專利名稱：基于分層的路線計(jì)算的交通控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及汽車導(dǎo)航設(shè)備中用到的交通控制方法。
背景技術(shù)：
汽車導(dǎo)航領(lǐng)域中的路線選擇問(wèn)題可以歸結(jié)為拓?fù)鋵W(xué)中的路徑選擇問(wèn)題。在導(dǎo)航技術(shù)中，將交通網(wǎng)絡(luò)抽象為一個(gè)包含很多節(jié)點(diǎn)的拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)，然后通過(guò)最短路徑算法選擇一條從起點(diǎn)到終點(diǎn)的最短路徑。最短路徑算法包括分枝界定法、A3算法、Costed算法、爬山法、貪心算法等。但是，現(xiàn)實(shí)的交通網(wǎng)絡(luò)具有各種復(fù)雜因素，不同于理論上的數(shù)學(xué)模型。在現(xiàn)實(shí)中，最短路徑，無(wú)論距離最短還是時(shí)間最短，都不一定是行車意義上的最優(yōu)路徑。除行駛距離或行駛時(shí)間外，行車最優(yōu)路徑的選擇還需要考慮到很多無(wú)法預(yù)期或定量化的因素。例如，即使綜合考慮了道路等級(jí)、信號(hào)等待、轉(zhuǎn)向等待等因素而得到一條時(shí)間最短路徑，駕駛者尚需考慮諸如路面狀況對(duì)車輛磨損的承受程度、會(huì)車難易程度、路面清潔程度、駕駛視野是否開(kāi)闊、道路交通規(guī)則遵守狀況及突發(fā)情況發(fā)生概率等因素。這些因素對(duì)車輛、駕駛者的駕駛技術(shù)和注意力也是一種考驗(yàn)。這也是駕駛者一般不愿選擇時(shí)間最短但包括一些狹窄胡同及交通秩序混亂街道在內(nèi)的路徑，而寧愿多花一些時(shí)間，選擇次最短路徑，盡量走干道出行的主要原因。因此，絕對(duì)的距離或時(shí)間最短路徑往往并不是駕駛者愿意選擇的行車路徑。因此，最優(yōu)路徑應(yīng)指行車意義上的最優(yōu)路徑，不一定是現(xiàn)有的最短路徑算法所選擇出的時(shí)間或空間最短路徑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于分層的路線計(jì)算的交通控制方法，它可以結(jié)合交通網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際情況選擇一條行車意義上的最優(yōu)路徑。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是1、在包含固定節(jié)點(diǎn)數(shù)的交通拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)中有路徑起點(diǎn)、終點(diǎn)；2、利用層次策略將網(wǎng)絡(luò)分為不同層次，低層次網(wǎng)絡(luò)包含所有更高層次網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)格的邊，相鄰層次網(wǎng)絡(luò)具有公共節(jié)點(diǎn)；3、利用準(zhǔn)備算法求得在低層次網(wǎng)絡(luò)中從路徑起點(diǎn)、終點(diǎn)到達(dá)高層次網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)格的最短路徑和躍點(diǎn)；
4、將躍點(diǎn)加入到高層次網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)中，并利用最優(yōu)路徑算法找出該兩點(diǎn)間的最優(yōu)路徑；5、將所得最優(yōu)路徑與從低層次網(wǎng)絡(luò)中的起點(diǎn)、終點(diǎn)到各自躍點(diǎn)間最短路徑相連即得到在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中從起點(diǎn)到終點(diǎn)的最優(yōu)路徑。
本發(fā)明所具有的積極效果是因?yàn)楸景l(fā)明所采用的算法不僅僅單純考慮空間和時(shí)間因素，而且兼顧考慮了交通網(wǎng)絡(luò)的層次性特征，所以本發(fā)明所確定的最短路徑不但符合空間最短或時(shí)間最短原則，而且符合行車意義上的最優(yōu)路徑要求。同時(shí)，減少最優(yōu)路徑的搜索規(guī)模；提高了算法的運(yùn)行效率。


圖1交通網(wǎng)絡(luò)的規(guī)則網(wǎng)格圖2交通網(wǎng)絡(luò)層次劃分圖3求從M到N最短路徑的準(zhǔn)備算法圖4交通網(wǎng)絡(luò)(低層次網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?圖5交通網(wǎng)絡(luò)(高層次網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?圖6網(wǎng)絡(luò)中的起止兩點(diǎn)圖7A、B所在區(qū)域圖8準(zhǔn)備算法得出的路線與節(jié)點(diǎn)圖9加入到高層的A1、B1兩點(diǎn)具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
