專利名稱：基于油耗與尾氣排放的車輛三維導(dǎo)航方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于油耗與尾氣排放的車輛三維導(dǎo)航方法，該方法的基本原理是將車輛油耗與尾氣排放作為道路阻抗的考慮要素之一，進(jìn)行路徑誘導(dǎo)，同時車輛行駛時實時建議速度以減少油耗和尾氣排放。本發(fā)明所指的三維導(dǎo)航技術(shù)是指在獲取經(jīng)緯度和海拔高度信息的基礎(chǔ)上對車輛的定位與導(dǎo)航。本發(fā)明屬于車輛油耗與尾氣排放控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前“節(jié)能減排”已成為國民經(jīng)濟(jì)和現(xiàn)代交通業(yè)發(fā)展的基本戰(zhàn)略，國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃也將減少交通能源消耗與環(huán)境污染問題作為交通科技發(fā)展的優(yōu)先主題。為有效減少交通能源消耗與環(huán)境污染，需要在各個層面、各個環(huán)節(jié)采取綜合治理措施，在繼續(xù)優(yōu)化道路網(wǎng)等級結(jié)構(gòu)和建設(shè)質(zhì)量的同時，從機(jī)動車研制、開發(fā)，替代燃料與新型動力研發(fā)與技術(shù)推廣，既有車輛監(jiān)測、維護(hù)與淘汰等諸多方面著手，多管齊下、標(biāo)本兼治，提高車輛節(jié)能與減排的整體水平。車載導(dǎo)航技術(shù)是現(xiàn)代多學(xué)科的高新技術(shù)結(jié)晶，它綜合了導(dǎo)航衛(wèi)星及目標(biāo)定位技術(shù)，陀螺儀等傳感技術(shù)，GIS數(shù)字電子地圖技術(shù)，城市智能化交通管理技術(shù)，GSM動態(tài)導(dǎo)航通訊業(yè)等高新技術(shù)的成果。目前，全球?qū)Ш较到y(tǒng)主要包括美國GPS系統(tǒng)、俄羅斯格洛納斯系統(tǒng)、歐洲正在建設(shè)中的伽利略系統(tǒng)以及中國北斗系統(tǒng)。中國的車載導(dǎo)航技術(shù)經(jīng)過十年的市場培育，用戶目標(biāo)與需求已逐步明確。隨著技術(shù)研發(fā)、市場培育的逐步完善，車用導(dǎo)航裝置應(yīng)用市場業(yè)已啟動和日臻成熟，現(xiàn)在已逐步進(jìn)入道路交通行業(yè)應(yīng)用的高速發(fā)展時期。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和道路建設(shè)的推進(jìn)，內(nèi)涵更豐富的三維立體導(dǎo)航地圖將逐年以更新的面貌推向市場。事實上，隨著國內(nèi)油價的不斷企高，無論是個人還是運輸企業(yè)，都很關(guān)注汽車在行駛過程中的省油性能，因此從用戶經(jīng)濟(jì)利益出發(fā)，利用一定的技術(shù)手段控制私家車和營運車輛的單車油耗不失為節(jié)能減排的一條有效途徑。另一方面，加裝車載GPS等行車導(dǎo)航設(shè)備的車輛逐年增多，基于安全預(yù)警和監(jiān)控考慮在營運車輛上統(tǒng)一安裝GPS定位系統(tǒng)和行車記錄儀等設(shè)備或?qū)⒊蔀橼厔荩裟軐PS導(dǎo)航技術(shù)與油耗控制技術(shù)有機(jī)結(jié)合，這將為車輛行駛過程中的節(jié)能減排提供新的技術(shù)思路。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提供一種基于車輛油耗與尾氣排放的車輛導(dǎo)航方法，對傳統(tǒng)的車輛導(dǎo)航方法框架做出改進(jìn)設(shè)計，以減少車輛行駛過程中的油耗與尾氣排放，為道路交通節(jié)能減排提供新型技術(shù)支撐。本發(fā)明的技術(shù)問題主要包括兩方面，一方面通過獲取車輛在現(xiàn)行道路上某點處的坡度，結(jié)合車輛對應(yīng)車型的油耗和尾氣排放控制參數(shù)，給出車輛在該點的速度建議；另一方面，預(yù)測路網(wǎng)上每條路段的平均速度，進(jìn)而結(jié)合對應(yīng)車型的油耗和尾氣排放控制參數(shù)，預(yù)測每一條路段上的油耗和尾氣值，然后將預(yù)測到的油耗和尾氣值作為該車輛在路網(wǎng)中進(jìn)行路徑規(guī)劃中路段阻抗函數(shù)的自變量之一，修正阻抗函數(shù)，以達(dá)到在路徑選擇中考慮油耗和尾氣排放的目的。