專利名稱：一種基于移動導航系統(tǒng)的路徑搜索方法
技術領域：
本發(fā)明涉及移動導航中的路徑搜索領域，特別地，涉及一種基于移動導航 系統(tǒng)的路徑搜索方法。
背景技術：
移動導航系統(tǒng)一般分為以下幾個模塊:導航數(shù)據(jù)載入，導航地圖顯示，導 航路徑搜索，導航提示分析模塊。移動導航系統(tǒng)通過GPS設備實時接收當前位置，在導航過程中有時需要進 行路徑重算，并且由于移動設備的硬件資源受限，所以對路徑搜索算法的效率 和內(nèi)存消耗方面要求較嚴格。在導航路徑搜索中，當前一般采用的方法主要是基于Dijkstm算法進行搜索 的，該方法是面向路徑搜索的通用型方法，沒有充分利用導航系統(tǒng)的特征，并 且在搜索的擴散過程中需要記錄的節(jié)點數(shù)較多，耗費的內(nèi)存較多，并且效率較 低，特別是在移動導航系統(tǒng)中， 一般的移動設備硬件資源受限，更加突出了傳 統(tǒng)方法的資源耗費和效率較低問題。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種基于移動導航系統(tǒng)的路 徑搜索方法。應用本發(fā)明的方法，搜索過程中擴展的節(jié)點數(shù)大大減少，這樣便 減少了內(nèi)存的占用，提高搜索效率。本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的 一種基于移動導航的路徑搜 索方法，包括以下步驟選取目標點；將目標點和出發(fā)點的坐標轉化為投影坐 標，綁定到地圖上道路網(wǎng)絡中最近的路上；記錄當前目標點作為下次目標點綁 定的啟發(fā)信息；根據(jù)綁定后的出發(fā)點和目標點以及當前的行駛方向，該方向以 正北作為0度，來自GPS模塊，轉化為弧度單位，在路網(wǎng)上進行拓撲路徑搜索。路徑搜索完畢，返回搜索結果。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明充分利用了目標點的坐標位置已知的信息， 通過啟發(fā)搜索，減少搜索擴散過程中擴散的節(jié)點數(shù)，從而減少搜索過程載入內(nèi) 存的數(shù)據(jù)量，提高搜索效率。測試發(fā)現(xiàn)，在搜索距離出發(fā)點不超過半個路網(wǎng)的 半徑距離內(nèi)的目標點時，使用本發(fā)明的擴散節(jié)點數(shù)是一般方法擴散節(jié)點數(shù)的 25%;而在超過了半個路網(wǎng)之外的目標點的搜索上，其擴散節(jié)點數(shù)也可達到一般 方法的50%;從而擴散節(jié)點數(shù)大幅減少，載入的內(nèi)存成相應減少，效率得到提 高。


圖1是本發(fā)明基于移動導航系統(tǒng)的路徑搜索方法流程圖； 圖2是綁定道路流程圖。
具體實施方式
本發(fā)明所依據(jù)的原理是將道路網(wǎng)絡的拓撲鄰接信息提取出來作路徑分析， 道路網(wǎng)絡包含拓撲節(jié)點和拓撲邊結構，邊中含有長度信息，作為路徑搜索時的 權重信息，拓撲節(jié)點和拓撲邊存有網(wǎng)絡對象的鄰接關系。利用目標點坐標位置 已知的信息作為啟發(fā)信息，利用當前節(jié)點到目標點的直線距離作為搜索過程的 啟發(fā)值，加快搜索。本發(fā)明的路徑搜索方法，包含以下步驟1. 選取目標點可通過觸摸筆在地圖上選取，也可通過選取興趣點，設為目標點；出 發(fā)點是根據(jù)GPS模塊實時地位得到的當前位置；2. 出發(fā)點和目標點綁定到最近道路 將目標點和出發(fā)點轉化為投影坐標，綁定到地圖上道路網(wǎng)絡中最近的路上；記錄當前目標點作為下次目標點綁定的啟發(fā)信息，初始設置上次 目標點為位置為(0， 0);2.1先綁定目標點，判斷當前目標點是否在上次的目標點附近(如在容忍距離50米內(nèi))，若是，則直接使用上次綁定結果，不需要進行綁定，否則轉綁定(綁定步驟見下)；2.2根據(jù)目標點的綁定結果(包含綁定到路的距離，綁定到的路的GRL (地理資源定位)信息，綁定到路上的位置)，判定目標點是否在 搜索路網(wǎng)上，若不在，則轉4;否則更新上次目標點綁定結果，轉 下步；2.3綁定出發(fā)點，出發(fā)點位置來自GPS模塊的當前位置，也即導航設 備當前位置，和目標點不同，這里直接進行綁定，若綁定結果判斷 出發(fā)點不在路網(wǎng)上，則轉4;否則轉下步；3.