[發明專利]具有時空特性態勢信息的車輛應急導航方法

有效

• 申請號: 202011495841.6
• 申請日: 2020-12-17
• 公開（公告）號: CN112797995B
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發明（設計）人: 袁磊;遲遠英;丁治明;楊博文;劉遵豪;常盟盟;侯治剛
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01C21/34
• 分類號: G01C21/34
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發明公開了具有時空特性態勢信息的車輛應急導航方法，本發明的車輛應急導航總架構由三部分組成，由下向上分別為車輛疏散區域推薦層、路網數據索引層、車輛路徑規劃層。在保證路網結構完整性的同時達到簡化的效果，從而提高態勢信息的快速更新以及實現路徑的快速映射機制；最終在車輛路徑規劃層，結合前兩層對路網的處理結果，針對城市突發事件提出一種啟發式動態路徑規劃算法，通過推薦的疏散區域以及分析道路的態勢信息實現車輛應急路線的規劃。該發明使得車輛可以在最短時間內從緊急區域駛向安全區域，達到良好的車輛疏散效果，使得車輛的應急導航所規劃的路線更加精準可靠。

技術領域

本發明屬于城市車輛應急導航領域，涉及路網速度數據預測、路網態勢信息分層更新，以及基于態勢路網的車輛應急路徑規劃方法。

背景技術

隨著我國城市化建設的不斷推進，城市交通網絡變得更加復雜，整個城市交通網絡已經負荷沉重，城市交通擁堵和交通資源分配不合理問題突出。當突發事件發生在城市中時，隨著時間的推移車輛擁堵情況將變得更加嚴重。尤其是在真實的交通路網中，路網的狀態受多種因素的影響而具有復雜多變的特性，例如交通流量、天氣情況、突發事件以及交通管制等均會對交通路網的狀態產生影響，導致路網發生劇烈的變化。這些具有時空特性并且對路網影響嚴重的態勢數據，以及狀態多變的城市路網環境給車輛應急導航的發展帶來了機遇和挑戰。當態勢交通路網中的道路權重和結構拓撲信息發生變化后，在一段時間內路網無法進入穩定的狀態，目前大多數的導航方法在時變的態勢路網環境不能及時地為駕駛員做出有效的決策，在對車輛進行應急路徑規劃時會導致某條路線上的車輛數在短時間內迅速增加而誘發各種二次交通擁堵以及交通事故。此外由于動態變化的路網環境而導致道路權重發生連續的變化，以及對路網變化的態勢數據利用不足，常規的路徑規劃方法無法收斂于一個全局最優解，從而影響導航之后的決策，使得應急導航的性能受到嚴重的影響。因此基于具有時空特性態勢路網的車輛應急導航是減少緊急情況造成巨大經濟損失和人員傷亡的必要手段之一。

針對上述問題，本發明提供一種針對城市發生突發事件后具有時空特性態勢路網的車輛應急導航架構和方法。該方法可以有效地利用路網中時變的態勢信息以及路網的拓撲關系，將突發事件導致路網發生巨大變化的態勢信息融入到對路網的分析當中，提高對態勢分析的合理性，使得應急導航滿足實際的需求。此發明首先對路網進行矢量柵格化，通過計算每個柵格的通勤能力(疏散能力)，向處于突發事件附近需要進行疏散的車輛進行疏散區域的推薦。然后在路網的數據層面進行層次劃分以及態勢索引的建立，達到對態勢信息的快速更新以及合理利用。在導航方法層面，結合態勢信息以及分層的路網結構，構建應急路徑規劃模型，使得路徑搜索的結果可以快速的收斂于一個最優解，在路徑選擇的潛在態勢變化和旅行代價之間尋求一個平衡。

基于以上思路，本發明首先將北京市路網進行柵格化處理，結合路網歷史速度數據對道路速度進行預測，根據柵格地圖中每個柵格中包含的節點數量、出入度以及道路預測速度計算路網中柵格的通勤能力，并根據通勤能力的大小對柵格進行排序，計算出突發事件發生時路網中最適合誘導車輛進行疏散的區域；其次對城市的交通路網進行層次劃分、核心子路網提取，以及構建路網態勢信息樹索引，在減少路網中路徑檢索冗余信息的同時，提高路網態勢信息的更新速度，從而實現節點之間最短路徑序列的快速調整；最后結合推薦的疏散區域以及路網態勢信息變化下的實際導航需求，提出一種啟發式的車輛應急路徑規劃算法，為城市車輛的應急導航和規避路線規劃提供有力的支持和幫助。

發明內容