СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНОГО МАРШРУТА ДВИЖЕНИЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
METHOD OF DETERMINING OPTIMAL ROUTE FOR VEHICLES

Изобретение относится к системам регулирования движения транспортных средств, преимущественно индивидуальных, а точнее к системам, включающим передачу навигационных команд транспортному средству с компьютером и дисплеем, отображающим карту дорожной сети населенного пункта.
Известен способ отображения местоположения транспортного средства на электронной карте местности в радиосистемах диспетчерского управления движением наземного транспорта (патент РФ №2207632, опубликован 27.06.2003), в котором за счет использования временных опорных точек и определения их местоположения и местоположения транспортного средства в опорной системе координат, в качестве которой выбирается плоская прямоугольная декартова система координат, а также использования редукции местоположения транспортного средства на транспортный граф обеспечивается в конечном итоге непосредственное преобразование радионавигационных координат транспортного средства в дисплейные координаты. Недостаток способа состоит в том, что он не может быть применен для определения оптимального маршрута транспортного средства.
Известен способ, который реализован в автомобильном навигационном приборе, имеющем память для хранения электронной карты местности, бортовую ЭВМ, дисплей и приемник дорожной информации (патент Японии №08044997, опубликован 16.02.1996 г.). Способ заключается в том, что определяют текущие координаты транспортного средства, вычисляют кратчайший маршрут от начальной до конечной точки и отображают его на дисплее. На приемник дорожной информации получают извне радиосообщение с информацией о дорожных "пробках" и затруднениях в движении на дорогах. Эта информация отображается на дисплее изменением окраски дороги в местах "пробка" и затруднения движения, причем степень изменения окраски соответствует степени затруднения движения транспортных средств.
Недостаток способа состоит в том, что он не может быть применен для определения оптимального маршрута транспортного средства.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является выбранный в качестве прототипа способ определения оптимального маршрута движения транспортного средства в условиях населенного пункта (патент РФ №2153194, опубликован
20.07.2000 г.), так как ему присуща совокупность признаков, наиболее близкая к совокупности существенных признаков заявляемого изобретения. Способ определения оптимального маршрута движения транспортного средства по дорожной сети населенного пункта по прототипу заключается в том, что в память компьютера центральной станции вводят базу данных электронной карты дорожной сети населенного пункта, на основании этой электронной карты и предварительно полученных параметров движения определяют среднестатистический скоростной режим движения на каждой дороге, создают модельную электронную скоростную карту дорожной сети населенного пункта, которую вводят в память компьютера центральной станции и транслируют абонентам по каналу радиосвязи, на центральной станции получают по каналу радиосвязи сообщения о скоростях находящихся в движении транспортных средств, после чего производят уточнение данных о скоростях перемещения транспортных средств на дорогах в памяти компьютера центральной станции и при необходимости корректируют модельную электронную скоростную карту дорожной сети населенного пункта путем внесения уточненных значений скоростей на каждой дороге, по каналу радиосвязи передают информацию об уточненных параметрах модельной электронной скоростной карты дорожной сети населенного пункта абонентам, в память компьютера абонента вводят данные о пункте назначения, определяют предпочтительный маршрут с учетом уточненных параметров модельной электронной скоростной карты дорожной сети населенного пункта, принимаемой абонентом от центральной станции с возможностью визуализации на экране дисплея абонента этих маршрутов на модельной электронной скоростной карте дорожной сети населенного пункта с индикацией на ней информационных сообщений о значениях скоростей на дорогах населенного пункта и отображением текущего положения транспортного средства, в процессе движения по выбранному маршруту в случае изменения параметров модельной электронной скоростной карты дорожной сети населенного пункта производят коррекцию оптимальных маршрутов движения до пункта назначения.
Недостатком способа по прототипу является низкая точность выбора оптимального маршрута, так как текущие значения скоростей, учитываемые для определения и идентификации среднестатистических параметров, а также коррекции модельной электронной скоростной карты дорожной сети населенного могут иметь случайный характер в силу резкой неравомерности движения транспортного средства из-за сложных условий движения, особенно в мегаполисе.
