智能车联网驱动的应急救援车行驶优化方法技术

本发明专利技术提供的智能车联网驱动的应急救援车行驶优化方法，一是应急救援车最优行驶路径的选择，全盘考量并权衡道路的长度、通行平均时间、应急救援车行驶速度对权重进行计算；二是应急救援车行驶路径的优化完善，当应急救援车行驶到交通路口时，为应急救援车施行机动车信号灯通行优先保障方案，保障其在交通路口的顺利通行，同时在应急救援车行驶过程中，其它车辆会采取相应避让措施，减少对应急救援车的影响，保障其道路通行优先权。本发明专利技术保证了应急救援车行驶的畅通，避免了由于交通堵塞而造成的延误，减少了应急救援车到达救援现场的时间，可以极大的减少由于救援不及时而造成的各种损失。

【技术实现步骤摘要】
智能车联网驱动的应急救援车行驶优化方法
本专利技术涉以及一种应急救援车行驶优化方法，特别涉及一种智能车联网驱动的应急救援车行驶优化方法，属于应急救援车行驶方法

技术介绍
经济的高速发展和社会的快速进步，使人们的生活水平得到很大提高，机动车数量越来越多，在方便人们日常生活的出行的同时，也带来了严重的交通拥堵问题。在城市交通环境中，虽然应急救援车的出行拥有法律所赋予的优先通行权，但是在实际出行中，很难保障应急救援车的优先通行。智能交通系统是一个将多种高新技术融合在一起，用于交通运输和管理的城市交通系统。它涉及到控制技术、信息技术、传感技术、通讯技术及计算机技术，将这些高新技术有效率的集成在一起，将传统的交通系统改造成一种智能化、信息化，具有准确性、实时性、高效率性的交通运输和管理系统。近几年来，智能车联网作为物联网的衍生物，越来越受到关注，同时，作为智能交通系统的构成部分，车联网技术也越来越多的被应用于城市道路交通管理中。应急救援车包括救护车、工程救险车、消防车等在内的执行救援应急任务的车辆，是重要的应急服务资源，应急救援车的特殊性要求它选择具有最优的路径，进而以最短时间和最小费用到达目的地施行救援服务。城市交通拥堵日益严重，车辆数量越来越多，应急救援车的行驶也面临着许多问题：发生突发事故时，应急救援车如何迅速到达现场；如何选择最合适的行驶路线；给出救援路线后，如何保障这条路线成为绿色通道；事实上因交通拥堵而造成的应急救援车救援延误导致的悲剧事件屡屡发生，保障应急救援车的优先安全行驶是当前急需解决的问题。现有技术针对应急救援车行驶保障的研发和应用主要集中在以下方面：一是应急救援车在交通路口的优先通行；现有技术通过使用自组织的交通控制，为紧急车辆在交叉交通路口的优先通行提出了一种基于虚拟交通灯的交通路口优先通过控制协议。虚拟交通灯VTL是指通过使用当地规则，在车辆接近十字交通路口时，从中选择一个领导者作为该交通路口的虚拟红绿灯来进行交通路口管理。通过在交通路口使用一组不同的当地规则，VTL-PIC协议可以检测到应急车辆的存在，并将十字交通路口的控制优先分配给紧急车辆，但该方法没有考虑到对其它车辆的通行时间的影响。二是应急救援车调度管理和路径管理；现有技术提出了基于元胞自动机的混合交通流紧急车辆通道，通过分析其它车辆给紧急车辆避让的行为，来修改变更车道的规则，应急车辆通道进行车道变更比不改变车道所带来的干扰更少，存在应急车辆时的交通流状况和不存在紧急车辆时的状况不相同，在中等或者较高密度的车流情况下，应急车辆可促进紧急通道的改变，该方法一定程度上优化了应急车辆的行驶；但该方法在实际应用中存在许多问题，整体效率不高，有时候甚至起到适得其反的作用，该系统的组件和技术在实现上有很大的难度。三是应急救援车的信号灯控制方面；对于多辆应急救援车的信号控制，现有技术基于车辆停留时间、各相位交通流优先权等多种因子，提出了自适应的机动车信号灯控制方法，采用模糊Petri网确定当前相位的绿灯时间，是否缩短下一方向的红灯时间，但应急救援车的红绿灯优先控制策略，一方面要考虑应急救援车的优先通行，另一方面也要考虑尽量减少由于应急救援车通行而对正常交通流造成的影响，但该方法对其它车辆所造成的排队延误等影响很大，实际应用的效果很差。四是应急救援车的行驶路径方面；针对应急救援车行驶的行程时间预测问题，现有技术基于BP神经网络模型，以应急救援车的行驶距离和出发时刻为影响因子，提出了一些应急救援车行驶时间计算模型，为应急救援车行驶路径的选择提供了一定的理论依据。