本發(fā)明涉及汽車駕駛速度規(guī)劃，具體為兼顧環(huán)境友好和隱私保護(hù)的智能汽車速度規(guī)劃方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、全球氣候變化問題日益嚴(yán)重，交通運(yùn)輸行業(yè)的碳排放已成為亟待解決的關(guān)鍵問題之一。交通運(yùn)輸不僅是溫室氣體排放的主要來源，而且過度的燃料消耗和空氣污染對環(huán)境和人類健康造成了嚴(yán)重影響。近年來，智能交通系統(tǒng)(its)和聯(lián)網(wǎng)自動駕駛車輛(認(rèn)證中心v)技術(shù)的快速發(fā)展，使得以減排為目標(biāo)的智能速度咨詢系統(tǒng)(isa)成為減少交通排放和優(yōu)化能源使用的重要手段。

2、目前的isa系統(tǒng)主要為單輛車輛提供速度優(yōu)化建議，然而，基于共識的速度咨詢系統(tǒng)(csas)則通過為車隊提供統(tǒng)一的速度建議，能夠顯著減少因頻繁加速和減速所帶來的能耗和排放。這類系統(tǒng)在保障隱私的前提下實現(xiàn)了車隊的速度優(yōu)化，但大多數(shù)采用集中式架構(gòu)，需要車輛將私有數(shù)據(jù)傳輸至中央服務(wù)器，這就帶來了潛在的信任風(fēng)險和數(shù)據(jù)泄露問題，此外，傳統(tǒng)的csas方案通常忽視了惡意車輛干擾的風(fēng)險以及混合動力交通環(huán)境的特殊性，為此，我們提出兼顧環(huán)境友好和隱私保護(hù)的智能汽車速度規(guī)劃方法及系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種兼顧環(huán)境友好和隱私保護(hù)的智能汽車速度規(guī)劃方法及系統(tǒng)，能夠為路段上的混合車隊推薦一個碳排放最小的共同速度，提出考慮實際的內(nèi)燃機(jī)汽車速度-直接碳排放和電動汽車速度-間接碳排放模型，引入?yún)f(xié)調(diào)因子α可以根據(jù)特定路段情況以及近期的優(yōu)化目標(biāo)來調(diào)整內(nèi)燃機(jī)汽車和電動汽車的排放權(quán)重。

2、根據(jù)本發(fā)明的第一方面，為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：兼顧環(huán)境友好和隱私保護(hù)的智能汽車速度規(guī)劃方法，應(yīng)用于動力類型混合的車隊速度規(guī)劃，包括以下步驟：

3、根據(jù)內(nèi)燃機(jī)汽車的發(fā)電機(jī)特性圖和電動汽車的電機(jī)效率map圖，結(jié)合碳排放因子，采用非線性最小二乘法擬合后計算得到速度-碳排放模型，從而分別計算得到燃油汽車與電動汽車在不同速度下的碳排放值；

4、采用paillier同態(tài)加密算法對車輛在不同速度下的碳排放值進(jìn)行加密，再采用eddsa簽名算法對車輛的駕駛信息數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字簽名；

5、接收車隊各車輛在進(jìn)行數(shù)據(jù)加密和簽名后的信息數(shù)據(jù)，并對所有加密的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)聚合和解密處理；

6、基于聚合后的駕駛信息數(shù)據(jù)計算出碳排放最小的共同速度，然后根據(jù)車輛位置和優(yōu)化目標(biāo)，并考慮約束條件以及減排目標(biāo)，生成優(yōu)化后的規(guī)劃速度；

7、將車輛上傳的所有加密數(shù)據(jù)和速度規(guī)劃過程的關(guān)鍵數(shù)據(jù)通過聯(lián)盟區(qū)塊鏈技術(shù)進(jìn)行記錄。

8、進(jìn)一步地，根據(jù)內(nèi)燃機(jī)汽車的發(fā)電機(jī)特性圖和電動汽車的電機(jī)效率map圖，結(jié)合碳排放因子，擬合構(gòu)建得到速度-碳排放模型，并根據(jù)速度-碳排放模型計算得到燃油汽車與電動汽車分別在不同速度下的碳排放值，具體如下：

9、(21)對于內(nèi)燃機(jī)汽車，根據(jù)其發(fā)電機(jī)萬有特性圖，通過擬合的方式得到車速v對應(yīng)的燃油消耗函數(shù)為：

