考虑车辆类型及平面交叉口延误的gps导航路径优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种路径优化方法，具体涉及一种考虑车辆类型及平面交叉口延误的 GPS导航路径优化方法。
【背景技术】
[0002] 随着机动车保有量的增加，造成了城市拥堵现象的日趋严重。自1990年第一台车 载GPS出现以来，车载GPS迅速发展并日渐成熟。如今，车载GPS技术已十分完善且得到广泛 应用。如何进一步提高车载GPS导航准确度成为其继续发展不可避免的问题。由于交叉口处 信号控制及拥堵造成的排队现象等原因，车辆行驶至交叉口处时将不可避免地产生时间延 误。因此，在进行路径选择时，将交叉口延误作为考虑因素之一是十分必要的。
[0003] 车载导航仪进行路径规划时，选择方案主要分三种:第一种为最短距离方案，即选 择起终点间距离最短的道路为推荐路径，例如百度导航中最短路程的选择方案;第二种为 最短时间方案，即在最短距离的基础上加入对道路限速利用，选择起始点间通过时间最短 的道路为推荐路径，这类方案是目前各类导航普遍使用的方案;第三种为基于实时交通路 况的动态路径选择方案，例如谷歌导航中避免拥堵的导航方案，百度导航中不走高速的导 航方案等。
[0004] 目前，车载GPS导航计算交叉口延误时，普遍采用的方法是在优化导航路径选择方 案时加入交叉口延误这一因素，将交叉口作为节点进行考虑。在申请号为201410706334.0 的中国发明专利申请中，将交叉口作为节点处理，并分为转向受限节点和自由节点；在申请 号为CN201410578490.3的中国发明专利申请中，以该方案定义的交叉口延误的时间变化率 为基础对交叉口赋权，然后在确定路径选择方案时加入交叉口权值的考虑；在申请号为 CN200910033090.3的中国发明专利申请中，考虑在交叉口处不同转向产生的转向费用来增 加导航的准确性，但该方法并未单独考虑通过节点费用，而是将两节点以及两节点间的路 段作为一个整体计算。
【发明内容】
[0005] 针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于，提供一种考虑车辆类型及 交叉口延误的车载GPS导航路径优化方法，该方法不同于以往从路径选择方案的角度提高 导航精度，而是从计算路径时间的角度，估算交叉口通过时间，从而提高导航精度。
[0006] 为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：
[0007] -种考虑车辆类型及平面交叉口延误的GPS导航路径优化方法，包括以下步骤：
[0008] 步骤一，选择车型，车型包括大客车、小客车以及货车；
[0009] 步骤二，选择导航的起点与终点，车载GPS提供从起点到终点的所有可选路径U， L2，L3，…，Lm;
[0010] 步骤三，分别计算通过路径"々，。，…，^所需的时间^上工广^^具体过程包 括：
[0011] 步骤3-1，将路径Li( i = 1，2，. . .，m)分成相连的直线路段h，12，13，…，lx(x 2 1)，按 照从起点到终点的先后顺序标记途中经过的交叉口 C1，C2,C3，H_，Cy(y2〇);
[0012] 步骤3-2,计算车辆通过直线路段所需的时间巧
[0013] TLj + (.V> 1)
[0014] 上式中，(d)为车辆通过路段h，12，13，…，1Χ(Χ Μ)所需的时间；
[0015] 步骤3-3,计算车辆通过路径U上的所有交叉口所需的时间％ :
[0016] TC) = ^ +??% + · · · +tCj (J > 0：)
[0017] 上式中，V,(:…（tr > 0)为车辆通过交叉口 ci，C2，c3，…，cy (y 2 0)所需的时间； 计算车辆通过某一交叉口Ci(i = l，2, . . .，y)所需的时间&的具体计算步骤如下：
[0018] (1)判断交叉口 Ci是否为信号灯控制的交叉口；
[0019] (2)若交叉口Ci为无信号灯控制的交叉口，不同车型的车辆原地起步加速度a和起 动延误时间t q各不相同，则车辆通过交叉口Cl所用时间为：
[0021 ]上式中，s为车辆通过交叉口 Ci时经过的路程，a为车辆原地起步加速度，tq为起动 延误时间；
