專利名稱：基于動態(tài)路徑規(guī)劃實現(xiàn)車輛節(jié)能減排的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及智能交通領(lǐng)域，特別是一種基于動態(tài)路徑規(guī)劃實現(xiàn)車輛節(jié)能減排的系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
目前的動態(tài)交通信息誘導(dǎo)系統(tǒng)是通過提供動態(tài)交通路況信息來實現(xiàn)駕駛誘導(dǎo)，從而有效地解決城市交通擁擠、減少交通事故、降低汽車油耗和城市空氣污染、提高運輸效率，最終達(dá)到經(jīng)濟駕駛的目標(biāo)。在目前動態(tài)交通信息誘導(dǎo)系統(tǒng)的開發(fā)中，已形成了日、美、歐三足鼎立的局面
日本的動態(tài)交通信息誘導(dǎo)系統(tǒng)動態(tài)路徑誘導(dǎo)系統(tǒng)的研究最早始于日本(1973年)，并在1990年建立了世界上第一個道路車輛信息通信系統(tǒng)VICS (Vehicle Information and Communication Systems)。目前正在部署一種與VICS兼容的加強的交通管理系統(tǒng)UTMS (Urban Traffic Management Systems)，它由五個子系統(tǒng)組成，其中的動態(tài)路徑誘導(dǎo)系統(tǒng) DRGS (Dynamic Route Guidance Systems)是一種交互類型的中心決定式的路徑誘導(dǎo)系統(tǒng)， 它使用來自于多個信息源的實時交通信息和行程時間數(shù)據(jù)進(jìn)行中心決定式的路徑誘導(dǎo)。美國的動態(tài)交通信息誘導(dǎo)系統(tǒng)90年代后，美國對交通動態(tài)誘導(dǎo)系統(tǒng)的研究開始介入和展開，并先后進(jìn)行了 Pathfinder、TravTek, ADVANCE、SEIFT等以動態(tài)路徑誘導(dǎo)系統(tǒng)為主要內(nèi)容的現(xiàn)場運營實驗。TravTek系統(tǒng)實現(xiàn)的路徑誘導(dǎo)是基于擁擠和事故等實時交通條件進(jìn)行的，并具有為出行者服務(wù)的“黃頁”信息，尤其適用于對該地區(qū)不熟悉的旅行者使用；ADVANCE項目的研究為動態(tài)路徑誘導(dǎo)系統(tǒng)建立了系統(tǒng)性的研究基礎(chǔ)，該系統(tǒng)是一種基于實時交通條件(當(dāng)前路段行程時間)的分布式路徑誘導(dǎo)系統(tǒng)，車輛定位主要采用差分 GPS，在GPS處于盲區(qū)時輔以基于車輪速度和方向傳感器的航位推算法進(jìn)行定位；Travhfo 項目通過使用一系列設(shè)備，如傳呼機、出行者咨詢電話系統(tǒng)、車載導(dǎo)航系統(tǒng)和hternet主頁向出行者提供及時而準(zhǔn)確的多方式信息和動態(tài)路徑建議。歐洲的動態(tài)交通信息誘導(dǎo)系統(tǒng)英國于20世紀(jì)80年代就推出了世界上第一個商用車載路徑誘導(dǎo)系統(tǒng)Traffic Master ；德國的STORM項目致力于開發(fā)雙模式DRGS，即在安裝紅外信標(biāo)的區(qū)域開發(fā)基于紅外信標(biāo)的路徑誘導(dǎo)，同時在廣域內(nèi)開發(fā)基于廣播信息系統(tǒng)-交通信息信道 RDS0TMC (Radio Data System-Traffic Message Channel)交通廣播的路徑誘導(dǎo)，它能夠向用戶提供交通事故、擁擠、道路施工等信息；另外隸屬于PROMETHEUS計劃的雙制式路徑誘導(dǎo)DMRG (Dual Mode Route Guidance)將靜態(tài)的自主導(dǎo)航和基于RDS0TMC 廣播聯(lián)合起來成為動態(tài)的分布式路徑誘導(dǎo)系統(tǒng)，擴展的系統(tǒng)用GSM代替RDS0TMC系統(tǒng)。但是，當(dāng)前的動態(tài)交通信息誘導(dǎo)系統(tǒng)都是通過提供動態(tài)交通信息誘導(dǎo)來實現(xiàn)經(jīng)濟駕駛，而影響汽車能耗的因素還應(yīng)包括其他幾個方面，例如駕駛車型、駕駛者習(xí)慣、駕駛者年齡/性別等，這就意味著不僅要考慮宏觀的道路環(huán)境信息，還要考慮駕駛車輛和駕駛者的微觀能耗。