技術(shù)方案一種基于油耗與尾氣排放的車輛三維導(dǎo)航方法，步驟I設(shè)定車型信息，調(diào)用與之相對應(yīng)的油耗與尾氣排放模型參數(shù)庫；同時通過差分定位DGPS定位車輛，獲取車輛實時所在點i的經(jīng)度Lix、緯度Liy、和海拔高度Liz ；(I)啟動導(dǎo)航系統(tǒng)后，需要首先確定車輛車型信息，所述車輛車型信息包括車型/代表車型和載重，車型/代表車型由汽車制造商在汽車出廠時確定，載重由車主在行駛前人工輸入；然后導(dǎo)航系統(tǒng)基于車型信息調(diào)用對應(yīng)油耗和尾氣排放參數(shù)庫，所述油耗和尾氣排放參數(shù)庫包括單位行程油耗、單位行程HC排放因子、單位行程CO排放因子、單位行程NOx排放因子，(2)定位模塊采用差分定位DGPS，它的一個特點是定位精度高，能實現(xiàn)亞米級的定位精度，(3)DGPS每隔Is自動獲取車輛實時所在點i的位置信息，這樣就在行駛過程中獲得了一系列點且表示為i=l、2、3、4、5…的經(jīng)度，緯度和海拔高度，其符號表示分別為Lix’，Liy Liz,步驟2根據(jù)定位獲得的一系列點i=l、2、3、4、5…的位置信息，推算每一點的坡度ε i，然后調(diào)用坡度調(diào)用油耗與尾氣排放模型參數(shù)庫，得出坡度為ε i時不同速度情況下對應(yīng)油耗與尾氣排放單位行程總指標(biāo)，選取總指標(biāo)最小的速度值作為優(yōu)化速度值，由此得到速度優(yōu)化結(jié)果，步驟2. I依靠定位獲得的經(jīng)度Lix、緯度Liy和海拔高度Liz，速度優(yōu)化模塊首先根據(jù)公式(1)、(2)計算在i點時海拔高度的變化Ahi和水平行駛路徑的變化△&，然后根據(jù)公式(3)推算車輛實時所在點的坡度Si,Ahi = Liz-L(H)z(O_8] As=^(/..,-L(j.lK)-+(/,v-L .1)v)2 (2)Liz, Lix, Liy分別為點i的海拔高度、經(jīng)度和緯度L(i_1)z、L(i_1)x、L(i_1)y分別為點i-1的海拔高度、經(jīng)度和緯度
AU
__,ZrB \y VS1- = tan (——L)⑴
Aslε i為車輛實時所在點i的坡度Ahi為車輛在垂直于路面方向上的海拔高度的變化Δ Si為水平行駛路徑的差值，步驟2. 2速度優(yōu)化模塊以車輛所在點的實時道路坡度ε i為輸入變量，根據(jù)模型參數(shù)庫中對應(yīng)車型和載重預(yù)設(shè)的速度、道路坡度與油耗和尾氣排放單位行程總指標(biāo)之間的量化關(guān)系，動態(tài)地給出該車輛保持最小油耗與尾氣排放的實時行車速度建議值SF，I)道路坡度ε i已知后，調(diào)用油耗與尾氣排放參數(shù)庫中與之對應(yīng)的參數(shù)，就能得到此坡度下不同的速度和不同油耗和尾氣排放單位行程總指標(biāo)并由公式(4)計算得到的對應(yīng)關(guān)系。
Hs — Y S0HS0+ Y S1Hsi+ Y S2H52+ Y S3HS3⑷Hs是速度為S時對應(yīng)的油耗和尾氣排放單位行程總指標(biāo)；Hso, Hsi, Hs2, Hs3分別指速度為S時對應(yīng)的單位行程油耗指標(biāo)、HC單位行程排放指標(biāo)、CO單位行程排放指標(biāo)和NOx單位行程排放指標(biāo)，Y so> Y S1> Y S2> Ys3為對應(yīng)指標(biāo)HS(I、HS1、HS2、HS3的參數(shù),表示不同指標(biāo)在油耗與尾氣排放總指標(biāo)中的權(quán)重，可根據(jù)不同地域的燃料價格、環(huán)境狀況、限制政策等進(jìn)行標(biāo)定或修正，2)得到速度S及其對應(yīng)油耗與尾氣排放單位行程總指標(biāo)Hs后，用“冒泡排序法”求出使得總指標(biāo)Hs最小的對應(yīng)速度SF，Sf即為車速優(yōu)化的結(jié)果，模型參數(shù)庫中，速度為一系列的離散值，采用冒泡排序法求出油耗與尾氣排放最小總指標(biāo)，此總指標(biāo)對應(yīng)的速度即為車速優(yōu)化結(jié)果，“冒泡排序法”的基本原理是依次比較相鄰的兩個數(shù)，將小數(shù)放在前面，大數(shù)放在后面，步驟如下第一趟首先比較第I個和第2個數(shù)，將小數(shù)放前，大數(shù)放后，然后比較第2個數(shù)和第3個數(shù)，將小數(shù)放前，大數(shù)放后，如此繼續(xù)，直至比較最后兩個數(shù)，將小數(shù)放前，大數(shù)放后。