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车联网条件下的路径优化技术研究葛升阳摘要:进入二十一世纪以来,世界各国的经济和社会都取得了非常大的进步,居民生活水平大福提高,私家车保有量大幅增长,给城市交通带来日益严重的拥堵问题。与此同时,由于出行者对道路的运行情况缺少了解,在选择出行路径时,易经过拥堵区城,使道路网络车流分布不均,降低城市道路网络的运行效率。本文结合TCB算法,对路径优化问题和TCB算法进行了分析,提出了车联网条件下基于TCB算法的路径优化技术,并用案例验证其可行性。关健词:车联网,路径优化,TCB算法引言进入二十一世纪以来,世界各国的经济和社会取得了非常大的进步,居民生活水平大幅提高,私家车拥有量大幅增长,造成了城市里越来越严重的交通拥堵问题,对城市乃至国家的发展产生了巨大的阻碍作用。此外,整个交通系统是一个非常繁杂的系统,仅仅从路段系统方面或者从汽车方面单独考虑,不可以缓解目前存在的日趋严重的交通问题。所以,世界上不少国家为此动用了大量的人力、物力,从整个交通系统的角度,研究缓解城市交通问题的对策。车联网在交通方面作用巨大,因此,车联网条件下的路径优化技术研究出现了。在车联网下,通过车载/路侧通信装置,可以将车载装置获得的信息和路侧装置获得的信息进行相互融合,来确保获得更精确的交通实时信息,动态、实时诱导车辆,均衡分布道路网上的交通量,缓解交通拥堵,提升道路交通的出行效率,最大可能的发挥目前道路网络的作用。因此,车联网条件下的路径优化技术研究意义重大。1车联网的定义及应用1.1车联网的定义车联网,是装有OBU(车载单元)的车辆通过识别技术,在交通信息中心,处理、分析及利用道路网络上的每辆汽车的交通参数及动态、静态信息,并且针对各种各样的功能要求,有效的监督所有汽车的出行状况及提供各种服务例。興尚理筑素前阀Z.ZC.ET
车联网通过移动传感器技术、无线网络技术以及大规模并行计算处理技术,实现汽车和汽车、汽车和路侧基础设施、汽车和交通信息处理中心的实时动态信息交换,实现城市道路车流稳定运行和均匀分布,实现人、车辆、道路三位一体共同发展。车联网最重要潜力是将所有汽车都连接在一起。可以说,物联网在道路交通方面的表现形式就是车联网。1.2车联网的应用车联网推动了实时了解汽车运行情况技术的发展,依靠车联网平台的设,各种信息的搜集、处理、分析及利用,将成为一个整体性的服务,通过移动电话、无线广播、车载装置等移动设备接收,能够实时、精确的给驾驶员提供气象、交通、旅游等各个方面的消息,提高交通运输公司的管理水平及效率,提高车辆调度的灵活性及便捷性,也提高了公司对突发情况紧急处理的快速性及有效性。车联网将在下面的几个方面为驾驶员提供服务:一、安全方面。全方位汽车追踪,远程自动报警,道路急救,事故状态紧急处理,事故自动求助,车辆行驶远程实时控制。二、信息服务方面。气象、新闻及邮件等各种信息服务,车载电话,语音识别控制,交通实时信息查询。三、汽车信息服务室汽车维修提跟,远程技障诊断分析,汽年实时追踪及远程控制,汽连子杀个为·⊙:N二1车状况检查分析报告。四、驾驶辅助。实时、精确取得道路交通流量及其他道路信息,交通状况识别及路径诱导服务,汽车运行状况实时监测及控制,地图数据及时更新,深度查询(PO),动态交通信息查询。2路径优化问题概述路径优化问题拥有多种多样的表现形式,在日常出行中经常遇到的,但是往往被人们忽视的问题。出行时,人们常选择一条路线出行,这是习惯影响造成的。此时的路线选取是人们潜意识决定的。相比较而言,快递公司、配送公司的汽车的出行路线等,就需要进行出行路线的优化。此外,运钞车的行驶路径更是一种特别的路径选择结果。上述是路径优化技术的一些应用,与此同时,通过合理有效的优化设计,还能在部分最优化问题中使用。2.1路径优化问题求解过程路径优化问题解决的基本原则为将问题转化为最优化问题。采用最优化的解决方法,它興尚理筑素前阀Z.ZC.ET