本發(fā)明的思路是，在包含固定節(jié)點(diǎn)數(shù)的交通網(wǎng)絡(luò)中，現(xiàn)有起止兩點(diǎn)，需計(jì)算最優(yōu)路徑，那么就采用層次策略根據(jù)道路等級(jí)建立拓?fù)潢P(guān)系，形成高低層次的節(jié)點(diǎn)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)，在低層次拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)中利用準(zhǔn)備算法計(jì)算出在高層次拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)中相應(yīng)的兩個(gè)最優(yōu)節(jié)點(diǎn)，然后以此為高層次拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的起止點(diǎn)利用最優(yōu)路徑算法得出最優(yōu)路徑，其與低層次拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)中的搜索路徑相聯(lián)便得出了整個(gè)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)中起止兩點(diǎn)的最優(yōu)路徑。
具體的實(shí)現(xiàn)方法是，1、在包含固定節(jié)點(diǎn)數(shù)的交通拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)中有路徑起點(diǎn)、終點(diǎn)；2、利用層次策略將網(wǎng)絡(luò)分為不同層次，低層次網(wǎng)絡(luò)包含所有更高層次網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)格的邊，相鄰層次網(wǎng)絡(luò)具有公共節(jié)點(diǎn)；3、利用準(zhǔn)備算法求得在低層次網(wǎng)絡(luò)中從路徑起點(diǎn)、終點(diǎn)到達(dá)高層次網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)格的最短路徑和躍點(diǎn)；4、將躍點(diǎn)加入到高層次網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)中，并利用最優(yōu)路徑算法找出該兩點(diǎn)間的最優(yōu)路徑；5、將所得最優(yōu)路徑與從低層次網(wǎng)絡(luò)中的起點(diǎn)、終點(diǎn)到各自躍點(diǎn)間最短路徑相連即得到在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中從起點(diǎn)到終點(diǎn)的最優(yōu)路徑。
以圖為例，為便于分析，可以將交通網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)化成規(guī)則格網(wǎng)，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的距離為d，如圖1。
網(wǎng)絡(luò)中路段按等級(jí)劃分為不同的類，層次以類劃分，每個(gè)層次中均包括所有更高層次中的路段，如圖2。
道路網(wǎng)絡(luò)分為子區(qū)，每個(gè)子區(qū)的邊界為低層次子區(qū)中的路段，子區(qū)為高層次網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)網(wǎng)格，子區(qū)之間共享邊界。上下相鄰的層次具有公共節(jié)點(diǎn)，即所有在較高層次中的節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)是聯(lián)系這一層次與低一級(jí)層次的紐帶。
在交通網(wǎng)絡(luò)中，將其自動(dòng)按道路級(jí)別分為低層次網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(如圖4)和高層次網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(如圖5)。
現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中有A、B起止兩點(diǎn)(如圖6)，需要在網(wǎng)絡(luò)中計(jì)算其間的最優(yōu)路徑。
首先在低層次網(wǎng)絡(luò)中以高層網(wǎng)格圍成的區(qū)域內(nèi)(如圖7)用準(zhǔn)備算法計(jì)算出到達(dá)高層網(wǎng)格的最短路線與A、B的躍點(diǎn)A1、B1(如圖8)，該節(jié)點(diǎn)本只屬于底層網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔?jié)點(diǎn)，現(xiàn)將其加入到高層網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔?jié)點(diǎn)中(如圖9)，接下來(lái)在高層拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)中，利用相關(guān)算法計(jì)算出最優(yōu)路線，將其與低層次拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)中的搜索路徑相聯(lián)便是整個(gè)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)中起止兩點(diǎn)的最優(yōu)路徑。
