專利名稱：基于分層雙向啟發(fā)式路線規(guī)劃方法的導航裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于導航裝置用路線規(guī)劃算法，特別是涉及一種結(jié)合多種算法的路線規(guī)劃方法。
背景技術(shù)：
目前，導航系統(tǒng)所采用的硬件性能有限，其使用的導航數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量巨大(道路記錄數(shù) 超過100萬條)，而在硬件性能有限而且數(shù)據(jù)量巨大的情況還需要保證導航系統(tǒng)路線規(guī)劃的實 時性，這給導航系統(tǒng)路線規(guī)劃算法提出了很高的要求?，F(xiàn)有的算法有Dijkstra算法、啟發(fā)式 算法、分層算法、雙向搜索算法，任何一種算法單獨使用都無法很好的滿足導航系統(tǒng)對路線 規(guī)劃實時性的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于分層雙向啟發(fā)式路線規(guī)劃方法的導航裝置， 該導航裝置使用了一種結(jié)合啟發(fā)式算法、雙向算法、分層算法的路線規(guī)劃算法。這種分層雙 向啟發(fā)式算法能夠在硬件性能有限而且數(shù)據(jù)量巨大的情況下，保證導航系統(tǒng)路線規(guī)劃實時性 要求。
本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是基于分層雙向啟發(fā)式路線規(guī)劃方法的導航裝置，其路線規(guī) 劃方法包括分層和啟發(fā)式方法，還使用了雙向搜索方法，具體包括以下步驟
1) 輸入現(xiàn)在地和終點，計算二者的球面距離，在己分層的地圖上確定最后進行路線規(guī)劃的 高層層數(shù)和向上層切換的條件，設該高層層數(shù)為正整數(shù)i;
2) 判斷最底層是否為第i層，如果為"是"，轉(zhuǎn)至步驟5)，否則轉(zhuǎn)至步驟3);
3) 在最底層通過雙向啟發(fā)式搜索方法進行路線規(guī)劃，進行一次路線規(guī)劃之后，如果滿足 向上層切換的條件，就轉(zhuǎn)至步驟4)，如果不滿足向上層切換的條件，繼續(xù)在最底層進行路線 規(guī)劃，直到滿足向上層切換的條件為止，然后轉(zhuǎn)至步驟4);
4) 向上一層進行切換，切換后的層數(shù)加l，如果切換后的層數(shù)是第i層，轉(zhuǎn)至步驟5)，
否則轉(zhuǎn)至步驟6);
5) 在第i層通過雙向啟發(fā)式搜索方法進行路線規(guī)劃，進行一次路線規(guī)劃之后，判斷是否 滿足終止條件，如果為"是"，轉(zhuǎn)至步驟7)，否則繼續(xù)進行路線規(guī)劃，直至滿足終止條件，
然后轉(zhuǎn)至步驟7);
6) 在當前層通過雙向啟發(fā)式搜索方法進行路線規(guī)劃，進行一次路線規(guī)劃之后，如果滿足 向上層切換的條件，就轉(zhuǎn)至步驟4)，如果不滿足向上層切換的條件，繼續(xù)在該層進行路線規(guī)
劃，直到滿足向上層切換的條件為止，然后轉(zhuǎn)至步驟4);
7) 輸出搜索結(jié)果。
本發(fā)明的有益效果是可以在硬件性能有限且數(shù)據(jù)量巨大的情況，滿足導航系統(tǒng)路線規(guī)
劃實時性的要求，算法流程清晰。


圖1是雙向啟發(fā)式算法的流程圖。
圖2是分層雙向啟發(fā)式算法的流程圖。
圖3是地圖數(shù)據(jù)上下層對應關(guān)系。
圖4是單向Dijkstra算法、雙向Di jkstra算法、雙向啟發(fā)式算法的搜索空間圖。 圖5是實施例分層后詳細層(第0層)的節(jié)點拓撲圖。 圖6是實施例分層后粗略層(第l層)的節(jié)點拓撲圖。 圖7表示的是地圖中詳細層的地圖信息示意圖。 圖8表示的是地圖中粗略層的地圖信息示意圖。
