本發(fā)明涉及大數(shù)據(jù)和路徑規(guī)劃，特別是涉及一種基于大數(shù)據(jù)的車輛路徑規(guī)劃方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)的機(jī)動(dòng)車數(shù)量逐年上升且增量不斷增加；加之城市化進(jìn)程的加快，車輛的集中程度加大，不斷增長(zhǎng)的汽車數(shù)量使許多地方的道路交通系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)日益加重，而人們對(duì)更加便捷的交通環(huán)境的需求卻不斷加強(qiáng)，這種矛盾導(dǎo)致了許多交通問題乃至更大范圍的社會(huì)矛盾。交通問題的日益嚴(yán)峻，引起社會(huì)各方的廣泛重視，已然成為民眾關(guān)心的焦點(diǎn)問題。

2、由于現(xiàn)階段我國(guó)多數(shù)道路系統(tǒng)與城市規(guī)劃無法完全匹配，導(dǎo)致交通擁堵和交通不便，另一方面有些道路無法被充分利用導(dǎo)致資源浪費(fèi)，從側(cè)面加重了交通負(fù)擔(dān)。由此可知，在進(jìn)行城市交通治理時(shí)，不僅需要進(jìn)行合理道路建設(shè)規(guī)劃，也需要對(duì)城市車流進(jìn)行合理調(diào)控，使資源充分發(fā)揮其應(yīng)有的作用。而對(duì)于車輛出行方面，導(dǎo)航系統(tǒng)是當(dāng)今車輛不可或缺的重要功能。但是，目前的導(dǎo)航系統(tǒng)在進(jìn)行路徑規(guī)劃時(shí)一般不考慮交通狀態(tài)對(duì)車輛行駛的影響，也不會(huì)對(duì)未來交通狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)并對(duì)路徑進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，這就使得車流容易集中于交通擁堵路段或具有擁堵可能的路段。因此，如何避免過多的車輛集中在某些路段而引發(fā)擁堵，有效地分流城市交通流，減少交通堵塞和交通事故的發(fā)生，是當(dāng)前亟需解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種基于大數(shù)據(jù)的車輛路徑規(guī)劃方法及系統(tǒng)，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種基于大數(shù)據(jù)的車輛路徑規(guī)劃方法，包括以下步驟：

3、基于預(yù)先或?qū)崟r(shí)建立的路網(wǎng)數(shù)據(jù)模型，生成目標(biāo)車輛從行駛起點(diǎn)駛向行駛終點(diǎn)的第一規(guī)劃路徑，以及生成所述目標(biāo)車輛從行駛終點(diǎn)駛向行駛起點(diǎn)形成的第二規(guī)劃路徑；

4、在所述目標(biāo)車輛行駛過程中，分別收集第一規(guī)劃路徑和第二規(guī)劃路徑的通行數(shù)據(jù)，所述通行數(shù)據(jù)包括：交通流量數(shù)據(jù)、道路障礙數(shù)據(jù)、交通事故數(shù)據(jù)和天氣狀況數(shù)據(jù)；

5、對(duì)所述第一規(guī)劃路徑的通行數(shù)據(jù)和所述第二規(guī)劃路徑的通行數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，識(shí)別同一路段中存在差異的通行數(shù)據(jù)，并將對(duì)應(yīng)的路段記為待調(diào)整路段；

6、按照預(yù)先或?qū)崟r(shí)確定的路徑規(guī)劃約束條件，通過所述待調(diào)整路段對(duì)所述第一規(guī)劃路徑進(jìn)行動(dòng)態(tài)規(guī)劃，以使所述目標(biāo)車輛按照動(dòng)態(tài)規(guī)劃路徑繼續(xù)駛向行駛終點(diǎn)；其中，路徑規(guī)劃約束條件包括：通行成本最低或通行時(shí)間最短。

7、可選地，通過所述待調(diào)整路段對(duì)所述第一規(guī)劃路徑進(jìn)行動(dòng)態(tài)規(guī)劃的過程包括：

8、獲取從行駛起點(diǎn)駛向行駛終點(diǎn)的方向中，基于所述待調(diào)整路段的起點(diǎn)達(dá)到所述待調(diào)整路段的終點(diǎn)的所有備用路段；

