顾及道路交叉路口转向的公路大件运输线路优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于智能交通技术领域，尤其涉及一种顾及道路交叉路口转向的公路大件 运输线路优化方法。
【背景技术】
[0002] 随着我国电力、能源、化工、建材等行业的快速发展和建设力度的加大，大件运输 行业也随之发展起来。与传统的运输方式相比，大件运输是指运输超长、超大、超重的大型 设备的一类运输，其运输的线路一般较长，需要运送的物资设备价格也相对昂贵，设计合理 的运输方案能大大提高运输作业的效率。公路运输作为大件运输的主要运输方式，不仅机 动灵活，可直接将设备运至现场，避免了其他运输方式的倒运环节，有效节省了工程成本。 而且即使利用水路或铁路进行某些重大物件运输时，在距离码头或火车站的这段路程最终 也要由公路运输来完成。因此，为公路大件货物运输方案设计一条最优的运输路径不仅是 许多运输承运单位的迫切需要，也能为大型工程项目设备运输的安全性和可靠性提供重要 保证。对公路大件运输方案进行必要的选线优化已经成为当前具有现实意义的课题。
[0003] 目前，道路网中进行路线规划一般通过最短路径分析法实现。为每条道路对应的 路径边设置权重值，例如可将权重值设为车辆通过该道路的时间，采用传统Dijkstra算法 即可求得相应权重下对应的最短路径。然而，对于大件运输方案的路径选择，由于其运输车 辆具有超高、超长及超重等特点，致使车辆在通行过程中受到诸多道路障碍的限制，例如运 输道路地级承载力的鉴别、运输道路弯道半径的要求、路面最大纵坡以及弯道的路面宽度 和横坡要求等，只考虑道路的长度对其运行时间的影响是远远不够的。事实上，在城市道路 交通系统中，运输车辆在不同道路交叉路口的转向耗时和限制存在着显著差异，对于公路 大件运输车辆而言，基本使用大型的平板挂车或拖车，其车型比较冗长，有的甚至采用桥式 挂车将两组平板挂车前后分开。在城市道路网的交叉路口处，大型货车尤其是铰接式货车 的转向会变得极不方便，与一般的小轿车相比，需要花费更多的时间。
[0004] 文中涉及如下参考文献：
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【发明内容】
[0016] 本发明的目的是提供一种顾及道路交叉路口转向的公路大件运输线路优化方法， 适用于大件运输车辆的路径规划。
[0017] 本发明采用如下思路：
[0018] 由于大件运输车辆自身的特点，转向成为路径规划中一个不可忽略的因素，它不 仅是道路网络从一个路段到另一个路段的过渡，标识了路段间的联通性，也制约了大件运 输车辆在整个行驶过程中的运输效率。实际情况中，道路交叉路口的转向包括直行、右转、 左转和回转掉头四种情况，而且不同大小的转角所产生的阻抗值（即权重）也是不同的。本 发明综合考虑了大件运输车辆通过路段的行驶时间和转向通行成本，建立基于道路转角权 重的转向成本模型，结合转向成本模型和最短路径分析法获得最优路径。
[0019] 为实现上述目的，本发明提供的顾及道路交叉路口转向的公路大件运输线路优化 方法，包括步骤：
[0020] 步骤1，基于原始道路图层数据构建道路网络数据模型；
[0021] 步骤2,基于道路网络数据模型构建道路转角权重辅助网，并对道路转角权重辅助 网中的辅助边赋权重值，本步骤进一步包括子步骤：
[0022] 2. 1获得道路网络数据模型中各道路边的辅助节点，即，以待选线路的起点和终点 分别作为起点和终点所在道路边的辅助节点，其他道路边以其中点作为辅助节点；
[0023] 2. 2连接联通的两条道路边的辅助节点获得辅助边，构成道路转角权重辅助网；
[0024] 2. 3以辅助边端点所在两道路边间转向的成本为辅助边权重，两道路边间转向的 成本采用转向成本模型获得，所述的转向成本模型采用如下方法构建：
[0025] (a)采集大件运输车辆在交叉路口附近的轨迹数据，所述的轨迹数据记录了离散 时刻及离散时刻下大件运输车辆的行驶速度、行驶方向、经炜度坐标；
[0026] (b)对轨迹数据进行拟合插值获得大件运输车辆在任意时刻的行驶速度，找寻大 件运输车辆转向过程中行驶速度拐点对应的时刻tl和t2,则大件运输车辆的转向延时T = t2_tl I，转角大小和对应的转向延时构成样本数据；
[0027] (C)分别针对左转和右转情况下的样本数据进行拟合，获得大件运输车辆转角和 转向延时之间的函数关系，即左转转向成本模型和右转转向成本模型；
[0028] 步骤3,基于道路转角权重辅助网生成网络数据集，考虑路径交叉口转向总权重和 路径总长度设置目标函数，采用最短路径分析法分析网络数据集，获得最优路径；
[0029] 步骤4,结合转角方向将步骤3获得的最优路径反推到道路网络数据模型中，获得 真实的最优路径。
[0030] 上述转向成本模型如下：
[0031] 当左转转角分别为[0°，10° )、[10°，20° )、[20°，30° )、[30°，40° )、 [40。，50。）、[50。，60。）、[60。，70。）、[70。，80。）、[80。，90。）、[90。，100。）、 [100。，120。）、[120°，135。）、[135°，150。）、[150。，180。）时，对应的转向成本分 别为 15、21、29、39、51、66、83、101、118、134、155、193、221、248 ;
[0032] 当右转转角分别为[0°，10° )、[10°，20° )、[20°，30° )、[30°，40° )、 [40。，50。）、[50。，60。）、[60。，70。）、[70。，80。）、[80。，90。）、[90。，100。）、 [100。，120。）、[120°，135。）、[135°，150。）、[150。，180。）时，对应的转向成本分 别为 15、16、18、21· 5、28、35、44、55、68、84、101、135、153、175。
[0033] 步骤1中所述的基于原始道路图层数据构建道路网络数据模型，具体为：
[0034] 预处理道路图层数据使道路图层数据与城市实际道路相符，进行拓扑检查，并将 道路在道路节点处打断，构建基于路段连接的道路网络数据模型。
[0035] 步骤2. 1中，若设置了待选线路的路经点，则以路经点为其所在道路边的辅助节 点。
[0036] 转角大小采用如下方法获得：
[0037] 以道路岔路口为原点0,以正东和正北方向分别为X轴和Y轴，构建XOY直角坐标 系；在该直角坐标系下，根据转向前和转向后车辆行驶方向与正北方向的夹角计算转角。
[0038] 转角采用如下转角模型获得：
[0039] (1)当 ΦΑ_ΦΒ<-180°，表示右转，转角大小为 Φ Α-ΦΒ+360° ;
[0040] (2)当-180。<