具體實施例方式
如圖2所示，基于分層雙向啟發(fā)式路線規(guī)劃方法的導航裝置，其路線規(guī)劃方法包括分層
和啟發(fā)式方法，其路線規(guī)劃方法還使用了雙向搜索方法，具體包括以下步驟
1) 輸入現(xiàn)在地和終點，計算二者的球面距離，在已分層的地圖上確定最后進行路線規(guī)劃的 高層層數(shù)和向上層切換的條件，設該高層層數(shù)為正整數(shù)i;
2) 判斷最底層(第0層)是否為第i層，如果為"是"，轉(zhuǎn)至步驟5)，否則轉(zhuǎn)至步驟3);
3) 在最底層通過雙向、啟發(fā)式搜索方法進行路線規(guī)劃，進行一次路線規(guī)劃之后，如果滿 足向上層切換的條件，就轉(zhuǎn)至歩驟4)，如果不滿足向上層切換的條件，繼續(xù)在最底層進行路 線規(guī)劃，直到滿足向上層切換的條件為止，然后轉(zhuǎn)至步驟4);
4) 向上一層進行切換，如果切換后是第i層，轉(zhuǎn)至步驟5)，否則轉(zhuǎn)至步驟6);
5) 在第i層通過雙向、啟發(fā)式搜索方法進行路線規(guī)劃，進行一次路線規(guī)劃之后，判斷是 否滿足終止條件，如果為"是"，轉(zhuǎn)至步驟7)，否則繼續(xù)進行路線規(guī)劃，直至滿足終止條件， 然后轉(zhuǎn)至步驟7);
6) 在當前層通過雙向、啟發(fā)式搜索方法進行路線規(guī)劃，進行一次路線規(guī)劃之后，如果滿 足向上層切換的條件，就轉(zhuǎn)至步驟4)，如果不滿足向上層切換的條件，繼續(xù)在該層進行路線 規(guī)劃，直到滿足向上層切換的條件為止，然后轉(zhuǎn)至步驟4);
7) 輸出搜索結(jié)果。
如圖l所示，上述路線規(guī)劃方法中的雙向搜索方法具體包括以下步驟
1) 輸入現(xiàn)在地和終點；
2) 根據(jù)步驟1)的數(shù)據(jù)，判斷是否滿足切換條件，若為"是"，進行一次后向啟發(fā)式搜索，
否則進行一次前向啟發(fā)式搜索，搜索完后均轉(zhuǎn)至步驟3);
3) 判斷是否滿足終止條件，若為"是"，則輸出搜索結(jié)果，否則轉(zhuǎn)至步驟2)。
圖3說明了高層和底層的層間關(guān)系，從上往下即為從高層到低層。在高層計算會使用較 為主要的道路網(wǎng)，道路網(wǎng)的密集程度較底層道路網(wǎng)要低得多，這樣在高層進行搜索時就能夠 使用較少的迭代次數(shù)搜索出結(jié)果。
圖4說明了單向Dijkstra算法、雙向Dijkstra算法、雙向啟發(fā)式算法的搜索空間圖， 其中大圓為單向Dijkstra算法的搜索空間圖；兩個小圓為雙向Dijkstra算法的搜索空間兩個橢圓為雙向啟發(fā)式算法的搜索空間圖?？梢钥闯鰜碓谶@幾個算法中雙向啟發(fā)式算法的搜 索空間最小，說明了雙向啟發(fā)式算法會使用最少的迭代次數(shù)搜索出結(jié)果， 一般來說，這個發(fā) 明涉及的算法其計算量只是其他算法計算量的四分之一。 實施例
將整個地圖分為兩層，圖6是圖5的粗略圖，圖5是第0層，圖6是第1層。如圖5所 示，第0層的地圖上有a z共26個節(jié)點，每相鄰兩點間的邊長為1，節(jié)點a和節(jié)點z之間 的球面距離為9。如圖6所示，第1層每相鄰兩點間的邊長為3。現(xiàn)在需要計算出地圖節(jié)點a 到節(jié)點z的最短路徑，最后路線規(guī)劃的高層為第1層。
我們設
V:邊的集合；
O[n]:起始點到節(jié)點n的最短路徑的距離費用；
G[n]:節(jié)點n到終點的歐氏距離；
D[n]:節(jié)點n到終點的最短路徑的距離費用；
H[n]:節(jié)點n到終點的歐氏距離；
C[p，q]:節(jié)點p到節(jié)點q的距離費用；