至此第一趟結(jié)束，將最大的數(shù)放到了最后；第二趟仍從第一對數(shù)開始比較；，將小數(shù)放前，大數(shù)放后，一直比較到倒數(shù)第二個數(shù)；第二趟結(jié)束，在倒數(shù)第二的位置上得到一個新的最大數(shù)，如此下去，重復(fù)以上過程，直至最終完成排序，就將最小的數(shù)放到了最前面，步驟2. 3每隔10s，將車速優(yōu)化的結(jié)果作Sf為信息發(fā)布模塊的輸入，以合成語音和文字顯示方式提示用戶應(yīng)保持的優(yōu)化車速，以便減少油耗和尾氣的排放；步驟3根據(jù)定位信息，通過地圖匹配獲取車輛所在路網(wǎng)信息，進(jìn)而推算路網(wǎng)上每一路段的平均速度Sk，依據(jù)平均速度和電子地圖上的路段坡度調(diào)用相應(yīng)的油耗與尾氣排放參數(shù)，計算得到路網(wǎng)上每一路段的油耗與尾氣排放量，然后將油耗與尾氣排放量作為交通阻抗的影響要素，對原交通阻抗進(jìn)行修正，得到路網(wǎng)上每一條路段的新的交通阻抗，最后，基于新的交通阻抗網(wǎng)絡(luò)對車輛進(jìn)行最小路徑規(guī)劃，步驟3. I依照定位模塊給出的位置信息，將車輛位置匹配在電子地圖上，數(shù)據(jù)接收和儲存模塊從交通信息中心接收路網(wǎng)上的交通信息，包括路網(wǎng)中的路段總數(shù)m，每條路段的交通流量Vk，每條路段的零流通行時間tk(l、實際通行能力Ck、長度Lk、坡度^等信息，I)在導(dǎo)航過程中，定位模塊以DGPS定位數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)，針對當(dāng)前行駛的位置來確定車輛行駛在哪條路段上，并將位置匹配在電子地圖上，2)數(shù)據(jù)采集和存儲模塊依據(jù)車輛在電子地圖上的位置，通過GPRS無線通訊技術(shù)從城市交通信息中心獲取當(dāng)前路網(wǎng)信息，包括靜態(tài)交通數(shù)據(jù)和動態(tài)交通數(shù)據(jù)，靜態(tài)交通數(shù)據(jù)主要包括道路總數(shù)m、路網(wǎng)結(jié)構(gòu)、交叉口、道路等級、交通標(biāo)志標(biāo)線等，動態(tài)交通數(shù)據(jù)主要包括每條路段的實時交通流量Vk、交通事故，3)為了進(jìn)行各路段的油耗預(yù)測，需要道路網(wǎng)絡(luò)中各路段的通行時間、長度和坡度，必須首先從城市道路設(shè)計的有關(guān)部門獲取路網(wǎng)上每條路段零流通行時間tk(l即交通流量為O時路段k行駛時間，由設(shè)計通行時間考慮車道寬度、自行車影響等的修正后得到、實際通行能力Ck、長度Lk和坡度ξ信息，并預(yù)先存入電子地圖的數(shù)據(jù)庫，需要使用時對號提取，步驟3. 2路徑優(yōu)化模塊首先以路段的長度Lk、交通流量Vk為輸入變量，預(yù)測路網(wǎng)上每條路段的行駛時間tk，繼而預(yù)測路網(wǎng)上所有路段的平均行駛時間每條路段上車輛的平均速度Sk，采用道路交通阻抗分析方法計算路網(wǎng)上所有路段的預(yù)測行駛時間% = ^ [1 + Λνι / )A ](5)tk，為路段k的預(yù)測行駛時間；tk0,是路段k的零流通行時間，是常量；Vk,是路段k的交通量,輛/小時；Ck，是路段k的實際通行能力，是常量，輛/小時；ak、β,，是參數(shù)，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)回歸確定，無歷史數(shù)據(jù)時分別取O. 15,0.4,
% S然后計算路網(wǎng)上所有路段的平均行駛時間其中，Σ tk為路網(wǎng)中路段預(yù)
