专利名称：模拟导弹制导的车辆路径规划方法
技术领域：
本发明属于计算机应用技术领域，涉及车辆路径规划，具体的说是利用计算机软件模拟导弹制导的车辆路径规划方法，用于城市智能交通的路径规划。
背景技术：
随着城市交通拥堵的日益严重，驾驶员对路径规划避开拥堵路段(节约出行时间)的呼声越来越高。解决车辆在行驶中避开拥堵路段(节约出行时间)的路径规划问题，不仅能够满足单车路径规划目标，还利于交通系统优化。即，使单车避开拥堵路段，同时使系统各拥堵路段车流量降低。多数驾驶员的出行需求分为出行时间最短、出行距离最短或出行时间和距离均较短。同一驾驶员毎次的出行需求均不可预知，且随着交通状况的变化，在车辆行驶的过程中，驾驶员的出行需求也会发生变化。如何使路径规划更加符合驾驶员的出行需求，根据驾驶员的出行需求的变化改变路径规划的目标，是大幅提高交通诱导接受率的关键。城市交通拥堵状况是动态，目前常用的动态路径规划方面算法有改进A*算法，改进Dijkstra算法，遗传算法等。这些算法各有优势，但多数都以出行距离最短为路径规划目标，不能解决路径规划避开拥堵路段的问题。同时，这些算法缺乏灵活度，路径规划目标不能中途改变，不利于交通诱导。
发明内容
本发明的目的在于克服已有方法的不足，提出ー种模拟导弹制导的车辆路径规划的方法，以达到车辆避开拥堵路段(节约出行时间)的目标。通过改进该方法也可用于解决要求避开拥堵路段(节约出行时间)且节约出行距离的路径规划问题，解决车辆在行驶中更改单车路径规划目标的路径规划问题。实现本发明目的的技术方案是首先，导弹制导问题的产生根本原因在于导弹在运行过程中需克服地心引力、空气阻カ等问题。导弹制导问题与车辆路径规划问题异曲同エ，两者均以到达終点为最终目标；运行过程中均需克服一定阻力或影响因素。本发明模拟导弹制导进行车辆路径规划的主要目的是在单车路径规划时克服交通拥堵路段的影响。因此，该方法主要用于解决车辆在行驶中避开拥堵路段(节约出行时间)的路径规划问题，改进后也适用于解决车辆避开拥堵路段(节约出行时间)且节约出行距离的路径规划问题。其次，以出行距离最短为目标的路径规划问题是模拟导弹制导的车辆路径规划方法不考虑拥堵问题的ー个特例。再次，模拟导弹制导的车辆路径规划的方法有全局式和步进式两种方式。全局式指在车辆的运行过程中，始終以车辆所在的路段起点为起点，路径规划的终点为目标，不断的进行路径。步进式指在车辆的运行过程中，以车辆所在的路段起点为起点，下一路段的终点为目标，每当车辆进入新的路段时才进行路径规划。
最后，模拟导弹制导的车辆路径规划方法是ー种动态路径规划方法，在毎次路径规划时，根据当时的单车路径规划目标选择具体的路径规划方法。本发明适于解决车辆在行驶中更改单车路径规划目标的路径规划问题。根据本发明的目的及技术方案，模拟导弹制导的车辆路径规划的方法分为1.全局式避开拥堵路段方法，2.全局式避开拥堵路段且节约出行距离方法，3.节约出行距离方法(特例)，4.步进式避开拥堵路段方法，5.步进式避开拥堵路段且节约出行距离方法，及6.基于以上方法的动态目标更改方法(用于车辆在行驶中更改单车路径规划目标和路径规划方式的路径规划)。为了避免累述，根据各方法的步骤顺序，将方法1-6按照全局式和步进式进行分类表述。1-3为全局式方法，4、5为步进式方法，方法6步骤单独表述。