10、

11、式中，a0，a1，a3，a4是油耗函數(shù)的擬合系數(shù)，油耗函數(shù)會根據(jù)不同類型的車輛有著不同的系數(shù)，具體參數(shù)以及擬合后的均方根誤差(rmsd)和r2值如表x所示，均方根誤差都低于0.13，r2值都高于0.9899，進(jìn)一步證明了擬合精度較高；

12、對于電車，根據(jù)其電機(jī)效率map圖，通過擬合的方式得到車速v對應(yīng)的能耗函數(shù)，擬合后的能耗函數(shù)為：

13、

14、式中，b0,b1，b2，b3，b4是能耗函數(shù)的擬合系數(shù)，能耗函數(shù)會根據(jù)不同類型的車輛有著不同的系數(shù)，具體參數(shù)以及擬合后的均方根誤差和r2值如表x所示，均方根誤差都低于0.15，r2值都高于0.9899，進(jìn)一步證明了擬合精度較高；

15、(22)燃油汽車的單位燃油碳排因子為2.37kgco2/l，計算出燃油汽車不同速度下的二氧化碳排放量fi為：

16、

17、式中，fi是燃油消耗量；

18、(23)根據(jù)電力平均二氧化碳排放因子為0.6668(kgco2/kwh)以及全國線路損失率為4.54(％)，計算得到電動汽車不同速度對應(yīng)下的碳排放量ej：

19、

20、式中，ej是電能消耗量。

21、進(jìn)一步地，采用paillier同態(tài)加密算法對車輛在不同速度下的碳排放值進(jìn)行加密，再采用愛德華茲曲線數(shù)字簽名算法對車輛的駕駛信息數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字簽名，具體如下：

22、(31)基站的paillier密鑰對生成：

23、基站首先選擇兩個大素數(shù)p和q，然后計算加密的模數(shù)n＝p×q，構(gòu)成公鑰的一部分；

24、接著基站計算n的卡邁克爾函數(shù)：

25、λ＝lcm(p_1,q_1)#(5)

26、式中l(wèi)cm表示最小公倍數(shù)；λ是解密所需的參數(shù)；

27、接著，定義線性函數(shù)基站選擇一個生成元g滿足：

28、gcd(l(gλmod?n2),n)＝1#(6)

29、然后，基站計算μ：

30、μ＝(l(gλmod?n2))-1modn#(7)

31、最后，生成paillier算法的公鑰(n,g)用于加密，私鑰(λ,μ)用于解密；

32、(32)用戶車輛的密文計算：

33、基站將其公鑰傳輸給所有在通信范圍內(nèi)的車輛，對于需要速度推薦的車輛，每輛用戶車輛使用基站的公鑰(n,g)來加密其私有數(shù)據(jù)，具體來說，每輛車選擇一個與n互質(zhì)的隨機(jī)正整數(shù)r，然后使用以下公式計算密文：

34、c＝gm·rn?mod?n2#(8)

35、其中，m代表車輛的私有數(shù)據(jù)，c是加密后的密文，g,n,r來自于上文計算的公鑰和私鑰；

36、(33)對私有碳排放數(shù)據(jù)進(jìn)行加密后，選擇愛德華茲曲線數(shù)字簽名算法，使用戶車輛能夠?qū)ι蟼鞯乃袛?shù)據(jù)進(jìn)行簽名。

37、進(jìn)一步地，接收車隊各車輛在進(jìn)行數(shù)據(jù)加密和簽名后的信息數(shù)據(jù)，并對所有加密的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)聚合和解密處理，具體如下：

38、(41)基站先根據(jù)愛德華茲曲線數(shù)字簽名算法進(jìn)行驗證數(shù)據(jù)是否來自合法車輛，若是，則對加密碳排放數(shù)據(jù)直接進(jìn)行加權(quán)聚合，如公式23所示，并對聚合之后的數(shù)據(jù)再利用基站的私鑰進(jìn)行解密；

39、

40、其中是內(nèi)燃機(jī)汽車碳排放fi(si)的密文，是電動汽車碳排放ej(sj)的密文；

41、(42)解密過程即根據(jù)公式計算得出聚合式的明文：

42、m＝l(cλmod?n2)·μmod?n#(10)

43、其中l(wèi)是線性函數(shù)n，μ，λ來自上文計算的公鑰和私鑰。

44、進(jìn)一步地，基于聚合后的駕駛信息數(shù)據(jù)計算出碳排放最小的共同速度，然后根據(jù)車輛位置和優(yōu)化目標(biāo)，并考慮約束條件以及減排目標(biāo)，生成優(yōu)化后的規(guī)劃速度，具體如下：