搜索路徑3.1轉化綁定點為拓撲節(jié)點對-該拓撲節(jié)點對含以下信息節(jié)點坐標位置，出發(fā)點到節(jié)點方向 (正北為0弧度)，出發(fā)點到當前節(jié)點實際距離；;根據(jù)所在的道路GRL得到對應的網(wǎng)絡拓撲邊，分別記錄出發(fā)點和目標點對應的拓撲節(jié)點對，記錄綁定的點到該拓撲邊的兩個端節(jié)點的距離；3.2判斷出發(fā)點和目標點是否在同一條網(wǎng)絡邊上，若是，則轉3.3;否則轉3.4; 3.3兩點同邊的特殊情況處理若當前方向cur一diK0，認為是不考慮方向信息，則直接取出出 發(fā)點和目標點之間的路段信息，將該路段信息轉為路徑結果，轉4;否則，計算得出發(fā)點到目標點的直線方向dirl，比較cur一dir和 dirl，如果兩個方向的角度偏差在(-90， 90)度，取出出發(fā)點與目 標點之間的路段信息，轉為路徑結果，轉4;否則，計算得出發(fā)點與目標點之間的中間節(jié)點，該節(jié)點滿足條 件從出發(fā)點到該節(jié)點方向dir2和dirl反向(相差超過90度)， 取得路段road_segment—sm(出發(fā)點start到中間點middle)和路段 roacLsegmenLme(中間點middle到目標點end),將路段信息轉為路 徑結果，轉4; 3.4根據(jù)GPS當前前進方向，調(diào)整出發(fā)點拓撲點對如果當前GPS方向O，表示不關注方向；不做調(diào)整，否則，根 據(jù)前進方向，選擇出發(fā)拓撲點對中的方向較接近GPS前進方向的 拓撲節(jié)點作為出發(fā)節(jié)點； 3.5搜索拓撲最短路徑拓撲邊以道路長度作為權重；最短路徑搜索算子的中間搜索對象為PathNode,PathNode含有 如下信息是否終點b—target,當前對應拓撲節(jié)點nw—node,路徑 對應上個PathNode: previousjathNode,累計出發(fā)點到當前節(jié)點距 離accu—weight—from， 當前節(jié)點至lj目標點啟發(fā)值accu—weight—to; 3.5.1準備出發(fā)拓撲點根據(jù)出發(fā)點拓撲點對，即當前綁定到的最近道路對應的拓撲 邊的兩個拓撲端點，生成出發(fā)PathNode,插入待擴展節(jié)點集合 extandable—nodes, extandable—nodes集合中對象的先后關系采用 accu—weight—from + accu一weight一to做比較； 3.5.2準備目標拓撲點根據(jù)目標點拓撲點對，生成兩個PathNode,插入目標 PathNode集合target—nodes;并記錄目標點位置target_pos，作 為啟發(fā)值搜索之用； 3.5.3路徑擴散搜索初始化-初始化當前搜索結果current—result為無效； 3.5.4從extandable—nodes 中取出第 一 個PathNode作為 currentjath一node，判斷current_path—node是否目標點，若是， 記錄當前搜索結果為有效current—result,轉3.5.8;否則，轉3.5.5擴散當前節(jié)點取出所有和current_path_node對應拓撲節(jié)點cur_nw—node鄰 接并且以cuiLnw—node為起始節(jié)點的拓撲邊集合adjacent—edges; 通過鄰接邊adjacent一edges取得當前nw一node的鄰居節(jié)點集合； 3.5.6判斷鄰接節(jié)點neighbour—nw_node是否待擴展節(jié)點對每個令卩居節(jié)點neighbour_nw_node，判斷neighbour—node 是否在待擴展節(jié)點集合expandable一nodes中；若不在，則新生成一個PathNode-other_path—node;否貝廿，從expandable—nodes中取出對應于neighbour_nw—node 的PathNode作為other_path—node;若neighbour_nw_node是已經(jīng)擴展過的節(jié)點(visited—nodes)或 者otherjpath_node->accu—weight—from <=9current_path—node->accu—weight—from + neighbour—nw—edge->length,也即當前累計長度比新的累計長度 來得更短，則不做更新，轉3.5.8;3.5.7 設置 other_path—node,更新待擴展節(jié)點集合 expandable—nodes:otherjpath_node->previous_path_node=current_path_node， other_path—node_>accu_weight—from = current_path—node->accu—weight—from + neighbour_nw_edge->length; other_path_node->accu_weight_to -— neighbour—nw—node->pos 至廿 target_pos 的直線距離；將 other_path—node插入或者更新expandable—nodes;3.5.8 將current_path—node插入已擴展節(jié)點集合visited—nodes,轉 3.5.4;3.5.9判斷當前搜索結果是否有效若current—result無效，轉4;否則，轉下步； 3.5.10路徑生成根據(jù)當前記錄節(jié)點 current_path—node ， 通過 cunrent_path—node->previous_path—node 逐個得至!]經(jīng)過的 nw—edge,插入路徑隊列deque_topo_path的前端，生成路徑搜 索結果currrent_result; 4.路徑搜索完畢，返回搜索結果； 綁定道路，包含以下步驟1. 生成選擇矩形框 根據(jù)當前點的坐標位置curjos，生成選擇矩形框cur_rect;2. 搜索選擇矩形框內(nèi)地理對象使用cur一rect在地圖數(shù)據(jù)中進行搜索，若cur—rect包含了當前地圖的 范圍矩形map一rect，則轉7;否則，根據(jù)地圖數(shù)據(jù)已建立的網(wǎng)格索引，得到cur一rect對應的網(wǎng)格 中的所有道路對象roads;若roads為空，將cur一rect按1.5的比例擴大，轉2;3. 初始化綁定結果根據(jù)cur_pos附近100米作為容忍距離計算得容忍框tol—rect;初始化cur_pos到綁定道路bind_road的最近距離min一dis =無窮大；bind—road 初始化為空對象；4. 判斷mads集合是否為空若為空，轉7，否則，轉5;5. 使用tol一rect過濾roads從roads中取出一條road,每條road記錄了本身控制點所在的范圍 road—bound;判斷road—bound是否和tol_rect相交，若相交，轉6;否貝廿， 轉4;6. 計算當前最短距離，更新綁定結果計算cur_pos到road的最短距離cur—dis，如果cur—dis < min_dis;更 新min_dis = cur一dis;更新bind_road為road;轉4;7. 返回綁定結果當前綁定的道路bind_road，以及當前綁定的距離min—dis; 本發(fā)明的具體流程見附圖1，附圖2。下面參照附圖詳細說明本發(fā)明的具體 實施例，本發(fā)明的目的和效果將變得更加明顯。 實施例1以杭州城市為例，當前出發(fā)位置為(30.26331， 120.12111)，方向為(107.94 度)，選取目標點為(30.27751， 120.18615)。1. 選取目標點 獲得當前位置和方向，轉化為投影坐標， 出發(fā)點投影位置位置為(3531330.1， 13349507.2), 目標點投影位置為(3533340.3,1335664.2); 方向為1.88391弧度；2. 綁定道路出發(fā)點最近道路為浙大路，綁定距離為23米， 目標點綁定最近道路為凱旋路，綁定距離為47米；3. 將綁定結果轉化為拓撲節(jié)點對-出發(fā)拓撲節(jié)點對為start—nw—nodel:坐標(3531328.2， 13350005.1), 方向(1.91815弧度)， 距離(578.863米)；start_nw—node2:坐標(3531540.1， 13349424.5),方 向(5.06033弧度)，距離(37.9865米)； 目標拓撲節(jié)點對為end—nw—nodel:坐標(3533118.1， 13356643.1)，方向(3.08267),距離 (102.926米)；end—nw—node2:坐標(3533118.1， 1336657.07)，方向(6.27069)，距離 (220.44米)；4. 根據(jù)綁定結果，出發(fā)點和目標點不在同一條路上，轉5搜索拓撲路徑；5. 根據(jù)GPS方向調(diào)整出發(fā)拓撲點對start—nw—nodel方向(1.91815弧度)和GPS前進方向(1.88391弧度) 更接近，設置start一nw一node2 二 start—nw—node 1;6. 初始化當前搜索結果current—result無效，根據(jù)GPS當前傳來方向(1.88391 弧度)，在杭州主要街道網(wǎng)絡上進行路徑搜索；7. 