wo:起點方向(到起點的最短路徑)中已經(jīng)找到最短路徑節(jié)點的集合； wd:終點方向(到終點的最短路徑)中已經(jīng)找到最短路徑節(jié)點的集合。 向上層切換的條件是詳細層(第0層)的wo、 wd兩個集合，每個都有兩個或兩個以上 的節(jié)點在粗略層(第l層)。
通過分層雙向啟發(fā)搜索算法按以下步驟順序操作
(1) 設0[&]=0，另外將所有除節(jié)點a外的節(jié)點0[n]值設為①；設D[z卜0，另外將所 有除節(jié)點z外的節(jié)點D[n]值設為吣；兩點之間的歐氏距離通過兩點的坐標進行計算；
(2) 在詳細層(第0層)，從起點方向進行一次前向搜索，將0
+ G[n]值最小的節(jié)點 a添加到集合wo中(a點到z點的G[n]為9)，此時wo = {a};通過0[v] = min (0[v], 0[w] +c [w， v])
(w表示在wo集合中所有節(jié)點，v為所有和w相連接的點，min為取最小值)改寫所有節(jié)點 的費用信息，0[c]=l;
(3) wo集合中有子集(al在粗略層中，wd集合中沒有點在粗略層中，不滿足詳細層中wo， wd兩個集合中都有兩個或兩個以上的節(jié)點在粗略層的條件，不向粗略層切換；
(4) wo集合和wd集合中沒有相同的節(jié)點，變換搜索方向；
(5) 在終點方向進行一次后向搜索，將0[^+ H[n]值最小的節(jié)點z添加到集合wd中， 此時wd二lzh通過D[v]: min(D[v]， D[w]+c[w,v]) (w表示在wd集合中所有節(jié)點，v為所 有和w相連接的點)改寫所有節(jié)點的費用信息，D[x] = l;
(6) wo集合中有子集(a }在粗略層中，wd集合中有子集(z)在粗略層中，不滿足詳細層 wo、 wd兩個集合中每個都有兩個或兩個以上的節(jié)點在粗略層的條件，不向粗略層切換；
(7) wo集合和wd集合中沒有相同的節(jié)點，變換搜索方向；
(8) 在起點方向進行一次前向搜索，將0[!1]+ G[n]值最小的節(jié)點c添加到集合wo中，
此時wo—a， c};通過0[v]min(0[v]， 0[w]+c[w，v]) (w表示在wo集合中所有節(jié)點，v為 所有和w相連接的點)改寫所有節(jié)點的費用信息，0[b]=2， 0[d]=2， 0[f]=2;
(9) wo集合中有子集"}在粗略層中，wd集合中有子集{2}在粗略層中，不滿足詳細層 wo、 wd兩個集合中每個都有兩個或兩個以上的節(jié)點在粗略層的條件，不向粗略層切換；
(10) WO集合和wd集合中沒有相同的節(jié)點，變換搜索方向；
(11) 在終點方向進行一次后向搜索，將0[!!]+ H[n]值最小的節(jié)點x添加到集合wd中， 此時wcMz， x};通過D[v]: min(D[v], D[w]+c[w，v]) (w表示在wd集合中所有節(jié)點，v為 所有和w相連接的點)改寫所有節(jié)點的費用信息，D[w]=2， D[y]=2， D[u]=2;
(12) wo集合中有子集(al在粗略層中，wd集合中有子集合(zl在粗略層中，不滿足詳細 層wo、 wd兩個集合中每個都有兩個或兩個以上的節(jié)點在粗略層的條件，不向粗略層切換；
(13) WO集合和wd集合中沒有相同的節(jié)點，變換搜索方向；
(14) 在起點方向進行一次前向搜索，將0[11]+ G[n]值最小的節(jié)點f添加到集合wo中， 此時wo ={a， c, fl;通過0[v]: min(0[v]， O[w]十c[w,v]) (w表示在wo集合中所有節(jié)點， v為所有和w相連接的點)改寫所有節(jié)點的費用信息，0[b]=2， 0[d]=2, 0[e]=3, 0[g]=3， 0[i]=3;
(15) wo集合中有子集(a)在粗略層中，wd集合中有子集lz)在粗略層中，不滿足詳細層 wo、 wd兩個集合中每個都有兩個或兩個以上的節(jié)點在粗略層的條件，不向粗略層切換；
