CN108417069A - 一种车辆速度及路径规划系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆速度及路径规划系统及方法，系统的总服务器汇总了城市中的所有红绿灯信息与用户终端的位置信息。当用户在用户终端输入目标位置后，用户终端从服务器实时获取当前位置到目标点附近的红绿灯信息，然后用户终端对当前信号进行分析，以确定从何种车速以及行驶何种路径可以使得车辆在此过程中尽量避免红灯前等待。通过上述系统与方法可以优化行车路径，极大的减少用户于信号灯前的等待时间，同时极大减少了不必要的能源浪费。通过合理的路径规划，对车流进行了分流，对车流量过高的道路可以起到一定的分流作用。极大节约了社会资源，提高了城市交通的同行效率。

Description

一种车辆速度及路径规划系统及方法

技术领域

本发明属于交通指挥领域，涉及一种车辆路径规划系统，特别涉及一种利用红绿灯信息实时判断目标地之间用时最短或者使用能源最为节省的车辆路径规划系统及控制方法。

背景技术

在现代城市交通管理与治理方案中，红绿灯发挥的作用无疑是巨大的，但是往往红绿灯也会带来一些不必要的等待与拥堵。同时，在等待红灯时的刹车、怠速与重新启动会造成大量的能源与时间浪费，所以常常人们为了抢信号灯变红的前几秒而加速强过，这也导致了很多悲剧的发生。

这种情况表明，如何节省人们等待红绿灯的时间，使得人们能浪费尽可能少的时间与能源到达目的地，是一个亟待解决的现实问题。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供了一种车辆速度与路径规划系统，通过红绿灯以及用户终端信息对城市路况作初步分析；另一目的在于，依据前述系统为用户提供目标速度设计以及路径优化。

为实现上述目的，本发明的技术方案具体如下：

一种车辆速度与路径规划系统，包括：

总服务器，拥有从城市交通控制总台获取的当前信号灯状态以及每个信号灯的变化时间，当用户终端发起数据获取申请的时候能够将所需的数据发送至用户终端；

用户终端，用于在获取用户输入的目的地信息以及当前车辆位置信息后，判断需要通过的信号灯位置信息，然后通过无线模块向总服务器发起数据获取申请，并在获取到所需信息后做出车速与路径规划。

进一步地，上述的用户终端为手机、供用户穿戴的智能移动穿戴设备或车载设备。

进一步地，上述智能移动穿戴设备为智能眼镜、智能手环、智能手表、智能项链、智能头盔中的一种。

进一步地，上述的用户终端包括获取位置信息的模块、能够与监控装置的接收器相匹配连接、并进行双向数据传输的第三通信模块和规划模块。

进一步地，上述的第三通信模块与接收器之间经GSM、CDMA、3G、4G、蓝牙、红外、wifi中的一种或多种组合进行双向数据交换。

进一步地，上述用户终端上的获取位置信息的模块包括GPS模块、GLONASS模块、北斗卫星导航定位模块、MTSAT模块、伽利略卫星导航定位模块中的一种或多种，以实现对用户移动终端实时位置的精确定位。

进一步地，上述用户终端上的规划模块，用于获取用户的规划行程信息，所述的规划行程信息包括到达下个信号灯前应该保持的车速、预计用时而后综合比对，根据用户的选择规划目的包括能源最优路径或者时间最短路径。

上述的车辆速度与路径规划系统的控制方法，包括如下步骤：

步骤001，向总服务器获取所需的红绿灯信息，该信息包括：此时信号灯的状态、信号灯变化时间的间距、红绿灯是否处于特殊状态；

步骤002，根据已有的城市道路地图，列出能到达目的地的所有路径；

步骤003，根据当前道路的车流密度做出当前路段最高车速的判断，车流密度M与最高车速V的关系为：V＝K/M；其中K为与道路相关的定值，不同路段K值不同；

步骤004，根据下次可能通过的红绿灯信息，并配合步骤002获取的最高车速，将其作为本次行车的速度上限，同时将速度上限下移10km/h，作为本次行车的速度下限，得到行车的速度区间；

步骤005，将步骤003得到的行车区间作为设定车速，下个信号灯位置为出发位置，即将通过的第二个信号灯为目标位置，重复步骤002至003以得到下个路段速度区间；同时计算两次速度区间平均值差值的绝对值|ΔV|；

步骤006，重复步骤004直至计算到目的地；求得|ΔV|的和，Sum|ΔV|；并估计用时；

步骤007，重复步骤003到步骤006，计算所有路径的用时，以及Sum|ΔV|。采用公式：Q＝L*a+Sum|ΔV|*b，其中L为行车总路程；a，b为比例系数，随着不同的车型比值不同；其计算结果作为能耗的评估方式；根据所选择的路径规划目的，向用户提交实时目标车速与规划路径。

上述步骤002的列出能到达目的地的所有路径的具体步骤包括：

步骤201，将现实世界的地图进行简化，将红绿灯位置简化成点阵；忽略相差不大的道路长度变化；

步骤202，从出发点向目标点进行路径搜索，不断更新当前点；

步骤203，由当前点信息与目标点位置继续向前搜索，直到到达目标点。

假设简化后的点阵地图为3×3点阵。目标点在简化后点阵地图的1点，出发点在9点位置，那么由一点出发后，可行的点是1+(1*3)，即点4，或者是1+1，即点2。将点2与4更新为当前点。

