本發(fā)明屬于Dijkstra優(yōu)化算法技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于阻抗匹配的Dijkstra最優(yōu)交通路徑規(guī)劃方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的Dijkstra算法用于龐大的交通網(wǎng)路時(shí)，計(jì)算量十分巨大，時(shí)間復(fù)雜度很大，搜索效率很低。對(duì)于錯(cuò)綜復(fù)雜的交通網(wǎng)路，利用Dijkstra算法計(jì)算出的最短路徑未必是最優(yōu)路徑，由于道路質(zhì)量、擁堵情況等導(dǎo)致交通道路存在一定的交通阻抗，進(jìn)而導(dǎo)致該算法求取的最短路徑缺少實(shí)際價(jià)值和意義；如何研究出一種能夠解決上述問題的方法和系統(tǒng)成為了本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于阻抗匹配的Dijkstra最優(yōu)交通路徑規(guī)劃方法及系統(tǒng)，用于解決傳統(tǒng)Dijkstra算法求得的最短路徑缺乏實(shí)際價(jià)值和意義的技術(shù)問題。

本發(fā)明提供了一種基于阻抗匹配的Dijkstra最優(yōu)交通路徑規(guī)劃方法，包括步驟：

求取預(yù)設(shè)范圍內(nèi)所有有向弧段的集合；

通過融合交通阻抗的Dijkstra最優(yōu)路徑算法獲取所有有向弧段的時(shí)間花費(fèi)；

取從源點(diǎn)到終點(diǎn)中時(shí)間花費(fèi)最短的有向弧段集合作為最終結(jié)果輸出，即最優(yōu)路徑集合。

進(jìn)一步的，所述通過融合交通阻抗的Dijkstra最優(yōu)路徑算法獲取所有有向弧段的時(shí)間花費(fèi)的步驟包括：

設(shè)S為已求得最優(yōu)路徑的弧段的集合，A為預(yù)設(shè)范圍內(nèi)城市道路網(wǎng)絡(luò)中的路段集合；令初始最優(yōu)路徑時(shí)間花費(fèi)k(r₀)＝0；將弧段r₀放入到S中；令k(r_i)＝+∞，r_i∈A-S；

計(jì)算以源點(diǎn)s為出發(fā)點(diǎn)的所有有向弧段時(shí)間花費(fèi)，求出k(r_i)＝k(r₀)+t_si,其中t_si表示從s到i的交通時(shí)間阻抗值，求出k(r^*)＝min{k(r_i)},r_i＝<s,i>；則將弧r^*放入S中；如此，得到首節(jié)點(diǎn)h(r^*)＝s，末節(jié)點(diǎn)f(r^*)＝i,最優(yōu)路徑節(jié)點(diǎn)序列P_i＝(s，f(r^*))；

計(jì)算以弧段r^*末點(diǎn)為出發(fā)點(diǎn)的所有有向弧段的時(shí)間花費(fèi)；首先根據(jù)弧段r^*和每一條要接入的弧段r_j的走行方向進(jìn)行轉(zhuǎn)向方向的判定,并考慮交叉口延誤；接著求出k(r_j)＝min{k(r^*)+t_ij；k(r_j)},其中t_ij表示從i到j(luò)的交通時(shí)間阻抗值；最后k(r^*)＝min{k(r_j)},將弧段r^*放入S中，得到本弧段前節(jié)點(diǎn)h(r^*)＝i，后節(jié)點(diǎn)f(r^*)＝j(luò)，最優(yōu)路徑節(jié)點(diǎn)序列P_j＝P_i+f(r^*)；

判斷A是否等于S，即判斷預(yù)設(shè)范圍內(nèi)城市道路網(wǎng)絡(luò)中的路段集合A是否都已包含在已求得最優(yōu)路徑的弧段的集合S中；

若A＝S，則轉(zhuǎn)入輸出最終結(jié)果的步驟；若A≠S，則轉(zhuǎn)入計(jì)算以弧段r^*末點(diǎn)為出發(fā)點(diǎn)的所有有向弧段的時(shí)間花費(fèi)的步驟再繼續(xù)；