(16) wo集合和wd集合中沒有相同的節(jié)點，變換搜索方向；
(17) 在終點方向進行一次后向搜索，將0[11]+ H[n]值最小的節(jié)點u添加到集合wd中， 此時wd ={z， x， u};通過D[v]二 min(D[v]， D[w]化[w'v]) (w表示在wd集合中所有節(jié)點， v為所有和w相連接的點)改寫所有節(jié)點的費用信息，D[w]=2， D[y]=2， D[t]=3， D[v]=3， D[r]=3;
(18) wo集合中有子集(ea在粗略層中，wd集合中有子集(z!在粗略層中，不滿足詳細層 wo、 wd兩個集合中每個都有兩個或兩個以上的節(jié)點在粗略層的條件，不向粗略層切換；
(19) wo集合和wd集合中沒有相同的節(jié)點，變換搜索方向；
(20) 在起點方向進行一次前向搜索，將0[^+ G[n]值最小的節(jié)點i添加到集合wo中， 此時wo二(a， c， f， i};通過0[v]= min(O[v], 0[w]+c[w，v]) (w表示在wo集合中所有節(jié) 點，v為所有和w相連接的點)改寫所有節(jié)點的費用信息，0[b]=2， 0[d]=2, 0[e]=3， 0[g>3， 0[h]=4, 0[j]=4， 0[1]=4;
(21) wo集合中有子集(a， il在粗略層中，wd集合中有子集{2}在粗略層中，不滿足詳 細層wo、 wd兩個集合中每個都有兩個或兩個以上的節(jié)點在粗略層的條件，不向粗略層切換；
(22) wo集合和wd集合中沒有相同的節(jié)點，變換搜索方向；
(23) 在終點方向進行一次后向搜索，將0[11]+ H[n]值最小的節(jié)點r添加到集合wd中， 此時wd^z， x， u， r};通過D[v]= min(D[v]， D[w]+c[w，v]) (w表示在wd集合中所有節(jié) 點，v為所有和w相連接的點)改寫所有節(jié)點的費用信息，D[w]=2， D[y]=2， D[t]=3， D[v]二3， D[q]二4， D[s]=4， D[o]=4;
(24) wo集合中有子集b,"在粗略層中，wd集合中有子集(z， r》在粗略層中，滿足詳 細層中wo、 wd兩個集合每個都有兩個或兩個以上的節(jié)點在粗略層的條件，向粗略層切換；
(25) 在粗略層對起點方向搜索進行處理，通過0[v]= min(0[v]， O[w]十c[w'v]) (w表 示在wo集合中所有節(jié)點，v為所有和w相連接的點)改寫所有節(jié)點的費用信息，0[r]=6;
(26) 在粗略層對終點方向搜索進行處理，通過D[v]= min(D[v]， D[w]+c[w,v]) (w表 示在wd集合中所有節(jié)點，v為所有和w相連接的點)改寫所有節(jié)點的費用信息，D[i]=6;
(27) 在粗略層起點方向進行一次前向搜索，將0[1!]+ G[n]值最小的節(jié)點r添加到集合 wo中，此日寸wo二ia， c， f， i， r};通過[v]二 min(0[v]' 0[w]+c[w，v]) (w表示在wo集合 中所有節(jié)點，v為所有和w相連接的點)改寫所有節(jié)點的費用信息，0[z]=9;
(28) wo集合和wd集合中有相同的節(jié)點r，同時由上下層對應關(guān)系知道i-r對應i-l_o-r， 此時搜索到一條最短路徑a-c-f-i-1-o-r-u-x-z，搜索結(jié)束。
地圖層次示例
如圖7、圖8，兩個圖分別表示的是同一地區(qū)不同層次的地圖信息，圖7中表示的是詳細 層的地圖信息，圖8中表示的是粗略層的地圖信息，兩個層次的地圖信息在數(shù)據(jù)上有一定的 關(guān)聯(lián)，可以判斷出在圖7中的節(jié)點在圖8中是否有節(jié)點對應，按上述雙向搜索算法中在圖7 中進行搜索，統(tǒng)計當目前搜索結(jié)果中的節(jié)點在圖8中有對應節(jié)點的個數(shù)，當這個個數(shù)達到一 定的數(shù)量，就向圖8進行切換，可以從圖中清晰的看出，圖8的節(jié)點的數(shù)目遠少于圖7中節(jié) 點的數(shù)目，這就意味著在圖8中搜索道路可以進行更少次數(shù)的搜索從而找到最短路徑。
