專利名稱：一種復雜路網(wǎng)的路徑識別標識站設置方法
技術領域：
本發(fā)明屬于智能交通領域，涉及公路交通、模式識別技術、最優(yōu)化技術和概率統(tǒng)計技術，用于高速公路多路徑識別系統(tǒng)標識站的最優(yōu)化設置。
背景技術：
隨著國家高速公路網(wǎng)主干線、省高網(wǎng)及各地市高速公路的陸續(xù)建成通車，并入聯(lián)網(wǎng)收費網(wǎng)絡，高速公路網(wǎng)絡化結(jié)構(gòu)日益形成。高速公路網(wǎng)絡化結(jié)構(gòu)給用戶更多路徑選擇，極大方便了用戶出行。目前，我國高速公路大部分省份實施了聯(lián)網(wǎng)收費，一般采用封閉式收費制式。封閉式收費根據(jù)車輛類型(如客車按照車型、貨車實施計重收費)及行駛里程進行收費。高速公路網(wǎng)絡化結(jié)構(gòu)發(fā)展促進了聯(lián)網(wǎng)收費，減少了主線站的數(shù)目，減少了停車繳費的次數(shù)，進一步方便了用戶的出行。然而，高速公路網(wǎng)絡化的結(jié)構(gòu)也給聯(lián)網(wǎng)收費的管理帶來新的問題—— 多路徑問題。多路徑指一對入、出口之間將存在兩條或多條可供車輛選擇行駛的路徑，即為多路徑(又稱“二義性路徑”)。由于高速公路投資主體的多元化，多路徑的存在使得通行費的征收、計算、拆分、結(jié)算等一系列技術問題變得異常復雜甚至無所適從，進而影響到高速公路的整體效能和服務水平的發(fā)揮。目前，通過在高速公路必要路段設置路徑識別標識站系統(tǒng)，采用基于射頻或車牌識別技術的識別系統(tǒng)來實現(xiàn)車輛路徑的精確識別，是高速公路聯(lián)網(wǎng)收費中多路徑識別可行的解決方案。無論采用射頻還是車牌識別技術，都需要考慮標識站的設置位置和數(shù)目，以保證既能準確識別路徑，又能夠節(jié)約投資。一種復雜路網(wǎng)中標識站的設置方法不僅可以滿足路徑識別率的要求，還可以盡可能減少標識站點的數(shù)目，以節(jié)省標識站設置費用，極大地提高了標識站的實用性和經(jīng)濟性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種復雜路網(wǎng)的路徑識別標識站設置方法解決上述問題。為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術方案如下本發(fā)明中，為了便于分析，將路網(wǎng)中樞紐互通定義為“節(jié)點”;將兩個節(jié)點之間不經(jīng)過第三個節(jié)點的連接稱為基本路段，以下簡稱“路段”。若兩個路段有且只有一個相同的節(jié)點，則稱這兩個路段相連，否則這兩個路段不相連。圖2中①、②等均為路網(wǎng)中的節(jié)點，連接 ①、②的線段為路網(wǎng)中的一條路段，圖中節(jié)點①簡寫為“節(jié)點1”。連接節(jié)點X和節(jié)點Y之間的有向路段E (節(jié)點X，節(jié)點Y)，簡寫為"E (X，Y) ”，表示從節(jié)點X到節(jié)點Y的路段。本發(fā)明中，路徑為由一個節(jié)點開始(簡稱為起點)，經(jīng)過一個或多個順次連接、互不重復的路段(其中，相鄰的路段有且只有一個共同的節(jié)點，不相鄰的路段沒有共同的節(jié)點)，而終止于另一個節(jié)點(簡稱為終點)的基本路段序列。路徑用1表示。如圖2所示，以節(jié)點3為起點、節(jié)點18為終點的路徑集合為