若extandable一nodes為空，則轉12;否則從 extandable一nodes 中取出第一個 PathNode 作為 currentjpath—node,current_path__node的各禾中屬性如下坐標位置(3531328.2 ， 13350005.1 ) , accu—weight_from=578.86, 3ccu_weight—to =判斷current_path_node不是目標點；8. 擴散current_path—node:取出鄰接拓撲邊集合adjacent_edges(3條);通過鄰接邊adjacent_edges取 得當前nw—node的鄰居節(jié)點集合；9. 對每個鄰居節(jié)點neighbour_nw_node，處理并更新帶擴散和已訪問節(jié)點集合。取第一個neighbour_nw_node為例，neighbour—nw_node對應的鄰接邊長 度neighbour一nw一edge->length = 617.08米，判斷neighbour—node不在擴展節(jié)點集合expandable—nodes中，則新生成一 個PathNode-other_path_node;10. 設置otherj)ath一node，更新expandable—nodes: other_path—node->previous_path_node=current_path_node, otherjpath—node->accu—weight_from=urrent_path_node->accu_weight_from + neighbour_nw—edge->length;other_path—node->accu_weight_to = neighbour一nw一node->pos (3531328.2, 13350005.1)到targetjos (3533340.3,1335664.2)的直線距離(7442米)； 將other_path—node插入expandable—nodes;處理下個neighbour—nw—node直至U當前neighbour—nw—node集合處理完；11. 將currentjath—node插入已擴展節(jié)點集合visited—nodes，轉7，取下個擴 散節(jié)點；12. 判斷currentj"esult是否有效，若無效，轉14;否則，轉13;13. 路徑生成 根據(jù)當前記錄節(jié)點current_path_node(accu—weight—from= 8107,556， accu_weight—to = 0, 坐標位置 (3533118.1, 1336657.07);通過currrent_path—node->previous_path—node逐個得到經(jīng)過的nw—edge,插入路徑隊列deque_topo_path的前端，生成路徑搜索結果currrent—result;14. 搜索完畢，返回搜索結果。 實施例2:以杭州城市為例，當前出發(fā)位置為(30,26331，120.12111)，方向為 (107.94度),選取目標點為(30.27751， 120.18615)。 轉化為投影坐標結果為出發(fā)點投影位置位置為(3531330.1， 13349507.2)，目標點投影位置為(3533340.3, 1335664.2);方向為1.88391弧度； 綁定到最近道路結果為出發(fā)點最近道路為浙大路，綁定距離為23米，目標點綁定最近道路為凱旋路，綁定距離為47米； 路徑搜索結果為擴散節(jié)點數(shù)為55，路徑總長為8107.556米，路徑經(jīng)過道路為依次為 浙大路-》曙光路-》體育場路-》凱旋路； 上述實施例用來解釋說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進行限制，在本發(fā)明的 精神和權利要求的保護范圍內(nèi)，對本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本發(fā) 明的保護范圍。
權利要求