综上，现有技术都还存在一些明显不足，表现在以下方面：一是当前交通拥堵日益严重，车辆数量越来越多，应急救援车的出行虽拥有法律所赋予的优先通行权，但是在实际出行中，很难保障应急救援车的优先通行：发生突发事故时，应急救援车如何迅速到达现场；如何选择最合适的行驶路线；给出救援路线后，如何保障这条路线成为绿色通道；事实上因交通拥堵而造成的应急救援车救援延误导致的悲剧事件屡屡发生，保障应急救援车的优先安全行驶现有技术都还没有解决；二是现有技术主要集中在车辆的调度、最优路径选择及对交通路口的信号灯的控制这三个方面，并没有一个全面的应急救援车行驶保障的规划过程，并且没有涉及到运用高新技术来达到其它车辆避让的目的；没有系统形成应急救援车最优路径选择、机动车信号灯优先控制及其它车辆避让的完整体系，应急救援车行驶的过程中的时间延误依然很长；三是现有技术没有科学合理的行驶最优路径的选择方法，一般以道路的长度作为影响车辆行驶的主要因子，没有针对应急救援车的行驶特征，没有全盘考量并权衡道路通行平均时间、道路拥堵程度和应急救援车理性行驶时间这三个因子来计算道路的权重，在大多数交通状况下，无法获得最短的行驶时间；四是在实际的交通环境中，由于受道路环境、其它车辆、驾驶员状态、信号灯状态等因素的影响，应急救援车的优先通行往往不能得到保障；现有技术在应急救援车经过交通路口时，不能减少其由于信号灯状态为红灯而造成的时间延误；同时在应急救援车行驶过程中，也不能为其行驶道路上的其它车辆执行避让策略，其它车辆对应急救援车的影响大，应急救援车在行驶路径上的时间大幅增加，不利于其执行紧急任务。
技术实现思路
本专利技术提供的智能车联网驱动的应急救援车行驶优化方法，一是应急救援车最优行驶路径的选择，全盘考量并权衡道路的长度、通行平均时间、应急救援车行驶速度多种因子对权重进行计算，并以行驶时间最短作为选择行驶路径的主要依据，使得应急救援车行驶路径的选择更加合理；二是应急救援车行驶路径的优化完善，当应急救援车行驶到交通路口时，为应急救援车施行机动车信号灯通行优先保障方案，保障其在交通路口的顺利通行，同时在应急救援车行驶过程中，其它车辆会采取相应避让措施，减少对应急救援车的影响，保障其道路通行优先权。本专利技术保证了应急救援车行驶的畅通，避免了由于交通堵塞而造成的延误，减少了应急救援车到达救援现场的时间，提高了救援服务成功的几率，可以极大的减少由于救援不及时而造成的各种损失。为达到以上技术效果，本专利技术所采用的技术方案如下：智能车联网驱动的应急救援车行驶优化方法，主要包括二个方面，一是应急救援车最优行驶路径的选择，基于迪克斯特拉算法，提出权重调整的改进迪克斯特拉算法，全盘考量并权衡道路的长度、通行平均时间、应急救援车行驶速度多种因子对权重进行计算，并以行驶时间最短作为选择行驶路径的依据；二是应急救援车行驶路径的优化完善，当应急救援车行驶到交通路口的时候，为应急救援车施行机动车信号灯通行优先保障方案，保障其在交通路口的顺利通行，同时在应急救援车行驶过程中，其它车辆会采取相应避让措施，减少对应急救援车的影响；应急救援车最优行驶路径的选择包括应急救援车的最短路径界定、迪克斯特拉算法的详细描述、迪克斯特拉算法权重的改进、应急救援车的行驶路径选择，其中迪克斯特拉算法权重的改进包括道路通行平均时间权重、道路拥堵系数权重、应急救援车的权重设置；应急救援车行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.智能车联网驱动的应急救援车行驶优化方法，其特征在于，主要包括二个方面，一是应急救援车最优行驶路径的选择，基于迪克斯特拉算法，提出权重调整的改进迪克斯特拉算法，全盘考量并权衡道路的长度、通行平均时间、应急救援车行驶速度多种因子对权重进行计算，并以行驶时间最短作为选择行驶路径的依据；二是应急救援车行驶路径的优化完善，当应急救援车行驶到交通路口的时候，为应急救援车施行机动车信号灯通行优先保障方案，保障其在交通路口的顺利通行，同时在应急救援车行驶过程中，其它车辆会采取相应避让措施，减少对应急救援车的影响；/n应急救援车最优行驶路径的选择包括应急救援车的最短路径界定、迪克斯特拉算法的详细描述、迪克斯特拉算法权重的改进、应急救援车的行驶路径选择，其中迪克斯特拉算法权重的改进包括道路通行平均时间权重、道路拥堵系数权重、应急救援车的权重设置；/n应急救援车行驶路径的优化完善包括十字路口模型的机动车信号灯信号相位分配、机动车信号灯通行优先保障、其它车辆避让策略，其中机动车信号灯通行优先保障包括应急救援车机动车信号灯通行优先保障方案、确定最短红灯时间、同一路口多辆应急救援车的信号灯通行优先保障方案。/n...

