专利名称：基于动态路径规划实现车辆节能减排的系统和方法
技术领域：
本发明涉及智能交通领域，特别是一种基于动态路径规划实现车辆节能减排的系统及方法。
背景技术：
目前的动态交通信息诱导系统是通过提供动态交通路况信息来实现驾驶诱导，从而有效地解决城市交通拥挤、减少交通事故、降低汽车油耗和城市空气污染、提高运输效率，最终达到经济驾驶的目标。在目前动态交通信息诱导系统的开发中，已形成了日、美、欧三足鼎立的局面
日本的动态交通信息诱导系统动态路径诱导系统的研究最早始于日本(1973年)，并在1990年建立了世界上第一个道路车辆信息通信系统VICS (Vehicle Information and Communication Systems)。目前正在部署一种与VICS兼容的加强的交通管理系统UTMS (Urban Traffic Management Systems)，它由五个子系统组成，其中的动态路径诱导系统 DRGS (Dynamic Route Guidance Systems)是一种交互类型的中心决定式的路径诱导系统， 它使用来自于多个信息源的实时交通信息和行程时间数据进行中心决定式的路径诱导。美国的动态交通信息诱导系统90年代后，美国对交通动态诱导系统的研究开始介入和展开，并先后进行了 Pathfinder、TravTek, ADVANCE、SEIFT等以动态路径诱导系统为主要内容的现场运营实验。TravTek系统实现的路径诱导是基于拥挤和事故等实时交通条件进行的，并具有为出行者服务的“黄页”信息，尤其适用于对该地区不熟悉的旅行者使用；ADVANCE项目的研究为动态路径诱导系统建立了系统性的研究基础，该系统是一种基于实时交通条件(当前路段行程时间)的分布式路径诱导系统，车辆定位主要采用差分 GPS，在GPS处于盲区时辅以基于车轮速度和方向传感器的航位推算法进行定位；Travhfo 项目通过使用一系列设备，如传呼机、出行者咨询电话系统、车载导航系统和hternet主页向出行者提供及时而准确的多方式信息和动态路径建议。欧洲的动态交通信息诱导系统英国于20世纪80年代就推出了世界上第一个商用车载路径诱导系统Traffic Master ；德国的STORM项目致力于开发双模式DRGS，即在安装红外信标的区域开发基于红外信标的路径诱导，同时在广域内开发基于广播信息系统-交通信息信道 RDS0TMC (Radio Data System-Traffic Message Channel)交通广播的路径诱导，它能够向用户提供交通事故、拥挤、道路施工等信息；另外隶属于PROMETHEUS计划的双制式路径诱导DMRG (Dual Mode Route Guidance)将静态的自主导航和基于RDS0TMC 广播联合起来成为动态的分布式路径诱导系统，扩展的系统用GSM代替RDS0TMC系统。但是，当前的动态交通信息诱导系统都是通过提供动态交通信息诱导来实现经济驾驶，而影响汽车能耗的因素还应包括其他几个方面，例如驾驶车型、驾驶者习惯、驾驶者年龄/性别等，这就意味着不仅要考虑宏观的道路环境信息，还要考虑驾驶车辆和驾驶者的微观能耗。因此需要综合以上一些因素，需要建立一个综合考虑了宏观道路交通信息和微观车辆能耗的动态交通信息诱导系统。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于动态路径规划实现车辆节能减排的系统及方法，用于综合考虑宏观道路交通信息和微观车辆能耗进行动态交通信息诱导，以实现车辆节能减排。本发明提供了一种基于动态路径规划实现车辆节能减排的方法，包括 采集车辆位置信息，进行数据检查和存储，并予以发布；
利用预先建立的道路能耗模型，获取各路段的道路能耗权值； 利用所述位置信息获取路况信息，并基于所述道路能耗权值和路况信息进行动态路径规划。本发明还提供了一种基于动态路径规划实现车辆节能减排的系统，包括 动态交通信息采集及发布平台，用于采集车辆位置信息，进行数据检查和存储，并予以
发布；
道路能耗模型系统，用于利用预先建立的道路能耗模型，并获取各路段的道路能耗权
值；
动态路径规划系统，用于利用所述位置信息获取路况信息，并基于所述道路能耗权值和路况信息辅助终端进行动态路径规划。本发明以微观汽车能耗模型为基础，分析确定影响汽车能耗、排放的路面状况关键因素(摩擦系数、坡度等)及其作用规律，得到较准确计算汽车能耗的方法。通过行驶模式分析，将汽车能耗计算方法与实时交通流数据、道路行驶条件数据相结合，形成以道路为主体的新型道路能耗计算模型。再通过道路能耗模型计算得到路段的能耗权值，应用动态路径规划算法可以实现能耗最低路径的选择。
