專(zhuān)利名稱(chēng)：基于分層路網(wǎng)的路徑搜索方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地理信息系統(tǒng)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于分層路網(wǎng)的路徑搜索方法和
直O(jiān)
背景技術(shù)：
路徑分析是現(xiàn)代地理信息系統(tǒng)應(yīng)用的基本功能之一。隨著智能交通的建設(shè)，尤其 是網(wǎng)絡(luò)電子地圖，車(chē)載導(dǎo)航軟件，手機(jī)全球定位系統(tǒng)(GlcAal PositionSystem, GPS)導(dǎo)航等 各種導(dǎo)航產(chǎn)品的普及，路徑分析技術(shù)獲得了非常廣泛的關(guān)注，并引起了大量學(xué)者的研究興 趣，人們對(duì)于路徑分析算法提出了靈活、準(zhǔn)確、快速等要求。現(xiàn)有技術(shù)主要有二種方案路徑 搜索方案一是迪杰斯特拉(Dijkstra)最短路徑算法經(jīng)常使用的路徑分析模式有最短距 離，最快時(shí)間，最少收費(fèi)等，無(wú)論采用何種模式，最優(yōu)路徑規(guī)劃最終都可以歸結(jié)為在特定道 路網(wǎng)中尋找具有最小代價(jià)的最短路徑分析，即圖論中的最短路問(wèn)題。方法為給定帶權(quán)有向 圖G= (V, {E})，其中V是包含η個(gè)頂點(diǎn)的頂點(diǎn)集，E是包含m條弧的弧集，經(jīng)典Dijkstra 算法能按路徑長(zhǎng)度遞增的秩序產(chǎn)生源點(diǎn)ν到G中其余各頂點(diǎn)的最短路徑。Dijkstra算法的缺點(diǎn)主要包括執(zhí)行時(shí)間復(fù)雜度為0(n2)，結(jié)合堆數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) Dijkstra算法執(zhí)行時(shí)間的最佳上界是0(m+n log η)。對(duì)于小規(guī)模局域道路網(wǎng)絡(luò)，Di jkstra 可以獲取理論上最優(yōu)的規(guī)劃路線(xiàn)，但是隨著路網(wǎng)復(fù)雜度的增加，以及搜索范圍的擴(kuò)大， Dijkstra的算法復(fù)雜度是發(fā)散的。對(duì)于大規(guī)模路網(wǎng)(如全國(guó)道路網(wǎng)絡(luò)，約500萬(wàn)弧段或結(jié) 點(diǎn))，Dijkstra算法的時(shí)間和內(nèi)存開(kāi)銷(xiāo)都非常大，因此這一經(jīng)典的路徑分析算法很難解決 該情形下的路徑分析問(wèn)題。其次，Dijkstra能獲取數(shù)學(xué)上的最短路徑，但在實(shí)際應(yīng)用中，算 法上的最短路徑，并不是人們出行的最優(yōu)路徑。以穿越北京市二環(huán)的路徑分析為例，最短路 徑會(huì)穿越二環(huán)內(nèi)的大量胡同和小路，并不符合人的出行習(xí)慣。當(dāng)然，Dijkstra算法對(duì)于每 一條道路計(jì)算費(fèi)用時(shí)，可以利用道路功能等級(jí)進(jìn)行費(fèi)用加權(quán)計(jì)算，以實(shí)現(xiàn)在實(shí)際里程相差 不多的情形下，優(yōu)先選擇高等級(jí)的道路作為規(guī)劃路線(xiàn)，但是，對(duì)于很多道路等級(jí)差別化不明 顯的區(qū)域，很難獲取更合理的規(guī)劃路線(xiàn)。第二個(gè)方案啟發(fā)式搜索方案，其估價(jià)函數(shù)為f' (v) = g(v)+h' (ν)式中，g(v)是從起點(diǎn)S到當(dāng)前頂點(diǎn)ν的實(shí)際費(fèi)用，h' (ν)是從當(dāng)前頂點(diǎn)ν到目標(biāo) 頂點(diǎn)E的費(fèi)用估計(jì)函數(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中，一般這樣計(jì)算估計(jì)費(fèi)用，h' (v) = Ad' (ν)其中，d' (ν)是當(dāng)前頂點(diǎn)t到目標(biāo)頂點(diǎn)E的直線(xiàn)距離，λ是估計(jì)權(quán)值。將Di jkstra算法中的頂點(diǎn)權(quán)值d(v)用f' (ν)代替，即實(shí)現(xiàn)了啟發(fā)式最短路徑搜索。上述算法是目前廣為流行的路徑規(guī)劃啟發(fā)式算法，通過(guò)選擇合適的估價(jià)函數(shù)，其使用的搜索空間比Dijkstra算法小。如圖1所示，圓形區(qū)域a是Dijkstra的算法搜索空 間，橢圓形區(qū)域b是使用啟發(fā)式策略后的算法搜索空間。但啟發(fā)式搜索也有其的缺點(diǎn)1)估計(jì)權(quán)值λ的大小決定了算法搜索的復(fù)雜度，λ越大，算法越快，但準(zhǔn)確度 降低；反過(guò)來(lái)，λ越小，算法越慢，但準(zhǔn)確度提高；當(dāng)λ =0時(shí)，啟發(fā)式搜索等同于經(jīng)典 Dijkstra，為最準(zhǔn)確結(jié)果，但也最慢。所以，啟發(fā)式實(shí)質(zhì)上是一種犧牲一定準(zhǔn)確度，以獲取更 高效率的策略。2)對(duì)于很大規(guī)模的路網(wǎng)，如全國(guó)路網(wǎng)，即便使用啟發(fā)式策略，在搜索過(guò)程中，算法 的復(fù)雜度依舊是發(fā)散的，尤其對(duì)于非常長(zhǎng)距離的路徑分析(如哈爾濱至海口)，即便用啟發(fā) 式策略提高了算法效率，但搜索規(guī)模依舊很大，效率依舊無(wú)法令人接受。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于分層路網(wǎng)的路徑搜索方法，可解決現(xiàn) 有路徑搜索的效率過(guò)低，對(duì)于規(guī)模較大的路網(wǎng)無(wú)法適于實(shí)用的問(wèn)題。本發(fā)明還提供了一種基于分層路網(wǎng)的路徑搜索裝置，以保證上述方法在實(shí)際中的 應(yīng)用。