一種基于梯度場的交通流車聯網系統及交通流控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及交通管理技術領域，尤其涉及一種基于梯度場的交通流車聯網系統及 交通流控制方法。
【背景技術】
[0002] 當前，隨著我國社會和經濟的高速發展，交通擁堵成為了制約社會發展的嚴重問 題，是市民出行的困擾，也是政府交管部門進行交通管理的難題。現有的車載車輛信息獲取 設備提供的行程規劃和導航，只是根據出發點和目的地進行最短行程規劃，無法對最短行 程內的實時路況有詳細的了解，常常導致車輛跟隨導航行駛的最短行程遇上車輛擁堵的區 域。同時，現有的車流量控制系統提供的車流量分布圖，往往通過在道路上安裝攝像頭獲 取道路的交通情況，所獲得的車流量分布圖數據來源受到限制，而且所得到的的車流量分 布圖只能作為調控交通燈時間長短的依據，而不能從根本上解決車流擁擠的根源問題。因 此，雖然對于交通問題的研宄已經廣泛引起人們的重視，但是對于如何從根本上緩解交通 問題，如何為人們提供更為智能化的服務，尚且沒有更多的成果。

【發明內容】

[0003] 本發明所要解決的技術問題是：提供一種基于梯度場的交通流車聯網系統及交通 流控制方法。本發明通過信息通訊網絡系統，對區域內每一輛車輛的車輛信息進行采集，根 據獲得的車輛信息經過三維立體重構獲得城市交通車流量分布圖及城市交通車流量分布 梯度圖，利用梯度場的原理，綜合車輛的當前地理位置、目的地以及駕駛者的行駛意圖，為 每一輛提供數據信息的車規劃最優行車路徑，并根據車輛所選擇的車輛行駛路徑更新城市 交通車流量分布梯度圖及其變化趨勢從而使車輛避開擁堵道路，從根本上緩解局部區域的 車輛流通壓力。
[0004] 本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：一種基于梯度場的交通流車聯網系 統，包括：車輛信息獲取設備、車輛信息處理服務器和信息通訊網絡系統。
[0005] 所述的車輛信息獲取設備用于獲取車輛信息；所述的車輛信息包括車輛行駛速 度、地理位置以及駕駛員的行車意圖；所述的行駛速度為車輛的速度大小和速度方向；所 述的行車意圖包括目的地和時間限制，所述的時間限制為駕駛員期望達到目的地所需的時 間；所述的車輛信息獲取設備向車輛信息處理服務器提供信息，并獲取車輛的最優行車路 徑；
[0006] 所述的車輛信息處理服務器在獲得城市各道路上的車輛信息后，通過對所得的城 市交通車流量分布圖求梯度得到城市交通車流量分布梯度圖，并對下一時刻的城市交通車 流量分布梯度圖進行預測得到城市交通車流量分布梯度預測圖，通過判斷城市交通車流量 分布梯度圖及預測圖是否滿足小于一人為設定的閾值的條件選擇具有可行性的道路，將具 有可行性的道路所要行駛的距離與駕駛者的最大行駛距離進行比較，具有可行性的道路所 要行駛的距離小于最大行駛距離的路徑即為最優行車路徑。
[0007] 所述的車輛信息獲取設備為車載車輛信息獲取設備或手持式車輛信息獲取設備。
[0008] 所述的手持式車輛信息獲取設備為智能手機、平板電腦等移動智能終端。
[0009] 所述的目的地為單一的目標地點或多個按照駕駛員行車意圖先后排列的目標地 點。
[0010] 所述的車輛信息獲取設備通過信息通訊網絡直接向車輛信息處理服務器提供、獲 取信息或者經由車輛信息獲取設備提供商向車輛信息處理服務器提供、獲取信息。
[0011] 所述的車流量分布圖可作為城市交通燈指揮系統調控紅綠燈通斷時間的依據。所 述的車輛信息處理服務器根據城市車流量分布的變化，實時修改對應車載車輛信息獲取設 備的行車路徑；所述的城市車流量分布梯度圖依據車流量的改變實時進行修改，以確保路 徑規劃的最優性。
[0012] 一種基于上述交通流車聯網系統的交通流控制方法，包括以下步驟：
[0013] 步驟1 :車輛信息獲取設備與駕駛員人機交互獲取駕駛員的行車意圖，車輛信息 獲取設備在車輛行駛過程中將車輛信息上傳給車輛信息處理服務器；所述的車輛信息包括 駕駛員行車意圖、車輛行駛速度和地理位置；車輛信息處理服務器為每一個上傳車輛信息 的車輛信息獲取設備編號X i;根據城市的實際情況為每一條道路編號Lf每一個路口編號 Ck〇
[0014] 步驟2 :車輛信息處理服務器根據車輛信息獲取設備上傳的車輛信息將車輛所在 的地理位置和行駛速度繪制在城市交通地圖上，得到城市交通車流量的散點圖；車輛信息 處理服務器根據城市交通車流量的散點圖，對處于同一道路L j上的車輛信息獲取設備提供 的車輛信息通過三維立體重構得到當前時刻t的城市交通車流量分布圖灼(X，_7, W。
[0015] 步驟3:車輛信息處理服務器根據當前時刻t的城市交通車流量分布圖 外(X，_7, z)，將無道路處的流量分布的梯度值設為〇,獲得城市交通車流量分布梯度圖 ▽巧U，7, W，依據駕駛員的行車意圖、行駛速度、地理位置和已確定的行車路徑對t+ Λ t時 刻的城市交通車流量分布梯度圖進行預測，得到t+At時刻的城市交通車流量分布梯度預 測圖。
[0016] 步驟4:車輛信息處理服務器根據車輛信息獲取設備提供的車輛信息、當前t時刻 的城市交通車流量分布梯度圖V外(A A 3以及t+Λ t時刻的城市交通車流量分布梯度預 測圖通過選取梯度值高于閾值δ的道路Lr為每一個提供車輛信息的車輛 信息獲取設備預規劃多條行車路徑，對每一條預規劃的行車路徑根據行車距離是否滿足小 于駕駛者要求的最大車輛行駛距離1進行判斷，根據駕駛員的行車意圖確定返回給車輛信 息獲取設備的最優行車路徑。
[0017] 步驟5 :車輛信息處理服務器將各車輛的最優行車路徑傳輸給對應該車輛的車輛 信息獲取設備，在駕駛員選定行車路徑后，車輛信息處理服務器根據車輛信息獲取設備反 饋的各車輛所選的路徑對城市交通車流量分布梯度圖進行更新，得到t+△ t時刻的城市交 通車流量分布梯度圖▽的+Λ/χ，y，z)，通過城市交通車流量分布梯度圖▽灼+Δ/ χ，y，z)即可實 現交通流的控制。
[0018] 其中，所述的三維立體重構是指將該城市的城市二維地圖作為X-Y平面，將每條 道路上的車流量值作為Z軸上的值以得到三維城市交通車流量分布圖。
[0019] 所述的城市交通車流量分布梯度圖r，Z)是通過對城市交通車流量分布圖 V巧