图1为本发明实施例提供的基于动态路径规划实现车辆节能减排的系统结构图； 图2为本发明实施例提供的基于动态路径规划实现车辆节能减排的方法流程图3为本发明实施例提供的建立道路能耗模型的方法流程图； 图4为本发明实施例提供的生成路况拥堵状态信息的方法流程图； 图5为本发明实施例提供的获取具有能耗权值的路况信息的方法流程图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。本发明实施例以微观汽车能耗模型为基础，分析确定影响汽车能耗、排放的路面状况关键因素(摩擦系数、坡度等)及其作用规律，得到较准确计算汽车能耗的方法。通过行驶模式分析，将汽车能耗计算方法与实时交通流数据、道路行驶条件数据相结合，形成以道路为主体的新型道路能耗计算模型。再通过道路能耗模型计算得到路段的能耗权值，应用动态路径规划算法可以实现能耗最低路径的选择。本发明实施例提供的基于动态路径规划实现车辆节能减排的系统如图1所示，包括
车辆调度中心11，用于获取车载GPS设备发送的位置信息，对数据进行预处理操作，过滤掉错误位置信息，并发送给动态交通信息采集及发布平台。动态交通信息采集及发布平台12，用于采集车辆位置信息，进行数据检查和存储， 并予以发布。道路能耗模型系统13，用于利用所述位置信息建立道路能耗模型，并获取各路段的道路能耗权值。动态路径规划系统14，用于获取动态路况信息，并通过道路能耗模型获取路况的道路能耗权值，通过权值计算，生成新的具备道路能耗模型的路况信息，并向终端下发。终端15，用于获取路况信息(含道路能耗权值)，按驾驶员的需求基于路况拥堵和道路能耗两方面因素进行动态路径规划，将合理的路径规划结果提供给驾驶员。基于以上系统，本发明实施例提供了一种基于动态路径规划实现车辆节能减排的方法，如图2所示，包括
步骤201、建立道路能耗模型。道路能耗模型的构建由道路行驶条件数据库的建立、汽车能耗模型本地化改造、交通流数据分析处理组成，具体通过以下5个步骤完成，如图3所示，具体包括
步骤2011、采用曲线拟合、组成分析方法确定道路坡度、摩擦系数、环境温度、空气阻力系数等因素与汽车能耗、排放的关系，对比不同因素对汽车能耗的影响程度，确定关键因素，进而以此确定道路采集内容。对采集获得的数据在经过数据清洗后，建立完善的道路行驶条件数据库。步骤2012、依据已有的道路行驶条件数据库中的大量实测行驶数据，使用数据挖掘方法对汽车行驶模式一即速度与加速度分布，进行聚类分析，获取汽车行驶类别。而后将行驶模式类别与道路属性、交通信息数据相结合，建立道路属性、交通状态到行驶模式的推导规则，即道路行驶模式分类器。从而利用道路类别、路况等属性准确判别汽车行驶模式的类别，得到汽车在不同路况、不同道路情况下的行驶模式。步骤2013、针对交通状态对路网能耗影响的相关性分析。本实施例首先依据交通历史数据、汽车能耗数据确定交通状态对路网能耗影响的关键性因素。依据地理信息数据、 海量交通历史数据，将全天时间划分为早高峰、平峰、晚高峰、夜晚等时段，同时将城市分为工业区、商业区、居民区等区域，结合人工统计方法，得到不同时段、不同区域车型分布及交通流量信息，并利用现有的固定监测设备对其修正。步骤2014、进行汽车能耗模型的选取，并使用北京市汽车能耗数据，对模型参数进行修正，完成模型的本地化。因汽车油耗、尾气排放与汽车的车型、使用燃料质量、汽车累计行驶里程、汽车保养情况、温度、相对湿度、海拔、道路坡度、行驶速度、行驶加速度等众多因素相关，且不同因素间还会存在相互作用关系，因此需要在计算精度与计算复杂度之间做出权衡，在保证准确性的前提下简化油耗、尾气排放计算方法。在本实施例中，汽车行驶所需能量被划分为摩擦阻力消耗功率、克服重力所需功率、增加速度所需功率等不同部分，每部分所需功率根据不同的温度、相对湿度、汽车类型等因素进行修正。针对特定车型、外界环境，行驶的速度、 加速度成为了影响汽车油耗、尾气排放的决定性因素。但汽车油耗量、尾气排放量与速度、加速度间仅具有非线性关系，且此关系受其他因素变化影响较大，因此直接使用行驶速度、 加速度值计算得到汽车油耗、尾气排放的修正因子准确率难以保证。汽车比功率，单位重量每行驶经过单位长度所需功率，已被证实与汽车油耗、尾气排放值具有最好的线性关系，其计算公式如下
权利要求
1.一种基于动态路径规划实现车辆节能减排的方法，其特征在于，包括 采集车辆位置信息，进行数据检查和存储，并予以发布；利用预先建立的道路能耗模型，获取各路段的道路能耗权值； 利用所述位置信息获取路况信息，并基于所述道路能耗权值和路况信息进行动态路径规划。
2.根据权利要求1所述的实现车辆节能减排的方法，其特征在于，所述采集车辆位置信息，进行数据检查和存储，并予以发布的步骤具体包括车载GPS设备周期性地向车辆调度中心发送自身位置信息； 车辆调度中心获取所述位置信息后，对数据进行预处理操作，过滤掉错误位置信息； 车辆调度中心将预处理后的位置信息发送给动态交通信息采集及发布平台，由动态交通信息采集及发布平台进行数据检查和存储，并予以发布。
