一种基于梯度场的交通流车联网系统及交通流控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及交通管理技术领域，尤其涉及一种基于梯度场的交通流车联网系统及 交通流控制方法。
【背景技术】
[0002] 当前，随着我国社会和经济的高速发展，交通拥堵成为了制约社会发展的严重问 题，是市民出行的困扰，也是政府交管部门进行交通管理的难题。现有的车载车辆信息获取 设备提供的行程规划和导航，只是根据出发点和目的地进行最短行程规划，无法对最短行 程内的实时路况有详细的了解，常常导致车辆跟随导航行驶的最短行程遇上车辆拥堵的区 域。同时，现有的车流量控制系统提供的车流量分布图，往往通过在道路上安装摄像头获 取道路的交通情况，所获得的车流量分布图数据来源受到限制，而且所得到的的车流量分 布图只能作为调控交通灯时间长短的依据，而不能从根本上解决车流拥挤的根源问题。因 此，虽然对于交通问题的研宄已经广泛引起人们的重视，但是对于如何从根本上缓解交通 问题，如何为人们提供更为智能化的服务，尚且没有更多的成果。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于梯度场的交通流车联网系统及交通 流控制方法。本发明通过信息通讯网络系统，对区域内每一辆车辆的车辆信息进行采集，根 据获得的车辆信息经过三维立体重构获得城市交通车流量分布图及城市交通车流量分布 梯度图，利用梯度场的原理，综合车辆的当前地理位置、目的地以及驾驶者的行驶意图，为 每一辆提供数据信息的车规划最优行车路径，并根据车辆所选择的车辆行驶路径更新城市 交通车流量分布梯度图及其变化趋势从而使车辆避开拥堵道路，从根本上缓解局部区域的 车辆流通压力。
[0004] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于梯度场的交通流车联网系 统，包括：车辆信息获取设备、车辆信息处理服务器和信息通讯网络系统。
[0005] 所述的车辆信息获取设备用于获取车辆信息；所述的车辆信息包括车辆行驶速 度、地理位置以及驾驶员的行车意图；所述的行驶速度为车辆的速度大小和速度方向；所 述的行车意图包括目的地和时间限制，所述的时间限制为驾驶员期望达到目的地所需的时 间；所述的车辆信息获取设备向车辆信息处理服务器提供信息，并获取车辆的最优行车路 径；
[0006] 所述的车辆信息处理服务器在获得城市各道路上的车辆信息后，通过对所得的城 市交通车流量分布图求梯度得到城市交通车流量分布梯度图，并对下一时刻的城市交通车 流量分布梯度图进行预测得到城市交通车流量分布梯度预测图，通过判断城市交通车流量 分布梯度图及预测图是否满足小于一人为设定的阈值的条件选择具有可行性的道路，将具 有可行性的道路所要行驶的距离与驾驶者的最大行驶距离进行比较，具有可行性的道路所 要行驶的距离小于最大行驶距离的路径即为最优行车路径。
[0007] 所述的车辆信息获取设备为车载车辆信息获取设备或手持式车辆信息获取设备。
[0008] 所述的手持式车辆信息获取设备为智能手机、平板电脑等移动智能终端。
[0009] 所述的目的地为单一的目标地点或多个按照驾驶员行车意图先后排列的目标地 点。
[0010] 所述的车辆信息获取设备通过信息通讯网络直接向车辆信息处理服务器提供、获 取信息或者经由车辆信息获取设备提供商向车辆信息处理服务器提供、获取信息。
[0011] 所述的车流量分布图可作为城市交通灯指挥系统调控红绿灯通断时间的依据。所 述的车辆信息处理服务器根据城市车流量分布的变化，实时修改对应车载车辆信息获取设 备的行车路径；所述的城市车流量分布梯度图依据车流量的改变实时进行修改，以确保路 径规划的最优性。
[0012] 一种基于上述交通流车联网系统的交通流控制方法，包括以下步骤：
[0013] 步骤1 :车辆信息获取设备与驾驶员人机交互获取驾驶员的行车意图，车辆信息 获取设备在车辆行驶过程中将车辆信息上传给车辆信息处理服务器；所述的车辆信息包括 驾驶员行车意图、车辆行驶速度和地理位置；车辆信息处理服务器为每一个上传车辆信息 的车辆信息获取设备编号X i;根据城市的实际情况为每一条道路编号Lf每一个路口编号 Ck〇
[0014] 步骤2 :车辆信息处理服务器根据车辆信息获取设备上传的车辆信息将车辆所在 的地理位置和行驶速度绘制在城市交通地图上，得到城市交通车流量的散点图；车辆信息 处理服务器根据城市交通车流量的散点图，对处于同一道路L j上的车辆信息获取设备提供 的车辆信息通过三维立体重构得到当前时刻t的城市交通车流量分布图灼(X，_7, W。
[0015] 步骤3:车辆信息处理服务器根据当前时刻t的城市交通车流量分布图 外(X，_7, z)，将无道路处的流量分布的梯度值设为〇,获得城市交通车流量分布梯度图 ▽巧U，7, W，依据驾驶员的行车意图、行驶速度、地理位置和已确定的行车路径对t+ Λ t时 刻的城市交通车流量分布梯度图进行预测，得到t+At时刻的城市交通车流量分布梯度预 测图。
[0016] 步骤4:车辆信息处理服务器根据车辆信息获取设备提供的车辆信息、当前t时刻 的城市交通车流量分布梯度图V外(A A 3以及t+Λ t时刻的城市交通车流量分布梯度预 测图通过选取梯度值高于阈值δ的道路Lr为每一个提供车辆信息的车辆 信息获取设备预规划多条行车路径，对每一条预规划的行车路径根据行车距离是否满足小 于驾驶者要求的最大车辆行驶距离1进行判断，根据驾驶员的行车意图确定返回给车辆信 息获取设备的最优行车路径。
[0017] 步骤5 :车辆信息处理服务器将各车辆的最优行车路径传输给对应该车辆的车辆 信息获取设备，在驾驶员选定行车路径后，车辆信息处理服务器根据车辆信息获取设备反 馈的各车辆所选的路径对城市交通车流量分布梯度图进行更新，得到t+△ t时刻的城市交 通车流量分布梯度图▽的+Λ/χ，y，z)，通过城市交通车流量分布梯度图▽灼+Δ/ χ，y，z)即可实 现交通流的控制。
[0018] 其中，所述的三维立体重构是指将该城市的城市二维地图作为X-Y平面，将每条 道路上的车流量值作为Z轴上的值以得到三维城市交通车流量分布图。
[0019] 所述的城市交通车流量分布梯度图r，Z)是通过对城市交通车流量分布图 V巧