专利名称：基于油耗与尾气排放的车辆三维导航方法
技术领域：
本发明涉及一种基于油耗与尾气排放的车辆三维导航方法，该方法的基本原理是将车辆油耗与尾气排放作为道路阻抗的考虑要素之一，进行路径诱导，同时车辆行驶时实时建议速度以减少油耗和尾气排放。本发明所指的三维导航技术是指在获取经纬度和海拔高度信息的基础上对车辆的定位与导航。本发明属于车辆油耗与尾气排放控制领域。
背景技术：
目前“节能减排”已成为国民经济和现代交通业发展的基本战略，国家中长期科技发展规划也将减少交通能源消耗与环境污染问题作为交通科技发展的优先主题。为有效减少交通能源消耗与环境污染，需要在各个层面、各个环节采取综合治理措施，在继续优化道路网等级结构和建设质量的同时，从机动车研制、开发，替代燃料与新型动力研发与技术推广，既有车辆监测、维护与淘汰等诸多方面着手，多管齐下、标本兼治，提高车辆节能与减排的整体水平。车载导航技术是现代多学科的高新技术结晶，它综合了导航卫星及目标定位技术，陀螺仪等传感技术，GIS数字电子地图技术，城市智能化交通管理技术，GSM动态导航通讯业等高新技术的成果。目前，全球导航系统主要包括美国GPS系统、俄罗斯格洛纳斯系统、欧洲正在建设中的伽利略系统以及中国北斗系统。中国的车载导航技术经过十年的市场培育，用户目标与需求已逐步明确。随着技术研发、市场培育的逐步完善，车用导航装置应用市场业已启动和日臻成熟，现在已逐步进入道路交通行业应用的高速发展时期。随着经济发展和道路建设的推进，内涵更丰富的三维立体导航地图将逐年以更新的面貌推向市场。事实上，随着国内油价的不断企高，无论是个人还是运输企业，都很关注汽车在行驶过程中的省油性能，因此从用户经济利益出发，利用一定的技术手段控制私家车和营运车辆的单车油耗不失为节能减排的一条有效途径。另一方面，加装车载GPS等行车导航设备的车辆逐年增多，基于安全预警和监控考虑在营运车辆上统一安装GPS定位系统和行车记录仪等设备或将成为趋势，若能将GPS导航技术与油耗控制技术有机结合，这将为车辆行驶过程中的节能减排提供新的技术思路。
发明内容
技术问题本发明的目的是提供一种基于车辆油耗与尾气排放的车辆导航方法，对传统的车辆导航方法框架做出改进设计，以减少车辆行驶过程中的油耗与尾气排放，为道路交通节能减排提供新型技术支撑。本发明的技术问题主要包括两方面，一方面通过获取车辆在现行道路上某点处的坡度，结合车辆对应车型的油耗和尾气排放控制参数，给出车辆在该点的速度建议；另一方面，预测路网上每条路段的平均速度，进而结合对应车型的油耗和尾气排放控制参数，预测每一条路段上的油耗和尾气值，然后将预测到的油耗和尾气值作为该车辆在路网中进行路径规划中路段阻抗函数的自变量之一，修正阻抗函数，以达到在路径选择中考虑油耗和尾气排放的目的。技术方案一种基于油耗与尾气排放的车辆三维导航方法，步骤I设定车型信息，调用与之相对应的油耗与尾气排放模型参数库；同时通过差分定位DGPS定位车辆，获取车辆实时所在点i的经度Lix、纬度Liy、和海拔高度Liz ；(I)启动导航系统后，需要首先确定车辆车型信息，所述车辆车型信息包括车型/代表车型和载重，车型/代表车型由汽车制造商在汽车出厂时确定，载重由车主在行驶前人工输入；然后导航系统基于车型信息调用对应油耗和尾气排放参数库，所述油耗和尾气排放参数库包括单位行程油耗、单位行程HC排放因子、单位行程CO排放因子、单位行程NOx排放因子，(2)定位模块采用差分定位DGPS，它的一个特点是定位精度高，能实现亚米级的定位精度，(3)DGPS每隔Is自动获取车辆实时所在点i的位置信息，这样就在行驶过程中获得了一系列点且表示为i=l、2、3、4、5…的经度，纬度和海拔高度，其符号表示分别为Lix’，Liy Liz,步骤2根据定位获得的一系列点i=l、2、3、4、5…的位置信息，推算每一点的坡度ε i，然后调用坡度调用油耗与尾气排放模型参数库，得出坡度为ε i时不同速度情况下对应油耗与尾气排放单位行程总指标，选取总指标最小的速度值作为优化速度值，由此得到速度优化结果，步骤2. I依靠定位获得的经度Lix、纬度Liy和海拔高度Liz，速度优化模块首先根据公式(1)、(2)计算在i点时海拔高度的变化Ahi和水平行驶路径的变化△&，然后根据公式(3)推算车辆实时所在点的坡度Si,Ahi = Liz-L(H)z(O_8] As=^(/..,-L(j.lK)-+(/,v-L .1)v)2 (2)Liz, Lix, Liy分别为点i的海拔高度、经度和纬度L(i_1)z、L(i_1)x、L(i_1)y分别为点i-1的海拔高度、经度和纬度