輸出最終結(jié)果；若k(r^*)<+∞,則k(r^*)為最優(yōu)路徑的所需要花費(fèi)的時(shí)間，P_j為最優(yōu)路徑集合。本方案中，S是以求出最優(yōu)路徑的有向弧段的集合，從源點(diǎn)開始，S中最初只包含源點(diǎn)s，花費(fèi)時(shí)間為0，以源點(diǎn)s為中心向外層層擴(kuò)展，逐步的將A中的有向弧段進(jìn)行計(jì)算并加入S中，當(dāng)從源點(diǎn)到終點(diǎn)所有的有向弧段都被求出最優(yōu)路徑時(shí)，從源點(diǎn)到終點(diǎn)的最優(yōu)路徑集合也就被求出來了；其中，最優(yōu)路徑的計(jì)算主要考慮在弧段和交叉口花費(fèi)的時(shí)間，時(shí)間花費(fèi)最短即為最優(yōu)路徑，而不是路徑最短。

進(jìn)一步的，所述交通時(shí)間阻抗值包括路段時(shí)間阻抗值和交叉路口時(shí)間阻抗值；

其中，交通時(shí)間阻抗值t_ij包括路段時(shí)間阻抗值y_ij和交叉路口時(shí)間阻抗值d_ij；

所述y_ij在任意兩路段i和j之間車輛行駛所需要的時(shí)間；d_ij表示交叉路口所花費(fèi)的時(shí)間。當(dāng)然，該t_si的求得與t_ij相類；很多時(shí)候，最短路徑并不是最優(yōu)路徑，特別的，例如最短路徑中存在禁止通行情況下，我們通過該最短路徑到達(dá)終點(diǎn)需要花費(fèi)的時(shí)間是無限大的，這時(shí)候就需要考慮交通時(shí)間阻抗值了，而交通時(shí)間阻抗值包括路段行駛所需花費(fèi)的時(shí)間，以及通過交叉路徑所需花費(fèi)的時(shí)間。

進(jìn)一步的，求得所述路段時(shí)間阻抗值y_ij的函數(shù)表達(dá)式稱為：

式中

t_a(0)：路段a上的車輛在無阻礙的情況下行駛的平均時(shí)間；

e_a：路段a的通行能力；

q_a：路段a上的交通流量；

α、β：待標(biāo)定的參數(shù)。在車輛在沒有交通阻礙的情況下，行駛時(shí)間和行駛距離是成正比的關(guān)系，但在實(shí)際的交通道路中，車輛不可能無阻礙的行駛。所以道路上行駛時(shí)間與行駛距離不能簡(jiǎn)單的用正比函數(shù)來表示，其行駛時(shí)間與距離和流量之間的關(guān)系是一種負(fù)載的關(guān)系函數(shù)；本方案中，采用應(yīng)用最廣發(fā)的是BPR函數(shù)，該函數(shù)由美國道路局幵發(fā)；路段行駛需要的時(shí)間是尋求最優(yōu)路徑需要考慮的重要因素，而正確求得路段時(shí)間阻抗值需要通過在交通道路的各種觀測(cè)數(shù)據(jù)的支持，如此才能更正確的求得時(shí)間花費(fèi)。

進(jìn)一步的，求得所述交叉路口時(shí)間阻抗值d_ij的函數(shù)表達(dá)式稱為：

式中

d：延誤阻抗；

T_c：信號(hào)燈周期長；

μ：綠信比；

q：進(jìn)口車道實(shí)際到達(dá)的交通流量；

x：飽和度。雖然正常情況下，路段阻抗值是時(shí)間花費(fèi)的主力，但是某些情況下，特別是對(duì)于大城市的道路網(wǎng)來說，交叉口密集，車輛在交叉路徑耗費(fèi)的時(shí)間也是不容忽視的，在交叉路口，信號(hào)燈周期長、綠信比和進(jìn)口車道實(shí)際到達(dá)的交通流量等因素都是需要考慮的，如此求解最優(yōu)路徑的時(shí)間花費(fèi)的計(jì)算才更為合理和實(shí)用。

進(jìn)一步的，所述求取預(yù)設(shè)范圍內(nèi)所有有向弧段的集合的步驟包括：

利用已有的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)信息，將預(yù)設(shè)范圍設(shè)定為以源點(diǎn)和終點(diǎn)連線為對(duì)角線的矩形范圍內(nèi)。在通常情況下，源點(diǎn)和終點(diǎn)之間的最優(yōu)路徑基本囊括在以源點(diǎn)和終點(diǎn)連線為對(duì)角線的矩形范圍內(nèi)，本方案中，采用限制搜索區(qū)域，大大減少了遍歷節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，提高了運(yùn)算時(shí)間。