优选的，在这一步骤中，选择通过有事故发生的点或者由于其他特殊原因无法预测红绿灯信息的点，以减少计算量。

上述步骤004的具体步骤包括：

步骤401，计算最快需要等待多少个信号灯变化周期(即红变绿再变红的用时)能够在下个信号灯由绿转红的瞬间恰好通过路口，若当前信号灯为绿灯，则等需要等待信号灯变化周期为:

N＝[(L/V_上限-t₀)/(2*t_n)]；

其中：[]表示取为比括号内数大的最小整数，L为路段路程，t₀表示当前信号灯距离下次变化的时间，t_n表示一次信号灯变化用时；

若当前信号灯为红灯，则等需要等待信号灯变化周期(即红变绿再变红的用时)为:

N＝[((L/V_上限-t₀)/t_n-1)/2]

其中：[]表示取为比括号内数大的最小整数，L为路段路程，t₀表示当前信号灯距离下次变化的时间，t_n表示一次信号灯变化用时；

步骤402，通过步骤401计算的用时，计算行车速度区间，若现在信号灯状态为绿灯，则行车速度区间为：

L/(t₀+(2×N)×t_n)～L/(t₀+(2×N-1)×t_n)

或V_max～L/(t₀+(2×N-1)×t_n)(若L/(t₀+(2×N)×t_n)的值大于当前道路限速V_max)

若当前信号灯状态为红灯，则行车速度区间为：

L/(t₀+(2×N)×t_n)～L/(t₀+(2×N+1)×t_n)

或V_max～L/(t₀+(2×N+1)×t_n)(若L/(t₀+(2×N)×t_n的值大于当前道路限速V_max)

步骤403，N值加1，重复步骤402计算，得到另一可行速度区间，直至行车速度区间下限小于或等于当前道路限制速度下限。

步骤404，将所有速度区间列出，并取其中间值作为速度设定依据。

本发明实施提供的技术方案带来的有益效果是：

通过上述装置与方法可以优化行车路径，极大的减少用户于信号灯前的等待时间，同时极大减少了不必要的能源浪费。

通过合理的路径规划，对车流进行了分流，对车流量过高的道路可以起到一定的分流作用。

极大节约了社会资源，提高了城市交通的同行效率。

附图说明

图1是本发明的车辆速度与路径规划系统示意图。

图2是本发明的车辆速度与路径规划系统的控制方法流程图。

具体实施方式

实施例1

举例说明，现有一车辆在某信号灯处(设点A)，计划前往目的地(设为点B)要求所用时间最短到达目的地；

步骤001：向总服务器获取A点到B点间可能用到的信息(设获取的车流量如下：

43路段10辆/分钟，42路段20辆/分钟，31路段11辆/分钟，21路段5辆/分钟，各路段K值皆为600。当前各信号灯状态(1点红灯剩余20秒，2点绿灯余10秒，3点红灯剩余30秒)。信号灯变化时间(1点30秒，2点60秒，3点90秒)，路段路程等信息(路段12长6km，路段24长5km，路段13长8km，路段34长8km)，各路段限速60km/h。

步骤002：所需要用到的地图做简化处理，化作2×2点阵，并在点阵中找到可行路径(此例中路径为421与431)。

步骤003：通过车流密度计算各路段当前时间的理论最高时速，公式为V＝K/M；计算结果如下：路段2160km/h，路段3140km/h，路段4230km/h，路段4360km/h)。

步骤004：开始规划不同路径下的行车速度，此处先计算路段431的行车速度区间，路段43，由于此时3点信号灯为红灯，故N＝[((L/V_上限-t₀)/t_n-1)/2].计算后值为4，则行车区间为L/(t₀+(2×N+1)×t_n)～L/(t₀+(2×N)×t_n)计算后得行车区间为43km/h至50.5km/h，预计用时616秒。

步骤005：将步骤004得到的速度区间上限加上5km/h作为本路段的理论速度上限计算路段21的速度控制区间，计算方法同步骤004，结果为：54.33～55.5km/h、51.42～48.8km/h、46.5～44.3km/h，取为中间值51.42～48.8km/h，预计用时为575秒。

步骤006：故路径431的预计用时为1191秒。

步骤007：如上计算路径421用时，结果为1546秒，故选用路径431，速度规划前述步骤所示。

Claims (10)

1.一种车辆速度与路径规划系统，其特征在于，包括：

总服务器，拥有从城市交通控制总台获取的当前信号灯状态以及每个信号灯的变化时间，当用户终端发起数据获取申请的时候能够将所需的数据发送至用户终端；

用户终端，用于在获取用户输入的目的地信息以及当前车辆位置信息后，判断需要通过的信号灯位置信息，然后通过无线模块向总服务器发起数据获取申请，并在获取到所需信息后做出车速与路径规划。

