一种基于交通流预测与实际路况的车辆路径规划方法

技术特征：
1.一种基于交通流预测与实际路况的车辆路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：s1，城市路网模型建立：获取历史车流量数据，通过lstm模型预测车流量信息，再根据城市路网信息构建城市路网模型，得到路网信息数据；s2，路径权值模型构建：根据步骤s1获得的路网信息数据，获得车流量与道路行驶时间的关系，根据信号灯的相位变化，构建路径权值模型，所述路径权值w
ij
以道路行驶时间t
ij
和路口信号灯等待时间来表示，即s3，路径权值更新：根据交通流数据、信号灯的相位变化及城市路网信息，获取当前道路车速，计算选择不同路口时的通行相位，计算路口等待时间，更新此路口路径权值矩阵w
ij
；s4，修改代价函数：将步骤s3的路径权值更新算法与a*算法结合，修改路口v
j
处的代价函数f(j)，得到基于交通流预测与实际路况的规划路线；所述a*算法修改代价函数表示为：f(j)＝g(j) h(j)g(j)＝g(i) w
ij
其中，d
ja
表示路口v
j
到目标节点v
a
的距离，v
ij
表示路口v
i
到路口v
j
的速度，g(j)表示路口v
j
到起始点的实际代价，h(j)表示路口v
j
到目标点的估计代价；s5，路径平滑处理：对步骤s4获得的路线拐点采用贝塞尔曲线进行平滑处理，获得优化路线。2.如权利要求1所述的一种基于交通流预测与实际路况的车辆路径规划信息，方法，其特征在于：所述步骤s1中，通过openstreetmap获取城市路网信息，所述城市路网信息至少包括路口位置、车道数、路段长度、交通灯信息，将城市路网信息抽象为图结构：g＝(v，e，m，n)，其中v表示顶点的集合，即路口集合；e表示边的集合，即道路集合，其中e
ij
表示路口v
j
与v
j
相连的道路：e
ij
＝{(v
i
，v
j
)|(v
i
，v
j
)∈v2，i≠j}m表示邻接矩阵，即为道路的连通性：n表示为车流量特征向量。3.如权利要求2所述一种基于交通流预测与实际路况的车辆路径规划方法，其特征在于：所述步骤s1中，预测车流量信息为用a时间步长的历史数据预测b时间步长的数据：其中，b表示预测时间步长；a为历史时间步长；l(
·
)表示所采取的预测模型；表示为第t时间步长道路e
ij
的车流量；n
ij
表示为道路e
ij
的车流量。4.如权利要求2或3所述一种基于交通流预测与实际路况的车辆路径规划方法，其特征
在于：所述步骤s1中预测车流量信息的预测模型为lstm神经网络模型。所述模型遗忘门通过sigmoid层来确定删除信息f
t
：f
t
＝σ(w
f
×
[h
t-1
，x
t
] b
f
)其中，h
t-1
表示前一刻输出，x
t
表示当前的输入；所述模型的输入门有两层，sigmoid层和tanh层用来确定信息的保留i
t
和i
t
＝σ(w
i
×
[h
t-1
，x
t
] b
i
)完成上述步骤后需要根据c
t-1
的值可确定c
t
的值以此来更新单元格状态：所述模型输出门中，根据当前状态通过sigmoid层和tanh层控制确定待输出值o
t
和h
t
：o
t
＝σ(w
o
×
[h
t-1
，x
t
] b
o
)h
t
＝o
t
×
tanhc
t
其中，w
f
，w
i
，w
c
，w
o
表示待学习的权重参数；b
f
，b
i
，b
c
，b
o
表示待学习的偏置值。5.如权利要求4所述一种基于交通流预测与实际路况的车辆路径规划方法，其特征在于：所述步骤s2中交通流参数与道路速度的关系为：其中，表示表示道路e
ij
的最大车速，表示表示道路e
ij
的道路阻塞密度；n
ij
表示道路e
ij
的车流量，c
ij
表示道路e
ij
的车道数，l
ij
表示道路e
ij
的路径长度；则道路e
ij
行驶时间表示为：6.如权利要求5所述一种基于交通流预测与实际路况的车辆路径规划方法，其特征在于：所述步骤s2信号灯的相位变化共有4种，即两个方向的直行和对应的左转，用s
jm
表示到达路口v
j
时信号灯相位为m，则到达相位判断表示为：其中，m∈[1，4]，特别的，当m＝4时，p
kj
表示路口v
j
信号灯的第k个相位时长；表示路口v
j
信号灯剩余时长用：其中，mod表示取余，r
j
表示为路口v
j
信号灯周期时长；路口v
j
处信号灯等待时间表示为：
其中，x
mnj
与τ
mnj
分别是两个二进制变量；分别是两个二进制变量；7.如权利要求6所述一种基于交通流预测与实际路况的车辆路径规划方法，其特征在于：所述步骤s5中，用贝塞尔曲线对拐点处进行平滑处理，输出一条较为光滑的行驶路线，具体为：一条n次贝塞尔曲线表达式为：其中，p(u)为贝塞尔曲线的运动控制点；u为曲线内部控制参数；p(i)为位置点，其中p(0)和p(1)分别为初始位置和目标位置；多项式b
i，n
(u)表示为：其中，i＝0，1，...，n。将步骤s4获取路线的拐点处定为贝塞尔曲线运动控制点，生成具有行驶曲率的贝塞尔曲线，最终输出一条连续的较为光滑路线。

技术总结
本发明公开了一种基于交通流预测与实际路况的车辆路径规划方法，首先，获取历史车流量数据，通过预测模型预测车流量信息，再根据城市路网信息构建城市路网模型，得到交通流数据；考虑信号灯的实时变化，与城市路网模型结合构建路径权值模型；根据构建的路径权值模型提出动态更新路径权值算法，并将路径权值更新算法用来改进A*算法的代价函数，规划出一条考虑交通流与实际路况的路线；此外，在路径规划后对路线拐点采用贝塞尔曲线进行平滑处理，获得优化路线。本发明基于交通流与实际路况的实时变化，可输出用时较短路径；考虑动态更新路网信息，提高算法搜索效率与可靠性；考虑路径平滑算法，减少车辆行驶中能量损耗，输出平滑行驶路线。行驶路线。行驶路线。


技术研发人员：莫磊 赵一鸣 张新宇
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：2022.10.19
技术公布日：2023/2/23