進(jìn)一步的，所述求取預(yù)設(shè)范圍內(nèi)所有有向弧段的集合的步驟包括：

利用已有的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)信息，將搜索的區(qū)域設(shè)定為以源點(diǎn)和終點(diǎn)連線為對(duì)角線的矩形范圍內(nèi)，并在將該矩形范圍擴(kuò)大兩個(gè)節(jié)點(diǎn)范圍后，將其作為預(yù)設(shè)范圍。在通常情況下，源點(diǎn)和終點(diǎn)之間的最優(yōu)路徑基本囊括在以源點(diǎn)和終點(diǎn)連線為對(duì)角線的矩形范圍內(nèi)，再考慮到有時(shí)需要從源點(diǎn)先繞行至矩形范圍以外的節(jié)點(diǎn)路徑，因而將矩形范圍擴(kuò)大兩個(gè)節(jié)點(diǎn)范圍作為預(yù)設(shè)范圍，本方案中，采用限制搜索區(qū)域，大大減少了遍歷節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，提高了運(yùn)算時(shí)間。

進(jìn)一步的，在所述求取預(yù)設(shè)范圍內(nèi)所有有向弧段的集合的步驟之前還包括步驟：

建立交通網(wǎng)絡(luò)模型，將整個(gè)路網(wǎng)抽象為“{節(jié)點(diǎn)集合}+{弧段集合}+{路權(quán)集合}”的有向賦權(quán)圖；

其中，節(jié)點(diǎn)指道路的交叉口、道路盡頭或道路屬性改變的地方的點(diǎn)；而弧段則表示路網(wǎng)中相鄰兩個(gè)交叉口間的路段。將交通網(wǎng)絡(luò)模型抽象為有向賦權(quán)圖，有利于后續(xù)Dijkstra算法的計(jì)算，提高計(jì)算效率。

進(jìn)一步的，所述有向賦權(quán)圖使用鄰接表作為存儲(chǔ)方式得到道路網(wǎng)絡(luò)圖；

鄰接表是表示節(jié)點(diǎn)之間的相鄰關(guān)系的n個(gè)單向鏈表,由順序表和鏈表構(gòu)成；順序表的元素表示路網(wǎng)節(jié)點(diǎn),每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)一個(gè)鏈表,鏈表中的元素表示與鏈表頭中的節(jié)點(diǎn)元素相鄰接的路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)口。采用鄰接表存儲(chǔ)方式，節(jié)省大量的存儲(chǔ)空間，并提高算法的搜索速度。

本發(fā)明還公開了一種基于阻抗匹配的Dijkstra最優(yōu)交通路徑規(guī)劃系統(tǒng)，包括：

有向弧段求取模塊，用于求取預(yù)設(shè)范圍內(nèi)所有有向弧段的集合；

時(shí)間花費(fèi)計(jì)算模塊，耦合于所述有向弧段求取模塊，用于計(jì)算通過融合交通阻抗的Dijkstra最優(yōu)路徑算法獲取所有有向弧段的時(shí)間花費(fèi)；

最終結(jié)果輸出模塊，耦合于所述時(shí)間花費(fèi)計(jì)算模塊，用于輸出最優(yōu)路徑集合，該最優(yōu)路徑集合取自源點(diǎn)到終點(diǎn)中時(shí)間花費(fèi)最短的有向弧段集合。

進(jìn)一步的，所述時(shí)間花費(fèi)計(jì)算模塊包括Dijkstra最優(yōu)路徑算法單元，耦合于所述Dijkstra最優(yōu)路徑算法單元的路段時(shí)間阻抗值計(jì)算單元和交叉路口時(shí)間阻抗值計(jì)算單元。很多時(shí)候，最短路徑并不是最優(yōu)路徑，特別的，例如最短路徑中存在禁止通行情況下，我們通過該最短路徑到達(dá)終點(diǎn)需要花費(fèi)的時(shí)間是無限大的，這時(shí)候就需要考慮交通時(shí)間阻抗值了，而交通時(shí)間阻抗值包括路段行駛所需花費(fèi)的時(shí)間，以及通過交叉路徑所需花費(fèi)的時(shí)間；相對(duì)的，在計(jì)算時(shí)間花費(fèi)時(shí)，則需要Dijkstra最優(yōu)路徑算法單元、路段時(shí)間阻抗值計(jì)算單元和交叉路口時(shí)間阻抗值計(jì)算單元共同配合計(jì)算。