2.根据权利要求1所述的一种车辆速度与路径规划系统，其特征在于，所述的用户终端为手机、供用户穿戴的智能移动穿戴设备或车载设备。

3.根据权利要求2所述的一种车辆速度与路径规划系统，其特征在于，智能移动穿戴设备为智能眼镜、智能手环、智能手表、智能项链、智能头盔中的一种。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种车辆速度与路径规划系统，其特征在于，所述的用户终端包括获取位置信息的模块、能够与监控装置的接收器相匹配连接、并进行双向数据传输的第三通信模块和规划模块。

5.根据权利要求4所述的一种车辆速度与路径规划系统，其特征在于，所述的第三通信模块与接收器之间经GSM、CDMA、3G、4G、蓝牙、红外、wifi中的一种或多种组合进行双向数据交换。

6.根据权利要求4所述的一种车辆速度与路径规划系统，其特征在于，用户终端上的获取位置信息的模块包括GPS模块、GLONASS模块、北斗卫星导航定位模块、MTSAT模块、伽利略卫星导航定位模块中的一种或多种，以实现对用户移动终端实时位置的精确定位。

7.根据权利要求4所述的一种车辆速度与路径规划系统，其特征在于，所述用户终端上的规划模块，用于获取用户的规划行程信息，所述的规划行程信息包括到达下个信号灯前应该保持的车速、预计用时而后综合比对，根据用户的选择规划目的包括能源最优路径或者时间最短路径。

8.权利要求1-7任一所述的车辆速度与路径规划系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤001，向总服务器获取所需的红绿灯信息，该信息包括：此时信号灯的状态、信号灯变化时间的间距、红绿灯是否处于特殊状态；

步骤002，根据已有的城市道路地图，列出能到达目的地的所有路径；

步骤003，根据当前道路的车流密度做出当前路段最高车速的判断，车流密度M与最高车速V的关系为：V＝K/M；其中K为与道路相关的定值；

步骤004，根据下次可能通过的红绿灯信息，并配合步骤002获取的最高车速，将其作为本次行车的速度上限，同时将速度上限下移10km/h，作为本次行车的速度下限，得到行车的速度区间；

步骤005，将步骤003得到的行车区间作为设定车速，下个信号灯位置为出发位置，即将通过的第二个信号灯为目标位置，重复步骤002至003以得到下个路段速度区间；同时计算两次速度区间平均值差值的绝对值|ΔV|；

步骤006，重复步骤004直至计算到目的地；求得|ΔV|的和，Sum|ΔV|；并估计用时；

步骤007，重复步骤003到步骤006，计算所有路径的用时，以及Sum|ΔV|；采用公式：Q＝L*a+Sum|ΔV|*b，其中L为行车总路程；a，b为比例系数，随着不同的车型比值不同；其计算结果作为能耗的评估方式；根据所选择的路径规划目的，向用户提交实时目标车速与规划路径。

9.根据权利要求8所述的车辆速度与路径规划系统的控制方法，其特征在于，步骤002的列出能到达目的地的所有路径的具体步骤包括：

步骤201，将现实世界的地图进行简化，将红绿灯位置简化成点阵；忽略相差不大的道路长度变化；

步骤202，从出发点向目标点进行路径搜索，不断更新当前点；

步骤203，由当前点信息与目标点位置继续向前搜索，直到到达目标点。

10.根据权利要求8所述的车辆速度与路径规划系统的控制方法，其特征在于，步骤004的具体步骤包括：

步骤401，计算最快需要等待多少个信号灯变化周期，即红变绿再变红的用时，能够在下个信号灯由绿转红的瞬间恰好通过路口，若当前信号灯为绿灯，则等需要等待信号灯变化周期为:

N＝[(L/V_上限-t₀)/(2*t_n)]；

其中：[]表示取为比括号内数大的最小整数，L为路段路程，t₀表示当前信号灯距离下次变化的时间，t_n表示一次信号灯变化用时；

若当前信号灯为红灯，则等需要等待信号灯变化周期，即红变绿再变红的用时为:

N＝[((L/V_上限-t₀)/t_n-1)/2]

其中：[]表示取为比括号内数大的最小整数，L为路段路程，t₀表示当前信号灯距离下次变化的时间，t_n表示一次信号灯变化用时；

步骤402，通过步骤401计算的用时，计算行车速度区间，若现在信号灯状态为绿灯，则行车速度区间为：

L/(t₀+(2×N)×t_n)～L/(t₀+(2×N-1)×t_n)或若L/(t₀+(2×N)×t_n)的值大于当前道路限速V_max，则行车速度区间为V_max～L/(t₀+(2×N-1)×t_n)；

若当前信号灯状态为红灯，则行车速度区间为：

L/(t₀+(2×N)×t_n)～L/(t₀+(2×N+1)×t_n)

或若L/(t₀+(2×N)×t_n的值大于当前道路限速V_max，则行车速度区间为V_max～L/(t₀+(2×N+1)×t_n)；

步骤403，N值加1，重复步骤402计算，得到另一可行速度区间，直至行车速度区间下限小于或等于当前道路限制速度下限；

步骤404，将所有速度区间列出，并取其中间值作为速度设定依据。