3.根据权利要求1或2所述的实现车辆节能减排的方法，其特征在于，所述建立道路能耗模型的步骤具体包括针对所述采集获得的位置信息建立道路行驶条件数据库；依据所述道路行驶条件数据库中的行驶数据，进行聚类分析，获取汽车行驶模式类别， 并将行驶模式类别与道路属性、交通信息数据相结合，建立道路属性、交通状态到行驶模式的道路行驶模式分类器；依据交通状态进行路网能耗影响的相关性分析； 基于所述相关性分析进行汽车能耗模型选取；根据所述道路行驶模式分类器，使用所述汽车能耗模型计算得到汽车行驶经过不同道路所造成的能耗与尾气排量，根据各路段的油耗和尾气排放量为该路段赋予相应的道路能耗权值。
4.根据权利要求3所述的实现车辆节能减排的方法，其特征在于，所述获取汽车行驶模式类别的步骤具体包括对行驶数据进行预处理，完成数据异常值清理和地图匹配； 根据数据所匹配的道路，将数据进行分组；对行驶数据分组的VSP分布进行归一化，然后使用X means聚类算法，对归一化后的 VSP分布数据集进行聚类，从而获得行驶模式类别。
5.根据权利要求4所述的实现车辆节能减排的方法，其特征在于，所述建立道路行驶模式分类器的步骤具体包括选取道路属性数据，所述道路属性数据包括道路类型、路链长度、道路收费类型及路链旅行时间；根据所述道路属性数据以及行驶数据聚类结果，使用决策树与决策表的方式构建道路行驶模式分类器。
6.根据权利要求5所述的实现车辆节能减排的方法，其特征在于，所述计算得到汽车行驶经过不同道路所造成的能耗与尾气排量的步骤具体包括将所述道路属性数据输入所述道路行驶模式分类器得到汽车在各个道路的行驶汽车比功率VSP分布，根据VSP分布、汽车类型、燃料类型以及当前温度、相对湿度得到汽车在各条道路行驶的油耗、尾气排放量。
7.根据权利要求6所述的实现车辆节能减排的方法，其特征在于，所述获取路况信息的步骤具体包括进行地图匹配； 计算路段的平均行驶速度；根据该路段的平均行驶速度，与道路拥堵等级阈值表进行对应，确定该路段的拥堵情况；分析出整个城市或者特定区域的各个路段拥堵状态，整理出整个城市或者特定区域内各个路段的拥堵权值，再结合道路能耗模型计算出的能耗权值，通过权值模型计算，最终形成具有能耗权值的实时路况信息；根据实时路况信息，并结合历史路况信息，对下个时段该路段的路况进行预测，生成路况预测信息；采集当前的交通事故信息，形成基于具体路段的交通事件信息。
8.根据权利要求7所述的实现车辆节能减排的方法，其特征在于，所述进行动态路径规划的步骤具体包括定期将整个城市或者特定区域内所有路段的路况信息，包括实时路况信息、路况预测信息及交通事件信息，压缩后打包下发给各个终端；终端接收路况信息后，在电子地图上进行路段匹配，使用不同颜色标出各不同路段的拥堵情况，并将交通事件显示到电子地图中；当车主通过终端进行目的地地址路径规划时，终端系统会结合所规划的不同路径选择中相关路段的拥堵情况和道路能耗情况，选择最优的路径规划方案。
9.一种基于动态路径规划实现车辆节能减排的系统，其特征在于，包括动态交通信息采集及发布平台，用于采集车辆位置信息，进行数据检查和存储，并予以发布；道路能耗模型系统，用于利用预先建立的道路能耗模型，获取各路段的道路能耗权值；动态路径规划系统，用于利用所述位置信息获取路况信息，并基于所述道路能耗权值和路况信息辅助终端进行动态路径规划。
10.根据权利要求9所述的基于动态路径规划实现车辆节能减排的系统，其特征在于， 所述系统进一步包括车辆调度中心，用于获取车载GPS设备发送的位置信息，对数据进行预处理操作，过滤掉错误位置信息，并发送给所述动态交通信息采集及发布平台。
全文摘要
本发明公开了一种基于动态路径规划实现车辆节能减排的系统和方法，属于智能交通技术领域。所述方法包括采集车辆位置信息，进行数据检查和存储，并予以发布；利用预先建立的道路能耗模型，获取各路段的道路能耗权值；获取路况信息，并基于所述道路能耗权值和路况信息进行动态路径规划。所述系统包括动态交通信息采集及发布平台、道路能耗模型系统和动态路径规划系统。本发明以微观汽车能耗模型为基础，将汽车能耗计算方法与实时交通流数据、道路行驶条件数据相结合，形成以道路为主体的新型道路能耗计算模型；再通过道路能耗模型计算得到路段的能耗权值，应用动态路径规划算法可以实现能耗最低路径的选择。
文档编号G08G1/0968GK102509470SQ201110312170
公开日2012年6月20日 申请日期2011年10月14日 优先权日2011年10月14日
发明者于晓, 刘建国, 吴琼, 张高峰 申请人:北京掌城科技有限公司