Техническим результатом изобретения является повышение точности определения оптимального по времени маршрута движения транспортного средства за счет нового метода определения параметров движения, способе формирования «пробочной информации» и методах ее учета для расчета оптимального маршрута движения, повышение эффективности использования дорожной сети населенного пункта и сокращение времени движения транспортных средств до пункта назначения.
Технический результат достигается тем, что в способе определения оптимального маршрута движения транспортного средства по дорожной сети населенного пункта, заключающийся в том, что формируют модельную электронную скоростную карту дорожной сети населенного пункта, отражающую среднестатистический скоростной режим движения на каждой дороге, которую вводят в память компьютера центральной станции и транслируют на компьютеры транспортных средств абонентов по каналу радиосвязи, на центральной станции получают сообщения о скоростях и местонахождении находящихся в движении транспортных средств, после чего корректируют модельную электронную скоростную карту дорожной сети населенного пункта путем внесения уточненных значений скоростей на каждой дороге, передают абонентам информацию об уточненных параметрах модельной электронной скоростной карты дорожной сети населенного пункта, на основе данных о местонахождении транспортного средства абонента и пункте назначения определяют рекомендуемый оптимальный маршрут с учетом уточненных параметров модельной электронной скоростной карты дорожной сети населенного пункта, принимаемой абонентом от центральной станции с возможностью визуализации на экране дисплея абонента этих маршрутов на модельной электронной скоростной карте дорожной сети населенного пункта с индикацией на ней информационных сообщений о значениях скоростей на дорогах населенного пункта и отображением текущего положения транспортного средства, в процессе движения по выбранному маршруту в случае изменения параметров модельной электронной скоростной карты дорожной сети населенного пункта производят коррекцию оптимальных маршрутов движения до пункта назначения, согласно изобретению, на модельной электронной скоростной карте дорожной сети населенного пункта создают дорожный граф, включающий сегменты линий, заключенные между узлами графа, корректируют данные дорожного графа на основе информации об измененных знаках дорожного движения, от компьютеров транспортных средств абонентов по каналу радиосвязи с заданной периодичностью передают на компьютер центральной станции актуальные значения собственных средних скоростей, по крайней мере, на одном сегменте дорожного графа, и по ним определяют среднестатистический скоростной режим движения, вычисляют отклонение между актуальными значениями средней и модельной скоростей на сегменте дорожного графа, и по этим отклонениям формируют файлы «пробок» и «антипробок», затем, учитывая эти файлы и веса правых и левых поворотов, корректируют модельную электронную скоростную карту дорожной сети населенного пункта.
Так как время проезда одного сегмента дорожного графа может существенно зависеть от того, на какой следующий сегмент дорожного графа осуществляется движение, то для более точного определения маршрута в качестве параметра движения принимают среднее время проезда двух смежных сегментов дорожного графа. Для этого с помощью компьютеров транспортных средств абонентов определяют связанные актуальные значения двух средних скоростей для пары связанных сегментов дорожного графа, и, в зависимости от того, на какой следующий сегмент дорожного графа осуществляют движение, с помощью компьютера центральной станции создают наборы значений средних скоростей для пары связанных сегментов дорожного графа и по их отклонениям от модельных скоростей формируют файлы «пробок» и «антипробок».
Для поиска оптимального маршрута с учетом изменения динамики загруженности дорожной сети по мере прохождения по маршруту, по каналу радиосвязи на компьютер центральной станции передают информацию о запланированных маршрутах абонентов и дополнительно формируют файлы «пробок» и «антипробок» для тех сегментов дорожного графа, по которым будет проходить запланированный маршрут.