采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明至少可取得下述技術(shù)效果：本發(fā)明中，由于在尋求最優(yōu)路徑的過程中考慮了交通阻抗的因素，避免通過傳統(tǒng)Dijkstra算法求得的最優(yōu)路徑無法通行而花費(fèi)的延遲代價(jià)無限大的情況發(fā)生，而是確實(shí)的考慮了交通阻抗后真實(shí)可行的最優(yōu)交通路徑，降低交通出行代價(jià)，使最優(yōu)交通路徑計(jì)算更具有應(yīng)用價(jià)值和意義；對(duì)于用戶，可以減少出行能耗和時(shí)間花費(fèi)，特別的可以解決出行者對(duì)于陌生城市路況情況的認(rèn)知，而對(duì)于整個(gè)城市來說，則可以減少車輛能源消耗和污染，并且能夠協(xié)調(diào)和控制城市車輛的路徑規(guī)劃，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)提高城市路況的使用效率，降低城市交通堵塞；本發(fā)明中，最優(yōu)路徑的考量主要考慮時(shí)間花費(fèi)因素，當(dāng)然，在實(shí)際情況中亦可將路徑最短等因素作為最優(yōu)路徑的主要考量因素，特別是在交通阻抗幾乎可以忽略的情況下；另外，該預(yù)設(shè)范圍可以是整個(gè)道路網(wǎng)絡(luò)，也可以是一個(gè)限制范圍內(nèi)的道路網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)實(shí)際需求不同而定。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的內(nèi)容和這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明一種基于阻抗匹配的Dijkstra最優(yōu)交通路徑規(guī)劃方法的流程圖；

圖2為某城區(qū)的局部道路網(wǎng)絡(luò)圖；

圖3是傳統(tǒng)的Dijkstra算法的計(jì)算結(jié)果示意圖；

圖4是基于交通阻抗的最優(yōu)路徑算法的計(jì)算結(jié)果；

圖5是本發(fā)明一種基于阻抗匹配的Dijkstra最優(yōu)交通路徑規(guī)劃系統(tǒng)的示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明解決的技術(shù)問題、采用的技術(shù)方案和達(dá)到的技術(shù)效果更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

下面結(jié)合附圖并通過具體實(shí)施方式來進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。需要說明的是，本發(fā)明的實(shí)施例XXX為例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行說明，但并非以此作為限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠明了，本發(fā)明所提出的XXX除用于XXX之外，還可以廣泛應(yīng)用于其他相同或相近領(lǐng)域中，并取得類似的技術(shù)效果。

實(shí)施例一：

圖1是本發(fā)明一種基于阻抗匹配的Dijkstra最優(yōu)交通路徑規(guī)劃方法的流程圖，參考圖1，本發(fā)明公開了一種基于阻抗匹配的Dijkstra最優(yōu)交通路徑規(guī)劃方法，包括：

S1:求取預(yù)設(shè)范圍內(nèi)所有有向弧段的集合；

S2:通過融合交通阻抗的Dijkstra最優(yōu)路徑算法獲取所有有向弧段的時(shí)間花費(fèi)；

S3:取從源點(diǎn)到終點(diǎn)中時(shí)間花費(fèi)最短的有向弧段集合作為最終結(jié)果輸出，即最優(yōu)路徑集合。

采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明至少可取得下述技術(shù)效果：本發(fā)明中，由于在尋求最優(yōu)路徑的過程中考慮了交通阻抗的因素，避免通過傳統(tǒng)Dijkstra算法求得的最優(yōu)路徑無法通行而花費(fèi)的延遲代價(jià)無限大的情況發(fā)生，而是確實(shí)的考慮了交通阻抗后真實(shí)可行的最優(yōu)交通路徑，降低交通出行代價(jià)，使最優(yōu)交通路徑計(jì)算更具有應(yīng)用價(jià)值和意義；對(duì)于用戶，可以減少出行能耗和時(shí)間花費(fèi)，特別的可以解決出行者對(duì)于陌生城市路況情況的認(rèn)知，而對(duì)于整個(gè)城市來說，則可以減少車輛能源消耗和污染，并且能夠協(xié)調(diào)和控制城市車輛的路徑規(guī)劃，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)提高城市路況的使用效率，降低城市交通堵塞；本發(fā)明中，最優(yōu)路徑的考量主要考慮時(shí)間花費(fèi)因素，當(dāng)然，在實(shí)際情況中亦可將路徑最短等因素作為最優(yōu)路徑的主要考量因素，特別是在交通阻抗幾乎可以忽略的情況下；另外，該預(yù)設(shè)范圍可以是整個(gè)道路網(wǎng)絡(luò)，也可以是一個(gè)限制范圍內(nèi)的道路網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)實(shí)際需求不同而定。