I3a8 = {3，E (3, ) ,E(X^)Q，···，E (Xlri，Xn)，E (Xn，18)，18}其中第k條路徑為l3,18(k) = {3，E(3，8)，E(8，7)，E(7，11)，E(11，18)，18}設路網(wǎng)中節(jié)點的集合為D=仉為，…，DN}，共有N個節(jié)點。路段集合為E= (E1, E2,...，EJ，共有M個路段。由于路徑中不存在重復的路段，因此構(gòu)成任意一條路徑1的路段個數(shù)均不會超過路網(wǎng)中路段的總數(shù)M。本發(fā)明中，假設每個路段設置標識站個數(shù)不超過1個，且標識站的檢測概率均為 P (P為一大于0小于1的常數(shù))，即當某車輛行駛過標識站時，標識站能以P的概率檢測出該車輛。用Z表示路段上標識站個數(shù)為Z，Z取值為O或1。當Z取值為0表示路段上沒有設置標識站；ζ取值為1表示路段上設置了標識站。則路網(wǎng)中標識站的設置可以用M維的向量Z = (zi; Z2. . . , Zm^1 , zM)T表示，Z中第i維變量Zi表示路網(wǎng)中第i個路段上標識站個數(shù)。本方法通過對路網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)、里程、費率等資料的綜合分析，給出標識站最優(yōu)設置方案，以提高多路徑的識別率，并降低標識站的建設成本，進而降低運營期的維護成本。本發(fā)明提供了一種復雜路網(wǎng)的路徑識別標識站設置方法，它主要包括收集路網(wǎng)資料、建立路網(wǎng)模型、計算路徑識別概率、計算路網(wǎng)識別概率和搜索最優(yōu)標識站設置方案等五個部分，具體內(nèi)容如下步驟1 收集、整理路網(wǎng)資料收集路網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)和路網(wǎng)信息，包括里程、費率、斷面交通量等，建立路網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)并完成路網(wǎng)資料的標注；步驟2 建立路網(wǎng)模型根據(jù)路網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)，搜索路網(wǎng)中任意起點和終點間的候選路徑及先驗概率；步驟3 計算指定標識站設置方法下的路徑識別概率將路網(wǎng)中標識站設置用狀態(tài)向量來表示，計算指定標識站狀態(tài)Y下路徑1的識別概率，進而計算車輛行駛過路徑1時的識別概率P(1 Iz)；步驟4 計算在指定標識站設置方法Z下的路網(wǎng)識別概率利用步驟2中的先驗概率，按照步驟3計算路網(wǎng)的識別概率P (G|Z)；步驟5 搜索最優(yōu)標識站設置方案在路網(wǎng)識別概率大于一定閾值的約束條件下， 搜索標識站個數(shù)最少的標識站設置方法。本發(fā)明路徑識別標識站的設置方法，與現(xiàn)有技術相比，其優(yōu)點在于1.本發(fā)明的路徑識別方法綜合考慮了交通量、里程、費率等因素，能夠得到較合理的結(jié)果。2.本發(fā)明將概率論和最優(yōu)化理論用于求解最優(yōu)標識站的設置方案，保證了標識站設置方案為滿足要求的最優(yōu)化設置。3.本發(fā)明的標識站設置方法既可以作為計算機應用程序的組成部分，運行于標識站相關的算法和程序中，也可以運行于高速公路路徑分析和通行費計算相關算法中。


圖1為本發(fā)明一種復雜路網(wǎng)的路徑識別標識站設置方法的流程圖；圖2為路網(wǎng)圖示例。
圖3為標識站設置方法示意圖。其中圖3中共設置了 12個標識站，分別為標識站1、標識站2......標識站12，在
圖 3 中分別用 101、102、103...... 109、110、111、112 表示。
具體實施例方式為了使本發(fā)明所解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一種復雜路網(wǎng)的路徑識別標識站設置方法的整體流程圖。 以下將參考圖1，對本發(fā)明的一種復雜路網(wǎng)的路徑識別標識站設置方法的各個步驟進行詳細描述。步驟一收集、整理路網(wǎng)資料。1.路網(wǎng)資料的收集影響標識站設置的因素包括路網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)、里程、費率、交通量、車道寬度及路況等。圖2示出了路網(wǎng)圖。2.