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车辆导航系统中分区域路径寻 优问题的研究 学院：计算机与通信工程学院 专业：计算机应用技术 导师：宁红云 教授 学生：杨智新 天津理工大学 内容提纲 选题背景与研究现状 国内外研究所存在的问题 研究方案 预期研究成果 3 1 2 3 4 应用实例 驾驶车辆从天津到北京：人需求不一样，可以选择走高速或者 干线公路、地方公路；遇到信号灯是不可避免的，但可以在规划中 减少遇到信号灯、交叉口次数。出发时路径已算好，如果到达北京， 要走的道路因为路况变化快已经相当拥堵，但是导航依然指向此路 段，如何应对实时路况，躲避拥塞道路是人们出行的基本要求。

尽快到达 ——道路等级 尽量减少排队时间——交叉路口和交通信号灯 尽量避免拥塞路段——实时路况 内容提纲 1 2 3 4 3 选题背景与研究现状 国内外研究所存在的问题 研究方案 研究特色与创新之处 选题背景与研究现状 ?车辆导航系统VNS（Vehicle Navigation System)亦称路径诱导系统 RGS（Route Guidance System），通过GPS卫星信号进行定位，提供最 佳行车路线，方便人们的出行。

?车辆导航系统作为智能交通系统核心的内容之一，旨在减少交通拥 挤和交通事故，为出行者提供了更多的出行路线选择，保证了路网的 畅通；但是如果缺乏良好的导航和路线引导，将会浪费大量的出行费 用，而且交通拥堵和交通事故也会随之增加。而一套行之有效的行车 路线及其实施技术将会弥补这个缺陷，最优路径选择是车辆导航系统 的关键技术，它能够根据存储在电子地图中的道路网的拓扑关系，实 时准确地规划出最优路径。 选题背景与研究意义 ? 本论文的研究意义在于，提高路径规划效率和搜索结果合理性；对 动态交通信息的考虑，和动态路径规划算法的研究，能够帮助出行者 在出发地和目的地确定的情况下更有效地规划出合理的路径； 在实际应用中,研究路径规划可以为驾驶员提供基于实时交通信息的最 优路径来达到诱导驾驶员行为、减少车辆在道路上的停留时间,进而实 现改善城市交通和避免交通拥挤、阻塞的目的,同时还能降低尾气排放 量,达到降低环境污染的目的。 国内外研究概况-导航系统 1 2 3 4 日本于1990年建立世界上第一个进行交通信息服务的通信系统VICS ，VICS能播发实时交通信息:主要地点间的行程时间、交通拥挤状况 、交通法规、交通事故、广域的最优路径选择信息和道路施工状况、 天气情况及停车场信息等。VICS每隔5分钟从各种信息源获得实时的 交通信息，重组整理后送到终端。终端以一幅电子地图显示当前交 通拥挤程度并推荐一条最快路径。 日本 美国 美国在90年代开始ITS研究，先后进行了动态车辆导航系统为主要 内容的现场运营实验。其中TravTek系统实现的车辆导航是基于拥挤 和事故等实时交通条件进行的，并具有为出行者服务的“黄页”信息， 尤其适用于对该地区不熟悉的旅行者使用 。

欧洲对车辆导航系统的研究始于红外信标通信。目前基于ALERT-C协 议的交通数据频道RDS-TMC广播己经或者即将在英国、德国、意大利 等11个欧洲国家开通，它能够向用户提供交通事故、拥挤、道路施 工等信息 。

我国对交通导航系统的研究起步较晚。基于GPS、集群通信和可变标 志牌的导航系统正处于理论研究和实验阶段，而对比较全面的动态车 辆导航系统的研究还处于起步阶段。 欧洲 中国 国内外研究概况-路径规划 ?提出参考驾驶员要求的最短路径、最小转弯次数、避免山区 道路和河边道路的标准，并用遗传算法求解最优路径 ?用动态规划思想寻找最优路线，并考虑到应处理的交通状况的 多个标准 ?用混合遗传算法进行动态多目标路径规划并预测交通路况 Basabi Chakraborty 等 Manoj Kanta， Mainali等 Hitoshi Kanoh ，Kenta Hara Hirtle .Jonides Car 陆峰，D. Schultes ?提出了道路网分区、分级的数据模型 Lauther Goldberg DSchultes ?对简化分层路网之间的衔接做了相应的研究 国内外研究概况-路径规划 ?提出地图分区算法算法，是以经典最短路径算法为基础 ?建立区域用于减少处理的结点数量，提升计算效率 ?分区域的思想用到公交线路的选择问题上，从而减少搜索空间，提高效率 ?警力调配系统给出基于区域划分的最短路径算法 ?将大型网络进行分区或分簇的方式来减少参与寻路的节点数目和网络规模 李雷，陈天滋 黄可坤 杨争 王健和葛艳 方志斌 ?采用了带精英策略的蚁群算法 ，并以出行时间、行程距离为目标确定权重 ?使用改进蚁群算法对VRP 最优解问题进行研究 ?在改进蚁群算法中，采用区域化搜索方法来对每个解进行搜索和优化 内容提纲 选题背景与研究现状 3 1 2 3 4 国内外研究所存在的问题 研究方案 研究特色与创新之处 国内外研究所存在的问题 （1）导航系统在综合多目标路径的研究方法上仍存在问题。 Manoj Kanta Mainali等提出动态规划思想寻找最优路线的方法， 用户的偏好只基于道路等级进行划分，通行费用没有考虑。王健和 葛艳采用经营策略的蚂蚁算法求解最优路径时，仅仅将道路等级的 静态影响因素添加到路径规划算法中，能够更准确表达最优路径的 交叉口信息、路口收费等因素并未加入。方志斌等对带时间窗 VRP 最优解问题进行研究，目标只为减少车辆的行驶距离和行驶时间， 减少货物送达的时间，没有更好的与实际路况相结合，因此不可避 免地其现在的算法应提出改进。 国内外研究所存在的问题 （2）基于区域的思想已应用警力分配系统和公交路线的选择上， 但在导航系统中的应用是针对地图的分区，而且是静态分区，不能 应对突变路况，分区域思想的车辆路径优化问题的研究不成熟。 Hirtle &.Jonides，Car，陆峰，D. Schultes 等对路网进行级 ， Lauther，Goldberg，DSchultes 等对简化分层路网之间的衔接做 了相应的研究，只在分层中融入部分分区知识，而且是静态分区。