Заявителем проведен патентно-информационный поиск, в результате которого не выявлены технические решения, содержащие заявляемую совокупность признаков. Следовательно, техническое решение можно считать новым. Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что совокупность отличительных признаков, влияющих на технический результат, содержит новые и известные признаки и в данном сочетании для решения данной задачи неизвестна. Из уровня техники неизвестно о влиянии на указанный технический результат факта передачи от компьютеров транспортных средств абонентов значений собственных средних скоростей на компьютер центральной станции. Так, в известном способе (патент Японии №07029098 от 31.01.1995 г.) специальные транспортные средства, снабженные навигационным прибором и радиоприемным/передающим устройством, передвигаются по дорогам города и передают на компьютер центральной станции данные о своих координатах и скорости движения. Базовая станция производит анализ поступившей информации, строит карту "пробок" и определяет маршрут объезда "пробки". Карту "пробок" и рекомендуемый маршрут их объезда базовая станция передает по каналу радиосвязи водителям транспортных средств. То есть, в известном способе не используется информация о значениях скоростей транспортных средств самих абонентов. Из уровня техники неизвестно и неочевидно для специалиста влияние на указанный технический результат определения среднестатистического скоростного режима путем определения средних скоростей на одном сегменте дорожного графа или более, например на двух связанных сегментах дорожного графа, формирование по их отклонениям от модельных скоростей файлы «пробок» и «антипробок» и учет этих файлов в модельной электронной скоростной карте дорожной сети населенного пункта. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень».
Способ реализуют в системе, которая включает связанные каналом радиосвязи навигационную систему космического базирования, компьютер центральной станции, на котором осуществляется прием и обработка информации об актуальном состоянии городского потока, транспортные средства абонентов, снабженные навигационным прибором и радиоприемным/передающим устройством.
Реализацию изобретения осуществляют следующим образом.
Вводят в память компьютера, снабженного экраном дисплея и расположенного на центральной станции, электронную карту дорог, улиц или территорий, состоящую из оцифрованных картографических данных.
На электронной карте создают дорожный граф, включающий сегменты линий, заключенные между узлами графа. Под сегментом дорожного графа понимается линейный участок между двумя узлами, как правило, между перекрестками. С сегментами линий связывают информацию об участках улиц, дорог. Первоначально экспертным путем на основании опроса опытных водителей и экспертов в дорожном движении определяют средние скорости движения на сегментах дорожной сети. На основании этих данных определяют среднестатистический скоростной режим движения на каждой дороге, создают модельную электронную скоростную карту дорожной сети населенного пункта, которую вводят в память компьютера центральной станции, и указанную карту с дорожным графом транслируют абонентам по каналу радиосвязи. Подобные модели могут формироваться для различного времени суток, праздничных и выходных дней и отдельно храниться вместе с параметрами дорожного графа.
Данные дорожного графа корректируют на основе информации об измененных знаках дорожного движения.
От компьютеров транспортных средств по каналу радиосвязи с заданной периодичностью абоненты передают на компьютер центральной станции актуальные значения собственных средних скоростей, по крайней мере, на одном сегменте дорожного графа, и на их основе определяют среднестатистический скоростной режим движения. Актуальные значения собственных средних скоростей рассчитывают путем фиксации моментов въезда и съезда с сегмента и времени его прохождения. Данные «пробок» и «антипробок» определяют следующим образом. Вычисляют разницу между значением средней и модельной скорости на сегменте. Если полученное от абонента текущее значение скорости на сегменте меньше модельного на заданную величину, то для данного сегмента формируется «пробка», т.е. устанавливается значение скорости, равное полученному от абонента. Если текущее значение скорости больше среднестатистического, то формируется «антипробка» по аналогичному принципу. Для «пробок» и «антипробок» фиксируется также время их создания.
Расчет оптимального маршрута осуществляется в следующем порядке. В компьютере абонента дорожный граф дополняют данными о местонахождении транспортного средства и пункте назначения, обеспечивая преобразование радионавигационных координат транспортного средства в дисплейные координаты. Компьютер транспортного средства абонента систематически опрашивает и получает от компьютера центральной станции файлы «пробок» и «антипробок». При этом значения средних скоростей на сегментах дорожной сети заменяют на значения «пробок» и «антипробок» в том случае, если время от их создания не превышает заданного значения. Аналогичным образом осуществляют корректуру дорожных знаков. Обновленный таким образом дорожный граф используют для поиска оптимального маршрута движения. При этом в качестве дополнительной информации учитывают веса правых и левых поворотов.