其中，交通阻抗是車輛運(yùn)行在交通道路上時(shí)，根據(jù)運(yùn)行的距離、時(shí)間、舒適度、擁堵情況、交通費(fèi)用和人的舒適度等綜合因素，需要考慮到即人、車、路、環(huán)境相互影響，對(duì)交通出行的阻力作用值。

本實(shí)施例優(yōu)選的，通過融合交通阻抗的Dijkstra最優(yōu)路徑算法獲取所有有向弧段的時(shí)間花費(fèi)的步驟包括：

設(shè)S為已求得最優(yōu)路徑的弧段的集合，A為預(yù)設(shè)范圍內(nèi)城市道路網(wǎng)絡(luò)中的路段集合；令初始最優(yōu)路徑時(shí)間花費(fèi)k(r₀)＝0；將弧段r₀放入到S中；令k(r_i)＝+∞，r_i∈A-S；

計(jì)算以源點(diǎn)s為出發(fā)點(diǎn)的所有有向弧段時(shí)間花費(fèi)，求出k(r_i)＝k(r₀)+t_si,其中t_si表示從s到i的交通時(shí)間阻抗值，求出k(r^*)＝min{k(r_i)},r_i＝<s,i>；則將弧r^*放入S中；如此，得到首節(jié)點(diǎn)h(r^*)＝s，末節(jié)點(diǎn)f(r^*)＝i,最優(yōu)路徑節(jié)點(diǎn)序列P_i＝(s，f(r^*))；

計(jì)算以弧段r^*末點(diǎn)為出發(fā)點(diǎn)的所有有向弧段的時(shí)間花費(fèi)；首先根據(jù)弧段r^*和每一條要接入的弧段r_j的走行方向進(jìn)行轉(zhuǎn)向方向的判定,并考慮交叉口延誤；接著求出k(r_j)＝min{k(r^*)+t_ij；k(r_j)},其中t_ij表示從i到j(luò)的交通時(shí)間阻抗值；最后k(r^*)＝min{k(r_j)},將弧段r^*放入S中，得到本弧段前節(jié)點(diǎn)h(r^*)＝i，后節(jié)點(diǎn)f(r^*)＝j(luò)，最優(yōu)路徑節(jié)點(diǎn)序列P_j＝P_i+f(r^*)；

判斷A是否等于S，即判斷預(yù)設(shè)范圍內(nèi)城市道路網(wǎng)絡(luò)中的路段集合A是否都已包含在已求得最優(yōu)路徑的弧段的集合S中；

若A＝S，則轉(zhuǎn)入輸出最終結(jié)果的步驟；若A≠S，則轉(zhuǎn)入計(jì)算以弧段r^*末點(diǎn)為出發(fā)點(diǎn)的所有有向弧段的時(shí)間花費(fèi)的步驟再繼續(xù)；

輸出最終結(jié)果；若k(r^*)<+∞,則k(r^*)為最優(yōu)路徑的所需要花費(fèi)的時(shí)間，P_j為最優(yōu)路徑集合。本方案中，S是以求出最優(yōu)路徑的有向弧段的集合，從源點(diǎn)開始，S中最初只包含源點(diǎn)s，花費(fèi)時(shí)間為0，以源點(diǎn)s為中心向外層層擴(kuò)展，逐步的將A中的有向弧段進(jìn)行計(jì)算并加入S中，當(dāng)從源點(diǎn)到終點(diǎn)所有的有向弧段都被求出最優(yōu)路徑時(shí)，從源點(diǎn)到終點(diǎn)的最優(yōu)路徑集合也就被求出來了；其中，最優(yōu)路徑的計(jì)算主要考慮在弧段和交叉口花費(fèi)的時(shí)間，時(shí)間花費(fèi)最短即為最優(yōu)路徑，而不是路徑最短。

