基于無人駕駛共享車路徑優化的討論

唐靜媛1. 陳宇晴2.

湖南農業大學 理學院

基于無人駕駛共享車路徑優化的討論

唐靜媛1. 陳宇晴2.

湖南農業大學 理學院

本文主要對美國5號，90號，405號州際公路以及520國道的車流量及道路情況進行分析，就無人共享車的使用，在路網導航方面的作用進行討論。運用圖論和Dijkstra算法從網絡拓撲圖中找到最短路徑，以動態路徑規劃，計算權值，找到最優路徑。得出無人共享車及時分享路況信息，可為用戶提供規避交通堵塞和道路突發狀況的，更加便捷合理的出行路徑的結論。

無人駕駛共享車 圖論 Dijkstra算法

一、研究背景

隨著人們的生活水平不斷提高，出行方式的多樣化，使得道路交通面臨一個又一個的挑戰。為解決道路通行問題，無人共享車出現在了人們的視野中。其智能系統減少了制動時間和行車間距，也就間接地增大了道路通行能力。同時，無人共享車之間通過導航系統的信息傳遞，使得在路徑的選擇上更優化。

二、研究方法

最優路徑的最優標準影響著路段權值的設置，故分別討論最短路徑最優標準（車輛從起點到終點歲行駛的道路的長度最短）及最小時間最優標準（車輛從起點到終點所行駛的時間最短）兩種標準[1]。

（1）最短路程最優路徑

（2）最短時間最優路徑

其中Uij表示節點i和j節點之間的路段的權值，Lij表示道路上節點和節點之間的實際路程，Vij表示節點和節點之間車輛通行平均速度。允許通行表示節點和節點之間有實際的道路連接，禁止通行表示節點和節點之間無道路連接。

三、數據處理

選取了美國西雅圖5號公路，90號公路，405號公路，520號公路的五個道路交匯點作為無向圖的五個節點，如下圖：

圖1 節點圖

計算出當引入10%的無人駕駛車時，A-B路段，A-D路段，B-C路段，B-D路段，C-E路段，D-E路段的平均車流速度，從而得到平均時間。使用10%的無人駕駛車時，車流速度可以看做實際通行能力，實際通行能力的計算公式如下：

通過計算可以得到：

考慮到引進無人駕駛車時，無人駕駛車之間的最小安全間距會小于非無人駕駛車之間的最小安全距離，剎車時的反應時間也會降低，因此需要對公式進行修正，增加修正系數，得：

其中Nmax為道路最大交通量（即基本通行能力），Nk為道路可能通行能力，v為道路最高限速，t為制動反應時間，φ為路面摩擦系數，la為車輛間安全距離，lc為平均車身長度，k1、k2、k3、k4分別表示車道寬度修正系數、汽車類型修正系數、沿途條件修正系數以及車道數修正系數。

根據《美國公路通行能力手冊》[2]，取v=60mile/h≈96.56km/h，t=1.5s，φ=0.6，la=2.5m，lc=5m，假設修正系數?=0.8，計算出各路段的平均通過時間見下表：

表1 平均通過時間

假設我們要從D點到C點，有D-B-C與D-E-C兩條路徑可供我們選擇，在實際的車輛前進中，司機由于不知道路面的交通情況，通常會根據路程的長度來選擇出行路勁，采用最短路程最優路徑，運用Dijkstra's Algorithm計算出最優路徑為D-E-C，最短路程為17.73，引入無人駕駛車后通過無人駕駛車與非無人駕駛車的交互導航作用可以知道當前路況，因此可以采用最少時間最優路徑，運用Dijkstra's Algorithm計算出最優路徑為D-B-C，最少時間為3。

四、結論

無人共享車的使用能使得路況信息得到及時的分享，可為用戶提供規避交通堵塞和道路突發狀況的，更加便捷合理的出行路徑。因而，無人共享車的研究，是今后交通工具發展的方向，是解決道路交通問題的重要利器，是便利民生的絕佳機會。

[1]HongXiao, “The Research of Path Planning System Based on WANET and Real-time Traffic Information”, South China University of Technology, 2015.

[2]“Highway Capacity Manual”. Transportation Research Board , Washington,D.C.2001.ISBN 0-309-06681-6.

唐靜媛（1997.4-），女，漢族，湖南衡陽人，湖南農業大學理學院，本科學歷，研究方向：統計學；陳宇晴（1995.12-），女，漢族，福建莆田人，湖南農業大學理學院，本科學歷，研究方向：統計學。