低層次拓?fù)渚W(wǎng)路中應(yīng)用的準(zhǔn)備算法。從幾何學(xué)中知道，兩點(diǎn)間直線最短。在錯(cuò)綜復(fù)雜的道路網(wǎng)上，任選兩點(diǎn)，其最短的路徑可暫設(shè)為一條從起點(diǎn)到終點(diǎn)的直線，但實(shí)際上這條直線作為一段道路存在的可能性極小，但這條從起點(diǎn)到終點(diǎn)的直線代表了一個(gè)路線的趨勢(shì)，順著這個(gè)方向的某條道路是最短路徑的可能性較大。在圖3中，求M點(diǎn)到N點(diǎn)的最短路徑，MN是連接起點(diǎn)M和終點(diǎn)N的直線，MN的長(zhǎng)度應(yīng)為M點(diǎn)到N點(diǎn)的最短路徑長(zhǎng)的下限值，如果MN直線作為網(wǎng)絡(luò)的一條邊存在，則MN直線即為M點(diǎn)到N點(diǎn)的最短路徑；如MN不是網(wǎng)絡(luò)中的一條邊，則在準(zhǔn)備算法中，從起點(diǎn)M出發(fā)找到一條邊，該邊與MN的夾角最小，即取|f(MN，MP)|＝min(|f(MN，MPk)|)k∈D，其中，D為所有與M點(diǎn)相連的節(jié)點(diǎn)的數(shù)目，f(11，12)為求直線11、12的夾角的函數(shù)。取P為當(dāng)前起點(diǎn)，替換M點(diǎn)，找下一個(gè)與PN直線夾角最小的邊，如此反復(fù)直至所得當(dāng)前起點(diǎn)P與終點(diǎn)N重合。這樣得到的一組路段即是起、止點(diǎn)間最短路徑的一個(gè)解(圖3中粗線為求得的最短路徑)。以上便是準(zhǔn)備算法的原理與描述。
層次策略的核心內(nèi)容——層次空間推理方法是根據(jù)一定規(guī)則將問(wèn)題按空間或任務(wù)劃分而進(jìn)行推理的空間分析方法。具有層次結(jié)構(gòu)的空間對(duì)象的劃分是分層或分區(qū)進(jìn)行的，每個(gè)層次或子區(qū)具有相同結(jié)構(gòu)、相同類型的對(duì)象和相同的關(guān)系操作。層次i+1是層次i的空間子集。層次空間中的對(duì)象、對(duì)象間關(guān)系及其操作，僅與被劃分成不同層次的同一任務(wù)有關(guān)。例如，在路徑選擇中，交通網(wǎng)絡(luò)中兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的最優(yōu)路徑的選擇是根據(jù)道路等級(jí)進(jìn)行的(高速公路、主要干道、一般公路、胡同與小路等)，而與其他不同的任務(wù)無(wú)關(guān)。
在交通網(wǎng)絡(luò)最短路徑算法中應(yīng)用層次空間推理，可以將路線選擇分層次地局限在交通網(wǎng)絡(luò)一定的子網(wǎng)絡(luò)中。這種方法類似于人工智能領(lǐng)域經(jīng)常使用的局部搜索法。與局部搜索法稍有不同的是，在局部搜索法中，算法遞歸的條件是判斷當(dāng)前解是否優(yōu)于已經(jīng)得到的最佳可行解，而在基于層次空間推理的最優(yōu)路徑算法中，算法遞歸的條件是判斷是否已達(dá)到最低層次。
權(quán)利要求
1.基于分層的路線計(jì)算的交通控制方法，其特征在于(1)在包含固定節(jié)點(diǎn)數(shù)的交通拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)中有路徑起點(diǎn)、終點(diǎn)；(2)利用層次策略將網(wǎng)絡(luò)分為不同層次，低層次網(wǎng)絡(luò)包含所有更高層次網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)格的邊，相鄰層次網(wǎng)絡(luò)具有公共節(jié)點(diǎn)；(3)利用準(zhǔn)備算法求得在低層次網(wǎng)絡(luò)中從路徑起點(diǎn)、終點(diǎn)到達(dá)高層次網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)格的最短路徑和躍點(diǎn)；(4)將躍點(diǎn)加入到高層次網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)中，并利用最優(yōu)路徑算法找出該兩點(diǎn)間的最優(yōu)路徑；(5)將所得最優(yōu)路徑與從低層次網(wǎng)絡(luò)中的起點(diǎn)、終點(diǎn)到各自躍點(diǎn)間最短路徑相連即得到在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中從起點(diǎn)到終點(diǎn)的最優(yōu)路徑。
全文摘要
本發(fā)明涉及汽車導(dǎo)航領(lǐng)域，為一種基于分層的路線計(jì)算的交通控制方法，它利用層次策略將交通網(wǎng)絡(luò)分為不同層次，由準(zhǔn)備算法求得從低層次網(wǎng)絡(luò)到達(dá)高層次網(wǎng)絡(luò)的路徑，并和在高層次網(wǎng)絡(luò)中求得的最優(yōu)路徑結(jié)合即得到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的最優(yōu)路徑。本發(fā)明解決了單純的最短路徑算法只能求出空間或時(shí)間最短路徑的不足，具有可以選擇出行車意義上的最優(yōu)路徑的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G08G1/00GK1948912SQ200610097190
公開(kāi)日2007年4月18日 申請(qǐng)日期2006年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月31日
發(fā)明者胥銳, 許正凱, 王文川 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所