的求解步骤如下:(1)道路网络的抽象(2)道路权值的标定(3)采用最短路线算法来解最短路问题(4)把最短路径匹配到城市道路网络中的路段上2.2路径优化问题数学描述(1)道路网络的抽象[组成道路网络的实体既有非空间性质数据(长度、类型、时间等等),也有空间性质数据(位置坐标等等)。路径优化问题一般仅考虑非空间性质数据。路径优化问题一般利用图论中的“图”来代表道路网络,两者定义对应如下:结点(Node,N):断头路的终点或者道路交叉。边(Edge,E)弧(Arc,A):两个结点之间的线段为边,如果定义了线段的方向,就为弧。弧(边)的权重(Weight,W):线段某些特征性质的数字化表示。依据各种最佳目标,能选取不样的道路性预,例如均行程时阿丽长度等等当作这个道路的弧边)的权重。主L子个小内.U0.巴在确定了结点、弧(边)和权重后,道路网络能抽象为赋权有向图或者无向图,进而道路网络两个点之间的最佳路径转换成图论里的最短路径问题。无向图和有向图的不同之处是有向图增加了道路网络的负荷,但是当弧的两个方向权重值的大小不相同时,只有有向图适用。因为道路两个方向的交通情况通常不一样,应该用有向图来代表道路网络。此外,有向图在单行线、禁左等道路交通管制方面使用方便一个道路网络能采用有向图G=(W,E,表示。V是顶点集,V={i=1,2,…,n}E是边集E={e,,y,e以,w是权重集,w=w(v.v)v.vev(2)道路权值的标定路段权值的标定是进行最短路路线搜索的基础,即搜索的指标。通常使用的道路权重指标有出行的时间、距离及费用。依据权重值的随时间变化特点,能将系统分成静态及动态两类。因为道路交通网络一般都很大,通常情况下没有足够的采集设备来采集交通信息,但是在车联网条件下,通过车载设备、路侧检测装置及无线通信网络等设备,完全实时的权重值是可以获得的。筑素衬网Z.Z沁.ET
3车联网条件下基于TC-B算法的路径优化技术研究3.1TC-B算法的优化思路动态路径诱导系统的最终目的是让整个城市道路网络的交通流量均衡分配。所以,若路线优化的结论不是最优,是次最优或者次次最优,将不会对交通流量的均衡分配产生影响。依据这个观点,应该在确保路径得到优化的前提下,提高系统运算的效率。根据出行的特征,依据对道路网络的认知,对道路网络进行分层,优化搜索最佳路线的道路网络结构,进而实现迅速且便捷的最佳路线的搜索,即TC-B算法。3.2TC-B算法的优化原则TCB算法依据调查及分析出行者选取出行路线的特征,将城市道路网络分为两层,出行者通常行驶的道路是主要道路,生成主要道路网,其把城市道路网络分成一个个小的交通中区(主要道路所围的区域),各个交通中区里由次要道路组成交通中区内道路网络。在车联网系统对汽车出行路线进行优化的时候,路线优化的网络是由出行者起终点所处的主要道路网及各自所处的区域内的次要道路网组成的,进而实现路网搜索简化的目的,并且达到增加搜索速度的终极目标。依靠简化道路网络,T℃B算法达到了路径优化的基本要求一速度快效*缺的家筑路径优化技术及算法的另两个基本要求是有诱导及控制一体化的特征及满足出行者最优原则。TCB算法的道路阻抗用动态实时的广义行程时间表示,针对不相同的客户需求及控制方法,道路阻抗有很多种方法来确定。TCB算法的路径优化操作是在简化了的道路网络中进行的,所以,获得的最佳路线不是依据采用的广义道路阻抗在整个城市道路网络中的绝对意义上的最优路线,是按照出行者最优原则进行路线优化操作的结果。文通中区主要道路网次要道路网次要道路网交通中区图3-1TCB算法路线优化思想示意图3.3车联网条件下TC-B算法的基本思想在车联网条件下,TCB算法所需的整个城市道路网络的路段行程时间是可以获得的,興尚理筑素前网ZC.NE1
通过行程时间,可以计算得到最短出行路径。因此,在车联网条件下,城市主要道路的道路交通运行情况是能获得的,并量化为路段行程时间,主要的次要道路的运行情况也是可以获得的,量化为路段行程时间。在车联网条件下,进行出行路径优化时,可以先在起点、终点所在的交通中区(主要道路所围的区域)内部的次要道路上,分别搜索起点、终点到附近主要道路的最短路线集:然后在交通中区间的主要道路上,搜索两个次要道路最短路线集中的主要道路节点间的最短路线集:再计算最短路线集中的各条路线的交叉延误:最后,将三部分规划得到的最短路线集以及交叉延误进行整合分析处理,得到起终点间的最短路线。车联网条件下,主要道路、次要道路的路段行程时间以及交叉延误都是可以获得的,而且计算机设备处理能力也得到大幅提升,这将对搜索最短路线提供非常大的便利:此外,由于规划得到的主要道路节点间的最短路线集中包含多个主要道路节点对间的最短路线,可以很好地解决起终点所在的交通中区相邻的问题。因此,车联网条件下,基于TC-B算法的路径优化技术将更加精确,搜索的效率将得到提高。步骤如图3-2一3-7所示。当两个交通中区相距较远时:交通中区图3-2起点、终点到附近主要道路的最短路线集主要道路节点交通中区间最短路线文通中区图3-3主要道路节点间的最短路线集興尚理筑素前阀Z.ZC.ET
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