【技术特征摘要】
1.智能车联网驱动的应急救援车行驶优化方法，其特征在于，主要包括二个方面，一是应急救援车最优行驶路径的选择，基于迪克斯特拉算法，提出权重调整的改进迪克斯特拉算法，全盘考量并权衡道路的长度、通行平均时间、应急救援车行驶速度多种因子对权重进行计算，并以行驶时间最短作为选择行驶路径的依据；二是应急救援车行驶路径的优化完善，当应急救援车行驶到交通路口的时候，为应急救援车施行机动车信号灯通行优先保障方案，保障其在交通路口的顺利通行，同时在应急救援车行驶过程中，其它车辆会采取相应避让措施，减少对应急救援车的影响；
应急救援车最优行驶路径的选择包括应急救援车的最短路径界定、迪克斯特拉算法的详细描述、迪克斯特拉算法权重的改进、应急救援车的行驶路径选择，其中迪克斯特拉算法权重的改进包括道路通行平均时间权重、道路拥堵系数权重、应急救援车的权重设置；
应急救援车行驶路径的优化完善包括十字路口模型的机动车信号灯信号相位分配、机动车信号灯通行优先保障、其它车辆避让策略，其中机动车信号灯通行优先保障包括应急救援车机动车信号灯通行优先保障方案、确定最短红灯时间、同一路口多辆应急救援车的信号灯通行优先保障方案。


2.根据权利要求1所述的智能车联网驱动的应急救援车行驶优化方法，其特征在于，道路通行平均时间权重为：定义表示第m辆车从F到G经过后道路FG的通行平均时间，表示第m辆车从F到G通过道路FG的路径通行时间；道路FG的通行平均时间采用式3计算：



当m＝1时，即第一辆通过道路FG的车辆时，其通行平均时间就是其道路FG的路径通行时间；道路FG的通行平均时间由当前最近通过的一辆车所行驶的时间和过往车辆的通行平均时间共同决定，每当有新的车辆通过当前道路时，根据历史通行平均时间和当前最新车辆的通信时间计算新的道路通行平均时间，实时更新道路交通状况信息。


3.根据权利要求1所述的智能车联网驱动的应急救援车行驶优化方法，其特征在于，道路拥堵系数权重为：定义表示车辆在道路FG由F到G的理想通行时间，其中道路FG的理想通行时间表示在交通路口机动车信号灯显示为绿灯且当前道路没有其它车辆阻塞妨碍因素，车辆全程顺畅的通过道路FG的行驶时间；
道路FG的拥堵程度通过道路FG的当前通行平均时间与道路FG的理想通行时间之间进行比较确定，一定成立，根据路径通行时间计算出的通行平均时间一定不低于理想通行时间；
当与的差量越大时，表明当前道路的拥堵程度越大，道路通行状况越差；反之则表明当前道路的拥堵程度较小，道路的通行状况良好，本发明引入道路拥堵系数e表示道路FG的拥堵程度，对e的计算方法如式4所示：