1. 一種基于移動導航的路徑搜索方法，其特征在于，包括以下步驟A.選取目標點，可通過觸摸筆在地圖上選取，也可通過選取興趣點，設為目標點；出發(fā)點是根據(jù)GPS模塊實時地位得到的當前位置。B.將目標點和出發(fā)點的坐標轉化為投影坐標，綁定到地圖上道路網(wǎng)絡中最近的路上；記錄當前目標點作為下次目標點綁定的啟發(fā)信息，初始設置上次目標點位置為(0，0)。a)先綁定目標點，判斷當前目標點是否在上次的目標點附近，所述目標點附近為在距離目標點50米的范圍內(nèi)，若是，則直接使用上次綁定結果，不需要進行綁定，否則綁定。b)根據(jù)目標點的綁定結果判定目標點是否在搜索路網(wǎng)上，若不在，則轉D；否則更新上次目標點綁定結果，轉下步；所述綁定結果包含綁定到路的距離，綁定到的路的GRL信息，綁定到路上的位置。c)綁定出發(fā)點，出發(fā)點位置來自GPS模塊的當前位置，也即導航設備當前位置，和目標點不同，這里直接進行綁定，若綁定結果判斷出發(fā)點不在路網(wǎng)上，則轉D；否則轉下步。C.根據(jù)綁定后的出發(fā)點和目標點以及當前的行駛方向，該方向以正北作為0度，來自GPS模塊，轉化為弧度單位，在路網(wǎng)上進行拓撲路徑搜索。a)將兩個綁定的點轉化為兩對拓撲節(jié)點對根據(jù)所在的道路GRL得到對應的網(wǎng)絡拓撲邊，分別記錄出發(fā)點和目標點對應的拓撲節(jié)點對，記錄綁定的點到該拓撲邊的兩個端節(jié)點的距離。b)判斷出發(fā)點和目標點是否在同一條網(wǎng)絡邊上，若是，則轉f)；否則轉g)。c)兩點同邊的特殊情況處理若當前方向cur_dir為負值，認為是不考慮方向信息，則直接取出出發(fā)點和目標點之間的路段信息，將該路段信息轉為路徑結果，轉D；否則，計算得出發(fā)點到目標點的直線方向dir1，比較cur_dir和dir1，如果兩個方向的角度偏差在-90～90°，取出出發(fā)點與目標點之間的路段信息，轉為路徑結果，轉步驟D；否則，計算得出發(fā)點與目標點之間的中間節(jié)點，該節(jié)點滿足條件從出發(fā)點到該節(jié)點方向dir2和dir1反向，取得出發(fā)點到中間點的路段road_segment_sm和中間點到目標點的路段road_segment_me，將路段信息轉為路徑結果，轉步驟D。d)根據(jù)GPS當前前進方向，調(diào)整出發(fā)點拓撲點對；如果當前GPS方向為負值，表示不關注方向；不做調(diào)整，否則，根據(jù)前進方向，選擇出發(fā)拓撲點對中的方向較接近GPS前進方向的拓撲節(jié)點作為出發(fā)節(jié)點。e)搜索拓撲最短路徑，拓撲邊以道路長度作為權重；最短路徑搜索算子的中間搜索對象為PathNode，PathNode含有如下信息是否終點b_target，當前對應拓撲節(jié)點nw_node，路徑對應上個PathNodeprevious_pathNode，累計出發(fā)點到當前節(jié)點距離accu_weight_from，當前節(jié)點到目標點啟發(fā)值accu_weight_toi.準備出發(fā)拓撲點prepareStartNodes根據(jù)出發(fā)點拓撲點對，即當前綁定到的最近道路對應的拓撲邊的兩個拓撲端點，生成出發(fā)PathNode，插入待擴展節(jié)點集合extandable_nodes，extandable_nodes集合中對象的先后關系采用accu_weight_from+accu_weight_to做比較。ii.準備目標拓撲點prepareTargetNodes根據(jù)目標點拓撲點對，生成兩個PathNode，插入目標PathNode集合target_nodes；并記錄目標點位置target_pos，作為啟發(fā)值搜索之用。iii.路徑擴散搜索searchPath初始化當前搜索結果current_result為無效。iv.從extandable_nodes中取出第一個PathNode作為current_path_node，判斷current_path_node是否目標點，若是，記錄當前搜索結果為有效current_result，轉viii；否則，轉v。v.擴散當前PathNode取出所有和current_path_node對應拓撲節(jié)點cur_nw_node鄰接并且以cur_nw_node為起始節(jié)點的拓撲邊集合adjacent_edges；通過鄰接邊adjacent_edges取得當前nw_node的鄰居節(jié)點集合。vi.對每個鄰居節(jié)點neighbour_nw_node，判斷neighbour_node是否在待擴展節(jié)點集合expandable_nodes中，若不在，則新生成一個PathNode——other_path_node；否則，從expandable_nodes中取出對應于neighbour_nw_node的PathNode作為other_path_node；若neighbour_nw_node是已經(jīng)擴展過的節(jié)點或者other_path_node-＞accu_weight_from＜＝current_path_node-＞accu_weight_from+neighbour_nw_edge-＞length，也即當前累計長度比新的累計長度來得更短，則不做更新，轉viii。