全局式方法的具体步骤如下(I)模拟航迹规划的初步路径规划。实质上是求解理想路径生成点，是建立理想路径是模拟制导算法的第一歩。求解理想路径生成点的目的是根据交通系统的车流量和拥堵状况，实时的表征系统中的各畅通点。(Ia)建立坐标系,通常以城市中心为原点,经纬方向为坐标轴方向。根据实际位置，将每个城市道路交叉ロ在城市交通坐标系中标出，同时标出通过每个城市道路交叉ロ的各相交通灯信号配时，并使实际的交叉口和各路段车流量数据与这些点实时对应。(Ib)对单ー车辆进行理想路径规划时，将车辆所处路段的起点和目标终点在坐标系中进行实时标注。根据车辆所处路段的起点和目标终点的横坐标值，将两者之间的区域划分出来，作为初步路径规划区域。(Ic)考虑初步路径区域内所有交叉ロ及路段拥堵状况对这一路径规划的影响，结合模拟航迹轨迹的方法，得出类似于航路点的路径点。得到的理想路径生成点在区域内距离拥堵路段及交叉ロ远，距离畅通路段及交叉ロ近。模拟航迹规划的初歩路径规划体现了方法的全局式，1-2方法在步骤(I)上相同。方法3省略步骤(I)。(2)模拟导引律的理想路径规划。通过车辆到达终点的运动方程判断理想路径生成点是否符合路径规划要求和实际交通要求。连接由车辆所在的路段起点至終点的所有符合要求的生成点作为理想路径。(2a)模拟导引律建立车辆到达终点的运动方程。(2b)判断理想路径生成点是否符合路径规划要求和实际交通要求。制导中的导引律反映了角度关系应符合的规律，以达到不脱靶，导弹动カ性能稳定及运行曲线光滑等目标。实际的交通环境中，路网是固定的，不可能保证车辆行驶曲线光滑或速度、动カ性能稳定。唯一必要实现的目标是角度关系和生成点位置符合路径规划的区域范围。在交通系统环境中，尤其是针对避开拥堵路段的路径规划方法，如不考虑路径范围的要求会导致给出的路径规划过长和过度绕远问题。使驾驶员不能接受交通诱导，降低诱导的接受率，不能达到诱导的目的。在实际交通环境中，路径规划的范围根据驾驶员要求有所区別。路径规划的范围可以是以起点和終点连线为对角线的正方形区域，也可以是以起点和終点连线为直径的圆形区域，还可以是以起点和終点连线为中线的正方形区域。
根据路径规划的范围确定角度关系和生成点位置的取值范围。当路径生成点符合取值范围要求吋，认为路径生成点符合路径规划范围要求，否则不符合要求。实际交通要求主要指路段及交叉ロ限速。当路径生成点符合速度范围要求吋，认为路径生成点符合实际交通要求要求，否则不符合要求。(2c)按照横坐标轴由小至大方向，连接由车辆所在的路段起点至終点的所有符合要求的生成点作为理想路径。模拟导引律的理想路径规划是避开拥堵路段的路径规划方法的关键，以上是方法I的步骤。方法3是不考虑避开拥堵路段，仅需节约出行距离的路径规划方法，是全局式方法的特例，即认为交通系统中所有路段的拥堵状况相同，所有交叉ロ的拥堵状况相同，且拥堵状况保持不变。在这ー步骤中，方法3的理想路径始终为连接路径规划起点和終点的直线。方法2即需避开拥堵路段，又需节约出行距离，理想路径有两条，分别为方法I和方法3的理想路径。
(3)实际路径规划。以理想路径为中心，向纵坐标方向等幅度逐步搜索，直至捜索出符合路径规划目标的实际路径。具体的选择标准分别为方法I以避开拥堵路段为路径规划目标。进行实际路径规划吋，以理想路径为标准，选择与方法I的理想路径所围的面积最小的，以车辆所在的路段起点至終点的，实际路径作为实际路径规划。方法3以节约出行距离为路径规划目标。进行实际路径规划吋，以理想路径为标准，选择与方法3的理想路径所围的面积最小的，以车辆所在的路段起点至終点的，实际路径作为实际路径规划。方法2以避开拥堵路段且节约出行距离为路径规划目标。以两条理想路径为中心，向纵坐标方向等幅度逐步搜索，理想捜索区域为两条理想路径搜索区域的重叠区域。