權(quán)利要求
1.基于分層雙向啟發(fā)式路線規(guī)劃方法的導航裝置，其路線規(guī)劃方法包括分層和啟發(fā)式方法，其特征是其路線規(guī)劃方法還使用了雙向搜索方法，具體包括以下步驟1)輸入現(xiàn)在地和終點，計算二者的球面距離，在已分層的地圖上確定最后進行路線規(guī)劃的高層層數(shù)和向上層切換的條件，設該高層層數(shù)為正整數(shù)i；2)判斷最底層是否為第i層，如果為“是”，轉(zhuǎn)至步驟5)，否則轉(zhuǎn)至步驟3)；3)在最底層通過雙向啟發(fā)式搜索方法進行路線規(guī)劃，進行一次路線規(guī)劃之后，如果滿足向上層切換的條件，就轉(zhuǎn)至步驟4)，如果不滿足向上層切換的條件，繼續(xù)在最底層進行路線規(guī)劃，直到滿足向上層切換的條件為止，然后轉(zhuǎn)至步驟4)；4)向上一層進行切換，切換后的層數(shù)加1，如果切換后的層數(shù)是第i層，轉(zhuǎn)至步驟5)，否則轉(zhuǎn)至步驟6)；5)在第i層通過雙向啟發(fā)式搜索方法進行路線規(guī)劃，進行一次路線規(guī)劃之后，判斷是否滿足終止條件，如果為“是”，轉(zhuǎn)至步驟7)，否則繼續(xù)進行路線規(guī)劃，直至滿足終止條件，然后轉(zhuǎn)至步驟7)；6)在當前層通過雙向啟發(fā)式搜索方法進行路線規(guī)劃，進行一次路線規(guī)劃之后，如果滿足向上層切換的條件，就轉(zhuǎn)至步驟4)，如果不滿足向上層切換的條件，繼續(xù)在該層進行路線規(guī)劃，直到滿足向上層切換的條件為止，然后轉(zhuǎn)至步驟4)；7)輸出搜索結(jié)果。
2. 如權(quán)利要求l所述的基于分層雙向啟發(fā)式路線規(guī)劃方法的導航裝置，其特征是其路線 規(guī)劃方法中的雙向啟發(fā)式搜索方法包括以下步驟1) 輸入現(xiàn)在地和終點；2) 根據(jù)步驟1)的數(shù)據(jù)，判斷是否滿足切換條件，若為"是"，進行一次后向啟發(fā)式搜索， 否則進行一次前向啟發(fā)式搜索，搜索完后均轉(zhuǎn)至步驟3);3) 判斷是否滿足終止條件，若為"是"，則輸出搜索結(jié)果，否則轉(zhuǎn)至步驟2)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于分層雙向啟發(fā)式路線規(guī)劃方法的導航裝置。該裝置的使用方法結(jié)合了分層算法、雙向搜索算法和啟發(fā)式算法。首先確定需要規(guī)劃的高層層數(shù)和提層條件，然后在最底層進行雙向啟發(fā)式路線規(guī)劃直至滿足提層條件為止。接著往上切換一層，并判斷切換后的高層是否為最終規(guī)劃的高層如果為是就在該層進行雙向啟發(fā)式路線規(guī)劃直至找到最終路線；如果為否就在該層和底層一樣進行雙向啟發(fā)式路線規(guī)劃直至滿足提層條件為止，接著重復前述提層和最終路線的確認過程。本發(fā)明可以在硬件性能有限且數(shù)據(jù)量巨大的情況，滿足導航系統(tǒng)路線規(guī)劃實時性的要求，算法流程清晰。
文檔編號G01C21/34GK101358855SQ20081019704
公開日2009年2月4日 申請日期2008年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月23日
發(fā)明者張宗敏, 飛 謝, 濱 鄧, 楊 陸 申請人:光庭導航數(shù)據(jù)(武漢)有限公司