对式4的分析为：
一是当越大时，越小，e越大，表明当前车辆通过道路FG所需的时间越长，即道路FG的拥堵程度越严重；
二是当越小时，越大，e越小，表明当前车辆通过道路FG所需的时间越短，即道路FG的拥堵程度越小；
三是当远大于时，无限接近0，e无限接近1，表明当前道路的通行状况很差，道路FG拥堵程度最为严重；
四是当无限接近时，无限接近1，e无限接近0，表明当前道路的通行状况很好，道路FG几乎没有任何拥堵。


4.根据权利要求1所述的智能车联网驱动的应急救援车行驶优化方法，其特征在于，应急救援车的权重设置加入针对应急救援车行驶特征的权重计算因子，将道路FG的通行平均时间和应急救援车的理想最优通行时间全盘考量确定道路FG的权重，
假设道路FG的长度为WFG，理想状态下应急救援车在该道路上的最大行驶速度为Un，若应急救援车全程畅通无阻通行，应急救援车在道路FG上的理性通行时间通过速度-距离公式计算，如式5所示：
应急救援车理想最优通行时间＝WFG/Un式5
道路FG的权重lFG计算式6为：



其中e表示道路FG的拥堵程度，表示道路FG当前的最新通行平均时间；应急救援车在道路FG的权重，由道路FG的通行平均时间、道路FG的长度、应急救援车的最大行驶速度和道路FG的拥堵程度共同决定。


5.根据权利要求1所述的智能车联网驱动的应急救援车行驶优化方法，其特征在于，应急救援车行驶路径选择的主要过程分为四个阶段：
第一阶段，交通控制中心接收到报警电话，确定目的地后，查询当前空闲应急救援车的所在地，从中选择距离目的地较近的应急救援车作为行驶车辆，确定出发地点；
第二阶段，交通控制中心在确定出发地和目的地后，从数据中心获取当前道路信息生成道路网络拓扑图，并根据最新的交通数据计算路网每条道路的权重；
第三阶段，根据计算出的权重，采用迪克斯特拉算法为应急救援车选择一条最优路径作为行驶路径，将该路径发送到应急救援车上；
第四阶段，应急救援车的行驶过程中，交通控制中心时刻监测所选应急救援车路径的交通状况，倘若该路径上某一条道路发生意外情况，控制管理中心会立即以当前应急救援车行驶到的所在处为起点，重新根据当前交通数据为应急救援车选择一条新的最优路径，并及时发送给应急救援车。


6.根据权利要求1所述的智能车联网驱动的应急救援车行驶优化方法，其特征在于，应急救援车的信号灯通行优先保障方案分为二种情况：
情况一，绿灯时间延长方案：当机动车信号灯控制系统在接收到应急救援车的优先通行申请时，此时若应急救援车通行方向的信号灯为绿灯，信号灯控制系统采取延长该相位绿灯时间，并且向周围广播消息，提醒其它车辆，当前交通路口有应急救援车通过，直到应急救援车通过该交通路口为止；
情况二，最短红灯方案：当机动车信号灯控制系统在接收到应急救援车的优先通行申请时，此时若应急救援车通行方向的信号灯为红灯或黄灯，信号灯控制系统首先以广播方式向其它车辆发送警告消息，然后保持当前红灯继续显示最短红灯时间tmin_r时间后，将信号灯显示跳转至绿灯，使应急救援车行驶方向信号灯显示为绿灯，直到应急救援车通过该交通路口为止；
当应急救援车行驶出交通路口后，同样给路侧单元发送离开消息，路侧单元接收到该离开消息后，给机动车信号灯控制系统发送信号，告知信号灯控制系统应急救援车已通过当前交通路口；信号灯控制系统接收到该消息后，恢复至之前的正常控制状态，直到再次接收到应急救援车到达消息；
当应急救援车距离机动车信号灯距离为R的时候，发送请求通行优先保障信号，设应急救援车的最大行驶速度为Un，最短红灯显示时间为tmin_r，则R的计算方式如式7：
R＝Un×tmin_r式7
应急救援车向路侧单元发送的通行优先保障消息内容包括：应急救援车标识符、行驶车道、应急救援车优先级、时间戳。


7.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘秀萍，高宏松，
申请(专利权)人：刘秀萍，
类型：发明
国别省市：浙江;33