对理想捜索区域内的各路径进行实际路径规划，分别以两条理想路径为标准，选择与理想路径所围的面积最小的，以车辆所在的路段起点至終点的，实际路径。如两条实际路径相同，则该实际路径作为实际路径规划；如两条实际路径不相同，等幅度扩大两条理想路径的搜索范围，分别搜索出与理想路径所围的面积第二小的两条实际路径；再次判断，如以上四条实际路径中有相同的，则该实际路径作为实际路径规划；否则，再次扩大搜索范围；重复以上步骤，直至得到实际路径规划为止。步进式方法的具体步骤如下(I)模拟导引律的初步路径规划。目标是每当车辆进入新的路段时进行下ー步路径规划，以车辆所在的路段起点为起点，通过车辆到达终点的运动方程判断与车辆所处路段连接的下一路段交叉ロ点是否符合路径规划要求和实际交通要求。去掉不符合要求的交叉ロ点。所有符合要求的交叉ロ点代表相应的与车辆所处路段连接的下一路段，这些路段用于下一歩的理想路径规划。(Ia)建立坐标系，与前文全局式方法的具体步骤中(Ia)的坐标系相同。(Ib)模拟导引律建立车辆到达终点的运动方程。(Ic)判断与车辆所处路段连接的下一路段交叉ロ点是否符合路径规划要求和实际交通要求。路径规划要求与前文全局式方法的具体步骤中(2b)的路径规划要求相同。实际交通要求是指车辆运行速度符合下一路段限速要求。根据路径规划的范围和下一路段限速要求确定角度关系和生成点位置的取值范围。当下一路段交叉ロ点符合取值范围要求吋，认为下一路段交叉ロ点符合要求，否则不符合要求。(Id)去掉不符合要求的交叉ロ点。所有符合要求的交叉ロ点代表相应的与车辆所处路段连接的下一路段，这些路段用于下一歩的理想路径规划。模拟导引律的初步路径规划是避开拥堵路段的路径规划方法的第一歩，方法4、5在这ー步骤上相同。(2)模拟航迹规划的理想路径规划，根据上ー步骤留下的符合要求的交叉ロ点的车流量和拥堵状况，实时的表征系统中的各畅通点，求解理想路径生成点。连接车辆所在的路段的終点和该生成点作为理想路径。(2a)对单ー车辆进行理想路径规划时，将车辆所处路段的起点和目标终点在坐标 系中进行实时标注。根据步骤(I)，包含所有符合条件的与车辆所处路段连接的下一路段交叉ロ的横坐标值区域，作为初步路径规划区域。(2b)考虑该初步路径区域内所有交叉ロ对这一路径规划的影响，结合模拟航迹规划的方法，得出类似于航路点的路径点。得到的理想路径生成点在下一路段区域内距离拥堵路段和交叉ロ远，距离畅通路段和交叉ロ近。(2c)连接车辆所在的路段的終点和理想路径生成点作为理想路径。模拟航迹规划的理想路径规划是避开拥堵路段的路径规划方法的关键，方法4、5在这ー步骤上相同。(3)实际路径规划。进行实际单车路径规划吋，车辆在所处路段时先选择车速最快的车道，再根据步骤(2)得出的理想路径选择符合路径规划目标的下一段路径，选择后，车辆在允许改道的路段处进行改道，至选择的下一路段。具体的选择标准分别为方法4以避开拥堵路段为路径规划目标。进行实际路径规划吋，以理想路径为标准，选择与方法4的理想路径拟合度最高的，以车辆所在的路段终点至下一路段終点的，实际路径作为实际路径规划。方法5以避开拥堵路段且节约出行距离为路径规划目标。进行实际路径规划吋，从步骤(I)得出的所有符合条件的路径中进行选择。针对两条理想路径进行选择。一条理想路径为与方法4相同的理想路径，称为避开拥堵路段理想路径；另一条理想路径为车辆所处路段終点与车辆最終目的地的连线，称为节约距离理想路径。首选与避开拥堵路段理想路径拟合度最高且与节约距离理想路径拟合度最高的实际路径。其次，选择与避开拥堵路段理想路径拟合度较高或与节约距离理想路径拟合度较高的实际路径。