為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了一種基于分層路網(wǎng)的路徑搜索方法，包括在 下層路網(wǎng)分別搜索起點(diǎn)S的局部最優(yōu)路徑I^= (S... Ji)和終點(diǎn)E的局部最優(yōu)路徑Rne =(Nk. . . E)；所述節(jié)點(diǎn)Ji和節(jié)點(diǎn)Nk為上層路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)；所述節(jié)點(diǎn)Ji位于起點(diǎn)S的預(yù)設(shè)范圍 內(nèi)，所述節(jié)點(diǎn)Nk位于終點(diǎn)E的預(yù)設(shè)范圍內(nèi)；在上層路網(wǎng)搜索節(jié)點(diǎn)Ji和節(jié)點(diǎn)Nk的局部最優(yōu) 路徑I^n = (Ji. . . Nk)；合并上述局部最優(yōu)路徑，獲得從起點(diǎn)S到終點(diǎn)E的最優(yōu)路徑Rse = (S· · · Ji. · · Nj^· · · E) ο優(yōu)選的，所述局部最優(yōu)路徑和Rffl的搜索方法具體為將起點(diǎn)S和終點(diǎn)E是作 為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)；判斷當(dāng)前節(jié)點(diǎn)是否為最上層路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，若否，在當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，基于 當(dāng)前層路網(wǎng)搜索該當(dāng)前節(jié)點(diǎn)到上一層路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的局部最優(yōu)路徑；將該上一層路網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)作 為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)，重復(fù)上述判斷和搜索過(guò)程。優(yōu)選的，所述路網(wǎng)的層數(shù)η與所述起點(diǎn)S和終點(diǎn)E之間的距離D相關(guān)若D < 10 千米，則η = 1 ；若10千米彡D < 50千米，則η = 2 ；若50千米彡D < 100千米，則η = 3 ； 若100千米彡D < 500千米，則η = 4 ；若D彡500千米，則η = 5。優(yōu)選的，將當(dāng)前層路網(wǎng)搜索的所有上一層節(jié)點(diǎn)采用堆數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)管理，作為上層路 網(wǎng)局部最優(yōu)路徑搜索的基礎(chǔ)。優(yōu)選的，所述節(jié)點(diǎn)的預(yù)設(shè)范圍為以該節(jié)點(diǎn)為中心的圓形區(qū)域或方形區(qū)域，其中若 所述節(jié)點(diǎn)位于第1層路網(wǎng)，則圓形區(qū)域的半徑為10千米，方形區(qū)域的邊長(zhǎng)為20千米；若所 述節(jié)點(diǎn)位于第2層路網(wǎng)，則圓形區(qū)域的半徑為50千米，方形區(qū)域的邊長(zhǎng)為100千米；若所述 節(jié)點(diǎn)位于第3層以上的路網(wǎng)，則圓形區(qū)域的半徑為100千米，方形區(qū)域的邊長(zhǎng)為200千米。優(yōu)選的，在所述局部最優(yōu)路徑搜索步驟之前還包括根據(jù)所述起點(diǎn)S和終點(diǎn)E之間 的距離，增加道路的費(fèi)用權(quán)值參數(shù)S，并根據(jù)下述公式計(jì)算道路的費(fèi)用τ'τ ‘ = (β-δ)· τ，β e (0 1〕，δ e (0 β)其中，τ表示道路的原始費(fèi)用；β表示道路的費(fèi)用權(quán)值。
優(yōu)選的，在同一層網(wǎng)絡(luò)搜索局部最優(yōu)路徑的方式為迪杰斯特拉最短路徑算法或啟 發(fā)式路徑規(guī)劃方法；對(duì)于啟發(fā)式路徑規(guī)劃方法，用下列公式估算局部最優(yōu)路徑的開(kāi)始節(jié)點(diǎn) 到達(dá)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的費(fèi)用f' (ν)f' (v) = g(v) + A d' (ν)其中，g(v)為局部最優(yōu)路徑的開(kāi)始節(jié)點(diǎn)到當(dāng)前節(jié)點(diǎn)ν的實(shí)際費(fèi)用，λ為啟發(fā)式費(fèi) 用權(quán)值，d' (ν)為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)V到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的直線(xiàn)距離。優(yōu)選的，在同一層網(wǎng)絡(luò)搜索局部最優(yōu)路徑的方式為自適應(yīng)啟發(fā)式路徑規(guī)劃方法， 所述局部最優(yōu)路徑的開(kāi)始節(jié)點(diǎn)到達(dá)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的費(fèi)用f' (ν)的計(jì)算公式為f' (v) = g(v) + o Ad' (ν)其中，g(v)為局部最優(yōu)路徑的開(kāi)始節(jié)點(diǎn)到當(dāng)前節(jié)點(diǎn)ν的實(shí)際費(fèi)用，λ為啟發(fā)式費(fèi) 用權(quán)值，d' (ν)為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)V到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的直線(xiàn)距離，σ為自適應(yīng)調(diào)節(jié)參數(shù)；所述自適應(yīng) 調(diào)節(jié)參數(shù)σ與所述局部最優(yōu)路徑的開(kāi)始節(jié)點(diǎn)和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的距離D相關(guān)；若D 彡 500 千米，貝U σ = 1 ；若100 千米< D < 500 千米，則 σ = 0. 