[發明專利]基于擁塞等級預測分析的路徑規劃方法

有效

• 申請號: 202010510358.4
• 申請日: 2020-06-08
• 公開（公告）號: CN111693060B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 李長樂;張和和;岳文偉;陳越
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01C21/34
• 分類號: G01C21/34
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;黎漢華

本發明提出了基于擁塞等級預測分析的路徑規劃方法，主要解決現有技術對實時數據需求量大和預測復雜的問題。其方案是：由道路平均速度和劃分的道路等級判斷某條道路的狀態，綜合道路拓撲結構、時間和天氣這些因素，統計不同道路條件和其對應的道路狀態；分析統計數據得出不同條件下道路狀態的一步轉移概率，建立一步轉移概率與道路條件的對應關系；根據對應關系和預測道路的當前道路條件得出預測道路狀態轉移鏈；根據該鏈的一步轉移概率矩陣得出預測道路由當前狀態轉移到某種狀態的概率，根據該概率和概率閾值的比較判斷道路是否可通行。本發明降低了對實時交通數據的需求量，減小了預測的復雜性，可用于城市道路網絡中車輛出行時的通行路徑選擇。

技術領域

本發明屬于智能交通技術領域，具體涉及一種路徑規劃方法，可用于城市道路網絡中車輛出行時的通行路徑選擇。

背景技術

城市交通是城市生活的重中之重，是衡量城市文明的重要標志。隨著社會經濟的高速發展，城市交通需求的迅速增長，交通問題已經成為城市發展過程中急待解決的問題。而交通擁塞作為交通問題最顯著的表現形式，直接導致了交通事故、駕駛時間浪費、運營成本上升、空氣污染等嚴重問題，這也使得交通擁塞成為制約城市經濟和社會發展的關鍵。

近年來，城市道路的擁塞現象日益嚴重，直接影響了城市交通網絡的整體運行效率，如果不加以調解，可能導致更加嚴重的擁堵現象甚至更大的損失，這就使得車輛路徑規劃在城市交通中成為必要。城市道路中的路徑規劃為可能到達擁塞路段的車輛提供即時的路徑規劃，使其有效避開擁塞路段并選擇合適的路線到達目的地，從而大大緩解交通擁塞，減輕交通壓力。

針對城市交通路徑規劃的方法研究，目前的方法可分為兩種類型：

第一種是反應性路徑規劃策略，其只基于道路網絡的當前狀況，為車輛提供當前最佳路線，不考慮未來的交通狀況。此策略利用車載GPS、環路探測器、攝像機等車載設備和道路網絡中布設的基礎設施采集實時交通信息，根據駕駛員的出行時間等因素，計算最短路徑。

第二種是預測性路徑規劃策略，該預測性的路線選擇策略是利用交通預測模型來預測道路網絡中的未來交通狀況，并為車輛提供預期的路徑規劃。預測性路徑規劃策略目前主要分為兩種：一種是基于交通預測模型的，主要有短期交通流量預測和擁塞傳播預測，另一種是主動路由策略。前者主要是通過有效處理和分析歷史數據，構建交通流量預測模型，例如卡爾曼濾波、神經網絡、模糊技術，擁塞傳播預測模型是根據模型來預測短期內的實時交通流量或擁塞波及的范圍，進而避開流量較大或擁塞波及路段進行路徑規劃。后者主要是監測車輛的出行路線上是否出現擁堵，若出現，則采用相應的算法進行路線更改，期間也會考慮其他車輛的預測路線。

上述兩種策略相比而言，反應性路徑規劃策略系統復雜性較低，在規劃過程中需要采集大量的實時交通數據，數據傳輸時延可能會導致出現故障，而且系統可能為同時刻車輛提供相同的更改路徑，將擁堵從一條路轉移到另一條路，路徑規劃策略不穩定。而預測性策略系統復雜性高，相比反應性策略具有更高的穩定性和魯棒性。但上述兩種預測性路徑規劃方式中，前者需要大量的計算以確定預測模型，而且考慮的影響因素不夠全面，后者需要不斷檢測可能出現的擁堵情況，考慮不同路上大量的預測路線也會使算法復雜化。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術的不足，提出一種基于擁塞等級預測分析的路徑規劃方法，以降低對實時交通數據的需求和系統復雜性，緩解交通擁塞，減輕交通壓力。

本發明的技術方案是：通過將城市道路上的擁塞程度劃分為四個等級，綜合考慮各道路拓撲結構、時間和天氣等影響擁塞等級的因素，構建狀態空間為四個擁塞等級的馬爾可夫模型，從而判斷車輛在到達某路段時的擁塞程度的概率，通過對道路擁塞程度的判斷來進行路徑規劃，具體實現步驟包括如下：

(1)輸入城市道路探測線圈數據或其他道路傳感器數據；

(2)提取探測線圈中某條道路的平均速度數據，并根據道路狀態劃分的暢通、輕微堵塞、堵塞、嚴重堵塞這四個等級各自速度范圍，判斷該道路狀態；