再次，不考虑与节约距离理想路径拟合度，选择与避开拥堵路段理想路径拟合度较高的实际路径，原因是选择与避开拥堵路段理想路径拟合度较高的实际路径能够避免车辆拥堵，利于交通系统优化，且在城市交通中驾驶员通常对时间要求较高。方法6.是用于车辆在行驶中更改单车路径规划目标的路径规划。根据以上所述的方法1-5的步骤，当车辆在行驶中更改单车路径规划目标和路径规划方式时，根据转换要求，路径规划可以随时进行方法转换。转换后，按照各方法对应的步骤进行路径规划。本发明的与现有方法相比的优点是
I.使车辆避开拥堵路段(节约出行时间)本发明模拟导弹制导进行车辆路径规划，使车辆避开拥堵路段(相当于导弹克服重力及空气阻力)，达到路径规划的目标。城市中使用该方法的车辆越多，避开拥堵路段的车辆越多，进而使原来拥堵的路段不在拥堵，利于交通系统车流量分配的优化。2.通过改进适用于各类路径规划目标城市中多数驾驶员的出行需求分为出行时间段、出行距离短、出行时间和距离均较短。本发明以达到车辆避开拥堵路段(节约出行时间)的目标。通过改进该方法也可用于解决要求避开拥堵路段(节约出行时间)且节约出行距离的路径规划问题。同时节约出行距离的路径规划方法是本发明的ー个特例。因此，本发明满足多数驾驶员的出行需求，能够大幅提高城市交通诱导的接受率，利于交通管控。3.解决车辆在行驶中更改单车路径规划目标的路径规划问题
实际的交通状况中，驾驶员对路径规划的要求是可能发生改变的。目前的路径规划方法只针对ー种路径规划目标，缺乏灵活性。由于本发明通过改进适用于各类路径规划目标，本发明适用于解决车辆在行驶中更改单车路径规划目标的路径规划问题。驾驶员通过指令可随时改变其出行需求，終点，甚至路径规划方式。本发明适用于人机交互。4.两种路径规划方式各有优点本发明有两种路径规划方式全局式和步进式。两种路径规划方式各有优点，全局式方法在算法上以全局最优为目标，利于交通系统优化。步进式方法在算法上以每一路段最优为目标，根据交通系统状态的实时性，利于单车路径规划目标。根据交通状况和路程长短选择路径规划方式在车辆行驶的时间内，交通系统交通状况变化较大，选择步进式方法；否则，选择全局式方法。5.协调系统优化目标和路径规划目标系统优化目标是实现交通系统最优，通过优化交通流分配，提高交通网整体通行能力，降低总体延误时间。路径规划目标是满足用户需求，即选择最短路径或节约用户出行时间等。系统优化目标和路径规划目标，经常产生冲突。为更好的解决冲突问题，本发明对单个车辆理想路径规划引入导弹制导方法。単一车辆理想路径规划同时系统优化目标和路径规划目标，在解决交通系统交通流分配问题前提下，減少用户出行时间，缩短用户路径，起到预防和舒缓交通拥挤和堵塞的作用。
下面结合附图对本发明进ー步说明。图I是本发明的原理图。图2是模拟航迹轨迹的方法得出生成路径点原理图。图3是车辆到达终点的运动方程原理图。图4是步进式方法的初步路径规划区域示意图。图5是路径规划的区域范围。图6是全局式避开拥堵路段方法的实际路径规划示意图。图7是节约出行距离方法的实际路径规划示意图。图8是全局式避开拥堵路段且节约出行距离方法的实际路径规划示意图。
图9是步进式避开拥堵路段方法的实际路径规划示意图。图10是步进式避开拥堵路段且节约出行距离方法的实际路径规划示意图。图11是仿真交通网图。图12是全局式避开拥堵路段方法的仿真结果图。图13是全局式避开拥堵路段且节约出行距离方法的仿真结果图。图14是节约出行距离方法的仿真结果图。图15是步进式避开拥堵路段方法的仿真结果图。图16是步进式避开拥堵路段且节约出行距离方法的仿真结果图。 图17是基于以上方法的动态目标更改方法的仿真结果图。