因此需要綜合以上一些因素，需要建立一個綜合考慮了宏觀道路交通信息和微觀車輛能耗的動態(tài)交通信息誘導(dǎo)系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于動態(tài)路徑規(guī)劃實現(xiàn)車輛節(jié)能減排的系統(tǒng)及方法，用于綜合考慮宏觀道路交通信息和微觀車輛能耗進(jìn)行動態(tài)交通信息誘導(dǎo)，以實現(xiàn)車輛節(jié)能減排。本發(fā)明提供了一種基于動態(tài)路徑規(guī)劃實現(xiàn)車輛節(jié)能減排的方法，包括 采集車輛位置信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)檢查和存儲，并予以發(fā)布；
利用預(yù)先建立的道路能耗模型，獲取各路段的道路能耗權(quán)值； 利用所述位置信息獲取路況信息，并基于所述道路能耗權(quán)值和路況信息進(jìn)行動態(tài)路徑規(guī)劃。本發(fā)明還提供了一種基于動態(tài)路徑規(guī)劃實現(xiàn)車輛節(jié)能減排的系統(tǒng)，包括 動態(tài)交通信息采集及發(fā)布平臺，用于采集車輛位置信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)檢查和存儲，并予以
發(fā)布；
道路能耗模型系統(tǒng)，用于利用預(yù)先建立的道路能耗模型，并獲取各路段的道路能耗權(quán)
值；
動態(tài)路徑規(guī)劃系統(tǒng)，用于利用所述位置信息獲取路況信息，并基于所述道路能耗權(quán)值和路況信息輔助終端進(jìn)行動態(tài)路徑規(guī)劃。本發(fā)明以微觀汽車能耗模型為基礎(chǔ)，分析確定影響汽車能耗、排放的路面狀況關(guān)鍵因素(摩擦系數(shù)、坡度等)及其作用規(guī)律，得到較準(zhǔn)確計算汽車能耗的方法。通過行駛模式分析，將汽車能耗計算方法與實時交通流數(shù)據(jù)、道路行駛條件數(shù)據(jù)相結(jié)合，形成以道路為主體的新型道路能耗計算模型。再通過道路能耗模型計算得到路段的能耗權(quán)值，應(yīng)用動態(tài)路徑規(guī)劃算法可以實現(xiàn)能耗最低路徑的選擇。


圖1為本發(fā)明實施例提供的基于動態(tài)路徑規(guī)劃實現(xiàn)車輛節(jié)能減排的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖； 圖2為本發(fā)明實施例提供的基于動態(tài)路徑規(guī)劃實現(xiàn)車輛節(jié)能減排的方法流程圖3為本發(fā)明實施例提供的建立道路能耗模型的方法流程圖； 圖4為本發(fā)明實施例提供的生成路況擁堵狀態(tài)信息的方法流程圖； 圖5為本發(fā)明實施例提供的獲取具有能耗權(quán)值的路況信息的方法流程圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。本發(fā)明實施例以微觀汽車能耗模型為基礎(chǔ)，分析確定影響汽車能耗、排放的路面狀況關(guān)鍵因素(摩擦系數(shù)、坡度等)及其作用規(guī)律，得到較準(zhǔn)確計算汽車能耗的方法。通過行駛模式分析，將汽車能耗計算方法與實時交通流數(shù)據(jù)、道路行駛條件數(shù)據(jù)相結(jié)合，形成以道路為主體的新型道路能耗計算模型。再通過道路能耗模型計算得到路段的能耗權(quán)值，應(yīng)用動態(tài)路徑規(guī)劃算法可以實現(xiàn)能耗最低路徑的選擇。本發(fā)明實施例提供的基于動態(tài)路徑規(guī)劃實現(xiàn)車輛節(jié)能減排的系統(tǒng)如圖1所示，包括