8+0. 2 X (D-100) / (500-100)；若10 千米彡 D ( 100 千米，則 σ = 0. 6+0. 2 X (D-10) / (100-10)；若D<10 千米，貝 Ijo = 0. 4+0. 2XD/10。依據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例，還公開(kāi)了一種基于分層路網(wǎng)的路徑搜索裝置，包 括上升搜索單元，上層路徑搜索單元和路徑合并單元，其中上升搜索單元用于在起點(diǎn)S的 預(yù)設(shè)范圍內(nèi)基于下層路網(wǎng)搜索起點(diǎn)S到上層路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)Ji的局部最優(yōu)路徑= (S... Ji)， 以及，在終點(diǎn)E的預(yù)設(shè)范圍內(nèi)基于下層路網(wǎng)搜索終點(diǎn)E到上層路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)Nk的局部最優(yōu)路徑 Rne= (Nk... E)；上層路徑搜索單元用于在上層路網(wǎng)搜索所述上升搜索單元產(chǎn)生的節(jié)點(diǎn)Ji 和節(jié)點(diǎn)Nk的局部最優(yōu)路徑Rtn= (Ji... Nk)；路徑合并單元用于合并所述上升搜索單元和上 層路徑搜索單元產(chǎn)生的局部最優(yōu)路徑1^、Rne和Rjn,獲得從起點(diǎn)S到終點(diǎn)E的最優(yōu)路徑I SE
(S· · · Ji. · · Nj^. · · Ε) ο優(yōu)選的，還包括路網(wǎng)層數(shù)設(shè)置單元和上升搜索控制單元，其中所述上升搜索控制單元采用下述策略為所述上升搜索單元產(chǎn)生局部最優(yōu)路徑 和I ,將起點(diǎn)S和終點(diǎn)E作為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)；判斷當(dāng)前節(jié)點(diǎn)是否為最上層路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，若否，在 當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，基于當(dāng)前層路網(wǎng)搜索該當(dāng)前節(jié)點(diǎn)到上一層路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的局部最優(yōu)路 徑；將該上一層路網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)作為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)，重復(fù)上述判斷和搜索過(guò)程；所述路網(wǎng)層數(shù)設(shè)置單元采用下述規(guī)則設(shè)置路網(wǎng)的層數(shù)η 若D < 10千米，則η = 1 ；若10千米< D < 50千米，則η = 2 ；若50千米< D < 100千米，則η = 3 ；若100千米 ^ D < 500千米，則η = 4 ；若D彡500千米，則η = 5 ；其中D表示所述起點(diǎn)S和終點(diǎn)E之 間的距離。優(yōu)選的，還包括節(jié)點(diǎn)管理單元，用于將上升搜索控制單元在當(dāng)前層路網(wǎng)搜索的所 有上一層節(jié)點(diǎn)采用堆數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)管理，作為上一層路網(wǎng)局部最優(yōu)路徑搜索的基礎(chǔ)。優(yōu)選的，還包括區(qū)域設(shè)置單元，用于為所述上升搜索單元或上升搜索控制單元設(shè) 置所述節(jié)點(diǎn)的預(yù)設(shè)搜索范圍，該預(yù)設(shè)搜索范圍為以該節(jié)點(diǎn)為中心的圓形區(qū)域或方形區(qū)域， 其中若所述節(jié)點(diǎn)位于第1層路網(wǎng)，則圓形區(qū)域的半徑為10千米，方形區(qū)域的邊長(zhǎng)為20千 米；若所述節(jié)點(diǎn)位于第2層路網(wǎng)，則圓形區(qū)域的半徑為50千米，方形區(qū)域的邊長(zhǎng)為100千米；若所述節(jié)點(diǎn)位于第3層以上的路網(wǎng)，則圓形區(qū)域的半徑為100千米，方形區(qū)域的邊長(zhǎng)為 200千米。優(yōu)選的，還包括道路費(fèi)用權(quán)值設(shè)置單元，用于根據(jù)所述起點(diǎn)S和終點(diǎn)E之間的距 離，設(shè)置道路的費(fèi)用權(quán)值參數(shù)、并根據(jù)下述公式計(jì)算道路的費(fèi)用τ'，為所述上升搜索 單元和上層路徑搜索單元提供局部最優(yōu)路徑的搜索基礎(chǔ)τ ‘ = (β-δ)· τ，β e (0 1〕，δ e (0 β)其中，τ表示道路的原始費(fèi)用；β表示道路的費(fèi)用權(quán)值。優(yōu)選的，還包括第一局部最優(yōu)路徑搜索單元，用于在同一層網(wǎng)絡(luò)，基于迪杰斯特拉 最短路徑算法或啟發(fā)式路徑規(guī)劃方法，搜索開(kāi)始節(jié)點(diǎn)到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間最優(yōu)路徑；對(duì)于啟發(fā) 式路徑規(guī)劃方法，用下列公式估算局部最優(yōu)路徑的開(kāi)始節(jié)點(diǎn)到達(dá)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的費(fèi)用f' (ν)f' (v) = g(v) + A d' (ν)其中，g(v)為局部最優(yōu)路徑的開(kāi)始節(jié)點(diǎn)到當(dāng)前節(jié)點(diǎn)ν的實(shí)際費(fèi)用，λ為啟發(fā)式費(fèi) 用權(quán)值，d' (ν)為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)V到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的直線(xiàn)距離。