具体实施例方式參照图1，本发明的原理如下首先说明单ー车辆理想路径的概念。単一车辆理想路径是指不考虑实际交通网约束，根据交通系统交通流状态得出的车辆理想路径，使车辆满足出行要求，达到避开拥堵路段和降低运行时间的目标。单ー车辆理想路径的与导弹制导问题的共性是(I)単一车辆理想路径规划不受实际交通道路的限制，有利于同时满足多个目标(系统优化目标和用户需求目标)。在空间环境中，导弹制导受限较少，更有利于同时达到多个目标要求。(2)导弹制导的目的是克服各种阻カ并攻击目标，即以到达目标点为任务目标。导弹制导问题的产生根本原因在于导弹在运行过程中需克服地心引力、空气阻カ等问题。而本文中引入単一车辆理想路径概念的目的是解决交通信号控制和交通诱导间的冲突问题，要想解决这ー问题需在单车路径规划时克服交通拥堵路段的影响。综上所述，导弹制导问题与単一车辆理想路径规划问题异曲同エ，两者均以到达終点为最终目标；运行过程中均需克服一定阻力或影响因素；均能够同时满足多个目标。采用模拟导弹制导的方法能够得出単一车辆理想路径。通过导弹制导方法得到単一车辆理想路径后，在单车理想路径基础上再结合实际城市交通结构和要求，根据路径规划目标和范围得到具体的单车实际路径。图I中，假设a点、b点、e点和f点为车流量大的城市道路交叉ロ，c点、d点和g点为车流量小的城市道路交叉ロ，与a点、b点、e点和f点连接的路段车流量也较大，其他路段车流量较小。从路径起点A到路径终点B的理想路径为两者间的曲线。理想路径曲线避开车流量大的交叉口和路段，即避开拥堵路段。在所有实际路径中，与理想路径拟合度最好的为路径AdcB，符合避开拥堵路段(节约出行时间)的路径规划目标。距离最短路径为AgeB，符合节约出行距离的路径规划目标。路径AgcB为符合避开拥堵路段(节约出行时间)且节约出行距离的实际路径。图2是模拟航迹轨迹的方法得出生成路径点原理图。模拟航迹轨迹的方法得出生成路径点用于全局式方法的具体步骤中的(Ic)和步进式方法的具体步骤中的(2b)。生成路径点的基本原理为在路径规划中，路径规划终点z坐标不变，记为(xz，yz) o如图2所示，除去路径起点和終点，按照横坐标值从小到大的顺序对各交叉口重新进行标号。按照编号顺序，捜索所有与各交叉ロ横坐标值相同的其他交叉路ロ及各路段中的点。捜索到所有横坐标值相同的点为ー个集合。需要说明的是，为了进行路径规划，认为相同路段不同车道为不同集合点，进行独立计算。集合F中的点记为fe，e = 1，2，…n，各点对应的拥堵程度mfe，与时间成正比的函数。当fe点位于路段ij通向交叉ロ k的车道上或交叉ロ j吋，
权利要求
1.模拟导弹制导的车辆路径规划方法的原理 导弹制导问题的产生根本原因在于导弹在运行过程中需克服地心引力、空气阻力等问题。导弹制导问题与车辆路径规划问题异曲同工，两者均以到达终点为最终目标；运行过程中均需克服一定阻力或影响因素。
首先，通过导弹制导方法得到的单一车辆理想路径，不考虑实际交通网约束，理想路径曲线避开车流量大的交叉口和路段，即避开拥堵路段。单一车辆理想路径使车辆满足出行要求，达到避开拥堵路段和降低运行时间的目标。
其次，通过导弹制导方法得到单一车辆理想路径后，根据实际城市交通结构、路径规划目标和范围、交通要求，选择与理想路径拟合度最好的单车实际路径。 采用模拟导弹制导的车辆路径规划方法主要用于解决车辆在行驶中避开拥堵路段(节约出行时间)的路径规划问题，也适用于解决车辆避开拥堵路段(节约出行时间)且节约出行距离的路径规划问题。以出行距离最短为目标的路径规划问题是模拟导弹制导的车辆路径规划方法不考虑拥堵问题的一个特例。
