基于油耗與尾氣排放的車輛三維導航方法技術

一種基于油耗與尾氣排放的車輛三維導航方法，該方法通過DGPS實時定位車輛，獲取車輛位置信息，然后結合車輛的車型信息調用油耗與尾氣排放模型參數，以確定車輛在行駛過程中實時點能確保車輛油耗與尾氣排放最小的建議速度。同時，通過地圖匹配獲取車輛所在路網信息，推算路網上每一路段的平均速度，依據平均速度和電子地圖上的路段坡度調用相應的油耗與尾氣排放參數，計算得到路網上每一路段的油耗與尾氣排放量，然后將油耗與尾氣排放量作為交通阻抗的影響要素，對原交通阻抗進行修正，得到路網上每一條路段的新的交通阻抗，最后，基于新的交通阻抗網絡對車輛進行最小路徑規劃。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種，該方法的基本原理是將車輛油耗與尾氣排放作為道路阻抗的考慮要素之一，進行路徑誘導，同時車輛行駛時實時建議速度以減少油耗和尾氣排放。本專利技術所指的三維導航技術是指在獲取經緯度和海拔高度信息的基礎上對車輛的定位與導航。本專利技術屬于車輛油耗與尾氣排放控制領域。
技術介紹
目前“節能減排”已成為國民經濟和現代交通業發展的基本戰略，國家中長期科技發展規劃也將減少交通能源消耗與環境污染問題作為交通科技發展的優先主題。為有效減少交通能源消耗與環境污染，需要在各個層面、各個環節采取綜合治理措施，在繼續優化道路網等級結構和建設質量的同時，從機動車研制、開發，替代燃料與新型動力研發與技術推廣，既有車輛監測、維護與淘汰等諸多方面著手，多管齊下、標本兼治，提高車輛節能與減排的整體水平。車載導航技術是現代多學科的高新技術結晶，它綜合了導航衛星及目標定位技術，陀螺儀等傳感技術，GIS數字電子地圖技術，城市智能化交通管理技術，GSM動態導航通訊業等高新技術的成果。目前，全球導航系統主要包括美國GPS系統、俄羅斯格洛納斯系統、歐洲正在建設中的伽利略系統以及中國北斗系統。中國的車載導航技術經過十年的市場培育，用戶目標與需求已逐步明確。隨著技術研發、市場培育的逐步完善，車用導航裝置應用市場業已啟動和日臻成熟，現在已逐步進入道路交通行業應用的高速發展時期。隨著經濟發展和道路建設的推進，內涵更豐富的三維立體導航地圖將逐年以更新的面貌推向市場。事實上，隨著國內油價的不斷企高，無論是個人還是運輸企業，都很關注汽車在行駛過程中的省油性能，因此從用戶經濟利益出發，利用一定的技術手段控制私家車和營運車輛的單車油耗不失為節能減排的一條有效途徑。另一方面，加裝車載GPS等行車導航設備的車輛逐年增多，基于安全預警和監控考慮在營運車輛上統一安裝GPS定位系統和行車記錄儀等設備或將成為趨勢，若能將GPS導航技術與油耗控制技術有機結合，這將為車輛行駛過程中的節能減排提供新的技術思路。
技術實現思路
技術問題本專利技術的目的是提供一種基于車輛油耗與尾氣排放的車輛導航方法，對傳統的車輛導航方法框架做出改進設計，以減少車輛行駛過程中的油耗與尾氣排放，為道路交通節能減排提供新型技術支撐。本專利技術的技術問題主要包括兩方面，一方面通過獲取車輛在現行道路上某點處的坡度，結合車輛對應車型的油耗和尾氣排放控制參數，給出車輛在該點的速度建議；另一方面，預測路網上每條路段的平均速度，進而結合對應車型的油耗和尾氣排放控制參數，預測每一條路段上的油耗和尾氣值，然后將預測到的油耗和尾氣值作為該車輛在路網中進行路徑規劃中路段阻抗函數的自變量之一，修正阻抗函數，以達到在路徑選擇中考慮油耗和尾氣排放的目的。技術方案一種，步驟I設定車型信息，調用與之相對應的油耗與尾氣排放模型參數庫；同時通過差分定位DGPS定位車輛，獲取車輛實時所在點i的經度Lix、緯度Liy、和海拔高度Liz ；(I)啟動導航系統后，需要首先確定車輛車型信息，所述車輛車型信息包括車型/代表車型和載重，車型/代表車型由汽車制造商在汽車出廠時確定，載重由車主在行駛前人工輸入；然后導航系統基于車型信息調用對應油耗和尾氣排放參數庫，所述油耗和尾氣排放參數庫包括單位行程油耗、單位行程HC排放因子、單位行程CO排放因子、單位行程NOx排放因子，(2)定位模塊采用差分定位DGPS，它的一個特點是定位精度高，能實現亞米級的定位精度，(3)DGPS每隔Is自動獲取車輛實時所在點i的位置信息，這樣就在行駛過程中獲得了一系列點且表示為i=l、2、3、4、5…的經度，緯度和海拔高度，其符號表示分別為Lix’，Liy