路網(wǎng)資料的標注根據(jù)收集到的路網(wǎng)資料，按上述定義，依次標出路網(wǎng)中的節(jié)點，從而得到路網(wǎng)中節(jié)點和路段位置、數(shù)量，路網(wǎng)中節(jié)點間、路段間及節(jié)點與路段的連接關系，并可標注出路網(wǎng)中路段的里程、費率、車流密度及路況等。步驟二 建立路網(wǎng)模型。1.搜索起點Ds和終點De的路徑(1)初始化路段第一次迭代對路網(wǎng)中第k個路段& 若路段&的兩個節(jié)點中有一個節(jié)點為起點Ds，則路段& 產(chǎn)生一條路徑1 : (Ds，Ek, Dn)，其中Dn為路段&的另一個節(jié)點；否則不產(chǎn)生路徑。遍歷路網(wǎng)中所有的路段即可得到第一次迭代后起點Ds和終點隊之間的路徑。(2)迭代 I:I = 2:M遍歷I-I階段的路徑，若該路徑的終點為隊，則該路徑形成I階段的一條路徑，否則對這條路徑ι &,···，&_,,Ac,)，遍歷路網(wǎng)中所有的路段&，若路段&的兩個節(jié)點中有一個為，則該路段和路徑ι 說，瓦,，···，&_,，化,)形成的新路徑為ι (A,&，···，瓦,，&，代,+1)(其中為路段民,的另一個節(jié)點)，如果節(jié)點代;+1沒有在路徑ι (化的路段中出現(xiàn)過且新路徑ι 孓A,U沒有在第ι階段已產(chǎn)生的路徑中出現(xiàn)過，則該新路徑ι :說真1,...真11具1，0;(1+)為第〗階段的一條新路徑。(3)在第M階段中，終點為隊的路徑即為起點Ds到終點隊之間的候選路徑。2.搜索路網(wǎng)中的路徑遍歷路網(wǎng)中所有的起點Ds和終點隊，使用2中所述方法搜索起點Ds和終點隊之間的路徑，其中，S= l:N,e = l:N，e興s，N為路網(wǎng)中節(jié)點數(shù)量。完成對所有起點和終點之間的路徑搜索后即可獲得路網(wǎng)中的所有路徑，最后計算路徑的先驗概率= (1)
其中C(I)表示組成路徑1的各路徑車流密度、里程、費率、路況歸一化的均值，用公式=表示，Wi為車流密度、里程、費率、路況對路徑選擇影響的權(quán)重，P i為對
應的車流密度、里程、費率、路況歸一化到W，i]的結(jié)果。步驟三計算指定標識站設置方法下的路徑識別概率。 1.計算在指定標識站狀態(tài)Y下經(jīng)過起點Ds和終點D6的路徑1的識別概率P (11 Y)路網(wǎng)中有許多路段，其中有些路段上有標識站，當路段的標識站檢測到行駛過該路段的車輛時，標識站的狀態(tài)就為1 ；反之路段的標識站沒有檢測到車輛時標識站的狀態(tài)為0。同樣，可以認為當某個標識站的狀態(tài)為1時車輛肯定行駛過該標識站所在的路段。若路網(wǎng)中有η個標識站，η個標識站的狀態(tài)向量為Y = (Y1, y2...，yn)T，其中Yi表示路徑上第 i個標識站的狀態(tài)。若某個標識站yk的狀態(tài)為1，則表示車輛行駛過yk所在的路段。在標識站狀態(tài)為Y時，首先遍歷狀態(tài)向量Y的每一維(每一維對應一個標識站)， 找出狀態(tài)為1的所有標識站，也即所有狀態(tài)為1的標識站所在路段( ，…，AH，A,,)，定義函數(shù)f(h,Ds,Exi,...,Exh,Ex,,De)為:若路徑Li的起點Ds，終點為隊，且經(jīng)過所有的路段
權(quán)利要求
1.一種復雜路網(wǎng)的路徑識別標識站設置方法，其特征在于，包括如下步驟第一步，收集、整理擬設置路徑識別標識站路網(wǎng)的路網(wǎng)資料；第二步，根據(jù)第一步收集和整理的所述路網(wǎng)資料建立路網(wǎng)模型，計算路網(wǎng)中任意起點和終點間的所有候選路徑及其先驗概率P(I)；第三步，找到在所述路網(wǎng)模型中的所有標識站設置方法，并分別計算每種標識站設置方法下車輛行駛過路徑1時的路徑識別概率P (11Z)；第四步，根據(jù)所述路徑識別概率P(Ilz)及先驗概率P(I)分別計算每種標識站設置方法下的路網(wǎng)識別概率；第五步，設置一個閾值T，選擇路網(wǎng)識別概率大于所述閾值的標識站設置方法作為本路網(wǎng)的標識站設置方法；第六步根據(jù)設置方案在路網(wǎng)中設置標示站。