基于车载自组网的实时路径规划方法
基于车载自组网的实时路径规划方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及车载无线自组织网络技术领域，具体涉及车载自组网的实时交通信息 的获取和实时路径规划方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，由于车辆数量的增长和交通设施建设的滞后，交通安全问题和拥堵问题 日益突出。交通智能化，缓解拥堵问题，出行更具便捷性等愈加成为人们关注的焦点。在此 背景下，车载无线自组织网络(Vehicular Ad hoc Network，VANET)作为智能交通的重要组 成部分，愈发受到人们的关注。车载自组网创造性地将自组网技术应用于车辆间通信，使司 机能够在超视距的范围内获得其他车辆的状况信息和实时路况信息，在事故预警、保障交 通安全以及为用户提供舒适的驾驶环境等安全方面起到了巨大的作用。
[0003] 车载路径规划就是在电子地图的基础上，运用GPS(Global Positioning System) 等定位技术进行车辆定位，确定最优行驶路线，为出行者提供静态的或实时的最优出行路 线信息，并在出行过程中对驾驶员适时地做出路线指导。路径规划系统不仅极大地方便了 出行者，使他们可以按照自己选定的最优目标获得最优路线信息，而且还会对优化交通流 在整个路网的分配方面产生积极的影响。
【发明内容】
[0004] 本发明针对现有车载路径规划系统实时性差，准确度低的现象，提供了基于车载 自组网的实时路径规划方法，提供用户应对不同程度的道路拥堵情况和不断变化的道路交 通状态的更加便捷合理的出行路径，以提高用户的出行效率。
[0005] 本发明具体通过如下技术方案实现。
[0006] 基于车载自组网的实时路径规划方法，其包括如下步骤：
[0007] (1)获取地图数据并提取信息；
[0008] (2)运用车载自组网技术采集实时交通信息；
[0009] (3)设置基于实时交通信息的路段权值并进行寻路；
[0010] (4)行车过程中更新实时交通信息并重新寻路。
[0011] 进一步地，步骤(2)中，根据车载自组网网内车辆的经炜度、速度及行驶状态信息， 一设定路段的实时行车速度歹由以下公式计算得到，v a表示采集时间内行驶在这一路段上 的车载自组网网内车辆的行驶速度，a = l~n，n为车辆数，
[0013]进一步地，步骤(3)的交通网络中路段的权值的设置为基于实时交通信息的路段 实时行车时间和交叉口延时的各路段的权值，公式为：
[0015]其中，W1^示节点i和节点j之间的路段的权值，Llj表示节点i和节点j之间路段的 路程长度，V1/表示车联网采集到的节点i和节点j之间路段的实时行车速度； <表示节点i 的路口行驶延时，^表示节点j的路口行驶延时;允许通行表示节点i和节点j之间有实际的 道路连接，禁止通行表示节点i和节点j之间无道路连接或连接的道路被禁止通行。
[0016] 与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：车载自组网是行驶在道路上 的车辆自动连接，组成的通信网络，其网内车辆的位置信息和状态信息都可以在车载自组 网内共享。我们获取车载自组网的实时交通信息，并将采集到的交通信息数据进行处理，从 而得到交通路网各个路段的实时行车速度。实时路径规划系统应用采集到的实时道路交通 状态，再利用地图数据中得到的节点和道路路段信息，设置实时的路段行驶时间为路段的 权值。运用路径算法得到的最短路径就是基于道路实时交通状态的最短时间路径。在行车 过程中不断更新实时道路交通信息，更加提升了路径规划的实时性和准确性，可以有效地 保证最短时间路径搜索的最短时间这一性能。本发明能给用户提供应对不同程度的道路拥 堵情况和不断变化的道路交通状态的更加便捷合理的出行路径，以提高用户的出行效率。
【附图说明】
[0017] 图1是本发明的基于车载自组网的实时路径规划系统中重新寻路的流程图 具体实施方案
[0018] 下面结合附图对本发明的具体实施过程作详细说明，但本发明的实施和保护不限 于此，需指出的是，以下若有未特别详细说明之过程或参数，均是本领域技术人员可参照现 有技术实现或理解的。
[0019] 本实例的基于车载自组网的实时路径规划方法，有具体以下步骤。
[0020] 1、获取地图数据并提取信息