Liz,步驟2根據定位獲得的一系列點i=l、2、3、4、5…的位置信息，推算每一點的坡度ε i，然后調用坡度調用油耗與尾氣排放模型參數庫，得出坡度為ε i時不同速度情況下對應油耗與尾氣排放單位行程總指標，選取總指標最小的速度值作為優化速度值，由此得到速度優化結果，步驟2. I依靠定位獲得的經度Lix、緯度Liy和海拔高度Liz，速度優化模塊首先根據公式(1)、(2)計算在i點時海拔高度的變化Ahi和水平行駛路徑的變化△&，然后根據公式(3)推算車輛實時所在點的坡度Si,Ahi = Liz-L(H)z(O_8] As=^(/..,-L(j.lK)-+(/,v-L .1)v)2 (2)Liz, Lix, Liy分別為點i的海拔高度、經度和緯度L(i_1)z、L(i_1)x、L(i_1)y分別為點i-1的海拔高度、經度和緯度AU__,ZrB \y VS1- = tan (——L)⑴Aslε i為車輛實時所在點i的坡度Ahi為車輛在垂直于路面方向上的海拔高度的變化Δ Si為水平行駛路徑的差值，步驟2. 2速度優化模塊以車輛所在點的實時道路坡度ε i為輸入變量，根據模型參數庫中對應車型和載重預設的速度、道路坡度與油耗和尾氣排放單位行程總指標之間的量化關系，動態地給出該車輛保持最小油耗與尾氣排放的實時行車速度建議值SF，I)道路坡度ε i已知后，調用油耗與尾氣排放參數庫中與之對應的參數，就能得到此坡度下不同的速度和不同油耗和尾氣排放單位行程總指標并由公式(4)計算得到的對應關系。Hs — Y S0HS0+ Y S1Hsi+ Y S2H52+ Y S3HS3⑷Hs是速度為S時對應的油耗和尾氣排放單位行程總指標；Hso, Hsi, Hs2, Hs3分別指速度為S時對應的單位行程油耗指標、HC單位行程排放指標、CO單位行程排放指標和NOx單位行程排放指標，Y so> Y S1> Y S2> Ys3為對應指標HS(I、HS1、HS2、HS3的參數,表示不同指標在油耗與尾氣排放總指標中的權重，可根據不同地域的燃料價格、環境狀況、限制政策等進行標定或修正，2)得到速度S及其對應油耗與尾氣排放單位行程總指標Hs后，用“冒泡排序法”求出使得總指標Hs最小的對應速度SF，Sf即為車速優化的結果，模型參數庫中，速度為一系列的離散值，采用冒泡排序法求出油耗與尾氣排放最小總指標，此總指標對應的速度即為車速優化結果，“冒泡排序法”的基本原理是依次比較相鄰的兩個數，將小數放在前面，大數放在后面，步驟如下第一趟首先比較第I個和第2個數，將小數放前，大數放后，然后比較第2個數和第3個數，將小數放前，大數放后，如此繼續，直至比較最后兩個數，將小數放前，大數放后。至此第一趟結束，將最大的數放到了最后；第二趟仍從第一對數開始比較；，將小數放前，大數放后，一直比較到倒數第二個數；第二趟結束，在倒數第二的位置上得到一個新的最大數，如此下去，重復以上過程，直至最終完成排序，就將最小的數放到了最前面，步驟2. 3每隔10s，將車速優化的結果作Sf為信息發布模塊的輸入，以合成語音和文字顯示方式提示用戶應保持的優化車速，以便減少油耗和尾氣的排放；步驟3根據定位信息，通過地圖匹配獲取車輛所在路網信息，進而推算路網上每一路段的平均速度Sk，依據平均速度和電子地圖上的路段坡度調用相應的油耗與尾氣排放參數，計算得到路網上每一路段的油耗與尾氣排放量，然后將油耗與尾氣排放量作為交通阻抗的影響要素，對原交通阻抗進行修正，得到路網上每一條路段的新的交通阻抗，最后，基于新的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于油耗與尾氣排放的車輛三維導航方法，其特征在于，步驟1設定車型信息，調用與之相對應的油耗與尾氣排放模型參數庫；同時通過差分定位DGPS定位車輛，獲取車輛實時所在點i的經度Lix、緯度Liy、和海拔高度Liz；(1)啟動導航系統后，需要首先確定車輛車型信息，所述車輛車型信息包括車型/代表車型和載重，車型/代表車型由汽車制造商在汽車出廠時確定，載重由車主在行駛前人工