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種復雜路網(wǎng)的路徑識別標識站設置方法，其特征在于在所述第一步中，所述的路網(wǎng)資料包括路網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)圖和路網(wǎng)信息，所述路網(wǎng)信息包括里程、費率、斷面交通量；將所述路網(wǎng)信息標注在所述路網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)圖上，得到所述路網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)圖中的節(jié)點和路段位置，并獲得節(jié)點的數(shù)量及連接關系。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種復雜路網(wǎng)的路徑識別標識站設置方法，其特征在于在所述第二步中，所述先驗概率P(I)由各路段的車流密度、里程、費率、路況歸一化的均值表示，通過如下公式計算得到
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種復雜路網(wǎng)的路徑識別標識站設置方法，其特征還在于在每種標識站設置方法下，所述路網(wǎng)識別概率通過以下公式得到
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種復雜路網(wǎng)的路徑識別標識站設置方法，其特征在于所述的路徑識別概率P (ι IΖ)通過以下公式計算
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種復雜路網(wǎng)的路徑識別標識站設置方法，其特征還在于所述的識別概率P (Li ι Y)通過如下公式計算
7.根據(jù)權(quán)利要求1 6所述一種復雜路網(wǎng)的路徑識別標識站設置方法，其特征在于 所述第五步中，當路網(wǎng)識別概率大于所述閾值T的標識站設置方法不止一種時，將所述標識站個數(shù)最少的標識站設置方法作為本路網(wǎng)的標識站設置方案。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述一種復雜路網(wǎng)的路徑識別標識站設置方法，其特征在于當多種標識站設置方法的路網(wǎng)識別概率均大于所述閾值T，且各方法的標識站個數(shù)相同時，選取路網(wǎng)識別概率較高的設置方法。
全文摘要
一種復雜路網(wǎng)的路徑識別標識站設置方法，包括如下步驟第一步，收集、整理擬設置路徑識別標識站路網(wǎng)的路網(wǎng)資料；第二步，根據(jù)第一步收集和整理的所述路網(wǎng)資料建立路網(wǎng)模型，計算路網(wǎng)中任意起點和終點間的所有候選路徑及其先驗概率P(l)；第三步，計算指定標識站設置方法下，車輛行駛過路徑l時的路徑識別概率P(l|Z)；第四步，計算在指定標識站設置方法Z下的路網(wǎng)識別概率；第五步，計算所有標識站設置方法下的路網(wǎng)識別概率，在路網(wǎng)識別概率大于一定閾值的約束條件下，搜索所述標識站的最優(yōu)設置方案。本方法從概率論和最優(yōu)化的角度出發(fā)，能夠給出滿足約束條件的最優(yōu)標識站設置方案，能夠用于復雜高速公路路網(wǎng)的標識站設置。
文檔編號G07B15/06GK102542617SQ20101061421
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月30日
發(fā)明者張一衡, 張昊, 徐東彬, 施強, 盛剛, 葛濤, 邢燕穎, 鄒杰 申請人:北京交科公路勘察設計研究院有限公司