車輛調(diào)度中心11，用于獲取車載GPS設(shè)備發(fā)送的位置信息，對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理操作，過濾掉錯誤位置信息，并發(fā)送給動態(tài)交通信息采集及發(fā)布平臺。動態(tài)交通信息采集及發(fā)布平臺12，用于采集車輛位置信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)檢查和存儲， 并予以發(fā)布。道路能耗模型系統(tǒng)13，用于利用所述位置信息建立道路能耗模型，并獲取各路段的道路能耗權(quán)值。動態(tài)路徑規(guī)劃系統(tǒng)14，用于獲取動態(tài)路況信息，并通過道路能耗模型獲取路況的道路能耗權(quán)值，通過權(quán)值計算，生成新的具備道路能耗模型的路況信息，并向終端下發(fā)。終端15，用于獲取路況信息(含道路能耗權(quán)值)，按駕駛員的需求基于路況擁堵和道路能耗兩方面因素進(jìn)行動態(tài)路徑規(guī)劃，將合理的路徑規(guī)劃結(jié)果提供給駕駛員。基于以上系統(tǒng)，本發(fā)明實施例提供了一種基于動態(tài)路徑規(guī)劃實現(xiàn)車輛節(jié)能減排的方法，如圖2所示，包括
步驟201、建立道路能耗模型。道路能耗模型的構(gòu)建由道路行駛條件數(shù)據(jù)庫的建立、汽車能耗模型本地化改造、交通流數(shù)據(jù)分析處理組成，具體通過以下5個步驟完成，如圖3所示，具體包括
步驟2011、采用曲線擬合、組成分析方法確定道路坡度、摩擦系數(shù)、環(huán)境溫度、空氣阻力系數(shù)等因素與汽車能耗、排放的關(guān)系，對比不同因素對汽車能耗的影響程度，確定關(guān)鍵因素，進(jìn)而以此確定道路采集內(nèi)容。對采集獲得的數(shù)據(jù)在經(jīng)過數(shù)據(jù)清洗后，建立完善的道路行駛條件數(shù)據(jù)庫。步驟2012、依據(jù)已有的道路行駛條件數(shù)據(jù)庫中的大量實測行駛數(shù)據(jù)，使用數(shù)據(jù)挖掘方法對汽車行駛模式一即速度與加速度分布，進(jìn)行聚類分析，獲取汽車行駛類別。而后將行駛模式類別與道路屬性、交通信息數(shù)據(jù)相結(jié)合，建立道路屬性、交通狀態(tài)到行駛模式的推導(dǎo)規(guī)則，即道路行駛模式分類器。從而利用道路類別、路況等屬性準(zhǔn)確判別汽車行駛模式的類別，得到汽車在不同路況、不同道路情況下的行駛模式。步驟2013、針對交通狀態(tài)對路網(wǎng)能耗影響的相關(guān)性分析。本實施例首先依據(jù)交通歷史數(shù)據(jù)、汽車能耗數(shù)據(jù)確定交通狀態(tài)對路網(wǎng)能耗影響的關(guān)鍵性因素。依據(jù)地理信息數(shù)據(jù)、 海量交通歷史數(shù)據(jù)，將全天時間劃分為早高峰、平峰、晚高峰、夜晚等時段，同時將城市分為工業(yè)區(qū)、商業(yè)區(qū)、居民區(qū)等區(qū)域，結(jié)合人工統(tǒng)計方法，得到不同時段、不同區(qū)域車型分布及交通流量信息，并利用現(xiàn)有的固定監(jiān)測設(shè)備對其修正。步驟2014、進(jìn)行汽車能耗模型的選取，并使用北京市汽車能耗數(shù)據(jù)，對模型參數(shù)進(jìn)行修正，完成模型的本地化。因汽車油耗、尾氣排放與汽車的車型、使用燃料質(zhì)量、汽車?yán)塾嬓旭偫锍?、汽車保養(yǎng)情況、溫度、相對濕度、海拔、道路坡度、行駛速度、行駛加速度等眾多因素相關(guān)，且不同因素間還會存在相互作用關(guān)系，因此需要在計算精度與計算復(fù)雜度之間做出權(quán)衡，在保證準(zhǔn)確性的前提下簡化油耗、尾氣排放計算方法。在本實施例中，汽車行駛所需能量被劃分為摩擦阻力消耗功率、克服重力所需功率、增加速度所需功率等不同部分，每部分所需功率根據(jù)不同的溫度、相對濕度、汽車類型等因素進(jìn)行修正。針對特定車型、外界環(huán)境，行駛的速度、 加速度成為了影響汽車油耗、尾氣排放的決定性因素。但汽車油耗量、尾氣排放量與速度、加速度間僅具有非線性關(guān)系，且此關(guān)系受其他因素變化影響較大，因此直接使用行駛速度、 加速度值計算得到汽車油耗、尾氣排放的修正因子準(zhǔn)確率難以保證。汽車比功率，單位重量每行駛經(jīng)過單位長度所需功率，已被證實與汽車油耗、尾氣排放值具有最好的線性關(guān)系，其計算公式如下
權(quán)利要求