本實(shí)施例優(yōu)選的，交通時(shí)間阻抗值包括路段時(shí)間阻抗值和交叉路口時(shí)間阻抗值；

其中，交通時(shí)間阻抗值t_ij包括路段時(shí)間阻抗值y_ij和交叉路口時(shí)間阻抗值d_ij；y_ij在任意兩路段i和j之間車輛行駛所需要的時(shí)間；d_ij表示交叉路口所花費(fèi)的時(shí)間。當(dāng)然，該t_si的求得與t_ij相類；很多時(shí)候，最短路徑并不是最優(yōu)路徑，特別的，例如最短路徑中存在禁止通行情況下，我們通過該最短路徑到達(dá)終點(diǎn)需要花費(fèi)的時(shí)間是無限大的，這時(shí)候就需要考慮交通時(shí)間阻抗值了，而交通時(shí)間阻抗值，特別是城市交通系統(tǒng)的交通阻抗主要分為兩類，包括路段行駛所需花費(fèi)的時(shí)間，以及通過交叉路徑所需花費(fèi)的時(shí)間。

本實(shí)施例優(yōu)選的，求得路段時(shí)間阻抗值y_ij的函數(shù)表達(dá)式稱為：

式中

t_a(0)：路段a上的車輛在無阻礙的情況下行駛的平均時(shí)間；

e_a：路段a的通行能力；

q_a：路段a上的交通流量；

α、β：待標(biāo)定的參數(shù)。在車輛在沒有交通阻礙的情況下，行駛時(shí)間和行駛距離是成正比的關(guān)系，但在實(shí)際的交通道路中，車輛不可能無阻礙的行駛。所以道路上行駛時(shí)間與行駛距離不能簡(jiǎn)單的用正比函數(shù)來表示，其行駛時(shí)間與距離和流量之間的關(guān)系是一種負(fù)載的關(guān)系函數(shù)；本方案中，采用應(yīng)用最廣發(fā)的是BPR函數(shù)，該函數(shù)由美國道路局幵發(fā)；路段行駛需要的時(shí)間是尋求最優(yōu)路徑需要考慮的重要因素，而正確求得路段時(shí)間阻抗值需要。

本實(shí)施例優(yōu)選的，求得交叉路口時(shí)間阻抗值d_ij的函數(shù)表達(dá)式稱為：

式中

d：延誤阻抗；

T_c：信號(hào)燈周期長；

μ：綠信比；

q：進(jìn)口車道實(shí)際到達(dá)的交通流量；

x：飽和度。雖然正常情況下，路段阻抗值是時(shí)間花費(fèi)的主力，但是某些情況下，特別是對(duì)于大城市的道路網(wǎng)來說，交叉口密集，車輛在交叉路徑耗費(fèi)的時(shí)間也是不容忽視的，在交叉路口，信號(hào)燈周期長、綠信比和進(jìn)口車道實(shí)際到達(dá)的交通流量等因素都是需要考慮的，如此求解最優(yōu)路徑的時(shí)間花費(fèi)的計(jì)算才更為合理和實(shí)用。

本實(shí)施例優(yōu)選的，求取預(yù)設(shè)范圍內(nèi)所有有向弧段的集合的步驟包括：

利用已有的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)信息，將預(yù)設(shè)范圍設(shè)定為以源點(diǎn)和終點(diǎn)連線為對(duì)角線的矩形范圍內(nèi)。在通常情況下，源點(diǎn)和終點(diǎn)之間的最優(yōu)路徑基本囊括在以源點(diǎn)和終點(diǎn)連線為對(duì)角線的矩形范圍內(nèi)，本方案中，采用限制搜索區(qū)域，大大減少了遍歷節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，提高了運(yùn)算時(shí)間。

本實(shí)施例優(yōu)選的，求取預(yù)設(shè)范圍內(nèi)所有有向弧段的集合的步驟包括：

利用已有的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)信息，將搜索的區(qū)域設(shè)定為以源點(diǎn)和終點(diǎn)連線為對(duì)角線的矩形范圍內(nèi)，并在將該矩形范圍擴(kuò)大兩個(gè)節(jié)點(diǎn)范圍后，將其作為預(yù)設(shè)范圍。在通常情況下，源點(diǎn)和終點(diǎn)之間的最優(yōu)路徑基本囊括在以源點(diǎn)和終點(diǎn)連線為對(duì)角線的矩形范圍內(nèi)，再考慮到有時(shí)需要從源點(diǎn)先繞行至矩形范圍以外的節(jié)點(diǎn)路徑，因而將矩形范圍擴(kuò)大兩個(gè)節(jié)點(diǎn)范圍作為預(yù)設(shè)范圍，本方案中，采用限制搜索區(qū)域，大大減少了遍歷節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，提高了運(yùn)算時(shí)間。

