基于交通區域中心的交互式導航研究

黃偉力　詹求翔

摘要：基于交通區域中心的交互式汽車導航是一種分布式中心的動態路徑誘導，改變了中心式導航“中心唯一性”的特點，按照交通區域的特點劃分為多個交通區域中心，通過與駕駛員交互，獲得交通流量的精準數據，各交通區域中心協同完成導航任務。

關鍵詞：交互式導航；交通區域中心；動態路徑誘導

0 引言

汽車導航按誘導路徑的生成方式可分為分布式誘導和中心式誘導；按交通信息的性質，可分為靜態路徑誘導和動態路徑誘導。歐洲的Ali-Scout和日本的DRGS是中心式動態交通誘導系統的典型代表，美國的交通誘導系統研究也逐漸從分布式誘導轉向中心式誘導，我國北京、上海、深圳等大城市在動態交通誘導方面也有一些研究和應用，仍處于起步階段。本文提出一種基于分布式中心的動態導航思路，設計了基于交通區域中心的交互式汽車導航系統總體框架，并探討與之相關的交通區域中心的合理劃分方法，基于交互式數據的交通流量預測，以及動態分層路徑誘導技術。

1 系統框架設計

在現實道路交通網絡中，交通流處于一個多維、時變、隨機的復雜系統中，各種類型、不同程度的交通事件時有發生，各種不同性質、不同等級的交通擁擠隨機產生。傳統的交通誘導系統以路網靜態地理信息進行交通誘導，由于只考慮道路的空間屬性，而沒有考慮道路上的實時交通流運行特性，只能向出行者提供距離最短路徑或行駛方向引導，其所起的作用十分有限，達不到對路網交通流進行優化分配的目的。分布式誘導和中心式誘導在處理大規模路網動態交通流問題上也均存在一些不足之處。因此，基于交通區域中心的交互式汽車導航方案合理利用整合駕駛員的決策數據，既具有分布式誘導的并行性和靈活性，能滿足汽車導航實時性的要求，又具有中心式誘導宏觀性和統一性，以避免Braess悖論現象的出現，為大規模路網動態交通誘導提供了一個新思路。系統框架包括交通區域劃分，數據融合，路徑誘導三部分，如圖1所示。交通區域劃分包括路網的劃分和重構，數據融合包括交通流量與基礎路網數據融合和交通流量預測，路徑誘導包括區域內誘導和宏觀誘導。

2 相關技術

2.1 交通區域劃分

交通區域的合理劃分是實現分布式導航的關鍵步驟，根據交通的關聯性將道路網絡劃分為若干個交通子區，保持交通子區內部高內聚，交通子區之間低耦合。道路交通網絡可以看作是一個復雜網絡系統，復雜網絡系統的社團劃分算法對道路交通網絡的交通子區劃分同樣有效。一個交通子區等價于一個社團，以交叉路口為結點，道路為邊，結合道路寬度、流量等屬性，采用凝聚算法和分裂算法均可以獲得交通子區的有效劃分。對大規模城市路網還可以考慮在HAMA平臺下使用并行社團發現算法實現交通子區的快速劃分。

2.2 交互式數據融合

道路網絡的實時流量受到各種因素的影響，準確預測流量可以提高路徑誘導的質量。路徑誘導需要了解導航請求發出之后一段時間內的途經道路的擁堵情況。目前，道路流量監測能準確的了解當前各道路的交通情況，但道路流量數據是動態的，多變的。用靜態的流量監測數據作為路徑誘導的依據，可能會計算出無效的路徑。通過與駕駛員交互，獲取駕駛員的決策數據可以提高道路流量數據的準確性。基于交互式數據可以進行流量的精準預測，及時了解用戶決策路徑的流量更新，為突發流量預警提供支持。

2.3 分層誘導算法設計

分層誘導算法分為區域間路徑選擇算法和區域內路徑選擇算法。區域間路徑選擇算法是區域間的宏觀路徑選擇算法，將交通區域中心作為一個整體，每個交通子區要維護一張短期交通流量預測表，實現交通子區級的動態最短路徑計算。區域內路徑選擇算法則只負責區域內的最優路徑計算，由于交通子區規模較小，其流量在較短的時間周期內可以視為是不變的，可采用靜態最短路徑計算方法。

3 小結

基于交通區域中心的交互式汽車導航作為一種分布式中心的動態路徑誘導，將駕駛員決策數據反饋于交通路網，有效預測動態交通流量；交通區域中心的分布式結構有利于實施并行計算，以完成時效性要求更高的大規模路徑誘導任務。