優(yōu)選的，還包括第二局部最優(yōu)路徑搜索單元，用于在同一層網(wǎng)絡(luò)，基于自適應(yīng)啟發(fā) 式路徑規(guī)劃方法，搜索開(kāi)始節(jié)點(diǎn)到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的最優(yōu)路徑；所述開(kāi)始節(jié)點(diǎn)到達(dá)目標(biāo)節(jié)點(diǎn) 的費(fèi)用f' (ν)的計(jì)算公式為f' (v) = g(v) + o Ad' (ν)其中，g(v)為局部最優(yōu)路徑的開(kāi)始節(jié)點(diǎn)到當(dāng)前節(jié)點(diǎn)ν的實(shí)際費(fèi)用，λ為啟發(fā)式費(fèi) 用權(quán)值，d' (ν)為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)V到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的直線(xiàn)距離，σ為自適應(yīng)調(diào)節(jié)參數(shù)；所述自適應(yīng) 調(diào)節(jié)參數(shù)σ與所述局部最優(yōu)路徑的開(kāi)始節(jié)點(diǎn)和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的距離D相關(guān)；若D彡500千米，則σ=1;若100 千米< D < 500 千米，貝丨J σ = 0. 8+0. 2 X (D-100) / (500-100)；若10 千米彡 DSlOO 千米，則 σ = 0. 6+0. 2 X (D-10) / (100-10)；若D<10 千米，貝 Ijo = 0. 4+0. 2XD/10。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，起點(diǎn)和終點(diǎn)的局部最優(yōu)路徑通過(guò)預(yù)設(shè)范圍控制路網(wǎng)搜索規(guī) 模；遠(yuǎn)距離的節(jié)點(diǎn)Ji和Nk之間的最優(yōu)路徑在路網(wǎng)規(guī)模較小的上層路網(wǎng)進(jìn)行搜索，從而使得 總體搜索規(guī)模在較小的可控范圍內(nèi)進(jìn)行，路徑搜索效率大大提高，可解決現(xiàn)有路徑搜索效 率過(guò)低，對(duì)于規(guī)模較大的路網(wǎng)無(wú)法適于實(shí)用的問(wèn)題。在本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)選實(shí)施例中，通過(guò)起點(diǎn)和終點(diǎn)之間的距離配置路網(wǎng)的層數(shù)， 可適應(yīng)不同距離情況的路徑搜索，兼顧搜索效率和搜索精度的平衡，一方面，保證各種距離 情形下的路徑分析結(jié)果的合理性，另一方面，通過(guò)搜索層數(shù)的控制，讓各種距離情形下路徑 分析算法的搜索空間保持穩(wěn)定。在本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)選實(shí)施例中，將當(dāng)前層路網(wǎng)搜索的所有上一層節(jié)點(diǎn)采用堆數(shù) 據(jù)結(jié)構(gòu)管理，作為上層路網(wǎng)局部最優(yōu)路徑搜索的基礎(chǔ)，可綜合處理局部最優(yōu)和全局最優(yōu)的 關(guān)系。在本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)選實(shí)施例中，通過(guò)控制道路權(quán)值參數(shù)，可充分體現(xiàn)人們的實(shí) 際出行習(xí)慣，使路徑分析的結(jié)果更加合理，尤其可規(guī)避一些理論上通行，但用戶(hù)很難會(huì)選擇 的路段。
另外，對(duì)于采用啟發(fā)式搜索方法的情況，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，通過(guò)增加自適應(yīng) 調(diào)節(jié)參數(shù)ο，構(gòu)造啟發(fā)式費(fèi)用權(quán)值λ與距離D的模糊映射關(guān)系對(duì)于較遠(yuǎn)距離的路徑分 析，加大λ值，以?xún)?yōu)先考慮更高的效率；對(duì)于較近距離的路徑分析，減小λ值，以獲取更準(zhǔn) 確的結(jié)果。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)Dijkstra與啟發(fā)式路徑搜索比較示意圖；圖2是本發(fā)明基于分層路網(wǎng)的路徑搜索方法第一實(shí)施例流程圖；圖3是本發(fā)明基于分層路網(wǎng)的路徑搜索方法分層策略示意圖；圖4-1 圖4-5分別是北京市三環(huán)范圍內(nèi)分層路網(wǎng)中第1層 第5層路網(wǎng)示意 圖；圖5是本發(fā)明基于分層路網(wǎng)的路徑搜索方法第二實(shí)施例流程圖；圖6是本發(fā)明基于分層路網(wǎng)的路徑搜索裝置一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí) 施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。參照?qǐng)D2，示出了本發(fā)明基于分層路網(wǎng)的路徑搜索方法第一實(shí)施例的流程，具體包 括以下步驟步驟S201 在下層路網(wǎng)分別搜索起點(diǎn)S的局部最優(yōu)路徑= (S. . . Ji)和終點(diǎn)E 的局部最優(yōu)路徑Rne = (Nk... Ε)；上述節(jié)點(diǎn)Ji和節(jié)點(diǎn)Nk為上層路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)；節(jié)點(diǎn)Ji位于起點(diǎn)S的預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，節(jié)點(diǎn)Nk 位于終點(diǎn)E的預(yù)設(shè)范圍內(nèi)；該預(yù)設(shè)范圍為以S或E為中心的圓形區(qū)域或方形區(qū)域，區(qū)域的大 小與節(jié)點(diǎn)所在的路網(wǎng)層相關(guān)，如，當(dāng)節(jié)點(diǎn)位于第1層路網(wǎng)時(shí)，圓形區(qū)域的半徑可設(shè)置為10千 米，方形區(qū)域的邊長(zhǎng)可設(shè)置為20千米；當(dāng)節(jié)點(diǎn)位于第2層路網(wǎng)時(shí)，則圓形區(qū)域的半徑可設(shè)置 為50千米，方形區(qū)域的邊長(zhǎng)可設(shè)置為100千米；若所述節(jié)點(diǎn)位于第3層以上的路網(wǎng)，則圓形 區(qū)域的半徑可設(shè)置為100千米，方形區(qū)域的邊長(zhǎng)可設(shè)置為200千米。