杨争在警力调配系统中对道路网络进行寻找区域的划分有效地减少 了参与寻路计算的节点数目和网络规模。方志斌等对带时间窗 VRP 最优解问题进行的研究中，区域化搜索是为解决最优解问题，对于 算法要处理的大量节点没有降噪处理。 内容提纲 选题背景与研究现状 国内外研究所存在的问题 3 1 2 3 3 4 研究方案 研究特色与创新之处 一、研究内容 1、构建综合的多目标交通道路网络模型并改进权值计算方法。 拟综合道路等级、交叉口、交通信号灯、交通状况以及行程费 用的多目标为基础，构建最方便行驶的多目标时间依赖网络的交通 道路网络模型并改进权值计算方法，以得到更符合出行者需求的多 目标最优路径。 一、研究内容 2、引入分区域思想与智能演化算法融合求解路径寻优问题。 传统分区思想属于静态分区，为解决实时搜索问题，在寻优模 型中引入动态区域划分技术：

(1)、地图划分为多个分区，每次搜索限制在区域内，降低参考点。

(2)、模型中引入动态分区，区域图能动态调整，增加区域动态分析 与跟踪能力。 二、研究目标及拟解决的关键问题 研究目标： 为了解决车辆导航系统中道路节点数目多、交通状况变 化快的问题，构建基于动态分区的多目标时间依赖网络模型， 将分区思想融入智能计算算法寻找最优路径，达到减小搜索 空间以提高搜索效率、躲避交通不便路段实现最优路径的目 的。 二、研究目标及拟解决的关键问题 拟解决的关键问题： （ 1 ）综合道路等级信息、交叉口信息、交通信号灯、行程 费用信息的多目标时间依赖网络模型，如何将信息与图论知 识相结合进行表达，并确定权值的计算算法是关键问题。

（2）智能演化方法如蚁群算法,遗传算法,模拟退火,禁忌搜索, 神经网络 ,粒子群优化算法 ,免疫算法等，如何将多目标网络 模型与算法有机结合，并确定路径更新规则是重点。

（ 3 ）要在实时变化的路网中构建动态的区域，如何确定距 离分割点是另一关键问题。 三、研究方案及可行性 1、多目标模型 ?分析道路权重的标定方法 ?给出相应的路段权值，计 算的权重系数 ?结合传统道路网络模型， 构建多目标路网模型 2、基于分区算法 改进智能演化算法的全局寻优 和局部寻优能力实现车辆导航路径 优化，融入分区域思想降低参考结 点，动态调整搜索区域图。 建立多目标 的交通道路 网络模型 将交通道路 网络进行动 态性分区 智能演化算 法融入分区 域思想求解 最优路径 实验验证 4、实验验证 模拟现实交通状况 ,验证改 进算法是一种高效、实用的导航 系统中的最优路径优化方法 3、动态性分区 结合路网拓扑结构定义路 网分区路径,给出对分区路径的 定义，借助多目标的路网模型 ，使搜索区域包含地图的所有 路况信息；结合智能算法求解 最优路径，满足用户对算法的 实对性要求。 内容提纲 3 1 2 3 选题背景与研究现状 国内外研究所存在的问题 研究方案 4 研究特色与创新之处 研究特色与创新之处 综合考虑道路等级、交叉口、信号灯、道路费用信息作为模型的道路 权重，满足人的不同需求。 改进智能演化算法并融入分区思想以支持全局寻优和局部寻优实现车辆 1 导航路径优化目的。 建立动态分区，动态跟踪交通状况，动态调整搜索的区域图以及时更新 最优路径。 天津理工大学 

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