[0021] 地图数据是车载路径规划系统的基础。这里使用OSM地图数据实现基于车载自组 网的实时路径规划系统。
[0022] OpenStreetMap开放街道地图数据库，简称0SM，是依靠全球用户的共同参与而形 成的公共地图数据服务网站。OSM的地图数据和地图服务完全免费获取，获取方式便捷，使 用简单方便，且更新速度快。OSM地图数据是开源的，下载的OSM地图数据可以保存为基于可 扩展标记语言（extensible Markup Language，XML)的.osm格式，或直接保存为.xml文件。 [0023] OSM的地图数据有以下几种下载方式：
[0024] (1)通过 JOSM 下载
[0025] (2)通过HTTP请求下载
[0026] (3)通过OSM官网下载
[0027] (4)通过第三方OSM服务商网站下载
[0028] 获取OSM地图数据后，筛选出包含道路和节点信息的，标识为"highway"的数据。通 过遍历"highway"图层的数据并进行处理，我们将节点信息和路段信息存入数据库中。遍历 xml文件的方法有Pul 1解析、Sax解析和Dom解析等。
[0029] 2、运用车载自组网技术采集实时交通信息
[0030] 车载自组网是行驶在道路上的车辆自动连接，组成的通信网络，可以提高驾驶员 的行车安全性和便利性，提高交通效率。建立通信网络后，网内车辆相互获取车辆的经炜 度、速度及行驶状态等信息，具体信息如表1和表2所示，表1是本发明的车载自组网采集的 网内车辆的信息，表2是表1中的网内车辆信息的状态位信息。
[0035]本实例在车载无线自组织网络中，通过802.1Ip协议实现车与车通信，使用3G网络 实现车与控制中心通信。构建车载自组网后，控制中心和车载终端上，都可以自动获取到车 载自组网网内车辆的交通数据。采集的数据中的经炜度信息、行驶方向信息，可以定位出车 辆当前处于哪条路段。将某一路段上行驶的多台车辆的速度信息求平均数，可以大致反映 当前时刻这一路段的实时行车速度。大量网内数据的处理后，我们可以得到当前路网每个 路段的实时行车速度。
[0036]某一路段的实时行车速度F由以下公式计算得到，^，^，^，…，~表示采集时间内 行驶在这一路段上的车载自组网网内车辆的行驶速度。
[0038]采集交通数据后对数据进行预处理，以便获得更加精确的实时交通数据。数据预 处理包括过滤负值数据、识别及过滤异常数据和运用道路状态预测修复缺失数据等。
[0039] 3、设置基于实时交通信息的路段权值并进行寻路
[0040]本发明利用车载自组网技术采集实时交通信息，得到各个路段的实时行车速度 后，利用这些数据，设置了基于实时交通信息的路段实时行车时间和交叉口延时的各路段 的权值，构建最优标准为最短行车时间的实时路径规划系统。
[0042]其中，W1^示节点i和节点j之间的路段的权值，Llj表示节点i和节点j之间路段的 路程长度，V1/表示车载自组网采集到的节点i和节点j之间路段的实时行车速度。式,表示 节点i的路口行驶延时，^.表示节点j的路口行驶延时。允许通行表示节点i和节点j之间有 实际的道路连接，禁止通行表示节点i和节点j之间无道路连接或连接的道路被禁止通行。
[0043] 路口延时主要是指当车辆经过交叉口节点时产生的交叉口延时。交叉口延时是一 个统计学的概念，交叉口延时的数值也是一个统计数值。
[0044] 在节点i至节点j路段，节点i和节点j的延误时间分别设为4,..和气。_车辆经过节点 i至节点j路段时，先经过节点i路口，节点i的路口延时，可以近似看成平分给节点i两端的 路段了，其中的一半分给节点i至节点j路段。同理，车辆经过节点j路口。则这一路段总的路 口延时为
[0045] 在实时路径规划系统中，设置实时的路段行驶时间的权值后，输入源节点恶化目 标节点后，运用路径搜索算法，搜索出总行车时间最短的路径。
[0046] 4、行车过程中更新实时交通信息并重新寻路
[0047] 以上步骤得出的路径是基于出发时刻的道路交通状态规划出的行驶路径。而在车 辆的行驶过程中，交通网络行驶状况不断发生变化，可能之前规划出的路径的某一段发生 了拥堵。因此，车辆行驶过程中，实时交通信息不断变化，我们需要每隔一段时间采集和更 新各路段的行车速度，计算出各路段的实时行车时间的权值。
[0048] 在行车过程中，可以根据不断更新的各路段实时行车时间，重新进行路径规划。