步驟S202 在上層路網(wǎng)搜索節(jié)點(diǎn)Ji和節(jié)點(diǎn)Nk的局部最優(yōu)路徑= (Ji. . . Nk)；在步驟S201和S202的局部最優(yōu)路徑搜索中，可采用Dijkstra最短路徑算法，也 可以采用啟發(fā)式路徑規(guī)劃方法；若采用啟發(fā)式路徑規(guī)劃方法，可采用用下列公式估算局部最優(yōu)路徑的開(kāi)始節(jié)點(diǎn)到 達(dá)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的費(fèi)用f' (ν)f' (v) = g(v) + A d' (ν)其中，g(v)為局部最優(yōu)路徑的開(kāi)始節(jié)點(diǎn)到當(dāng)前節(jié)點(diǎn)ν的實(shí)際費(fèi)用，λ為啟發(fā)式費(fèi) 用權(quán)值，d' (ν)為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)ν到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的直線(xiàn)距離。步驟S203 合并上述局部最優(yōu)路徑，獲得從起點(diǎn)S到終點(diǎn)E的最優(yōu)路徑Rse = (S· · · Ji. · · Nj^· · · E) ο在本優(yōu)選實(shí)施例中，為適應(yīng)不同距離情況的路徑搜索，兼顧搜索效率和搜索精度 的平衡，一方面，保證各種距離情形下的路徑分析結(jié)果的合理性，另一方面，通過(guò)搜索層數(shù)的控制，讓各種距離情形下路徑分析算法的搜索空間保持穩(wěn)定，通過(guò)起點(diǎn)S和終點(diǎn)E之間的 距離D來(lái)配置路網(wǎng)的層數(shù)η。一般來(lái)講，D大于500千米時(shí)，為較遠(yuǎn)距離的省際間路徑分析； 100 500公里為城市間路徑分析；50 100公里為城市內(nèi)部或相鄰城市間的路徑分析； 10 50公里為城市內(nèi)部穿越；0 10公里為較勁距離路徑分析。為此，本優(yōu)選實(shí)施例對(duì)于 不同的距離區(qū)間，按下列規(guī)則設(shè)定不同的搜索層數(shù)控制若D < 10 千米，則 η = 1 ；若10千米彡D < 50千米，則η = 2 ；若50千米彡D < 100千米，則η = 3 ；若100千米彡D < 500千米，則η = 4 ；若D彡500千米，則η = 5。當(dāng)η > 2時(shí)，步驟201中的局部最優(yōu)路徑和I ,的可采用下述方法實(shí)現(xiàn)將起點(diǎn)S和終點(diǎn)E是作為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)；判斷當(dāng)前節(jié)點(diǎn)是否為最上層路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，若否，在當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，基于當(dāng)前 層路網(wǎng)搜索該當(dāng)前節(jié)點(diǎn)到上一層路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的局部最優(yōu)路徑；將該上一層路網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)作為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)，重復(fù)上述判斷和搜索過(guò)程。參照?qǐng)D4-1 圖4-5，分別示出了北京市三環(huán)范圍內(nèi)分層路網(wǎng)中第1層 第5層路 網(wǎng)圖，其中，圖4-1所示的第1層路網(wǎng)為去掉社區(qū)內(nèi)部道路和公園內(nèi)部道路等局部道路后的 道路圖，圖4-2 圖4-5所示的第2層 第5層道路是基于道路功能屬性、特征屬性等進(jìn)一 步抽象出的道路圖，從圖中不難看出，隨著道路層數(shù)的上升，道路規(guī)模大大減少，因此，基于 本發(fā)明的分層路網(wǎng)上升搜索策略，可大大減少路徑的搜索規(guī)模，從而使得總體搜索規(guī)模在 較小的可控范圍內(nèi)進(jìn)行，路徑搜索效率大大提高。在本優(yōu)選實(shí)施例中，為避免因局部最優(yōu)路徑和全局最優(yōu)路徑的矛盾，將當(dāng)前層路 網(wǎng)搜索的所有上一層節(jié)點(diǎn)采用堆數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)管理，作為上層路網(wǎng)局部最優(yōu)路徑搜索的基礎(chǔ)。參照?qǐng)D3，示出了一個(gè)簡(jiǎn)單的分層搜索策略示意圖，圖中虛線(xiàn)為相對(duì)下層路網(wǎng)G1， 實(shí)線(xiàn)為相對(duì)上層路網(wǎng)G2，S和E分別表示為起點(diǎn)和終點(diǎn)。在圖3中，以起點(diǎn)S的上升搜索 為例，節(jié)點(diǎn)J1, J2, J3, J4都有可能是上層的起始點(diǎn)。因此，將節(jié)點(diǎn)J1 J4和N1 N4均納入 堆數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)管理，作為上層路網(wǎng)局部最優(yōu)路徑搜索的基礎(chǔ)，需要分別計(jì)算路徑(J1. . . N1)， (J1. . . N2)，。。。