2.模拟导弹制导的车辆路径规划方法的两种方式全局式和步进式，全局式指在车辆的运行过程中，始终以车辆所在的路段起点为起点，路径规划的终点为目标，不断的进行路径。步进式指在车辆的运行过程中，以车辆所在的路段起点为起点，下一路段的终点为目标，每当车辆进入新的路段时才进行路径规划。
3.模拟导弹制导的车辆路径规划的方法分为1.全局式避开拥堵路段方法，2.全局式避开拥堵路段且节约出行距离方法，3.节约出行距离方法(特例)，4.步进式避开拥堵路段方法，5.步进式避开拥堵路段且节约出行距离方法，及6.基于以上方法的动态目标更改方法(用于车辆在行驶中更改单车路径规划目标和路径规划方式的路径规划)。
4.根据权利要求I和2，全局式方法的具体步骤如下 (1)模拟航迹规划的初步路径规划。即求解理想路径生成点，目的是根据交通系统的车流量和拥堵状况，实时的表征系统中的各畅通点。
(Ia)建立坐标系，以城市中心为原点,经纬方向为坐标轴方向。标出交叉口、交通灯信号配时及交叉口和各路段车流量数据。
(Ib)单一车辆进行理想路径规划。初步路径规划区域是车辆所处路段的起点和目标终点的横坐标值之间的区域。
(Ic)结合模拟航迹轨迹的方法，得出类似于航路点的路径点。得到的理想路径生成点在区域内距离拥堵路段及交叉口远，距离畅通路段及交叉口近。
根据权利要求2和3，1-2方法在步骤(I)上相同。方法3省略步骤(I)。
(2)模拟导引律的理想路径规划。
(2a)模拟导弓I律建立车辆到达终点的运动方程。
(2b)通过运动方程判断理想路径生成点是否符合路径规划要求和实际交通要求。
在交通系统环境中，尤其是针对避开拥堵路段的路径规划方法，需考虑路径规划范围要求。路径规划的范围根据驾驶员要求有所区别，可以是以起点和终点连线为对角线的正方形区域，也可以是以起点和终点连线为直径的圆形区域，还可以是以起点和终点连线为中线的正方形区域。
根据路径规划的范围确定角度关系和生成点位置的取值范围。当路径生成点符合取值范围要求时，认为路径生成点符合路径规划范围要求，否则不符合要求。
实际交通要求主要指路段及交叉口限速。当路径生成点符合速度范围要求时，认为路径生成点符合实际交通要求要求，否则不符合要求。
(2c)按照横坐标轴由小至大方向，连接由车辆所在的路段起点至终点的所有符合要求的生成点作为理想路径。
根据权利要求2和3。步骤(2)是方法I的步骤。方法3是不考虑避开拥堵路段，仅需节约出行距离的路径规划方法，是全局式方法的特例。方法3的理想路径始终为连接路径规划起点和终点的直线。方法2即需避开拥堵路段，又需节约出行距离，理想路径有两条，分别为方法I和方法3的理想路径。
(3)实际路径规划。以理想路径为中心，向纵坐标方向等幅度逐步搜索，直至搜索出符合路径规划目标的实际路径。根据权利要求2和3，具体的选择标准分别为 方法I以理想路径为标准，选择与方法I的理想路径所围的面积最小的，以车辆所在的路段起点至终点的，实际路径作为实际路径规划。
方法3以理想路径为标准，选择与方法3的理想路径所围的面积最小的，以车辆所在的路段起点至终点的，实际路径作为实际路径规划。
方法2以两条理想路径为中心，向纵坐标方向等幅度逐步搜索，理想搜索区域为两条理想路径搜索区域的重叠区域。对理想搜索区域内的各路径进行实际路径规划，分别以两条理想路径为标准，选择与理想路径所围的面积最小的，以车辆所在的路段起点至终点的，实际路径。如两条实际路径相同，则该实际路径作为实际路径规划；如两条实际路径不相同，等幅度扩大两条理想路径的搜索范围，分别搜索出与理想路径所围的面积第二小的两条实际路径；再次判断，如以上四条实际路径中有相同的，则该实际路径作为实际路径规划；否则，再次扩大搜索范围；重复以上步骤，直至得到实际路径规划为止。