輸入；然后導航系統基于車型信息調用對應油耗和尾氣排放參數庫，所述油耗和尾氣排放參數庫包括單位行程油耗、單位行程HC排放因子、單位行程CO排放因子、單位行程NOX排放因子，(2)定位模塊采用差分定位DGPS，它的一個特點是定位精度高，能實現亞米級的定位精度，(3)DGPS每隔1s自動獲取車輛實時所在點i的位置信息，這樣就在行駛過程中獲得了一系列點且表示為i=1、2、3、4、5…的經度，緯度和海拔高度，其符號表示分別為Lix，，Liy，Liz，步驟2根據定位獲得的一系列點i=1、2、3、4、5…的位置信息，推算每一點的坡度εi，然后調用坡度調用油耗與尾氣排放模型參數庫，得出坡度為εi時不同速度情況下對應油耗與尾氣排放單位行程總指標，選取總指標最小的速度值作為優化速度值，由此得到速度優化結果，步驟2.1依靠定位獲得的經度Lix、緯度Liy和海拔高度Liz，速度優化模塊首先根據公式（1）、（2）計算在i點時海拔高度的變化Δhi和水平行駛路徑的變化Δsi，然后根據公式（3）推算車輛實時所在點的坡度εi，Δhi＝Liz?L(i?1)z???????????????????（1）Δsi=(Lix-L(i-1)x)2+(Liy-L(i-1)y)2---(2)Liz、Lix、Liy分別為點i的海拔高度、經度和緯度L(i?1)z、L(i?1)x、L(i?1)y分別為點i?1的海拔高度、經度和緯度ϵi=tan-1(ΔhiΔsi)---(3)εi為車輛實時所在點i的坡度Δhi為車輛在垂直于路面方向上的海拔高度的變化Δsi為水平行駛路徑的差值，步驟2.2速度優化模塊以車輛所在點的實時道路坡度εi為輸入變量，根據模型參數庫中對應車型和載重預設的速度、道路坡度與油耗和尾氣排放單位行程總指標之間的量化關系，動態地給出該車輛保持最小油耗與尾氣排放的實時行車速度建議值SF，1)道路坡度εi已知后，調用油耗與尾氣排放參數庫中與之對應的參數，就能得到此坡度下不同的速度和不同油耗和尾氣排放單位行程總指標并由公式（4）計算得到的對應關系。HS＝γS0HS0+γS1HS1+γS2HS2+γS3HS3??????????????????????(4)HS是速度為S時對應的油耗和尾氣排放單位行程總指標；HS0、HS1、HS2、HS3分別指速度為S時對應的單位行程油耗指標、HC單位行程排放指標、CO單位行程排放指標和NOX單位行程排放指標，γS0、γS1、γS2、γS3為對應指標HS0、HS1、HS2、HS3的參數，表示不同指標在油耗與尾氣排放總指標中的權重，可根據不同地域的燃料價格、環境狀況、限制政策等進行標定或修正，2)得到速度S及其對應油耗與尾氣排放單位行程總指標HS后，用“冒泡排序法”求出使得總指標HS最小的對應速度SF，SF即為車速優化的結 果，模型參數庫中，速度為一系列的離散值，采用冒泡排序法求出油耗與尾氣排放最小總指標，此總指標對應的速度即為車速優化結果，“冒泡排序法”的基本原理是：依次比較相鄰的兩個數，將小數放在前面，大數放在后面，步驟如下：第一趟：首先比較第1個和第2個數，將小數放前，大數放后，然后比較第2個數和第3個數，將小數放前，大數放后，如此繼續，直至比較最后兩個數，將小數放前，大數放后。至此第一趟結束，將最大的數放到了最后；第二趟：仍從第一對數開始比較；，將小數放前，大數放后，一直比較到倒數第二個數；第二趟結束，在倒數第二的位置上得到一個新的最大數，如此下去，重復以上過程，直至最終完成排序，就將最小的數放到了最前面，步驟2.3每隔10s,將車速優化的結果作SF為信息發布模塊的輸入，以合成語音和文字顯示方式提示用戶應保持的優化車速，以便減少油耗和尾氣的排放；步驟3根據定位信息，通過地圖匹配獲取車輛所在路網信息，進而推算路網上每一路段的平均速度Sk，依據平均速度和電子地圖上的路段坡度調用相應的油耗與尾氣排放參數，計算得到路網上每一路段的油耗與尾氣排放量，然后將油耗與尾氣排放量作為交通阻抗的影響要素，對原交通阻抗進行修正，得到路網上每一條路段的新...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：任剛，樂晨，趙星，范超，
申請(專利權)人：東南大學，
類型：發明
國別省市：