45、構(gòu)建速度優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)為：

46、

47、式中si表示車輛i的速度；

48、約束條件為：最小跟車距離約束、最高速度限制約束以及給所有車輛推薦一個共同速度約束；

49、s.t.?l1≤0#(12)

50、l2≤0#(13)

51、

52、式中，fi是內(nèi)燃機(jī)汽車的碳排放值，ej是電動汽車的碳排放值，α是協(xié)調(diào)因子，公式(12)是最小跟車距離約束，每輛車都需要和前車保持一定的安全跟車距離；公式(13)是要求每輛車都要遵循當(dāng)前道路的最高限速要求，這兩個約束保證了車輛的行駛安全，公式(14)則表示是給所有車輛推薦一個共同速度，式中si表示車輛i的速度。

53、根據(jù)本發(fā)明的第二方面，本發(fā)明提供一種兼顧環(huán)境友好和隱私保護(hù)的智能汽車速度規(guī)劃系統(tǒng)，用于實現(xiàn)上述的兼顧環(huán)境友好和隱私保護(hù)的智能汽車速度規(guī)劃方法，包括：

54、計算模塊，用于根據(jù)內(nèi)燃機(jī)汽車的發(fā)電機(jī)特性圖和電動汽車的電機(jī)效率map圖，結(jié)合碳排放因子，采用非線性最小二乘法擬合得到燃油消耗函數(shù)與電力能耗函數(shù)，從而分別計算得到燃油汽車與電動汽車在不同速度下的碳排放值；

55、加密模塊，用于采用paillier同態(tài)加密算法對車輛在不同速度下的碳排放值進(jìn)行加密，再采用eddsa簽名算法對車輛的駕駛信息數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字簽名；

56、聚合解密模塊，用于接收車隊各車輛在進(jìn)行數(shù)據(jù)加密和簽名后的信息數(shù)據(jù)，并對所有加密的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)聚合和解密處理；

57、規(guī)劃推薦模塊，用于基于聚合后的駕駛信息數(shù)據(jù)計算出碳排放最小的共同速度，然后根據(jù)車輛位置和優(yōu)化目標(biāo)，并考慮約束條件以及減排目標(biāo)，生成優(yōu)化后的規(guī)劃速度；

58、記錄模塊，用于將車輛上傳的所有加密數(shù)據(jù)和速度規(guī)劃過程的關(guān)鍵數(shù)據(jù)通過聯(lián)盟區(qū)塊鏈技術(shù)進(jìn)行記錄。

59、根據(jù)本發(fā)明的第三方面，本發(fā)明提供一種終端設(shè)備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器中并能夠在處理器上運(yùn)行的計算機(jī)程序，所述存儲器中存儲有能夠在處理器上運(yùn)行的計算機(jī)程序，所述處理器加載并執(zhí)行計算機(jī)程序時，采用了上述的兼顧環(huán)境友好和隱私保護(hù)的智能汽車速度規(guī)劃方法。

60、根據(jù)本發(fā)明的第四方面，本發(fā)明提供一種包含計算機(jī)可執(zhí)行指令的存儲介質(zhì)，所述計算機(jī)可執(zhí)行指令在由計算機(jī)處理器執(zhí)行時用于執(zhí)行上述的兼顧環(huán)境友好和隱私保護(hù)的智能汽車速度規(guī)劃方法。

61、本發(fā)明至少具備以下有益效果：

62、1、本發(fā)明考慮實際的混合動力環(huán)境，兼顧環(huán)境友好與隱私保護(hù)，通過優(yōu)化混合動力車隊的共同速度，顯著降低了整體碳排放量；

63、2、本發(fā)明實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的去中心化管理，確保了信息的不可篡改性和可追溯性，從而提升了系統(tǒng)的安全性和可信度；

64、3、本發(fā)明引入的動態(tài)協(xié)調(diào)因子使得政策制定者能夠根據(jù)實際情況靈活調(diào)整內(nèi)燃機(jī)與電動汽車的排放權(quán)重，增強(qiáng)了系統(tǒng)的適應(yīng)性和優(yōu)化效果；

65、4、本發(fā)明采用paillier同態(tài)加密和eddsa簽名算法，有效保護(hù)了車輛的隱私數(shù)據(jù)，防止數(shù)據(jù)泄露和惡意攻擊。

66、當(dāng)然，實施本發(fā)明的任一產(chǎn)品并不一定需要同時達(dá)到以上所述的所有優(yōu)點(diǎn)。