[0022] (3)若交叉口 Ci为信号灯控制的交叉口，车辆到达交叉口时，车辆要去方向上的信 号灯周期以及红灯、绿灯、黄灯时长分别为C、tR、tG、tY，则车辆到达交叉口时信号灯为绿灯 或黄灯的概率Pi为：
[0024] 此时车辆以在进入交叉口前的路段上行驶速度％匀速通过交叉口，通过时间'为
' ;车辆到达交叉口时对应方向的信号灯为红灯的概率?2为
·，此时车辆先停在 停车线前，绿灯亮时，再原地起步匀加速通过交叉口，通过时间k为：
[0026]上式中，车辆停车等待的时间，停车等待的时间U服从(0，tR)内的均匀分布， 即tw~U(0，tR);根据均勾分布的特征，停车等待时间tw
:;因此，车辆通过交叉口 Ci 所用的时间为：
[0028] 步骤3-4,计算车辆通过路径U所需的时间Ti(i = l，2, . . .，m)为：
[0029] Tt=TL_ +TC-
[0030] 步骤四，比较Ti，T2，T3，…，Tm，找出最短时间T min，最短时间对应的路径即为最佳的 路径。
[0031] 进一步地，所述的步骤3-3的具体过程包括：
[0032] 步骤3-3-1，判断交叉口 Cl是否为信号灯控制的交叉口，若Cl为无信号控制的交叉 口，则执行步骤3-3-2，否则执行步骤3-3-3;
[0033] 步骤3-3-2,判断交叉口类型，并计算车辆在不同情况下经过交叉路口的时间； [0034]①若交叉口 Ci为十字型交叉口，则：
[0035]情况一，车辆直行通过交叉口所需的时间4,为：
[0037] 上式中，a为车辆起步加速度，tq为车辆起步延误时间，SAE为车辆直行通过交叉口 时通过的路程；
[0038]情况二，车辆左转通过交叉口所需的时间匕为：
[0040]上式中，d为单向车道的宽度，R为十字型交叉路口的车辆最小转弯半径；
[0041 ]情况三，车辆右转通过交叉口所需的时间为：
[0043] ②若交叉口 Ci为T字型交叉口，则：
[0044] 情况一，当车辆从南向驶来准备向东、西向转弯时：
[0045] 向西向转弯时通过交叉口所需时间^为：
[0047] 上式中，tq为车辆起步延误时间，a为车辆起步加速度，d为单向车道的宽度，R为T 字型交叉口的车辆最小转弯半径；
[0048] 向东向转弯时通过交叉口所需时间（,.为：
[0050]情况二，当车辆从西向驶来准备直行向东或向南转弯时：
[0051 ]直行通过交叉口的时间为：
[0053]向南转弯通过交叉口的时间为：
[0055]情况三，当车辆从东向驶来准备直行向西或向南转弯时：
[0056] 直行通过交叉口的时间为：
[0058]向南转弯通过交叉口的时间为：
[0060]③若交叉口 Ci为环形交叉口，则车辆通过交叉口的时间为：
[0062] 上式中，RC为为环形交叉口内圈的半径，η为与环形交叉口相接的车道的数量，d为 单向车道的宽度，％为车辆进入环岛前的路段上的限速；
[0063] 步骤3-3-3,判断被信号灯控制的交叉口的类型，并计算车辆在不同情况下经过交 叉口的时间：
[0064]①若交叉口 Ci为十字型交叉口，则：
[0065] 情况一，车辆直行通过交叉口所需的时间&为：
[0067]上式中，a为车辆起步加速度，tq为车辆起步延误时间，d为单向车道的宽度，R为十 字型交叉路口的车辆最小转弯半径，1^为车辆在进入交叉口前的路段上行驶时的限速， k、\为南北方向信号灯的红灯、绿灯、黄灯持续时长，&为南北方向信号灯周期； [0068]情况二，车辆左转通过交叉口所需的时间&为：
[0070] 上式中，h、心、心2分别为东西方向信号灯的红灯、绿灯、黄灯持续时长，C2为东 西方向信号灯周期；
[0071] 情况三，车辆右转通过交叉口所需的时间L为：
[0073] ②若交叉口 Ci为T字型交叉口，则：
[0074] 情况一，当车辆从南向驶来准备向东、西向转弯时：
[0075]向西向转弯时通过交叉口所需时间气为：
[0077]上式中，tq为车辆起步延误时间，a为车辆起步加速度，d为单向车道的宽度，R为T 字型交叉口的车辆最小转弯半径;C3、k、％、匕3分别为东西方向信号灯周期及红灯、绿 灯、黄灯时长;\为车辆在进入交叉口前的路段上行驶时的限速；
[0078]向东向转弯时通过交叉口所需时间为：
[0080] 情况二，当车辆从西向驶来准备直行向东或向南转弯时：
[0081] 直行通过交叉口