1.一種基于動態(tài)路徑規(guī)劃實現(xiàn)車輛節(jié)能減排的方法，其特征在于，包括 采集車輛位置信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)檢查和存儲，并予以發(fā)布；利用預(yù)先建立的道路能耗模型，獲取各路段的道路能耗權(quán)值； 利用所述位置信息獲取路況信息，并基于所述道路能耗權(quán)值和路況信息進(jìn)行動態(tài)路徑規(guī)劃。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實現(xiàn)車輛節(jié)能減排的方法，其特征在于，所述采集車輛位置信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)檢查和存儲，并予以發(fā)布的步驟具體包括車載GPS設(shè)備周期性地向車輛調(diào)度中心發(fā)送自身位置信息； 車輛調(diào)度中心獲取所述位置信息后，對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理操作，過濾掉錯誤位置信息； 車輛調(diào)度中心將預(yù)處理后的位置信息發(fā)送給動態(tài)交通信息采集及發(fā)布平臺，由動態(tài)交通信息采集及發(fā)布平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)檢查和存儲，并予以發(fā)布。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的實現(xiàn)車輛節(jié)能減排的方法，其特征在于，所述建立道路能耗模型的步驟具體包括針對所述采集獲得的位置信息建立道路行駛條件數(shù)據(jù)庫；依據(jù)所述道路行駛條件數(shù)據(jù)庫中的行駛數(shù)據(jù)，進(jìn)行聚類分析，獲取汽車行駛模式類別， 并將行駛模式類別與道路屬性、交通信息數(shù)據(jù)相結(jié)合，建立道路屬性、交通狀態(tài)到行駛模式的道路行駛模式分類器；依據(jù)交通狀態(tài)進(jìn)行路網(wǎng)能耗影響的相關(guān)性分析； 基于所述相關(guān)性分析進(jìn)行汽車能耗模型選?。桓鶕?jù)所述道路行駛模式分類器，使用所述汽車能耗模型計算得到汽車行駛經(jīng)過不同道路所造成的能耗與尾氣排量，根據(jù)各路段的油耗和尾氣排放量為該路段賦予相應(yīng)的道路能耗權(quán)值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的實現(xiàn)車輛節(jié)能減排的方法，其特征在于，所述獲取汽車行駛模式類別的步驟具體包括對行駛數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，完成數(shù)據(jù)異常值清理和地圖匹配； 根據(jù)數(shù)據(jù)所匹配的道路，將數(shù)據(jù)進(jìn)行分組；對行駛數(shù)據(jù)分組的VSP分布進(jìn)行歸一化，然后使用X means聚類算法，對歸一化后的 VSP分布數(shù)據(jù)集進(jìn)行聚類，從而獲得行駛模式類別。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的實現(xiàn)車輛節(jié)能減排的方法，其特征在于，所述建立道路行駛模式分類器的步驟具體包括選取道路屬性數(shù)據(jù)，所述道路屬性數(shù)據(jù)包括道路類型、路鏈長度、道路收費類型及路鏈旅行時間；根據(jù)所述道路屬性數(shù)據(jù)以及行駛數(shù)據(jù)聚類結(jié)果，使用決策樹與決策表的方式構(gòu)建道路行駛模式分類器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的實現(xiàn)車輛節(jié)能減排的方法，其特征在于，所述計算得到汽車行駛經(jīng)過不同道路所造成的能耗與尾氣排量的步驟具體包括將所述道路屬性數(shù)據(jù)輸入所述道路行駛模式分類器得到汽車在各個道路的行駛汽車比功率VSP分布，根據(jù)VSP分布、汽車類型、燃料類型以及當(dāng)前溫度、相對濕度得到汽車在各條道路行駛的油耗、尾氣排放量。