPj；
获取待导航车辆途径Pj上所有灯控路口时的时间区间Ri，以及Pj上所有灯控路口的绿灯的时间区间GRi；
确认Ri和GRi是否有交集；
如果Ri∩GRi＝φ，待导航车辆途径路过灯控路口的时间区间Ri与该灯控路口的绿灯的时间区间GRi没有交集，表示待导航车辆在到达该灯控路口之前发生了停车，即，在第i个灯控路口待导航车辆发生了停车；
PPj次数加一；
其中，第i个灯控路口的绿灯的时间区间GRi为[TSi,TEi]，待导航车辆到达第i个灯控路口的时间区间Ri＝[Tmini,Tmaxi]；
设路径Pj上共有m个灯控路口，对每一个灯控路口计算一次，即可得到路径Pj的总路口停车次数PPj最终值。
S4：基于每一条可行路径的路径长度、最终到达时间、停车次数，建立路径评估指数；
路径评估指数，计算方法如下：
第j条路径Pj的路径评估指数为PIj，则有：
Figure GDA0003219054420000092
式中，w为评估权重，根据高峰、平峰、低谷时段选取不同权值；Lj为第j条路径的长度；Lmin为所有路径的最小长度；PTj第j条路径最终到达用时；PPj第j条路径的停车次数；PPmin为所有路径的最少停车次数；k为单次停车等效时间损耗系数；
本实施例中，w取值为：高峰取0.4，平峰取0.5，低谷取0.6；k取值为10秒/次。
S5：将所有的可行路径按照其对应的评估指数进行排序，找到评估指数最大的路径，即为最佳候选路径；
路径评估指数值越大则路径越优；即，将所有的路径的都通过路径评估指数进行计算考核，定量的判断出最优路径；同时，根据路径评估指数的计算公式可知，路径评估指数包括路径和停车/停车损耗两部分内容，通过评估权重w的设置，确保路径评估指数同时综合考虑了两部分因素的影响，即通过路径评估指数值得出的最优路径，即为综合考虑了路径最短、停车损耗最小的最优路径。
基于表1数据的实施例中，w取值为0.5时，计算出各条路径的路径评估指数，得到下表2所示结果：
根据表2中的评估指数，可知路径1的路径评估指数最高，即本实施例中，最优路径为路径1；
表2：各条路径的路径评估指数
路径 长度(m) 到达时间 停车次数 评估指数
SP→A→B→C→F→EP 700 104 2 0.960
SP→A→B→E→F→EP 740 110 1 0.947
SP→A→D→E→F→EP 710 118 2 0.906
S6：基于待导航车辆当下所在地点，以及下一个灯控路口的信号时间，计算在最佳候选路径上的待导航车辆的引导速度；
待导航车辆按照引导速度行驶，可确保在行车安全条件下以最快时间到达终点，且停车次数最少；
步骤S6中的引导速度行驶计算方法如下：
设待导航车辆通往第i个灯控路口，其对应的引导速度为VSi：
VSi＝max(Vmin,Vi-1)
其中，Ti为待导航车辆离开第i个灯控路口的理论离开时间；Vi-1为在
Figure GDA0003219054420000101
路段上的平均车速；
Vi-1＝Di/(Ti-Ti-1)。
基于表2的数据，路径1为最优路径，基于图3的绿灯时刻图对路径1中各个路段计算引导速度，具体如下表3所示：
表3：路径1各路段引导速度
路段 引导速度(km/h)
SP→A 22
A→B 20
B→C 20
C→F 80
待导航车辆在基于引导速度进行驾驶，确保会在各个灯控路口的绿灯时段内通过路口，减低了停车次数，进一步的降低了待导航车辆的停车损耗。
S7：导航过程中，在待导航车辆离开第i个灯控路口时，比较实际的离开时间，与在步骤S3中计算得到的待导航车辆达到每个路灯控路口的到达时间；
如果该路口的离开时间与达到时间差值大过偏差允许范围，则：
将第i+1个灯控路口设置为起点，终点不变；
再次执行步骤S1～S5，获得最佳候选路径；
步骤S7为本发明技术方案的自动纠错机制，即便因为路况、意外导致待导航车辆无法按照预设的导航路径、行驶时间通过本路口，会在通过本路口之后，从新计算，确保待导航车辆在通过下一个路口之后能够同时兼顾最短路径和最小停车损耗。
本发明的技术方案利用A*算法搜索出导航起点和终点之间所有可行路径，根据城市交通信号控制系统的信号配时参数及信号阶段、相位灯态等实时运行信息，获取所有路径上的各个信号灯控路口的绿灯启止时间，结合路口之间的空间距离，建立路径相关的绿灯时刻图，综合路径长度、到达时间及停车次数，建立路径评估指数，选取评估指数最大的路径作为候选路径，通过动态速度引导，确保车辆通过路径上的各个灯控路口停车次数最少，减少因信号灯控制造成的车辆延误和停车造成的能耗损失，提高车辆导航的效率和可靠性。