vii.設置other_path_node，更新expandable_nodesother_path_node-＞previous_path_node＝current_path_nodeother_path node-＞accu_weight_from＝current_path_node-＞accu_weight_from+neighbour_nw_edge-＞length；other_path_node-＞accu_weight_to＝neighbour_nw_node-＞pos到target_pos的直線距離；將other_path_node插入或者更新expandable_nodes。viii.將current_path_node插入已擴展節(jié)點集合visited_nodes，轉iv；ix.判斷current_result是否有效，若無效，轉D；否則，轉下步；x.路徑生成根據(jù)當前記錄節(jié)點current_path_node，通過currrent_path_node-＞previous_path_node逐個得到經(jīng)過的nw_edge，插入路徑隊列deque_topo_path的前端，生成路徑搜索結果currrent_result。D.路徑搜索完畢，返回搜索結果。
2. 根據(jù)權利要求1所述的路徑搜索方法，其特征在于，所述步驟C中的vii步，擴 散節(jié)點 current_path_node 的權重比較和更新是根據(jù) current_path_node->accu—weight—from+current_path—node->nw__node至'J目禾示位置 target_pos的直線距離。
3. 根據(jù)權利要求2所述的路徑搜索方法，其特征在于，所述目標點位置targetjos 是已知的明確信息，須由調(diào)用者傳入。
4. 根據(jù)權利要求1所述的路徑搜索方法，其特征在于，所述步驟B的a)中，所 述綁定包括以下步驟(1) 根據(jù)當前點的坐標位置curj)os，生成選擇矩形框cur_reCt。(2) 使用cur一rect在地圖數(shù)據(jù)中進行搜索，若cur_reCt包含了當前地圖的范圍 矩形map—rect,則轉入步驟(7);否則，根據(jù)地圖數(shù)據(jù)已建立的網(wǎng)格索引，得到 cmirect對應的網(wǎng)格中的所有道路對象roads;若roads為空，將cur_rect按1.5的 比例擴大，轉入步驟(2);(3) 根據(jù)curjos附近100米作為容忍距離算出容忍框toLrect;初始化curjos到綁定道路bind_road的最近距離min_dis =無窮大；bind—road初始化為 空對象。(4) 判斷roads集合是否為空，若為空，轉入步驟(7)，否則，轉入步驟(5)。(5) 從roads中取出一條road,每條road記錄了本身控制點所在的范圍 road—bound;判斷road—bound是否和toLrect相交，若相交，轉入步驟(6);否貝'J， 轉入步驟(4)。(6) 求得cur_pos到road的最短距離cur—dis，如果cur—dis < min_dis;更新 min_dis = cur—dis;更新bind—road為road;轉入步驟(4);(7) 返回當前綁定的道路bind—road,以及當前綁定的距離min—dis。 5.根據(jù)權利要求4所述的道路綁定方法，其特征在于，所述步驟(2)中，圖層 上的道路圖層采用網(wǎng)格索引方法，快速定位；綁定預先設置容忍距離為100米， 通過容忍矩形框過濾大部分不相關道路對象，加快綁定過程。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于移動導航系統(tǒng)的路徑搜索方法，基于導航系統(tǒng)的特性——利用目標點位置已知的信息，作為搜索過程的啟發(fā)信息，利用該啟發(fā)信息重新設計路徑搜索方法，使得搜索過程中擴展的節(jié)點數(shù)大大減少，這樣便減少了內(nèi)存的占用，提高搜索效率。
文檔編號G01C21/34GK101261136SQ20081006070
公開日2008年9月10日 申請日期2008年4月25日 優(yōu)先權日2008年4月25日
發(fā)明者徐亞娟, 李山亭, 范先迪, 蔣衛(wèi)星, 趙國榮, 奇 陳, 黃群山 申請人:浙江大學