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的實現(xiàn)車輛節(jié)能減排的方法，其特征在于，所述獲取路況信息的步驟具體包括進(jìn)行地圖匹配； 計算路段的平均行駛速度；根據(jù)該路段的平均行駛速度，與道路擁堵等級閾值表進(jìn)行對應(yīng)，確定該路段的擁堵情況；分析出整個城市或者特定區(qū)域的各個路段擁堵狀態(tài)，整理出整個城市或者特定區(qū)域內(nèi)各個路段的擁堵權(quán)值，再結(jié)合道路能耗模型計算出的能耗權(quán)值，通過權(quán)值模型計算，最終形成具有能耗權(quán)值的實時路況信息；根據(jù)實時路況信息，并結(jié)合歷史路況信息，對下個時段該路段的路況進(jìn)行預(yù)測，生成路況預(yù)測信息；采集當(dāng)前的交通事故信息，形成基于具體路段的交通事件信息。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的實現(xiàn)車輛節(jié)能減排的方法，其特征在于，所述進(jìn)行動態(tài)路徑規(guī)劃的步驟具體包括定期將整個城市或者特定區(qū)域內(nèi)所有路段的路況信息，包括實時路況信息、路況預(yù)測信息及交通事件信息，壓縮后打包下發(fā)給各個終端；終端接收路況信息后，在電子地圖上進(jìn)行路段匹配，使用不同顏色標(biāo)出各不同路段的擁堵情況，并將交通事件顯示到電子地圖中；當(dāng)車主通過終端進(jìn)行目的地地址路徑規(guī)劃時，終端系統(tǒng)會結(jié)合所規(guī)劃的不同路徑選擇中相關(guān)路段的擁堵情況和道路能耗情況，選擇最優(yōu)的路徑規(guī)劃方案。
9.一種基于動態(tài)路徑規(guī)劃實現(xiàn)車輛節(jié)能減排的系統(tǒng)，其特征在于，包括動態(tài)交通信息采集及發(fā)布平臺，用于采集車輛位置信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)檢查和存儲，并予以發(fā)布；道路能耗模型系統(tǒng)，用于利用預(yù)先建立的道路能耗模型，獲取各路段的道路能耗權(quán)值；動態(tài)路徑規(guī)劃系統(tǒng)，用于利用所述位置信息獲取路況信息，并基于所述道路能耗權(quán)值和路況信息輔助終端進(jìn)行動態(tài)路徑規(guī)劃。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于動態(tài)路徑規(guī)劃實現(xiàn)車輛節(jié)能減排的系統(tǒng)，其特征在于， 所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括車輛調(diào)度中心，用于獲取車載GPS設(shè)備發(fā)送的位置信息，對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理操作，過濾掉錯誤位置信息，并發(fā)送給所述動態(tài)交通信息采集及發(fā)布平臺。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于動態(tài)路徑規(guī)劃實現(xiàn)車輛節(jié)能減排的系統(tǒng)和方法，屬于智能交通技術(shù)領(lǐng)域。所述方法包括采集車輛位置信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)檢查和存儲，并予以發(fā)布；利用預(yù)先建立的道路能耗模型，獲取各路段的道路能耗權(quán)值；獲取路況信息，并基于所述道路能耗權(quán)值和路況信息進(jìn)行動態(tài)路徑規(guī)劃。所述系統(tǒng)包括動態(tài)交通信息采集及發(fā)布平臺、道路能耗模型系統(tǒng)和動態(tài)路徑規(guī)劃系統(tǒng)。本發(fā)明以微觀汽車能耗模型為基礎(chǔ)，將汽車能耗計算方法與實時交通流數(shù)據(jù)、道路行駛條件數(shù)據(jù)相結(jié)合，形成以道路為主體的新型道路能耗計算模型；再通過道路能耗模型計算得到路段的能耗權(quán)值，應(yīng)用動態(tài)路徑規(guī)劃算法可以實現(xiàn)能耗最低路徑的選擇。
文檔編號G08G1/0968GK102509470SQ201110312170
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月14日
發(fā)明者于曉, 劉建國, 吳瓊, 張高峰 申請人:北京掌城科技有限公司