麵
測行駛時間的總和，m為路網(wǎng)中路段總數(shù)目，最后根據(jù)平均速度的計算公式Sk =—唭中Lk為路段k的總長度，tk為路段k的
預(yù)測行駛時間，Sk為路段k的預(yù)測平均速度，這樣，路網(wǎng)上所有路段的實時平均速度都可以計算出來，步驟3. 3路徑誘導(dǎo)模塊然后以每條路段坡度0k =[0kl, 0k2Jk,,..Jkn；h路段預(yù)測平均速度Sk為輸入變量，在模型參數(shù)庫中調(diào)用相應(yīng)的油耗和尾氣排放參數(shù)，計算得到路網(wǎng)中各路段上預(yù)測油耗總量Qk(l、HC排放總量Qkl、CO排放總量Qk2和NOX排放Qk3，步驟3. 3. I以路段坡度ek =[0kJ,、路段預(yù)測速度Sk為輸入變量，在模型參數(shù)庫中調(diào)用相應(yīng)的油耗和尾氣排放參數(shù)；步驟3. 3. 2將不同長度的坡度段的油耗和尾氣排放量相加，按公式(6)、(7)、(8)、
(9)、(10)、(11)、(12)、(13)計算得到預(yù)測的每一條路段的油耗總量和尾氣各指標(biāo)的排放總量
權(quán)利要求
1.一種基于油耗與尾氣排放的車輛三維導(dǎo)航方法，其特征在于，步驟I設(shè)定車型信息，調(diào)用與之相對應(yīng)的油耗與尾氣排放模型參數(shù)庫；同時通過差分定位DGPS定位車輛，獲取車輛實時所在點i的經(jīng)度Lix、緯度Liy、和海拔高度Liz ；(1)啟動導(dǎo)航系統(tǒng)后，需要首先確定車輛車型信息，所述車輛車型信息包括車型/代表車型和載重，車型/代表車型由汽車制造商在汽車出廠時確定，載重由車主在行駛前人工輸入；然后導(dǎo)航系統(tǒng)基于車型信息調(diào)用對應(yīng)油耗和尾氣排放參數(shù)庫，所述油耗和尾氣排放參數(shù)庫包括單位行程油耗、單位行程HC排放因子、單位行程CO排放因子、單位行程NOx排放因子，(2)定位模塊采用差分定位DGPS，它的一個特點是定位精度高，能實現(xiàn)亞米級的定位精度，(3)DGPS每隔Is自動獲取車輛實時所在點i的位置信息，這樣就在行駛過程中獲得了一系列點且表示為i=l、2、3、4、5…的經(jīng)度，緯度和海拔高度，其符號表示分別為Lix，，Liy,步驟2根據(jù)定位獲得的一系列點i=l、2、3、4、5…的位置信息，推算每一點的坡度ε i；然后調(diào)用坡度調(diào)用油耗與尾氣排放模型參數(shù)庫，得出坡度為ε i時不同速度情況下對應(yīng)油耗與尾氣排放單位行程總指標(biāo)，選取總指標(biāo)最小的速度值作為優(yōu)化速度值，由此得到速度優(yōu)化結(jié)果，步驟2. I依靠定位獲得的經(jīng)度Lix、緯度Liy和海拔高度Liz，速度優(yōu)化模塊首先根據(jù)公式(1)、(2)計算在i點時海拔高度的變化Ahi和水平行駛路徑的變化Asi,然后根據(jù)公式(3)推算車輛實時所在點的坡度Si,Ahi = Liz-L(H)z(I)Liz、Lix、Liy分別為點i的海拔高度、經(jīng)度和緯度L(i—l)z、L(i—i)x、L(i—i)y 分別為點i-1的海拔高度、經(jīng)度和緯度
全文摘要
一種基于油耗與尾氣排放的車輛三維導(dǎo)航方法，該方法通過DGPS實時定位車輛，獲取車輛位置信息，然后結(jié)合車輛的車型信息調(diào)用油耗與尾氣排放模型參數(shù)，以確定車輛在行駛過程中實時點能確保車輛油耗與尾氣排放最小的建議速度。同時，通過地圖匹配獲取車輛所在路網(wǎng)信息，推算路網(wǎng)上每一路段的平均速度，依據(jù)平均速度和電子地圖上的路段坡度調(diào)用相應(yīng)的油耗與尾氣排放參數(shù)，計算得到路網(wǎng)上每一路段的油耗與尾氣排放量，然后將油耗與尾氣排放量作為交通阻抗的影響要素，對原交通阻抗進(jìn)行修正，得到路網(wǎng)上每一條路段的新的交通阻抗，最后，基于新的交通阻抗網(wǎng)絡(luò)對車輛進(jìn)行最小路徑規(guī)劃。
文檔編號G01S19/42GK102944887SQ20121045682
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月14日
發(fā)明者任剛, 樂晨, 趙星, 范超 申請人:東南大學(xué)