[0049] 行车过程中进行重新寻路的流程图如图1所示。从图1中可以看到，只有当到达下 一节点位置，且实时交通信息有更新时，才会进行重新寻路，以当前节点为起点，重新规划 路径。重新寻路的过程会在车辆行驶过程中持续，直到到达目的地。
【主权项】
1. 基于车载自组网的实时路径规划方法，其特征在于包括如下步骤： (1) 获取地图数据并提取信息； (2) 运用车载自组网技术采集实时交通信息； (3) 设置基于实时交通信息的路段权值并进行寻路； (4) 行车过程中更新实时交通信息并重新寻路。2. 根据权利要求1所述的基于车载自组网的实时路径规划方法，其特征在于，步骤(2) 中，根据车载自组网网内车辆的经炜度、速度及行驶状态信息，一设定路段的实时行车速度 歹由以下公式计算得到，v a表示采集时间内行驶在这一路段上的车载自组网网内车辆的行 驶速度，a = 1~η，η为车辆数，3. 根据权利要求1所述的基于车载自组网的实时路径规划方法，其特征在于，步骤(3) 的交通网络中路段的权值的设置为基于实时交通信息的路段实时行车时间和交叉口延时 的各路段的权值，公式为：其中，W1^示节点i和节点j之间的路段的权值，Llj表示节点i和节点j之间路段的路程 长度，V1/表示车联网采集到的节点i和节点j之间路段的实时行车速度；劣,=表示节点i的路 口行驶延时，&表示节点j的路口行驶延时;允许通行表示节点i和节点j之间有实际的道路 连接，禁止通行表示节点i和节点j之间无道路连接或连接的道路被禁止通行。
【专利摘要】本发明公开一种基于车载自组网的实时路径规划方法，其技术方案为：该方法包括：1）获取地图数据并提取信息；2）运用车载自组网技术采集实时交通信息；3）设置基于实时交通信息的路段权值并进行寻路；4）行车过程中更新实时交通信息并重新寻路。本发明解决现有路径规划系统缺乏实时性和准确性的问题，提供用户应对不同程度的道路拥堵情况和不断变化的道路交通状态的更加快捷的出行路径。
【IPC分类】G08G1/01, G08G1/0969
【公开号】CN105489043
【申请号】CN201510867331
【发明人】胡斌杰, 洪晓, 陈泽冰
【申请人】华南理工大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年11月30日
【技术领域】
[0001] 本发明涉及车载无线自组织网络技术领域，具体涉及车载自组网的实时交通信息 的获取和实时路径规划方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，由于车辆数量的增长和交通设施建设的滞后，交通安全问题和拥堵问题 日益突出。交通智能化，缓解拥堵问题，出行更具便捷性等愈加成为人们关注的焦点。在此 背景下，车载无线自组织网络(Vehicular Ad hoc Network，VANET)作为智能交通的重要组 成部分，愈发受到人们的关注。车载自组网创造性地将自组网技术应用于车辆间通信，使司 机能够在超视距的范围内获得其他车辆的状况信息和实时路况信息，在事故预警、保障交 通安全以及为用户提供舒适的驾驶环境等安全方面起到了巨大的作用。
[0003] 车载路径规划就是在电子地图的基础上，运用GPS(Global Positioning System) 等定位技术进行车辆定位，确定最优行驶路线，为出行者提供静态的或实时的最优出行路 线信息，并在出行过程中对驾驶员适时地做出路线指导。路径规划系统不仅极大地方便了 出行者，使他们可以按照自己选定的最优目标获得最优路线信息，而且还会对优化交通流 在整个路网的分配方面产生积极的影响。
【发明内容】
[0004] 本发明针对现有车载路径规划系统实时性差，准确度低的现象，提供了基于车载 自组网的实时路径规划方法，提供用户应对不同程度的道路拥堵情况和不断变化的道路交 通状态的更加便捷合理的出行路径，以提高用户的出行效率。
[0005] 本发明具体通过如下技术方案实现。
[0006] 基于车载自组网的实时路径规划方法，其包括如下步骤：
[0007] (1)获取地图数据并提取信息；
[0008] (2)运用车载自组网技术采集实时交通信息；
[0009] (3)设置基于实时交通信息的路段权值并进行寻路；
[0010] (4)行车过程中更新实时交通信息并重新寻路。
[0011] 进一步地，步骤(2)中，根据车载自组网网内车辆的经炜度、速度及行驶状态信息， 一设定路段的实时行车速度歹由以下公式计算得到，v a表示采集时间内行驶在这一路段上 的车载自组网网内车辆的行驶速度，a = l~n，n为车辆数，
