基于真實(shí)路網(wǎng)特性及動(dòng)態(tài)行程時(shí)間的最短路徑誘導(dǎo)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于真實(shí)路網(wǎng)特性及動(dòng)態(tài)行程時(shí)間的最短路徑誘導(dǎo)方法，首先，考慮真實(shí)路網(wǎng)特性，以交叉口轉(zhuǎn)向限制信息和路段流量方向分布不均性為基礎(chǔ)得到路網(wǎng)抽象圖。其次，以實(shí)時(shí)行程時(shí)間和歷史行程時(shí)間為因子，預(yù)測(cè)路段的動(dòng)態(tài)行程時(shí)間，根據(jù)預(yù)測(cè)的動(dòng)態(tài)行程時(shí)間計(jì)算路段交通阻抗，作為抽象路網(wǎng)的路段權(quán)值。最后，通過最短路徑搜索算法，獲得實(shí)時(shí)的最短路徑。本發(fā)明克服了現(xiàn)有的路網(wǎng)抽象模型不能反映真實(shí)路網(wǎng)特性（交叉口轉(zhuǎn)向限制信息和路段流量方向分布不均性），以及現(xiàn)有的基于靜態(tài)交通信息的最短路徑誘導(dǎo)方法無法對(duì)偶發(fā)的、隨機(jī)的、動(dòng)態(tài)交通事件（擁堵、臨時(shí)管制、交通事故等）進(jìn)行及時(shí)響應(yīng)等缺陷，該方法獲得的誘導(dǎo)路徑更加實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、有效。
【專利說明】基于真實(shí)路網(wǎng)特性及動(dòng)態(tài)行程時(shí)間的最短路徑誘導(dǎo)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于智能交通控制和交通誘導(dǎo)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種最短路徑誘導(dǎo)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著城市化的快速發(fā)展，交通擁堵問題日趨嚴(yán)重。通過城市道路拓寬、路網(wǎng)改造等 道路硬件升級(jí)，交通擁堵問題非但沒有得到緩解，整個(gè)交通網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)水平反而降低。實(shí) 際交通效率顯著下降，嚴(yán)重地制約著城市的發(fā)展。城市智能交通誘導(dǎo)（Urban Intelligent Traffic Guidance，UITG)作為緩解城市交通擁堵的有效途徑之一，通過誘導(dǎo)信息影響出行 前、出行中的出行人，宏觀上可以均衡網(wǎng)絡(luò)上的交通流量，使網(wǎng)絡(luò)的綜合交通能力達(dá)到最 大；微觀上可以縮短出行費(fèi)用和時(shí)間，實(shí)現(xiàn)路網(wǎng)交通設(shè)施運(yùn)行效益的最大化。
[0003] 目前，城市智能交通誘導(dǎo)主要是基于靜態(tài)的交通信息和以傳統(tǒng)的無向圖為路網(wǎng)抽 象基礎(chǔ)的最短路徑誘導(dǎo)。但是，在現(xiàn)實(shí)世界中，因?yàn)槁范紊系慕煌顟B(tài)是實(shí)時(shí)變化的，靜態(tài) 的交通狀態(tài)不符合真實(shí)路網(wǎng)環(huán)境。并且傳統(tǒng)的以無向圖為基礎(chǔ)的路網(wǎng)抽象方案不能準(zhǔn)確的 表示現(xiàn)實(shí)路網(wǎng)中交叉口的轉(zhuǎn)向限制信息（如禁止左轉(zhuǎn)、禁止右轉(zhuǎn)、單行線），不能體現(xiàn)路段 流量的方向分布不均勻的特性（出城高峰和返城高峰等）。
[0004] 為了克服上述缺陷，得到更加具有實(shí)用意義的最短路徑，本發(fā)明提出一種基于真 實(shí)路網(wǎng)特性和動(dòng)態(tài)行程時(shí)間預(yù)測(cè)的最短路徑誘導(dǎo)方法。首先，結(jié)合區(qū)域內(nèi)的現(xiàn)實(shí)路網(wǎng)特性， 以交叉口轉(zhuǎn)向限制和路段流量方向分布不均性為基礎(chǔ)，優(yōu)化路網(wǎng)抽象模型。其次，建立區(qū)域 內(nèi)各路段在不同時(shí)段內(nèi)分行駛方向的行程時(shí)間預(yù)測(cè)表，根據(jù)預(yù)測(cè)行程時(shí)間計(jì)算路段交通阻 抗，作為路網(wǎng)模型中的路段權(quán)值。最后，根據(jù)最短路徑搜索算法找到指定起訖點(diǎn)的最短路 徑。