，(J4. . . N4)，然后與路徑(S. . . Ji)、(Nk. . . Ε)綜合后比較，獲得從起點(diǎn)S到終 點(diǎn)E總體費(fèi)用最小的路徑I SE = (S... Ji. . . Nk. . . Ε)。另外，為充分體現(xiàn)人們的實(shí)際出行習(xí)慣，使路徑分析的結(jié)果更加合理，尤其是需要 規(guī)避一些理論上通行，但用戶(hù)很難會(huì)選擇的路段時(shí)，可根據(jù)起點(diǎn)S和終點(diǎn)E之間的距離，合 理地調(diào)整道路費(fèi)用的權(quán)值。比如較遠(yuǎn)距離的時(shí)間最快路徑分析，可以將最頂層高速公路的 權(quán)值減少，以使高速公路通過(guò)費(fèi)用降低，規(guī)劃路線(xiàn)更多地選擇高速；反過(guò)來(lái)，對(duì)于較近距離 的路徑分析，盡量減少高速和其他道路的費(fèi)用權(quán)值差值，以避免“繞路”。在本優(yōu)選實(shí)施例 中，為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，增加了一個(gè)道路的費(fèi)用權(quán)值參數(shù)S，并根據(jù)下述公式重新計(jì)算道路的 費(fèi)用τ ‘τ ‘ = (β-δ)· τ，β e (0 1〕，δ e (0 β)其中，τ表示道路的原始費(fèi)用；β表示道路的費(fèi)用權(quán)值。顯然，δ越大，τ'越小，即該道路的費(fèi)用越小；道路的費(fèi)用越小，在搜索路徑時(shí)，
10該道路越會(huì)被優(yōu)先搜索到。在步驟S201和S202的局部最優(yōu)路徑搜索中，采用啟發(fā)式路徑規(guī)劃方法時(shí)，理論 上，只要啟發(fā)式的估計(jì)費(fèi)用小于實(shí)際的費(fèi)用，啟發(fā)式策略就可以在保證一定精度情形下有 效地提高Dijkstra算法的效率。但在大量的實(shí)際應(yīng)用中，真實(shí)的路網(wǎng)分布和道路拓?fù)潢P(guān)系 都非常繁雜，過(guò)大的λ值很容易造成繞路，為此，在本方法實(shí)施例進(jìn)一步的優(yōu)選實(shí)施例中， 通過(guò)增加一個(gè)自適應(yīng)調(diào)節(jié)參數(shù)σ，構(gòu)造λ與D的模糊映射關(guān)系，當(dāng)進(jìn)行較遠(yuǎn)距離的路徑分 析時(shí)，可加大λ的值，以?xún)?yōu)先考慮更高的搜索效率；對(duì)于較近距離，可減小λ值，以獲取更 準(zhǔn)確的搜索結(jié)果。其中，局部最優(yōu)路徑的開(kāi)始節(jié)點(diǎn)到達(dá)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的費(fèi)用f' (ν)的計(jì)算公式 為f' (v) = g(v) + o Ad' (ν)，σ e
上述公式中，g(v)為局部最優(yōu)路徑的開(kāi)始節(jié)點(diǎn)到當(dāng)前節(jié)點(diǎn)ν的實(shí)際費(fèi)用，λ為啟 發(fā)式費(fèi)用權(quán)值，d' (ν)為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)ν到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的直線(xiàn)距離，O為自適應(yīng)調(diào)節(jié)參數(shù)；該自 適應(yīng)調(diào)節(jié)參數(shù)σ與局部最優(yōu)路徑的開(kāi)始節(jié)點(diǎn)和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的距離D相關(guān)；若D 彡 500 千米，貝Ij σ = 1 ；若100 千米< D < 500 千米，則 σ = 0. 8+0. 2 X (D-100) / (500-100)；若10 千米彡 D ( 100 千米，則 σ = 0. 6+0. 2 X (D-10) / (100-10)；若D<10 千米，貝 Ijo = 0. 4+0. 2XD/10。參照?qǐng)D5，示出了本發(fā)明基于分層路網(wǎng)的路徑搜索方法第二實(shí)施例的流程，具體包 括以下步驟步驟S501 將起點(diǎn)S和終點(diǎn)E作為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)，將第1層路網(wǎng)作為當(dāng)前層路網(wǎng)；步驟S502 判斷當(dāng)前節(jié)點(diǎn)是否為最上層路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)？若是，轉(zhuǎn)步驟S505 ；否則，轉(zhuǎn)步 驟 S503 ；步驟S503 在當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，基于當(dāng)前層路網(wǎng)，搜索該當(dāng)前節(jié)點(diǎn)到上一 層路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的局部最優(yōu)路徑；步驟S504:將上述上一層路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)作為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)，將上述上一層路網(wǎng)作為當(dāng)前層 路網(wǎng)；轉(zhuǎn)步驟S502 ；步驟S505 合并起點(diǎn)S到最上層路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)Ji之間的局部最優(yōu)路徑= (S. . . Ji)， 以及，最上層路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)Nk到終點(diǎn)E之間的局部最優(yōu)路徑Rne = (Nk. . . E)；步驟S506 在最上層路網(wǎng)搜索所有最上層路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)Ji和Nk之間的局部最優(yōu)路徑 Rjn = (Ji- · · Nk)；步驟S507 合并上述局部最優(yōu)路徑，獲得從起點(diǎn)S到終點(diǎn)E總體費(fèi)用最小的路徑 Rse = =(S. . . Ji. · · Nk. · · E)。