本實(shí)施例優(yōu)選的，在求取預(yù)設(shè)范圍內(nèi)所有有向弧段的集合的步驟之前還包括步驟：

建立交通網(wǎng)絡(luò)模型，將整個(gè)路網(wǎng)抽象為“{節(jié)點(diǎn)集合}+{弧段集合}+{路權(quán)集合}”的有向賦權(quán)圖；

其中，節(jié)點(diǎn)指道路的交叉口、道路盡頭或道路屬性改變的地方的點(diǎn)；而弧段則表示路網(wǎng)中相鄰兩個(gè)交叉口間的路段。將交通網(wǎng)絡(luò)模型抽象為有向賦權(quán)圖，有利于后續(xù)Dijkstra算法的計(jì)算，提高計(jì)算效率。

本實(shí)施例優(yōu)選的，有向賦權(quán)圖使用鄰接表作為存儲(chǔ)方式得到道路網(wǎng)絡(luò)圖；

鄰接表是表示節(jié)點(diǎn)之間的相鄰關(guān)系的n個(gè)單向鏈表,由順序表和鏈表構(gòu)成；順序表的元素表示路網(wǎng)節(jié)點(diǎn),每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)一個(gè)鏈表,鏈表中的元素表示與鏈表頭中的節(jié)點(diǎn)元素相鄰接的路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)口。采用鄰接表存儲(chǔ)方式，節(jié)省大量的存儲(chǔ)空間，并提高算法的搜索速度。

為了更好地解釋本發(fā)明的規(guī)劃方法，下面展示一個(gè)最優(yōu)路徑算法的實(shí)例

圖2為某城區(qū)的局部道路網(wǎng)絡(luò)圖,路段均為雙向路段,考慮到實(shí)際交通路況，將車輛在路段上的行駛時(shí)間標(biāo)注于圖中弧段的旁邊,在各交叉口的右轉(zhuǎn)、直行和左轉(zhuǎn)平均延誤分別為0、30s、60s。路口6是禁止從西向東行駛的車輛左轉(zhuǎn)彎。假設(shè)某一車輛車速30公里/小時(shí)，1-3道路長度為1.5公里，每段道路延誤時(shí)間具體如圖2，應(yīng)用基于阻抗的Dijkstra算法,計(jì)算從交叉口1和交叉口9之間的最優(yōu)路徑。

圖3是傳統(tǒng)的Dijkstra算法的計(jì)算結(jié)果示意圖，圖4是基于交通阻抗的最優(yōu)路徑算法的計(jì)算結(jié)果；

如表1，利用傳統(tǒng)的Dijkstra算法獲得的最優(yōu)路徑(如圖3中粗實(shí)線所示)為1-3-6-7-9，由于路口6為禁止左轉(zhuǎn)，故所需要花費(fèi)的延誤代價(jià)為無限大。利用融合交通阻抗的dijkstra最優(yōu)路徑算法，獲得的最優(yōu)路徑(如圖4中粗實(shí)線所示)為1-3-5-8-9。所需要花費(fèi)的延誤代價(jià)為16min，這才是真實(shí)可行的最優(yōu)路徑。

表1：傳統(tǒng)的Dijistra算法與融合交通阻抗的Dijkstra算法的對(duì)比

從以上分析可以看出,改進(jìn)的Dijkstra算法是采用數(shù)學(xué)算法來解決交通路網(wǎng)中最優(yōu)路徑的問題,對(duì)交通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)本身沒有進(jìn)行任何修改,不但減少了工作量,而且清楚地表示出交通網(wǎng)絡(luò)的連通性特征，有效地描述道路網(wǎng)絡(luò)中的交叉口轉(zhuǎn)向延誤和限制,體現(xiàn)了城市道路交通的方向性及交叉口延誤，從而更有效找到真實(shí)可行的城市最優(yōu)交通路徑。

實(shí)施例二：

圖2是本發(fā)明一種基于阻抗匹配的Dijkstra最優(yōu)交通路徑規(guī)劃系統(tǒng)的示意圖，本發(fā)明的系統(tǒng)適用了本發(fā)明公開的最優(yōu)交通路徑規(guī)劃方法，參考圖2可知，該系統(tǒng)，包括：