AU
__,ZrB \y VS1- = tan (——L)⑴
Aslε i为车辆实时所在点i的坡度Ahi为车辆在垂直于路面方向上的海拔高度的变化Δ Si为水平行驶路径的差值，步骤2. 2速度优化模块以车辆所在点的实时道路坡度ε i为输入变量，根据模型参数库中对应车型和载重预设的速度、道路坡度与油耗和尾气排放单位行程总指标之间的量化关系，动态地给出该车辆保持最小油耗与尾气排放的实时行车速度建议值SF，I)道路坡度ε i已知后，调用油耗与尾气排放参数库中与之对应的参数，就能得到此坡度下不同的速度和不同油耗和尾气排放单位行程总指标并由公式(4)计算得到的对应关系。
Hs — Y S0HS0+ Y S1Hsi+ Y S2H52+ Y S3HS3⑷Hs是速度为S时对应的油耗和尾气排放单位行程总指标；Hso, Hsi, Hs2, Hs3分别指速度为S时对应的单位行程油耗指标、HC单位行程排放指标、CO单位行程排放指标和NOx单位行程排放指标，Y so> Y S1> Y S2> Ys3为对应指标HS(I、HS1、HS2、HS3的参数,表示不同指标在油耗与尾气排放总指标中的权重，可根据不同地域的燃料价格、环境状况、限制政策等进行标定或修正，2)得到速度S及其对应油耗与尾气排放单位行程总指标Hs后，用“冒泡排序法”求出使得总指标Hs最小的对应速度SF，Sf即为车速优化的结果，模型参数库中，速度为一系列的离散值，采用冒泡排序法求出油耗与尾气排放最小总指标，此总指标对应的速度即为车速优化结果，“冒泡排序法”的基本原理是依次比较相邻的两个数，将小数放在前面，大数放在后面，步骤如下第一趟首先比较第I个和第2个数，将小数放前，大数放后，然后比较第2个数和第3个数，将小数放前，大数放后，如此继续，直至比较最后两个数，将小数放前，大数放后。至此第一趟结束，将最大的数放到了最后；第二趟仍从第一对数开始比较；，将小数放前，大数放后，一直比较到倒数第二个数；第二趟结束，在倒数第二的位置上得到一个新的最大数，如此下去，重复以上过程，直至最终完成排序，就将最小的数放到了最前面，步骤2. 3每隔10s，将车速优化的结果作Sf为信息发布模块的输入，以合成语音和文字显示方式提示用户应保持的优化车速，以便减少油耗和尾气的排放；步骤3根据定位信息，通过地图匹配获取车辆所在路网信息，进而推算路网上每一路段的平均速度Sk，依据平均速度和电子地图上的路段坡度调用相应的油耗与尾气排放参数，计算得到路网上每一路段的油耗与尾气排放量，然后将油耗与尾气排放量作为交通阻抗的影响要素，对原交通阻抗进行修正，得到路网上每一条路段的新的交通阻抗，最后，基于新的交通阻抗网络对车辆进行最小路径规划，步骤3. I依照定位模块给出的位置信息，将车辆位置匹配在电子地图上，数据接收和储存模块从交通信息中心接收路网上的交通信息，包括路网中的路段总数m，每条路段的交通流量Vk，每条路段的零流通行时间tk(l、实际通行能力Ck、长度Lk、坡度^等信息，I)在导航过程中，定位模块以DGPS定位数据为标准，针对当前行驶的位置来确定车辆行驶在哪条路段上，并将位置匹配在电子地图上，2)数据采集和存储模块依据车辆在电子地图上的位置，通过GPRS无线通讯技术从城市交通信息中心获取当前路网信息，包括静态交通数据和动态交通数据，静态交通数据主要包括道路总数m、路网结构、交叉口、道路等级、交通标志标线等，动态交通数据主要包括每条路段的实时交通流量Vk、交通事故，3)为了进行各路段的油耗预测，需要道路网络中各路段的通行时间、长度和坡度，必须首先从城市道路设计的有关部门获取路网上每条路段零流通行时间tk(l即交通流量为O时路段k行驶时间，由设计通行时间考虑车道宽度、自行车影响等的修正后得到、实际通行能力Ck、长度Lk和坡度ξ信息，并预先存入电子地图的数据库，需要使用时对号提取，步骤3. 2路径优化模块首先以路段的长度Lk、交通流量Vk为输入变量，预测路网上每条路段的行驶时间tk，继而预测路网上所有路段的平均行驶时间每条路段上车辆的平均速度Sk，采用道路交通阻抗分析方法计算路网上所有路段的预测行驶时间% = ^ [1 + Λνι / )A ](5)tk，为路段k的预测行驶时间；tk0,是路段k的零流通行时间，是常量；Vk,是路段k的交通量,辆/小时；Ck，是路段k的实际通行能力，是常量，辆/小时；ak、β,，是参数，根据历史数据回归确定，无历史数据时分别取O. 15,0.4,
