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多属性优先级动态路径规划:均衡与个性化兼顾
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更新于2024-09-01
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"基于多属性优先级的动态路径规划方法旨在克服传统动态路径规划算法中存在的目标单一性问题。它通过结合时间、路程和安全性等多种属性,提出了一个以理想点为核心的多属性决策框架。这种方法不仅注重规划的效率,如最短时间和最短路径,还充分考虑了驾驶员的个性化需求和驾驶技术,允许他们根据自身需求对交通信息的重要性进行排序,从而找到匹配度最高的驾驶方案。 在传统的路径规划研究中,例如高峰和王明哲的工作,他们运用决策场理论构建动态路径选择模型,而宋久元等人则通过改进A*算法来减少节点搜索和边界搜索的负担。然而,这些方法大多未能提供全面的平衡,特别是当涉及多个目标时。朱东杰和崔刚等人则将动态路径规划应用于车载自组网,但同样没有充分考虑驾驶员的个性化设置。 本文的主要创新在于将复杂的路径规划分解为在交叉路口的路段选择问题,这样可以简化对全局道路网络信息的需求,重点处理车辆速度、安全系数和预期路程这三个关键因素。通过多属性决策方法,算法能综合评估这些因素,生成更为均衡的路径规划结果。引入优先级概念后,驾驶员可以根据自己的驾驶习惯和偏好调整信息的重要性权重,实现个性化的路径选择。 仿真结果验证了这种基于多属性优先级的动态路径规划方法的有效性,它在满足多目标优化的同时,还能考虑到驾驶员的个性化需求,从而提升驾驶体验和行驶效率。这为未来智能交通系统的发展提供了新的思路,特别是在复杂城市环境中,对于提供个性化的、高效的驾驶建议具有重要意义。"
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基于多属性优先级的动态路径规划方法基于多属性优先级的动态路径规划方法
针对现存大多数动态路径规划算法目标单一问题进行研究,提出基于理想点的多属性决策方法解决该问题,属
性的选取融合时间、路程及现代最为重视的安全因素,使得动态路径规划的结果更加均衡。同时在多属性决策
过程中引入优先级这一概念,使得驾驶员可以根据自身的需求及驾驶技术对交通信息的重要度进行排序,得到
匹配度最高的驾驶方案。仿真结果表明,基于多属性优先级的动态路径规划算法既能够起到多目标均衡的路径
规划效果,同时又能够实现个性化驾驶。
摘摘 要要: 针对现存大多数
关键词 关键词: 动态路径规划;多属性决策;
0 引言引言
车辆的动态路径规划是指车辆在不同地理位置根据当前时刻的道路交通信息选择驾驶路线的方法。根据实时交通信息作出
的动态路径规划可以有效地避免拥堵路段、事故路段,提高行驶效率,在城市车辆规划中有较大的应用[1]。
近年来,随着传感网络、通信技术等信息科技的发展,国内外学者已对车辆的动态路径规划进行了大量的研究,高峰、王
明哲针对已有路径选择模型缺乏选择决策过程的问题,提出了一种基于决策场理论的车辆路径选择过程框架,建立一种面向过
程的车辆动态路径选择模型[2]。宋久元等人充分利用启发式搜索具有方向性的启发信息,对A*算法进行了改进,采用双向的
A*算法来避免过多的节点搜索和搜索过界的问题[3]。CHEN C L P、Zhou Jin和Zhao Wei利用基于三角模糊集的多属性决策方
法进行动态导航,避免了大型传感网络中传统的交通信息中心不能及时传递全球实时交通信息这一问题[4]。朱东杰、崔刚等
人设计了基于动态路径规划的车载自组网的车辆移动模型,并提出了一种基于Dijkstra的动态路径规划算法[5]。
然而上述研究中,仍存在一些问题:(1)现存动态路径规划算法大部分还是基于最短时间或者最短路径,不能达到较好
的平衡效果;(2)路径规划算法对信息的处理方式较单一,驾驶员不能进行个性化设置。为了解决上述问题,本文将城市道
路划分为交叉路口集合和路段集合,将从出发点到目的地的长距离路径规划问题拆分成车辆在各个交叉路口时的路段选择问
题,简化了路径规划过程中对全局路网的信息计算。路段选择过程综合考虑车辆速度、安全系数、预期路程3种较为重要的交
通信息,利用多属性决策法分析该问题,使得车辆的动态路径规划结果较为均衡。在多属性决策过程中引入信息优先级设置概
念,按照个人偏好设置计算各交通信息的权重向量,以达到个性化驾驶的目的。
1 车辆移动模型车辆移动模型
传统的动态路径规划算法基于最短距离算法或最短时间算法进行路径规划,当车辆每次到达一个交叉路口时,通过收集到
的实时交通信息检测当前的路径规划是否为最优,若非最优路径,则重新规划车辆从当前位置到目的地的最优路径。该方法对
当前位置到目的地的全局路网进行规划时产生较大计算量,当车辆移动速度较快时,很难起到良好的路径规划效果。
本文将城市路网看作交叉路口Pi与两个相邻交叉路口间连接路段Pi_j的集合,即G={P,R},其中R为有向路段,即同一路
径的不同方向为不同路段。当车辆每次行驶到交叉路口Pi时,车辆向交叉路口通信设备发送路径规划请求,Pi处的路口设备接
收到请求信息后,发送反馈信息,将与Pi毗邻路段的车辆速度、预期成本、安全系数等信息反馈给车载设备,车载设备根据道
路属性信息进行多属性决策,将最佳下一行驶方向反馈给驾驶员,重复该过程,直到车辆到达目的位置。
2 道路信息分类道路信息分类
假设交叉路口节点都建设有可以进行无线通信、有线通信和信息存储的路旁设备,路网中的每辆车都安装通信设备、
GPS和电子地图。为了实现车辆在交叉路口的路段选择,需要搜集3种道路交通信息:车辆速度、预期成本、安全系数。
2.1 车辆速度车辆速度
车辆速度v表示路段上正在行驶的全部车辆的速度,由于路段上同时行驶的车辆速度不同,因此可以用区间数来表示该路
段的车辆速度,即v=[vL,vU]。车辆速度越快,表明道路越畅通,因此该信息为效益型信息。
2.2 预期路程预期路程
预期路程s表示车辆从当前位置到达目的地的预期路程,实际问题中该信息在一定范围内取值,因此用区间数表示
s=sL,sU」。车辆行驶到交叉路口时,由于可能选择不同路段导致不同预期路程,显然预期路程越大,车辆行驶的开销越
大,因此该信息为成本型信息。
2.3 道路安全系数道路安全系数
道路安全系数b表示路段交通环境的安全程度,不同的路段宽度、路段坡度、路面行驶质量、路面视认性会对其数值产生
较大影响[6]。路段的道路安全系数越高,发生交通事故的可能性就越小,因此该信息为效益型信息。
3 多属性优先级路径决策多属性优先级路径决策
车辆行驶过程中与前方交叉路口设备建立通信,获取到了其连接的不同路段的3种道路交通信息,但是其在决策中所占的
权重并不清楚,因此本文采用逼近理想点法来解决权重模糊的多属性决策问题。与传统算法不同的是,本文所提出的算法中加
入了优先级的概念,即驾驶员可以根据个人驾驶需求、习惯等对道路交通信息设置不同的优先级,选择不同的决策模型进行路
径规划,从而达到个性化的动态路径规划目的。具体计算步骤如下:
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