9、按照路段距離、擁擠系數(shù)、道路安全、路段收費(fèi)、路段障礙狀態(tài)以及路段道路等級(jí)進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序組合，并通過所述備用路段生成每個(gè)組合對(duì)應(yīng)的行駛路段；

10、將每個(gè)組合對(duì)應(yīng)的行駛路段通過所述目標(biāo)車輛中的車載顯示屏進(jìn)行顯示，并接收用戶基于所述顯示結(jié)果選擇的排序組合，記為備用排序組合；

11、利用所述備用排序組合對(duì)應(yīng)的行駛路段替換所述待調(diào)整路段，并將動(dòng)態(tài)規(guī)劃后的所有剩余未行使路段進(jìn)行關(guān)聯(lián)，得到動(dòng)態(tài)規(guī)劃路徑。

12、可選地，若用戶未在所述車載顯示屏上選擇排序組合，則將所述第一規(guī)劃路徑作為動(dòng)態(tài)規(guī)劃路徑；

13、或者，從行駛起點(diǎn)駛向行駛終點(diǎn)的方向中，不存在與所述待調(diào)整路段對(duì)應(yīng)的備用路段時(shí)，則將所述第一規(guī)劃路徑作為動(dòng)態(tài)規(guī)劃路徑。

14、可選地，所述路網(wǎng)模型包括：

15、lu＝(x，y，z)；

16、式中，lu表示路網(wǎng)模型；

17、x表示路段的交叉口或道路的起終點(diǎn)，其中，x＝{1，2，3，......}；

18、y表示連接兩節(jié)點(diǎn)的路段，其中，y＝{(i，j)|i，j∈a，i≠j}；

19、z表示路段的權(quán)重集合，且在路網(wǎng)模型中權(quán)值與路段所處的時(shí)段有關(guān)，其中，z＝{zij(n)|(i，j)∈b，n∈n}，n為自然數(shù)；

20、i表示路段的前繼節(jié)點(diǎn)，j表示路段的后繼節(jié)點(diǎn)，(i，j)表示路段；

21、zij(n)表示路段(i，j)在時(shí)段n的權(quán)重。

22、可選地，基于預(yù)先或?qū)崟r(shí)建立的路網(wǎng)數(shù)據(jù)模型，生成目標(biāo)車輛從行駛起點(diǎn)駛向行駛終點(diǎn)的第一規(guī)劃路徑，以及生成所述目標(biāo)車輛從行駛終點(diǎn)駛向行駛起點(diǎn)形成的第二規(guī)劃路徑的過程包括：

23、獲取所述路網(wǎng)模型中的道路網(wǎng)絡(luò)，并設(shè)定用來區(qū)分低等級(jí)道路與高等級(jí)道路的等級(jí)屬性，以及給道路網(wǎng)絡(luò)中的所有道路添加一個(gè)道路區(qū)域號(hào)并賦值為空；其中，所述高等級(jí)道路與所述低等級(jí)道路，基于路段距離、擁擠系數(shù)、道路安全、路段收費(fèi)、路段障礙狀態(tài)以及路段道路等級(jí)確定；

24、從所有道路中隨機(jī)抽取一個(gè)路段節(jié)點(diǎn)作為目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，當(dāng)所述目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的等級(jí)屬性小于高等級(jí)道路的等級(jí)屬性h時(shí)，將所述目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的道路區(qū)域號(hào)賦值為a，并查詢與所述目標(biāo)節(jié)點(diǎn)相連且道路區(qū)域號(hào)值為空的所有鄰接節(jié)點(diǎn)，共同加入至預(yù)設(shè)字典g中；以及，

25、取預(yù)設(shè)字典g中的一個(gè)道路節(jié)點(diǎn)x，若所述道路節(jié)點(diǎn)x的等級(jí)屬性小于高等級(jí)道路的等級(jí)屬性h，且所述道路節(jié)點(diǎn)x的道路區(qū)域號(hào)賦值為空，則令所述道路節(jié)點(diǎn)x的道路區(qū)域號(hào)為a，并查詢與所述道路節(jié)點(diǎn)x相連且道路區(qū)域號(hào)值為空的所有鄰接道路節(jié)點(diǎn)，共同加入至所述預(yù)設(shè)字典g中，以及從所述預(yù)設(shè)字典g中移除所述道路節(jié)點(diǎn)x，直至所述預(yù)設(shè)字典g為空集；

