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车辆导航系统关键技术研究

张可

  车辆导航系统是智能运输系统(Intelligent Transportation System,简称ITS)中当前需求较为迫切、应用比较广泛的一个重要的应用系统,它属于ITS中出行者信息服务领域的研究范畴。本文首先建立了车辆导航系统的基本框架。将车辆导航系统划分为路网数据库管理、车辆定位、路线优化、路线引导四大功能子系统以及无线通信子系统,提出了各个子系统应实现的功能,以及实现其功能需要采用的关键技术。论文第二章介绍了车辆导航系统的发展历史和国内外研究现状。在此基础上,确定了本文选题的指导思想:针对当前直接影响到车辆导航系统实用性的几项关键技术展开研究,以现有车辆导航系统的薄弱环节——路线优化子系统为核心,重点研究适于车辆导航的各种路线优化算法,以及作为其基础的路网表达方法与存储结构、道路权重的标定方法。这三部分内容构成了论文的三大主体章节——第四章、第五章和第六章。论文第三章对我国车辆导航系统的应用前景和建设机制进行了比较深入的分析。论文第四章针对车辆导航的路线优化问题,提出了相应的路网表达方法解决方案。特别提出了确定结点的原则,将结点定位为有可能使车辆行驶路线发生改变的“决策点”或“控制点”。并针对城市路网中的一些特殊情况,提出了相应的表达方法。提出路网连通性的两层含义,并采用构造对偶网络的方法,完全地表达了路网的连通性(包括单向交通、交叉口转向限制等)。关于路网的存储结构,提出了两种解决方案。一种是采用满足路线优化需要的紧凑的路网存储结构——前向关联边结构存储路网的对偶网络;另一种是利用能够表达交叉口转向限制和交叉口延误的存储结构——扩展的前向关联边结构,直接存储路网。论文第五章提出了基于路阻函数模型和信号交叉口延误模型,标定以出行时间度量的道路权重的方法体系,并利用实测数据加以实现和检验。这是一种在现阶段基础设施和技术条件下切实可行的、并且考虑到实时因素的标定以出行时间度量的道路权重的方法体系,包括数据采集方案、数据处理、选定现有模型、标定模型、确定道路权重的一系列方法。此外,针对互通式立交、“立交平坐”路口、主要道路具优先权的无信号交叉口、快速路出入口等类型的结点,对其结点权重的标定方法,提出了相应的解决方案。论文第六章设计了适合检验用于车辆导航的路线优化算法的实验方案以及相应的测试问题。提出了两种适台检验用于车辆导航的路线优化算法的测试问题生成算法,这两种算法分别生成大型稀疏随机网络和矩形网格状路网。利用两种算法分别生成了相应的测试问题。此外,还人工构造了反映实际路网中各种特殊情形的测试问题。在分析了适于车辆导航的路线优化算法所应具备的特点(运行速度快、存储量小、能够处理交叉口转向限制和交叉口延误)的基础上,通过理论分析和对测试问题的实际计算,对大量算法进行综合评价和比选,提出了适合车辆导航系统的路线优化推荐算法,即●对于车辆导航的路线优化问题,推荐使用A*算法和双向搜索算法。●处理结点权重的两种解决方案,对于规模相对较小的网络,推荐使用转换网络法;对于规模较大的网络(结点数1000以上),推荐使用直接计算法。……   
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