一种基于城市公交车车联网的城市出行优化路径算法*
张治中
【摘 要】近年来，对城市公交车车联网的研究和应用成为智慧城市研究的热点领域，其有助于最大限度地用好城市现有的道路基础设施，极大地方便城市居民的出现效率，迫切需要为城市交通出行提供出行计划、导航服务系统。以城市公交车大数据为基础，通过选定出行时间，将城市道路交通历史数据与实时数据，构建了一个以权重为基础的城市交通图模型，在此基础上提出了一个改进的Dijkstra算法，根据该算法可实时计算并确定最优路径，以此为城市出行提供实时优化路径导航。
【期刊名称】广西师范学院学报（自然科学版） 【年(卷),期】2019(036)002 【总页数】7
【关键词】公交车；大数据；车联网；导航
*基金项目：2013年度广西高校科学技术研究项目:基于物联网的车联网研究(2013YB348)
0 引 言
随着中国城市化建设进程的不断加快，城市道路公共资源的建设和容量远远滞后于城市人口的增长以及城市人口增长、经济社会发展对城市出行需求对道路公共资源的需求。与此同时为大力缓解城市居民对满足工作、学习、娱乐、休闲等方面的基本的出行需求，城市设计者和管理者加大了对公共交通[1,2]的投入和建设，特别是以公共汽车为代表的出行工具的建设和投入，使得城市的每一条主要街道都实现了公交车线路全覆盖。特别是在城市主要干道、政治、经
济、商业、文化、科技、教育等核心区域，更是实现了多条公交线路的交叉覆盖。
在大中城市中，以公交车为主要工作、休闲出行方式，请较高频次的班次安排(一般在10分钟左右一班车)，运行时间的良好覆盖(一般从早上5点左右首班发车，凌晨零点最后一班车)，这极大地保证了广大城市居民出行的需要。 城市公交车的覆盖面广，班次安排的高频次，为以公交车[3]车联网为基础的大数据收集并应用于城市交通出行带来了可能。公交车线路覆盖的城市交通线路，往往是一个城市政治、经济、商业、文化、科技、教育等的核心区，以公交车车联网为城市实时交通数据的收集、计算、应用，将极大地提高城市居民凭借公共交通工具、私家车量、公务车辆等优化出行需求的目的。是物联网技术在城市车联网领域研究与应用的新分支[4，5]。
城市交通畅通性是一个重要参数。畅通性是指车辆在城市道路实际平均行车时间与该路段最大允许行车速度所耗费时间的比值。这是单次运行畅通性。将这个数据累加后求年平均值，就形成了历史大数据的统计畅通概率。将同一时刻所有路段的概率作为权重，便形成城市交通畅通概率的一张图，当自驾出行的人或计划出行的人选定出行出发地、目的地、出行时间点(默认值为当前时间)，则系统就按照Dijkstra算法生成一个出行优化路径树，这个树就是所选时刻最优的路线图。当自驾车辆到达十字路口前可以选择线路前(直行、左行、右行)时，触发优化路径选择算法，给出以当前位置为起点的确定的最优路线图。 大数据反映的是该线路的道路重要性和周边商业、文化、居住等情况，代表的是一种历史性的出行行为习惯。而这种习惯的形成可能是一种无意识。该导航[6-10]系统就是要试图将这种“无意识”造成的城市交通资源的过分非均衡使
用通过系统干预，最终实现人们出行行为的理性选择，与城市道路资源的科学合理使用之目的，以便更好地服务于人们的工作、生活、娱乐、休闲与发展。 近年来，对城市公交车车联网的研究和应用成为智慧城市研究的热点领域，其有助于最大限度地用好城市现有的道路基础设施资源，极大地方便城市居民的出现效率，这将极大地有助于促进城市经济社会发展。本文的研究，旨在提出一种基于城市公交车车联网的城市出行优化路径算法，有利于充分利用城市现有道路交通资源，为城市居民提供更好的出行计划、导航服务。
1 城市公交车车联网体系结构
图1提出一种城市公交车车联网系统结构，其包括感知层、传输层、计算层、存储层、应用层等，符号物联网系统的典型特征。 1.1 感知层
城市公交车车联网既是一个城市交通大数据的感知载体，也是城市交通大数据挖掘与应用的实施载体，但其基础的功能便是通过有规律的班次发布、线路覆盖，把城市主要街道的路况信息通过在路基、路测、公交车站台部署的RFID系统以及北斗定位导航系统，把城市交通线路的畅通性路况信息以时间为轴及时感知并记录下大数据信息。 1.2 传输层
传输层负责把城市公交车车联网通过RFID、北斗定位导航系统所感知到的以公交车为载体感知到的路况信息，包括路段、方向、速度、时间等，及时、完整、安全地通过无线传输、有线光纤传输、卫星通信传输技术将数据传输至云存储中心，以确保公交车车联网实时感知数据得以存储下来。 1.3 计算层
一种基于城市公交车车联网的城市出行优化路径算法