26、令a＝a+1，并從所有道路中隨機(jī)選擇一個(gè)道路區(qū)域號(hào)為空的道路節(jié)點(diǎn)繼續(xù)循環(huán)執(zhí)行，直至所有道路的道路區(qū)域號(hào)均不為空時(shí)終止，得到道路分區(qū)網(wǎng)絡(luò)；

27、利用所述道路分區(qū)網(wǎng)絡(luò)生成目標(biāo)車輛從行駛起點(diǎn)駛向行駛終點(diǎn)的第一規(guī)劃路徑，以及生成所述目標(biāo)車輛從行駛終點(diǎn)駛向行駛起點(diǎn)形成的第二規(guī)劃路徑。

28、可選地，利用所述道路分區(qū)網(wǎng)絡(luò)生成目標(biāo)車輛從行駛起點(diǎn)駛向行駛終點(diǎn)的第一規(guī)劃路徑，以及生成所述目標(biāo)車輛從行駛終點(diǎn)駛向行駛起點(diǎn)形成的第二規(guī)劃路徑的過程包括：

29、基于所述目標(biāo)車輛的行駛方向確定第一道路節(jié)點(diǎn)和第二道路節(jié)點(diǎn)；其中，所述第一規(guī)劃路徑的第一道路節(jié)點(diǎn)和第二道路節(jié)點(diǎn)分別為行駛起點(diǎn)、行駛終點(diǎn)，所述第二規(guī)劃路徑的第一道路節(jié)點(diǎn)和第二道路節(jié)點(diǎn)分別為行駛終點(diǎn)、行駛起點(diǎn)；

30、判斷所述行駛起點(diǎn)和所述行駛終點(diǎn)是否屬于同一道路區(qū)域號(hào)；

31、若屬于同一道路區(qū)域號(hào)，則直接通過同一道路區(qū)域號(hào)對(duì)應(yīng)的道路搜索生成所述第一道路節(jié)點(diǎn)到所述第二道路節(jié)點(diǎn)的最小成本路徑，得到所述第一規(guī)劃路徑或所述第二規(guī)劃路徑；其中，最小成本路徑包括：路段距離、擁擠系數(shù)、道路安全、路段收費(fèi)、路段障礙狀態(tài)以及路段道路等級(jí)進(jìn)行組合后的行駛路徑成本最低；

32、若不屬于同一道路區(qū)域號(hào)，則基于高等級(jí)道路的等級(jí)屬性h，搜索第一道路節(jié)點(diǎn)和第二道路節(jié)點(diǎn)之間的最優(yōu)入節(jié)點(diǎn)p1和最優(yōu)出節(jié)點(diǎn)p2，并基于第一道路節(jié)點(diǎn)所在的道路區(qū)域號(hào)，搜索到所述最優(yōu)入節(jié)點(diǎn)p1和所述最優(yōu)出節(jié)點(diǎn)p2的最小成本路徑，得到所述第一規(guī)劃路徑；以及，基于第二道路節(jié)點(diǎn)所在的道路區(qū)域號(hào)，搜索到所述最優(yōu)入節(jié)點(diǎn)p1和所述最優(yōu)出節(jié)點(diǎn)p2的最小成本路徑，得到所述第二規(guī)劃路徑。

33、可選地，在所述目標(biāo)車輛行駛過程中，所述方法還包括：

34、通過所述目標(biāo)車輛上預(yù)先安裝的傳感器對(duì)預(yù)設(shè)距離范圍進(jìn)行感知，確定所述預(yù)設(shè)距離范圍內(nèi)是否存在障礙物；

35、若存在障礙物，則發(fā)出提示信息，并基于所述目標(biāo)車輛當(dāng)前行駛狀態(tài)、所述障礙物的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、以及所述障礙物距離所述目標(biāo)車輛的實(shí)時(shí)距離，對(duì)所述目標(biāo)車輛進(jìn)行路徑變更得到避障行駛路徑，以及將所述避障行駛路徑通過所述目標(biāo)車輛中的車載顯示屏進(jìn)行顯示；