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 技術(shù)問題：本發(fā)明提供一種以真實(shí)路網(wǎng)特性和動(dòng)態(tài)行程時(shí)間預(yù)測(cè)為基礎(chǔ)搜索最短 路徑，進(jìn)行誘導(dǎo)，使抽象的路網(wǎng)模型更加真實(shí)、誘導(dǎo)的路徑更加精確，既滿足了交通流特性 在相同類別的時(shí)間段具有相似的趨勢(shì)特性，又可以隨時(shí)根據(jù)突發(fā)的交通狀況進(jìn)行及時(shí)響應(yīng) 的基于真實(shí)路網(wǎng)特性及動(dòng)態(tài)行程時(shí)間的最短路徑誘導(dǎo)方法，克服了傳統(tǒng)的以無向圖為基礎(chǔ) 的路網(wǎng)抽象模型和現(xiàn)有的以靜態(tài)行程時(shí)間或是路程長(zhǎng)度為權(quán)值的最短路徑誘導(dǎo)的缺陷與 不足。
[0006] 技術(shù)方案：本發(fā)明的基于真實(shí)路網(wǎng)特性及動(dòng)態(tài)行程時(shí)間的最短路徑誘導(dǎo)方法，包 括以下步驟：
[0007] 1)根據(jù)現(xiàn)實(shí)路網(wǎng)中交叉口的轉(zhuǎn)向限制信息，得到基于交叉口各進(jìn)口道的節(jié)點(diǎn)抽象 方案；同時(shí)根據(jù)路段流量的方向分布不均性，按照路網(wǎng)中路段的可達(dá)性進(jìn)行路段的有向圖 抽象，同一路段不同行駛方向給予不同編號(hào)，從而得到基于不同行駛方向的路段抽象方案； 合并所述節(jié)點(diǎn)抽象方案和路段抽象方案得到路網(wǎng)抽象圖；
[0008] 2)根據(jù)路段不同行駛方向的實(shí)際檢測(cè)行程時(shí)間和該路段在前一周同一天同一時(shí) 段內(nèi)的不同行駛方向的歷史行程時(shí)間，按照下式計(jì)算該路段在下一時(shí)段內(nèi)分行駛方向的行 程時(shí)間預(yù)測(cè)值：
[0009] Tk(t+1) = Θ k · Tkt (n) + (1- Θ k) · Tk(t+1) (h) (I)
[0010] 式中，Tk(t+1)為路段k在（t+1)時(shí)段內(nèi)的行程時(shí)間預(yù)測(cè)值；Tkt(n)為路段k在t時(shí) 段內(nèi)的實(shí)際檢測(cè)行程時(shí)間值；T k(t+1)(h)為路段k在（t+i)時(shí)段內(nèi)的歷史行程時(shí)間值；0,為 路段k的平滑系數(shù)，t為系統(tǒng)時(shí)段時(shí)序；
[0011] 3)根據(jù)所述步驟2)得到的行程時(shí)間預(yù)測(cè)值，計(jì)算得到路段交通阻抗，并將其作為 路網(wǎng)抽象圖中各節(jié)點(diǎn)之間的路段權(quán)值；
[0012] 4)基于所述步驟1)得到的路網(wǎng)抽象圖和所述步驟3)得到的路網(wǎng)抽象模型中各 節(jié)點(diǎn)之間的路段權(quán)值，采用Di jkstra最短路徑搜索算法，搜索路網(wǎng)中指定起訖點(diǎn)的最短路 徑，得到實(shí)時(shí)最短路徑，并將其作為路徑誘導(dǎo)方案。
[0013] 本發(fā)明方法的優(yōu)選方案中，步驟1)中得到基于交叉口各進(jìn)口道的節(jié)點(diǎn)抽象方案 的具體步驟為：
[0014] 首先，將路網(wǎng)中的交叉口按照進(jìn)口道進(jìn)行編號(hào)，然后，根據(jù)相鄰交叉口的轉(zhuǎn)向信息 和相鄰交叉口各進(jìn)口道之間的可達(dá)性，確定各進(jìn)口道之間的鄰接關(guān)系，通過鄰接表的指針 指向?qū)崿F(xiàn)相鄰交叉口的各個(gè)進(jìn)口道之間的鄰接關(guān)系，最后建立基于各交叉口、各進(jìn)口道的 鄰接表，作為基于交叉口各進(jìn)口道的節(jié)點(diǎn)抽象方案。
[0015] 本發(fā)明方法的優(yōu)選方案中，步驟3)中計(jì)算路段交通阻抗的具體步驟為：
[0016] 首先，根據(jù)下式計(jì)算車輛到達(dá)路段k起點(diǎn)時(shí)所屬時(shí)段在系統(tǒng)工作時(shí)段序列中的序 號(hào)Xk:

【權(quán)利要求】