對(duì)于前述的各方法實(shí)施例，為了描述簡(jiǎn)單，故將其都表述為一系列的動(dòng)作組合，但 是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該知悉，本發(fā)明并不受所描述的動(dòng)作順序的限制，因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明， 某些步驟可以采用其他順序或同時(shí)執(zhí)行。其次，本領(lǐng)域技術(shù)人員也應(yīng)該知悉，上述方法實(shí)施 例均屬于優(yōu)選實(shí)施例，所涉及的動(dòng)作和模塊并不一定是本發(fā)明所必須的。參照?qǐng)D6，示出了本發(fā)明基于分層路網(wǎng)的路徑搜索裝置一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖，具體 包括以下單元上升搜索單元61 用于在起點(diǎn)S的預(yù)設(shè)范圍內(nèi)基于下層路網(wǎng)搜索起點(diǎn)S到上層路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)Ji的局部最優(yōu)路徑= (S. . . Ji)，以及，在終點(diǎn)E的預(yù)設(shè)范圍內(nèi)基于下層路網(wǎng)搜索 終點(diǎn)E到上層路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)Nk的局部最優(yōu)路徑Rne = (Nk. . . E)；上層路徑搜索單元62 用于在上層路網(wǎng)搜索上升搜索單元61產(chǎn)生的節(jié)點(diǎn)Ji和節(jié) 點(diǎn)Nk的局部最優(yōu)路徑I^n = (Ji. . . Nk)；路徑合并單元63 用于合并上升搜索單元61和上層路徑搜索單元62產(chǎn)生的局部 最優(yōu)路徑1^、Rne和，獲得從起點(diǎn)S到終點(diǎn)E的最優(yōu)路徑Rse = (S... Ji. . . Nk. . . E)。在本裝置實(shí)施例的另一優(yōu)選實(shí)施例中，還包括路網(wǎng)層數(shù)設(shè)置單元64、上升搜索控 制單元65、節(jié)點(diǎn)管理單元66、區(qū)域設(shè)置單元67、道路費(fèi)用權(quán)值設(shè)置單元68、第一局部最優(yōu)路 徑搜索單元69-1和第二局部最優(yōu)路徑搜索單元69-2，其中路網(wǎng)層數(shù)設(shè)置單元64 采用下述規(guī)則設(shè)置路網(wǎng)的層數(shù)η 若D < 10千米，則η = 1 ；若10千米< D < 50千米，則η = 2 ；若50千米< D < 100千米，則η = 3 ；若100千米 ^ D < 500千米，則η = 4 ；若D彡500千米，則η = 5 ；其中D表示所述起點(diǎn)S和終點(diǎn)E之 間的距離。上升搜索控制單元65 采用下述策略為上升搜索單元61產(chǎn)生局部最優(yōu)路徑和 Rjn 將起點(diǎn)S和終點(diǎn)E作為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)；判斷當(dāng)前節(jié)點(diǎn)是否為最上層路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，若否，在當(dāng)前 節(jié)點(diǎn)的預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，基于當(dāng)前層路網(wǎng)搜索該當(dāng)前節(jié)點(diǎn)到上一層路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的局部最優(yōu)路徑； 將該上一層路網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)作為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)，重復(fù)上述判斷和搜索過(guò)程。節(jié)點(diǎn)管理單元66:用于將上升搜索控制單元65在當(dāng)前層路網(wǎng)搜索的所有上一層 節(jié)點(diǎn)采用堆數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)管理，作為上一層路網(wǎng)局部最優(yōu)路徑搜索的基礎(chǔ)。區(qū)域設(shè)置單元67 用于為上升搜索單元61或上升搜索控制單元65設(shè)置節(jié)點(diǎn)的預(yù) 設(shè)搜索范圍，該預(yù)設(shè)搜索范圍為以該節(jié)點(diǎn)為中心的圓形區(qū)域或方形區(qū)域，其中若所述節(jié)點(diǎn) 位于第1層路網(wǎng)，則圓形區(qū)域的半徑為10千米，方形區(qū)域的邊長(zhǎng)為20千米；若所述節(jié)點(diǎn)位 于第2層路網(wǎng)，則圓形區(qū)域的半徑為50千米，方形區(qū)域的邊長(zhǎng)為100千米；若所述節(jié)點(diǎn)位于 第3層以上的路網(wǎng)，則圓形區(qū)域的半徑為100千米，方形區(qū)域的邊長(zhǎng)為200千米。道路費(fèi)用權(quán)值設(shè)置單元68 用于根據(jù)起點(diǎn)S和終點(diǎn)E之間的距離，設(shè)置道路的費(fèi) 用權(quán)值參數(shù)、并根據(jù)下述公式計(jì)算道路的費(fèi)用τ'，為上升搜索單元61和上層路徑搜索 單元62提供局部最優(yōu)路徑的搜索基礎(chǔ)τ ‘ = (β-δ)· τ，β e (0 1〕，δ e (0 β)上述公式中，τ表示道路的原始費(fèi)用；β表示道路的費(fèi)用權(quán)值。