36、若不存在障礙物，則控制所述目標(biāo)車輛保持當(dāng)前行駛狀態(tài)。

37、可選地，在所述目標(biāo)車輛按照所述第一規(guī)劃路徑到達(dá)所述行駛終點(diǎn)后，所述方法還包括：

38、基于所述目標(biāo)車輛行駛過程中所述第一規(guī)劃路徑和所述第二規(guī)劃路徑的通行數(shù)據(jù)，按照時(shí)間特征和空間特征，將對(duì)應(yīng)的通行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為以描述交通平均速度變化情況的矩陣，記為目標(biāo)矩陣；

39、基于所述目標(biāo)矩陣設(shè)置神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的批量大小，并對(duì)所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行初始化，以及按照所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、神經(jīng)元個(gè)數(shù)和權(quán)重向量，設(shè)定學(xué)習(xí)率和損失函數(shù)；其中，一個(gè)神經(jīng)元對(duì)應(yīng)一個(gè)通行影響因子；

40、計(jì)算每個(gè)神經(jīng)元與所述權(quán)重向量之間的相似程度，并將相似程度最大所對(duì)應(yīng)的神經(jīng)元作為目標(biāo)神經(jīng)元；

41、更新所述目標(biāo)神經(jīng)元的權(quán)重向量，以及更新所述學(xué)習(xí)率和所述損失函數(shù)，并在完成更新后，判斷所述學(xué)習(xí)率是否小于預(yù)設(shè)數(shù)值，或者判斷更新次數(shù)是否達(dá)到預(yù)設(shè)迭代次數(shù)；

42、如果所述學(xué)習(xí)率小于預(yù)設(shè)數(shù)值，或者更新次數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)迭代次數(shù)，則對(duì)每個(gè)神經(jīng)元進(jìn)行標(biāo)記，并基于標(biāo)記后的神經(jīng)元尋找所述通行數(shù)據(jù)的通行影響因子；

43、如果所述學(xué)習(xí)率大于等于預(yù)設(shè)數(shù)值，且更新次數(shù)未達(dá)到預(yù)設(shè)迭代次數(shù)，則重新計(jì)算每個(gè)神經(jīng)元與所述權(quán)重向量之間的相似程度，并繼續(xù)判斷學(xué)習(xí)率或更新次數(shù)，直至尋找出所述通行數(shù)據(jù)的通行影響因子。

44、可選地，所述通行數(shù)據(jù)的通行影響因子包括以下至少之一：交通流量數(shù)據(jù)、道路障礙數(shù)據(jù)、交通事故數(shù)據(jù)、天氣狀況數(shù)據(jù)；

45、或者，所述通行數(shù)據(jù)的通行影響因子包括以下至少之一：路段距離、擁擠系數(shù)、道路安全、路段收費(fèi)、路段障礙狀態(tài)、路段道路等級(jí)。

46、本發(fā)明還提供一種基于大數(shù)據(jù)的車輛路徑規(guī)劃系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括有：

47、初始路徑模塊，用于根據(jù)預(yù)先或?qū)崟r(shí)建立的路網(wǎng)數(shù)據(jù)模型，生成目標(biāo)車輛從行駛起點(diǎn)駛向行駛終點(diǎn)的第一規(guī)劃路徑，以及生成所述目標(biāo)車輛從行駛終點(diǎn)駛向行駛起點(diǎn)形成的第二規(guī)劃路徑；

48、通行數(shù)據(jù)采集模塊，用于在所述目標(biāo)車輛行駛過程中，分別收集第一規(guī)劃路徑和第二規(guī)劃路徑的通行數(shù)據(jù)，所述通行數(shù)據(jù)包括：交通流量數(shù)據(jù)、道路障礙數(shù)據(jù)、交通事故數(shù)據(jù)和天氣狀況數(shù)據(jù)；