[0013]进一步地，步骤(3)的交通网络中路段的权值的设置为基于实时交通信息的路段 实时行车时间和交叉口延时的各路段的权值，公式为：
[0015]其中，W1^示节点i和节点j之间的路段的权值，Llj表示节点i和节点j之间路段的 路程长度，V1/表示车联网采集到的节点i和节点j之间路段的实时行车速度； <表示节点i 的路口行驶延时，^表示节点j的路口行驶延时;允许通行表示节点i和节点j之间有实际的 道路连接，禁止通行表示节点i和节点j之间无道路连接或连接的道路被禁止通行。
[0016] 与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：车载自组网是行驶在道路上 的车辆自动连接，组成的通信网络，其网内车辆的位置信息和状态信息都可以在车载自组 网内共享。我们获取车载自组网的实时交通信息，并将采集到的交通信息数据进行处理，从 而得到交通路网各个路段的实时行车速度。实时路径规划系统应用采集到的实时道路交通 状态，再利用地图数据中得到的节点和道路路段信息，设置实时的路段行驶时间为路段的 权值。运用路径算法得到的最短路径就是基于道路实时交通状态的最短时间路径。在行车 过程中不断更新实时道路交通信息，更加提升了路径规划的实时性和准确性，可以有效地 保证最短时间路径搜索的最短时间这一性能。本发明能给用户提供应对不同程度的道路拥 堵情况和不断变化的道路交通状态的更加便捷合理的出行路径，以提高用户的出行效率。
【附图说明】
[0017] 图1是本发明的基于车载自组网的实时路径规划系统中重新寻路的流程图 具体实施方案
[0018] 下面结合附图对本发明的具体实施过程作详细说明，但本发明的实施和保护不限 于此，需指出的是，以下若有未特别详细说明之过程或参数，均是本领域技术人员可参照现 有技术实现或理解的。
[0019] 本实例的基于车载自组网的实时路径规划方法，有具体以下步骤。
[0020] 1、获取地图数据并提取信息
[0021] 地图数据是车载路径规划系统的基础。这里使用OSM地图数据实现基于车载自组 网的实时路径规划系统。
[0022] OpenStreetMap开放街道地图数据库，简称0SM，是依靠全球用户的共同参与而形 成的公共地图数据服务网站。OSM的地图数据和地图服务完全免费获取，获取方式便捷，使 用简单方便，且更新速度快。OSM地图数据是开源的，下载的OSM地图数据可以保存为基于可 扩展标记语言（extensible Markup Language，XML)的.osm格式，或直接保存为.xml文件。 [0023] OSM的地图数据有以下几种下载方式：
[0024] (1)通过 JOSM 下载
[0025] (2)通过HTTP请求下载
[0026] (3)通过OSM官网下载
[0027] (4)通过第三方OSM服务商网站下载
[0028] 获取OSM地图数据后，筛选出包含道路和节点信息的，标识为"highway"的数据。通 过遍历"highway"图层的数据并进行处理，我们将节点信息和路段信息存入数据库中。遍历 xml文件的方法有Pul 1解析、Sax解析和Dom解析等。
[0029] 2、运用车载自组网技术采集实时交通信息
[0030] 车载自组网是行驶在道路上的车辆自动连接，组成的通信网络，可以提高驾驶员 的行车安全性和便利性，提高交通效率。建立通信网络后，网内车辆相互获取车辆的经炜 度、速度及行驶状态等信息，具体信息如表1和表2所示，表1是本发明的车载自组网采集的 网内车辆的信息，表2是表1中的网内车辆信息的状态位信息。
[0035]本实例在车载无线自组织网络中，通过802.1Ip协议实现车与车通信，使用3G网络 实现车与控制中心通信。构建车载自组网后，控制中心和车载终端上，都可以自动获取到车 载自组网网内车辆的交通数据。采集的数据中的经炜度信息、行驶方向信息，可以定位出车 辆当前处于哪条路段。将某一路段上行驶的多台车辆的速度信息求平均数，可以大致反映 当前时刻这一路段的实时行车速度。大量网内数据的处理后，我们可以得到当前路网每个 路段的实时行车速度。
[0036]某一路段的实时行车速度F由以下公式计算得到，^，^，^，…，~表示采集时间内 行驶在这一路段上的车载自组网网内车辆的行驶速度。
[0038]采集交通数据后对数据进行预处理，以便获得更加精确的实时交通数据。数据预 处理包括过滤负值数据、识别及过滤异常数据和运用道路状态预测修复缺失数据等。