% S然后计算路网上所有路段的平均行驶时间其中，Σ tk为路网中路段预
麵
测行驶时间的总和，m为路网中路段总数目，最后根据平均速度的计算公式Sk =—唭中Lk为路段k的总长度，tk为路段k的
预测行驶时间，Sk为路段k的预测平均速度，这样，路网上所有路段的实时平均速度都可以计算出来，步骤3. 3路径诱导模块然后以每条路段坡度0k =[0kl, 0k2Jk,,..Jkn；h路段预测平均速度Sk为输入变量，在模型参数库中调用相应的油耗和尾气排放参数，计算得到路网中各路段上预测油耗总量Qk(l、HC排放总量Qkl、CO排放总量Qk2和NOX排放Qk3，步骤3. 3. I以路段坡度ek =[0kJ,、路段预测速度Sk为输入变量，在模型参数库中调用相应的油耗和尾气排放参数；步骤3. 3. 2将不同长度的坡度段的油耗和尾气排放量相加，按公式(6)、(7)、(8)、
(9)、(10)、(11)、(12)、(13)计算得到预测的每一条路段的油耗总量和尾气各指标的排放总量
权利要求
1.一种基于油耗与尾气排放的车辆三维导航方法，其特征在于，步骤I设定车型信息，调用与之相对应的油耗与尾气排放模型参数库；同时通过差分定位DGPS定位车辆，获取车辆实时所在点i的经度Lix、纬度Liy、和海拔高度Liz ；(1)启动导航系统后，需要首先确定车辆车型信息，所述车辆车型信息包括车型/代表车型和载重，车型/代表车型由汽车制造商在汽车出厂时确定，载重由车主在行驶前人工输入；然后导航系统基于车型信息调用对应油耗和尾气排放参数库，所述油耗和尾气排放参数库包括单位行程油耗、单位行程HC排放因子、单位行程CO排放因子、单位行程NOx排放因子，(2)定位模块采用差分定位DGPS，它的一个特点是定位精度高，能实现亚米级的定位精度，(3)DGPS每隔Is自动获取车辆实时所在点i的位置信息，这样就在行驶过程中获得了一系列点且表示为i=l、2、3、4、5…的经度，纬度和海拔高度，其符号表示分别为Lix，，Liy,步骤2根据定位获得的一系列点i=l、2、3、4、5…的位置信息，推算每一点的坡度ε i；然后调用坡度调用油耗与尾气排放模型参数库，得出坡度为ε i时不同速度情况下对应油耗与尾气排放单位行程总指标，选取总指标最小的速度值作为优化速度值，由此得到速度优化结果，步骤2. I依靠定位获得的经度Lix、纬度Liy和海拔高度Liz，速度优化模块首先根据公式(1)、(2)计算在i点时海拔高度的变化Ahi和水平行驶路径的变化Asi,然后根据公式(3)推算车辆实时所在点的坡度Si,Ahi = Liz-L(H)z(I)Liz、Lix、Liy分别为点i的海拔高度、经度和纬度L(i—l)z、L(i—i)x、L(i—i)y 分别为点i-1的海拔高度、经度和纬度
全文摘要
一种基于油耗与尾气排放的车辆三维导航方法，该方法通过DGPS实时定位车辆，获取车辆位置信息，然后结合车辆的车型信息调用油耗与尾气排放模型参数，以确定车辆在行驶过程中实时点能确保车辆油耗与尾气排放最小的建议速度。同时，通过地图匹配获取车辆所在路网信息，推算路网上每一路段的平均速度，依据平均速度和电子地图上的路段坡度调用相应的油耗与尾气排放参数，计算得到路网上每一路段的油耗与尾气排放量，然后将油耗与尾气排放量作为交通阻抗的影响要素，对原交通阻抗进行修正，得到路网上每一条路段的新的交通阻抗，最后，基于新的交通阻抗网络对车辆进行最小路径规划。
文档编号G01S19/42GK102944887SQ20121045682
公开日2013年2月27日 申请日期2012年11月14日 优先权日2012年11月14日
发明者任刚, 乐晨, 赵星, 范超 申请人:东南大学