有向弧段求取模塊10，用于求取預(yù)設(shè)范圍內(nèi)所有有向弧段的集合；

時(shí)間花費(fèi)計(jì)算模塊20，耦合于有向弧段求取模塊10，用于計(jì)算通過融合交通阻抗的Dijkstra最優(yōu)路徑算法獲取所有有向弧段的時(shí)間花費(fèi)；

最終結(jié)果輸出模塊30，耦合于時(shí)間花費(fèi)計(jì)算模塊30，用于輸出最優(yōu)路徑集合，該最優(yōu)路徑集合取自源點(diǎn)到終點(diǎn)中時(shí)間花費(fèi)最短的有向弧段集合。

采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明至少可取得下述技術(shù)效果：本發(fā)明中，由于在通過時(shí)間花費(fèi)模塊尋求最優(yōu)路徑的過程中考慮了交通阻抗的因素，避免通過傳統(tǒng)Dijkstra算法求得的最優(yōu)路徑無法通行而花費(fèi)的延遲代價(jià)無限大的情況發(fā)生，而是確實(shí)的考慮了交通阻抗后真實(shí)可行的最優(yōu)交通路徑，降低交通出行代價(jià)，使最優(yōu)交通路徑計(jì)算更具有應(yīng)用價(jià)值和意義；對(duì)于用戶，可以減少出行能耗和時(shí)間花費(fèi)，特別的可以解決出行者對(duì)于陌生城市路況情況的認(rèn)知，而對(duì)于整個(gè)城市來說，則可以減少車輛能源消耗和污染，并且能夠協(xié)調(diào)和控制城市車輛的路徑規(guī)劃，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)提高城市路況的使用效率，降低城市交通堵塞；本發(fā)明中，最優(yōu)路徑的考量主要考慮時(shí)間花費(fèi)因素，當(dāng)然，在實(shí)際情況中亦可將路徑最短等因素作為最優(yōu)路徑的主要考量因素，特別是在交通阻抗幾乎可以忽略的情況下；另外，該預(yù)設(shè)范圍可以是整個(gè)道路網(wǎng)絡(luò)，也可以是一個(gè)限制范圍內(nèi)的道路網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)實(shí)際需求不同而定。

本實(shí)施例優(yōu)選的，時(shí)間花費(fèi)計(jì)算模塊20包括Dijkstra最優(yōu)路徑算法單元21，耦合于Dijkstra最優(yōu)路徑算法單元21的路段時(shí)間阻抗值計(jì)算單元22和交叉路口時(shí)間阻抗值計(jì)算單元23。很多時(shí)候，最短路徑并不是最優(yōu)路徑，特別的，例如最短路徑中存在禁止通行情況下，我們通過該最短路徑到達(dá)終點(diǎn)需要花費(fèi)的時(shí)間是無限大的，這時(shí)候就需要考慮交通時(shí)間阻抗值了，而交通時(shí)間阻抗值包括路段行駛所需花費(fèi)的時(shí)間，以及通過交叉路徑所需花費(fèi)的時(shí)間；相對(duì)的，在計(jì)算時(shí)間花費(fèi)時(shí)，則需要Dijkstra最優(yōu)路徑算法單元、路段時(shí)間阻抗值計(jì)算單元和交叉路口時(shí)間阻抗值計(jì)算單元共同配合計(jì)算。

以上實(shí)施例提供的技術(shù)方案中的全部或部分內(nèi)容可以通過軟件編程或?qū)Ｓ糜布O(shè)備實(shí)現(xiàn)，其中軟件程序存儲(chǔ)在可讀取的存儲(chǔ)介質(zhì)中，存儲(chǔ)介質(zhì)例如：計(jì)算機(jī)中的硬盤、光盤或軟盤；專用硬件設(shè)備可以是ASIC、FPGA、SoC、或具有相應(yīng)電路的IP Core。

注意，上述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例及所運(yùn)用技術(shù)原理。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)理解，本發(fā)明不限于這里所述的特定實(shí)施例，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說能夠進(jìn)行各種明顯的變化、重新調(diào)整和替代而不會(huì)脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，雖然通過以上實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了較為詳細(xì)的說明，但是本發(fā)明不僅僅限于以上實(shí)施例，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的情況下，還可以包括更多其他等效實(shí)施例，而本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求范圍決定。