Для более точного определения маршрута в качестве параметра движения принимают среднее время проезда двух смежных сегментов. Для этого с помощью компьютера транспортных средств пользователей определяют связанные актуальные значения двух средних скоростей для пары связанных сегментов дорожного графа, и, в зависимости от того, на какой следующий сегмент осуществляют движение, с помощью компьютера центральной станции создает наборы значений средних скоростей для пары связанных сегментов и по их отклонениям от модельных скоростей формируют файлы «пробок» и «антипробок». Повышение точности определения маршрута при этом обусловлено тем, что время проезда одного сегмента в городских условиях является недостаточно информативным и может существенно зависеть от того, на какой следующий сегмент осуществляется движение. Поворот налево может занять намного более долгое время, чем поворот направо, а подобрать эмпирически значения правых и левых весов не всегда удается. По заявляемому способу каждому сегменту дорожного графа ставится в соответствие не одно значение средней скорости, а набор значений в зависимости от того, на какой следующий сегмент осуществляется движение.
При достаточном числе абонентов можно искать маршрут с учетом изменения динамики загруженности дорожной сети по мере прохождения по маршруту. Для этого абоненты совместно с данными о средних скоростях и о собственном местоположении передают на компьютер центральной станции также данные обо всех текущих запланированных маршрутах. Далее определяют количество транспортных средств, которые появятся на данном сегменте дорожного графа в будущие моменты времени. Данную характеристику сегмента принимают во внимание при поиске оптимального маршрута. Чем большее количество транспортных средств окажется на одном сегменте с искомым во время его предполагаемого прохождения, тем менее привлекательным данный сегмент является для искомого маршрута. Расчеты оптимальных маршрутов проводят с помощью компьютера центральной станции. Поиск первого маршрута осуществляют так, как описано выше. При этом дополнительно к названным файлам «пробок» и «антипробок» формируют файлы «пробок» и «антипробок» для тех сегментов, по которым будет проходить запланированный маршрут. Расчет производят на основании формулы, устанавливаемой эмпирическим путем, учитывая при этом, что нахождение одного автомобиля в заданном интервале времени равнозначно пропорциональному снижению скорости на сегменте. Расчет маршрута может осуществляться и на компьютере абонента с передачей его параметров на компьютер центральной станции для последующего расчета и распространения дополнительной пробочной информации, рассчитанной на основании планируемого времени нахождения автомобилей на сегментах дорожной сети.
Как показала практика реализации разрабатываемого проекта (http://84.52.97.213/Forums/forum_posts.asp?TID=172), открытые источники информации, доступные в интернете и радиоэфире, обеспечивали надежность «пробочных» данных не более 50%. Практически это приводило к тому, что выбор оптимального маршрута движения всего в половине случаев был действительно предпочтительным, но в других 50% выбор оптимального маршрута был ошибочным. Сообщения на центральную станцию по телефону сведений о возникших пробках и об ошибочно выставленных признаках стесненного движения позволила некоторым образом повысить качество и довести надежность «пробочной» информации до 60%. В практике реализации проекта по заявляемому способу участвовало более 3000 абонентов. При использовании заявляемого способа достигается повышение точности определения оптимального по времени маршрута до 90-95%. Это повышение точности, повышение эффективности использования дорожной сети населенного пункта и сокращение времени движения транспортных средств до пункта назначения достигается за счет нового метода определения параметров движения на дорожном графе, способе формирования «пробочной» информации, использования данных о планируемых маршрутах и методах их учета для расчета оптимального маршрута движения. Расчеты оптимальных маршрутов могут проводиться как на компьютере центральной станции, так и на компьютере абонента.
Для реализации изобретения могут использоваться навигационные приборы серии СН, которые работают по сигналам навигационных спутников российской навигационной системы ГЛОНАСС и (или) системы GPS США, что обеспечивает более точное и устойчивое определение координат транспортного средства в сложных условиях современного города; средства радиосвязи могут быть выбраны, исходя из имеющихся каналов и (или) систем связи (автономные, транкинговые, сотовые, спутниковые); в качестве электронно-вычислительной техники может быть выбран компьютер, исходя из требований оперативности обработки поступающей информации; в качестве средств водительского интерфейса может использоваться жидкокристаллический дисплей и сенсорный планшет для управления курсором.
Экспериментальное применение способа показало, что заявляемое техническое решение позволяет решить задачу повышения точности определения маршрута, которая не может быть достигнута при использовании разработанных ранее способов, в особенности в условиях мегаполиса.