5.根据权利要求I和2，步进式方法的具体步骤如下 (1)模拟导引律的初步路径规划。
(Ia)建立坐标系，与前文全局式方法的具体步骤中(Ia)的坐标系相同。
(Ib)模拟导引律建立车辆到达终点的运动方程。
(Ic)通过车辆到达终点的运动方程判断与车辆所处路段连接的下一路段交叉口点是否符合路径规划要求和实际交通要求。
路径规划要求和实际交通要求与权利要求3的具体步骤中(2b)的路径规划要求和实际交通要求相同。
根据路径规划的范围和下一路段限速要求确定角度关系和生成点位置的取值范围。当下一路段交叉口点符合取值范围要求时，认为下一路段交叉口点符合要求，否则不符合要求。
(Id)去掉不符合要求的交叉口点。所有符合要求的交叉口点代表相应的与车辆所处路段连接的下一路段，这些路段用于下一步的理想路径规划。
根据权利要求2和3，方法4、5在这一步骤上相同。
(2)模拟航迹规划的理想路径规划。
(2a)对单一车辆进行理想路径规划时，将车辆所处路段的起点和目标终点在坐标系中进行实时标注。根据步骤(I)，步进式路径规划时，当车辆处于ij路段的某车道上时，下一步路径规划的理想路径横坐标范围是包含除i以外的所有与j连接的交叉口的横坐标区域。
(2b)考虑该初步路径区域内所有交叉口对这一路径规划的影响，结合模拟航迹规划的方法，得出类似于航路点的路径点。得到的理想路径生成点在下一路段区域内距离拥堵路段和交叉口远，距离畅通路段和交叉口近。
(2c)连接车辆所在的路段的终点和理想路径生成点作为理想路径。
根据权利要求2和3，方法4、5在这一步骤上相同。
(3)实际路径规划。进行实际单车路径规划时，车辆在所处路段时先选择车速最快的车道，再根据步骤(2)得出的理想路径选择符合路径规划目标的下一段路径，选择后，车辆在允许改道的路段处进行改道，至选择的下一路段。根据权利要求2和3，具体的选择标准分别为 方法4以理想路径为标准，选择与方法4的理想路径拟合度最高的，以车辆所在的路段终点至下一路段终点的，实际路径作为实际路径规划。
方法5从步骤(I)得出的所有符合条件的路径中进行选择。针对两条理想路径进行选择。一条为与方法4相同的理想路径；另一条为车辆所处路段终点与车辆最终目的地的连线。首选与第一条理想路径拟合度最高且与第二条理想路径拟合度最高的实际路径。其次，选择与第一条理想路径拟合度较高或与第二条理想路径拟合度较高的实际路径。再次，不考虑与第二条理想路径拟合度，选择与第一条理想路径拟合度较高的实际路径。
6.根据权利要求1、2和3，基于以上方法的动态目标更改方法 模拟导弹制导的车辆路径规划方法是一种动态路径规划方法，适用于车辆在行驶中更改单车路径规划目标和路径规划方式的路径规划。根据以上所述的方法1-5的步骤，当车辆在行驶中更改单车路径规划目标和路径规划方式时，根据转换要求，路径规划可以随时进行方法转换。转换后，按照各方法对应的步骤进行路径规划。
7.模拟航迹轨迹的方法得出生成路径点原理。用于权利要求4中的(Ic)和权利要求5中的(2b)。
生成路径点的基本原理为在路径规划中，除去路径起点和终点，按照横坐标值从小到大的顺序对各交叉口重新进行标号。按照编号顺序，搜索所有与各交叉口横坐标值相同的其他交叉路口及各路段中的点。搜索到所有横坐标值相同的点为一个集合。