Claims (7)

1.一种基于绿灯时刻图的车辆行驶路径动态导航方法，其特征在于，其包括以下步骤：
S1：根据待导航车辆的起点和终点，搜索所有可行路径；
S2：针对每一条所述可行路径，获取路径上各个灯控路口的绿灯起止时间，以及每一条所述可行路径的路径长度、所述灯控路口之间的距离；
S3：针对每一条所述可行路径，结合所述灯控路口之间的空间距离，计算所述待导航车辆达到每个所述灯控路口的到达时间，建立绿灯时刻图；获得每一条所述可行路径的最终到达时间、停车次数；
S4：基于每一条所述可行路径的所述路径长度、所述最终到达时间、所述停车次数，建立路径评估指数；
S5：将所有的所述可行路径按照其对应的所述评估指数进行排序，找到所述评估指数最大的路径，即为最佳候选路径；
S6：基于所述待导航车辆当下所在地点，以及下一个所述灯控路口的信号时间，计算在所述最佳候选路径上的所述待导航车辆的引导速度；
所述待导航车辆按照所述引导速度行驶，可确保在行车安全条件下以最快时间到达终点，且停车次数最少；
步骤S2中，针对每一条所述可行路径，获取路径上各个灯控路口的绿灯起止时间，其包括以下步骤：
b1：基于信号控制系统，接入所述可行路径P1,P2,...,Pn中的每个所述灯控路口，获取车道配置参数、实时运行信息；
所述实时运行信息包括：信号周期、阶段、相位灯态；
所述车道配置参数包括：车道、信号相位、信号阶段、配时方案；
b2：确定所述待导航车辆在每一个所述灯控路口的交通流向；
b3：根据所述交通流向，结合所述灯控路口的所述车道配置参数中进口车道所在的方向及转向，匹配出车辆导航进入此路口的车道；
b4：根据所述车道配置参数中的信号相位中配置的放行车道列表，搜索出所述待导航车辆在此路口通行所对应的信号相位；
b5：根据所述车道配置参数中信号阶段参数的放行相位列表和阶段时长，查找出所述待导航车辆在此路口通行所对应的信号阶段及绿灯时长G1,G2,...,Gm，其中m为所述路径P中的灯控路口对应的节点个数；
b6：根据所述车道配置参数中配时方案中的周期长度、放行阶段列表、所述实时运行信息，计算出该路口中所述待导航车辆对应的交通流向的绿灯启亮及结束时间。
2.根据权利要求1所述一种基于绿灯时刻图的车辆行驶路径动态导航方法，其特征在于：其还包括以下步骤：
S7：在所述待导航车辆离开第i个所述灯控路口时，比较实际的离开时间，与在步骤S3中计算得到的所述待导航车辆达到每个路所述灯控路口的到达时间；
如果该路口的所述离开时间与所述达到时间差值大过偏差允许范围，则：
将第i+1个所述灯控路口设置为所述起点，所述终点不变；
再次执行步骤S1～S5，重新获得所述最佳候选路径。
3.根据权利要求1所述一种基于绿灯时刻图的车辆行驶路径动态导航方法，其特征在于：步骤S1中，基于A*算法计算起点SP和终点EP之间的所有的所述可行路径P1,P2,...,Pn，以及对应的路径长度L1,L2,...,Ln的过程包括以下步骤：
a1：初始化一个开启列表OpenList；将所述起点放入所述开启列表OpenList中；
a2：将所述起点设置为探测点；
a3：找到所述探测点周围相邻的灯控路口，记做相邻灯控路口，并把所述探测点设置为所有的所述相邻灯控路口的父节点；
验证所述探测点到所述相邻灯控路口的通达性；
如果，所述探测点与所述相邻灯控路口之间存在物理上未连通或连通路径有交通管制无法通行，则将其剔除；
否则将所述相邻灯控路口加入到所述开启列表OpenList中；
a4：从所述开启列表OpenList中删除所述探测点；
将所述探测点加入到关闭列表CloseList中；
a5：从所述开启列表OpenList中取出一个所述灯控路口作为探测点；
循环执行步骤a3～a5，直至所述开启列表OpenList中数据为空，或者所述终点被键入到所述开启列表OpenList中；
a6：提取所有路径；
从所述终点开始逐层提取父节点Cm,Cm-1,...,C2,C1，所有这些节点组成了路径P：
P＝{SP,C1,C2,...,Cm,EP}
SP为起点，EP为终点；m为所述路径p中的灯控路口对应的节点个数；
其中，相邻节点之间的距离Di计算公式如下：
Figure FDA0003219054410000021
路径长度L计算如下：
Figure FDA0003219054410000022
4.根据权利要求3所述一种基于绿灯时刻图的车辆行驶路径动态导航方法，其特征在于：步骤S3中，构建所述绿灯时刻图包括以下步骤：