1. 一種基于真實(shí)路網(wǎng)特性及動(dòng)態(tài)行程時(shí)間的最短路徑誘導(dǎo)方法，其特征在于，該方法 包括如下步驟： 1) 根據(jù)現(xiàn)實(shí)路網(wǎng)中交叉口的轉(zhuǎn)向限制信息，得到基于交叉口各進(jìn)口道的節(jié)點(diǎn)抽象方 案；同時(shí)根據(jù)路段流量的方向分布不均性，按照路網(wǎng)中路段的可達(dá)性進(jìn)行路段的有向圖抽 象，同一路段不同行駛方向給予不同編號(hào)，從而得到基于不同行駛方向的路段抽象方案；合 并所述節(jié)點(diǎn)抽象方案和路段抽象方案得到路網(wǎng)抽象圖； 2) 根據(jù)路段不同行駛方向的實(shí)際檢測(cè)行程時(shí)間和該路段在前一周同一天同一時(shí)段內(nèi) 的不同行駛方向的歷史行程時(shí)間，按照下式計(jì)算該路段在下一時(shí)段內(nèi)分行駛方向的行程時(shí) 間預(yù)測(cè)值： Tk(t+i) = 9k.Tkt(n) + (l-0k) .Tk(t+1)(h) (I) 式中，1^+1)為路段1^在&+1)時(shí)段內(nèi)的行程時(shí)間預(yù)測(cè)值；1' 1;>)為路段1^在七時(shí)段內(nèi) 的實(shí)際檢測(cè)行程時(shí)間值；Tk(t+1)(h)為路段k在（t+1)時(shí)段內(nèi)的歷史行程時(shí)間值；0k為路段 k的平滑系數(shù)，t為系統(tǒng)時(shí)段時(shí)序； 3) 根據(jù)所述步驟2)得到的行程時(shí)間預(yù)測(cè)值，計(jì)算得到路段交通阻抗，并將其作為路網(wǎng) 抽象圖中各節(jié)點(diǎn)之間的路段權(quán)值； 4) 基于所述步驟1)得到的路網(wǎng)抽象圖和所述步驟3)得到的路網(wǎng)抽象模型中各節(jié)點(diǎn)之 間的路段權(quán)值，采用Dijkstra最短路徑搜索算法，搜索路網(wǎng)中指定起訖點(diǎn)的最短路徑，得 到實(shí)時(shí)最短路徑，并將其作為路徑誘導(dǎo)方案。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于真實(shí)路網(wǎng)特性及動(dòng)態(tài)行程時(shí)間的最短路徑誘導(dǎo)方 法，其特征在于：所述步驟1)中得到基于交叉口各進(jìn)口道的節(jié)點(diǎn)抽象方案的具體步驟為： 首先，將路網(wǎng)中的交叉口按照進(jìn)口道進(jìn)行編號(hào)，然后，根據(jù)相鄰交叉口的轉(zhuǎn)向信息和相 鄰交叉口各進(jìn)口道之間的可達(dá)性，確定各進(jìn)口道之間的鄰接關(guān)系，通過鄰接表的指針指向 實(shí)現(xiàn)相鄰交叉口的各個(gè)進(jìn)口道之間的鄰接關(guān)系，最后建立基于各交叉口、各進(jìn)口道的鄰接 表，作為基于交叉口各進(jìn)口道的節(jié)點(diǎn)抽象方案。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于真實(shí)路網(wǎng)特性及動(dòng)態(tài)行程時(shí)間的最短路徑誘導(dǎo)方 法，其特征在于：所述步驟3)中計(jì)算路段交通阻抗的具體步驟為： 首先，根據(jù)下式計(jì)算車輛到達(dá)路段k起點(diǎn)時(shí)所屬時(shí)段在系統(tǒng)工作時(shí)段序列中的序號(hào)Xk:
其中int□為取整函數(shù)，tk為車輛到達(dá)路段k起點(diǎn)的時(shí)刻，h為系統(tǒng)接受誘導(dǎo)響應(yīng)的 起始時(shí)刻，ΛT為時(shí)段間隔； 其次，根據(jù)下式計(jì)算用戶在通過路段k時(shí)穿越的各時(shí)段對(duì)應(yīng)的行程時(shí)間預(yù)測(cè)值分別為Tkl，，Tk2，，Tk3，，...Tki，，...： '=^k{xk+i-i) (3) 其中，i為車輛通過路段k時(shí)跨越的時(shí)段總數(shù)，為通過步驟2)得到的路段k在 時(shí)段（Xk+i-l)內(nèi)的行程時(shí)間預(yù)測(cè)值。 然后，計(jì)算車輛從進(jìn)入第一時(shí)段即i= 1時(shí)到行駛完該時(shí)段所通過的長(zhǎng)度與路段k總 長(zhǎng)度的比值S1:
其中，Tkxk為通過步驟2)得到的路段k在時(shí)段Xk內(nèi)的行程時(shí)間預(yù)測(cè)值； 最后，得到路段k的交通阻抗即路段權(quán)值Tk如下：
其中，Tk(n+1)'的值為穿越路段k時(shí)的第（n+1)時(shí)段對(duì)應(yīng)的預(yù)測(cè)行程時(shí)間，η為中間量， 由下式試算得到：
【文檔編號(hào)】G08G1/09GK104464320SQ201410772672
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月15日
【發(fā)明者】陳淑燕, 張思俊, 吳帥 申請(qǐng)人:東南大學(xué)