集合F中的点记为fe，e = 1，2，…n，各点对应的拥堵程度mfe
8.车辆到达终点的运动方程。用于权利要求4中的(2a)和权利要求5中的(lb)。
交通坐标系中，终点z为不动点(相当于导弹攻击固定目标)。假设在车辆运行的过程中，某一时刻车辆位于生成点ij，车辆行驶速度为Vf。Rfl (t)为该时刻车辆与终点z之间的距离。Rf (0 = ^xz-Xf f +{y,-yf{t))2 0为车辆的速度矢量与OX轴的夹角，Cj5为车辆和终点连线与OX轴的夹角，0为车辆的速度矢量与车辆和终点连线的夹角。
建立车辆到达终点的运动方程dRf(t)/dt = -VfCos ^g' (xf) = bmf = -vfsin 0 /t = -vfd 0 /dt g' (xf)项在路径规划中的作用相当于制导中导弹所受的引力加速度，与生成点理想拥堵程度％成正比。在制导中，Vf起到克服阻力的作用。在路径规划中，Vf起到避免拥堵的作用。
角度间的几何关系方程 (J) = ^ + 0 —上-从) .-J 将车辆到达终点的运动方程和角度间的几何关系方程结合建立导引方程组。解出Vf，Cj5，0，0。Vf应符合交通限速要求。(K 0，0关系应符合路径规划范围要求。
9.路径规划的区域范围。用于权利要求4中的(2b)和权利要求5中的(lc)。假设生成的路径点为f，假设j点为路径规划的起点，z点为路径规划终点。在实际交通环境中，路径规划的范围根据驾驶员要求有所区别。路径规划的范围可以是以j点和Z点连线为对角线的正方形区域，也可以是以j点和Z点连线为直径的圆形区域，还可以是以j点和Z点连线为中线的正方形区域。
根据路径规划的范围确定角度关系和生成点位置的取值范围。
当路径规划的范围是以j点和Z点连线为对角线的正方形区域时，角度取值范围是fa, <45。[a2 <45。
其中a i为生成的路径点f与交叉口 j的连线和j点与z点连线的夹角，a 2为生成的路径点f与交叉口 z的连线和z点与j点连线的夹角。
当路径规划的范围是以j点和z点连线为直径的圆形区域时，角度取值范围是 a x+ a 2 < 90o当路径规划的范围是以j点和Z点连线为中线的正方形区域时，角度取值范围是
10.步进式方法中实际路径与理想路径的拟合度。用于权利要求5中的(3)。
车辆在路段ij行驶时，进行的下一步路径规划。与交叉口 j连接的实际交叉口为交叉口 fi、ui和Si。其中fi为与理想路径生成点f同一集合的点。不存在比生成点f的横坐标值更小的符合条件的交叉口。
方法4 : 理想路径为jf。
拟合度角为实际路径和理想路径的夹角n (j, f，ul)，以mfe点为例
全文摘要
本发明公开了一种模拟导弹制导的车辆路径规划方法。本发明模拟导弹制导使导弹在运行过程中需克服地心引力、空气阻力等问题的原理及方法，主要解决车辆在行驶中避开拥堵路段(节约出行时间)的路径规划问题。该方法有全局式和步进式两种方式，两种方式各具优点。步进式方法侧重实现单车路径规划目标，全局式方法同时兼顾单车路径规划目标和系统优化目标。模拟导弹制导的车辆路径规划方法通过改进也可用于解决要求避开拥堵路段(节约出行时间)且节约出行距离的路径规划问题。该方法是动态的路径规划方法，在车辆行驶中可以更改单车路径规划目标。与其他方法相比，该方法适于城市智能交通的路径规划，使应用车辆避开拥堵路段。
文档编号G06Q10/04GK102768807SQ20121019540
公开日2012年11月7日 申请日期2012年6月14日 优先权日2012年6月14日
发明者龚* 申请人:龚*