c1：基于所述路径P的情况，设置所述待导航车辆在所述路径P中的行驶最大速度Vmax、最小速度Vmin；
c2：基于所述路径P中相邻的所述灯控路口之间的空间距离，计算获得在所述路径P上，所述待导航车辆到达每一个所述灯控路口的到达时间T1,T2,...,Tm；
c3：构建所述绿灯时刻图；
所述绿灯时刻图的纵坐标为所述路径P上单位为空间距离，横坐标为时间；
将每一个所述路径P上每一个父节点C1,C2,...,Cm-1,Cm对应的绿灯时长G1,G2,...,Gm，按照信号阶段的时间顺序以平行于横坐标的形式标记在图中；
设：在所述路径P上，所述待导航车辆以最大速度Vmax行驶，每个路口对应的所述到达时间为Tmin；
以最小速度Vmin行驶，每个路口对应的所述到达时间为Tmax；
以平均速度Vi行驶，每个路口对应的所述到达时间为Ti；其中，Vi表示从第i个路口出发直到从第i+1个路口车辆开始驶离，这一个完整时间段内车辆的平均速度；
按照行驶顺序，将所述待导航车辆到达每一个父节点C1,C2,...,Cm-1,Cm的上相应的信号阶段时，花费的所述到达时间Tmax、Tmin，分别画出折线，即得到所述绿灯时刻图。
5.根据权利要求4所述一种基于绿灯时刻图的车辆行驶路径动态导航方法，其特征在于：步骤S3中，获得每一条所述可行路径的最终到达时间、停车次数的方法包括以下步骤：
d1：设：在所述路径P上，所述待导航车辆以最大速度Vmax行驶，每个路口对应的所述到达时间为Tmin；
Vi为平均速度，Vi≤Vmax；当Vi≤Vmin发生时，表示该路口出现了停车；
计算所述待导航车辆自导航开始时间T0后的第i个路口的绿灯开始时间TSi：
TSi＝mod[(Offseti+BeforeTimei-T0),Ci]+Ti-1-mod[Ti-1,Ci]
式中：Ci为所述灯控路口的信号周期时长，Offseti为周期开始时间，BeforeTimei为此信号阶段前的所有阶段时长，Ti-1为所述待导航车辆到达第i-1个所述灯控路口的到达时间；
d2：计算所述待导航车辆自导航开始时间T0后的第i个路口的绿灯结束时间TEi：
TEi＝TSi+Gi
其中，Gi为绿灯信号的阶段时长；
d3：计算所述待导航车辆到达第i个路口的时间区间Ri＝[Tmini,Tmaxi]：
Tmini＝Ti-1+Di/Vmax
Tmaxi＝Ti-1+Di/Vmin
式中，Di为第i-1个灯控路口到第i个灯控路口的空间距离；
d4：计算所述待导航车辆到达第i个路口的时间Ti：
Figure FDA0003219054410000031
设路径Pj上共有m个所述灯控路口，则路径Pj的最终到达时间PTj为其终点的所述灯控路口的车辆驶出时间；
d5：计算第j条路径Pj的总路口停车次数PPj；
获取所述待导航车辆途径Pj上所有灯控路口时的时间区间Ri，以及Pj上所有灯控路口的绿灯时间区间GRi；
确认Ri和GRi是否有交集；
如果Ri∩GRi＝φ，则在第i个灯控路口所述待导航车辆发生了停车；
PPj次数加一；
其中，第i个灯控路口的绿灯的时间区间GRi为[TSi,TEi]，所述待导航车辆到达第i个灯控路口的时间区间Ri＝[Tmini,Tmaxi]；
设路径Pj上共有m个所述灯控路口，对每一个所述灯控路口计算一次，即可得到路径Pj的总路口停车次数PPj最终值。
6.根据权利要求3所述一种基于绿灯时刻图的车辆行驶路径动态导航方法，其特征在于：步骤S4中的所述路径评估指数，计算方法如下：
第j条路径Pj的所述路径评估指数为PIj，则有：
Figure FDA0003219054410000041
式中，w为评估权重，根据高峰、平峰、低谷时段选取不同权值；Lj为第j条路径的长度；Lmin为所有路径的最小长度；PTj第j条路径最终到达用时；PPj第j条路径的停车次数；PPmin为所有路径的最少停车次数；k为单次停车等效时间损耗系数。
7.根据权利要求1所述一种基于绿灯时刻图的车辆行驶路径动态导航方法，其特征在于：步骤S6中的所述引导速度行驶计算方法如下：
设所述待导航车辆通往第i个所述灯控路口，其对应的所述引导速度为VSi：
VSi＝max(Vmin,Vi-1)
其中，Ti为所述待导航车辆离开第i个所述灯控路口的理论离开时间；Vi-1为在
Figure FDA0003219054410000042
路段上的平均车速；
Vi-1＝Di/(Ti-Ti-1)。
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