49、通行數(shù)據(jù)比對(duì)模塊，用于對(duì)所述第一規(guī)劃路徑的通行數(shù)據(jù)和所述第二規(guī)劃路徑的通行數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，識(shí)別同一路段中存在差異的通行數(shù)據(jù)，并將對(duì)應(yīng)的路段記為待調(diào)整路段；

50、路徑動(dòng)態(tài)規(guī)劃模塊，用于按照預(yù)先或?qū)崟r(shí)確定的路徑規(guī)劃約束條件，通過所述待調(diào)整路段對(duì)所述第一規(guī)劃路徑進(jìn)行動(dòng)態(tài)規(guī)劃，以使所述目標(biāo)車輛按照動(dòng)態(tài)規(guī)劃路徑繼續(xù)駛向行駛終點(diǎn)；其中，路徑規(guī)劃約束條件包括：通行成本最低或通行時(shí)間最短。

51、如上所述，本發(fā)明提供一種基于大數(shù)據(jù)的車輛路徑規(guī)劃方法及系統(tǒng)，具有以下有益效果：本發(fā)明首先基于預(yù)先或?qū)崟r(shí)建立的路網(wǎng)數(shù)據(jù)模型，生成目標(biāo)車輛從行駛起點(diǎn)駛向行駛終點(diǎn)的第一規(guī)劃路徑，以及生成目標(biāo)車輛從行駛終點(diǎn)駛向行駛起點(diǎn)形成的第二規(guī)劃路徑；然后在目標(biāo)車輛行駛過程中，分別收集第一規(guī)劃路徑的通行數(shù)據(jù)和第二規(guī)劃路徑的通行數(shù)據(jù)，通行數(shù)據(jù)包括：交通流量數(shù)據(jù)、道路障礙數(shù)據(jù)、交通事故數(shù)據(jù)和天氣狀況數(shù)據(jù)；再對(duì)第一規(guī)劃路徑的通行數(shù)據(jù)和第二規(guī)劃路徑的通行數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，識(shí)別同一路段中存在差異的通行數(shù)據(jù)，并將對(duì)應(yīng)的路段記為待調(diào)整路段；最后按照預(yù)先或?qū)崟r(shí)確定的路徑規(guī)劃約束條件，通過待調(diào)整路段對(duì)第一規(guī)劃路徑進(jìn)行動(dòng)態(tài)規(guī)劃，以使目標(biāo)車輛按照動(dòng)態(tài)規(guī)劃路徑繼續(xù)駛向行駛終點(diǎn)；其中，路徑規(guī)劃約束條件包括：通行成本最低或通行時(shí)間最短。由此可知，本發(fā)明通過分別生成兩條行駛方向相反且起始點(diǎn)一致的第一規(guī)劃路徑和第二規(guī)劃路徑，然后根據(jù)第一規(guī)劃路徑和第二規(guī)劃路徑中同一路段存在差異的通行數(shù)據(jù)對(duì)第一規(guī)劃路徑進(jìn)行動(dòng)態(tài)規(guī)劃，從而可以使目標(biāo)車輛從行駛起點(diǎn)駛向行駛終點(diǎn)的通行成本最低或通行時(shí)間最短。相當(dāng)于本發(fā)明把同一路段中存在差異的通行數(shù)據(jù)識(shí)別可能出現(xiàn)不利于車輛行駛的路段(例如施工區(qū)域路段、事故多發(fā)地路段、交通事故路段、交通擁堵路段等)，然后通過運(yùn)用大數(shù)據(jù)對(duì)車輛的行駛路徑進(jìn)行規(guī)劃，從而可以對(duì)城市車流進(jìn)行合理調(diào)控。所以，本發(fā)明不僅能夠充分利用現(xiàn)有道路資源和導(dǎo)航資源，還能減輕道路交通負(fù)擔(dān)，減少交通堵塞和交通事故的發(fā)生。同時(shí)本發(fā)明通過向車輛用戶提供通行成本最低或通行時(shí)間最短的行駛路徑，可以幫助用戶減少燃油消耗，節(jié)約車輛用戶的交通成本。此外，本發(fā)明通過優(yōu)化行駛路徑和減少擁堵，路徑規(guī)劃有助于減少車輛排放，降低對(duì)環(huán)境的污染。