[0039] 3、设置基于实时交通信息的路段权值并进行寻路
[0040]本发明利用车载自组网技术采集实时交通信息，得到各个路段的实时行车速度 后，利用这些数据，设置了基于实时交通信息的路段实时行车时间和交叉口延时的各路段 的权值，构建最优标准为最短行车时间的实时路径规划系统。
[0042]其中，W1^示节点i和节点j之间的路段的权值，Llj表示节点i和节点j之间路段的 路程长度，V1/表示车载自组网采集到的节点i和节点j之间路段的实时行车速度。式,表示 节点i的路口行驶延时，^.表示节点j的路口行驶延时。允许通行表示节点i和节点j之间有 实际的道路连接，禁止通行表示节点i和节点j之间无道路连接或连接的道路被禁止通行。
[0043] 路口延时主要是指当车辆经过交叉口节点时产生的交叉口延时。交叉口延时是一 个统计学的概念，交叉口延时的数值也是一个统计数值。
[0044] 在节点i至节点j路段，节点i和节点j的延误时间分别设为4,..和气。_车辆经过节点 i至节点j路段时，先经过节点i路口，节点i的路口延时，可以近似看成平分给节点i两端的 路段了，其中的一半分给节点i至节点j路段。同理，车辆经过节点j路口。则这一路段总的路 口延时为
[0045] 在实时路径规划系统中，设置实时的路段行驶时间的权值后，输入源节点恶化目 标节点后，运用路径搜索算法，搜索出总行车时间最短的路径。
[0046] 4、行车过程中更新实时交通信息并重新寻路
[0047] 以上步骤得出的路径是基于出发时刻的道路交通状态规划出的行驶路径。而在车 辆的行驶过程中，交通网络行驶状况不断发生变化，可能之前规划出的路径的某一段发生 了拥堵。因此，车辆行驶过程中，实时交通信息不断变化，我们需要每隔一段时间采集和更 新各路段的行车速度，计算出各路段的实时行车时间的权值。
[0048] 在行车过程中，可以根据不断更新的各路段实时行车时间，重新进行路径规划。
[0049] 行车过程中进行重新寻路的流程图如图1所示。从图1中可以看到，只有当到达下 一节点位置，且实时交通信息有更新时，才会进行重新寻路，以当前节点为起点，重新规划 路径。重新寻路的过程会在车辆行驶过程中持续，直到到达目的地。
【主权项】
1. 基于车载自组网的实时路径规划方法，其特征在于包括如下步骤： (1) 获取地图数据并提取信息； (2) 运用车载自组网技术采集实时交通信息； (3) 设置基于实时交通信息的路段权值并进行寻路； (4) 行车过程中更新实时交通信息并重新寻路。2. 根据权利要求1所述的基于车载自组网的实时路径规划方法，其特征在于，步骤(2) 中，根据车载自组网网内车辆的经炜度、速度及行驶状态信息，一设定路段的实时行车速度 歹由以下公式计算得到，v a表示采集时间内行驶在这一路段上的车载自组网网内车辆的行 驶速度，a = 1~η，η为车辆数，3. 根据权利要求1所述的基于车载自组网的实时路径规划方法，其特征在于，步骤(3) 的交通网络中路段的权值的设置为基于实时交通信息的路段实时行车时间和交叉口延时 的各路段的权值，公式为：其中，W1^示节点i和节点j之间的路段的权值，Llj表示节点i和节点j之间路段的路程 长度，V1/表示车联网采集到的节点i和节点j之间路段的实时行车速度；劣,=表示节点i的路 口行驶延时，&表示节点j的路口行驶延时;允许通行表示节点i和节点j之间有实际的道路 连接，禁止通行表示节点i和节点j之间无道路连接或连接的道路被禁止通行。
【专利摘要】本发明公开一种基于车载自组网的实时路径规划方法，其技术方案为：该方法包括：1）获取地图数据并提取信息；2）运用车载自组网技术采集实时交通信息；3）设置基于实时交通信息的路段权值并进行寻路；4）行车过程中更新实时交通信息并重新寻路。本发明解决现有路径规划系统缺乏实时性和准确性的问题，提供用户应对不同程度的道路拥堵情况和不断变化的道路交通状态的更加快捷的出行路径。
【IPC分类】G08G1/01, G08G1/0969
【公开号】CN105489043
【申请号】CN201510867331
【发明人】胡斌杰, 洪晓, 陈泽冰
【申请人】华南理工大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年11月30日
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