第一局部最優(yōu)路徑搜索單元69-1 用于在同一層網(wǎng)絡(luò)，基于迪杰斯特拉最短路徑 算法或啟發(fā)式路徑規(guī)劃方法，搜索開(kāi)始節(jié)點(diǎn)到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間最優(yōu)路徑；對(duì)于啟發(fā)式路徑規(guī) 劃方法，用下列公式估算局部最優(yōu)路徑的開(kāi)始節(jié)點(diǎn)到達(dá)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的費(fèi)用f' (ν)f' (v) = g(v) + A d' (ν)其中，g(v)為局部最優(yōu)路徑的開(kāi)始節(jié)點(diǎn)到當(dāng)前節(jié)點(diǎn)ν的實(shí)際費(fèi)用，λ為啟發(fā)式費(fèi) 用權(quán)值，d' (ν)為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)V到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的直線(xiàn)距離。第二局部最優(yōu)路徑搜索單元69-2:用于在同一層網(wǎng)絡(luò)，基于自適應(yīng)啟發(fā)式路徑 規(guī)劃方法，搜索開(kāi)始節(jié)點(diǎn)到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的最優(yōu)路徑；上述開(kāi)始節(jié)點(diǎn)到達(dá)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的費(fèi)用 f ‘ (ν)的計(jì)算公式為f' (v) = g(v) + o Ad' (ν)
其中，g(v)為局部最優(yōu)路徑的開(kāi)始節(jié)點(diǎn)到當(dāng)前節(jié)點(diǎn)ν的實(shí)際費(fèi)用，λ為啟發(fā)式費(fèi) 用權(quán)值，d' (ν)為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)V到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的直線(xiàn)距離，σ為自適應(yīng)調(diào)節(jié)參數(shù)；該自適應(yīng)調(diào) 節(jié)參數(shù)σ與局部最優(yōu)路徑的開(kāi)始節(jié)點(diǎn)和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的距離D相關(guān)若D彡 500 千米，貝Ij σ = 1 ；若100 千米< D < 500 千米，貝丨J σ = 0. 8+0. 2 X (D-100) / (500-100)；若10 千米彡 D ( 100 千米，則 σ = 0. 6+0. 2 X (D-10) / (100-10)；若D <10 千米，貝Ijo = 0. 4+0. 2XD/10。需要說(shuō)明的是，上述裝置實(shí)施例屬于優(yōu)選實(shí)施例，所涉及的單元和模塊并不一定 是本發(fā)明所必須的。下面，結(jié)合具體實(shí)例，與現(xiàn)有Dijkstra算法方案、啟發(fā)式搜索方案對(duì)比說(shuō)明本發(fā) 明基于分層路網(wǎng)的路徑搜索方案的技術(shù)效果。運(yùn)行環(huán)境CPU為 Pentium E52002. 5GHz,內(nèi)存 2GB，操作系統(tǒng)為 WindowsXP。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)ISBN978-7-900M7-80-3全國(guó)數(shù)據(jù)，弧段數(shù)量為4693431條。實(shí)施過(guò)程包括6組實(shí)驗(yàn)，每一組實(shí)驗(yàn)選取100個(gè)案例。對(duì)于城際間的路徑搜索分 析，每一組案例以起始地范圍內(nèi)(如北京市)隨機(jī)取點(diǎn)作為起點(diǎn)，以到達(dá)地范圍內(nèi)(如海南 省)隨機(jī)取點(diǎn)作為終點(diǎn)。對(duì)于市內(nèi)(如北京市和上海市)的路徑搜索分析，只隨機(jī)選取起 點(diǎn)和終點(diǎn)距離在10公里以上的案例作為測(cè)試用例。上述實(shí)驗(yàn)的搜索規(guī)模和搜索時(shí)間對(duì)比 情況分別參見(jiàn)表1和表2所示。需要說(shuō)明的是，考慮到當(dāng)弧段數(shù)量大于沈0000時(shí)，所需的內(nèi)存等資源占用會(huì)非常 大，特別是在嵌入式設(shè)備上，可能會(huì)出現(xiàn)因資源耗盡而宕機(jī)的問(wèn)題，因此，實(shí)驗(yàn)中設(shè)定，當(dāng)搜 索弧段大于260000時(shí)，搜索堆會(huì)溢出。如果出現(xiàn)堆溢出情況，在計(jì)算搜索弧段和搜索時(shí)間 均值時(shí)，不考慮該溢出案例。表1搜索規(guī)模對(duì)比情況(搜索弧段數(shù)量的對(duì)比)
起點(diǎn)-終點(diǎn)Dijkstra算法搜 索弧段數(shù)量(條)啟發(fā)式方案搜索 弧段數(shù)量(條)本發(fā)明方案的搜 索弧段數(shù)量(條)最大均值最大均值最大均值北京-海南溢出溢出溢出溢出90444616北京-廣州溢出溢出溢出溢出63933461北京-鄭州溢出溢出986856851013631013北京-天津溢出168162600472901721251025北京市內(nèi)19034987038350771128197883277上海市內(nèi)211970107581501731907573112254 表2搜索效率對(duì)比情況(搜索時(shí)間的對(duì)比)
1權(quán)利要求
1.一種基于分層路網(wǎng)的路徑搜索方法，其特征在于，包括在下層路網(wǎng)分別搜索起點(diǎn)S的局部最優(yōu)路徑= (S. . . Ji)和終點(diǎn)E的局部最優(yōu)路徑 Rne = (Nk. . . E)；所述節(jié)點(diǎn)Ji和節(jié)點(diǎn)Nk為上層路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)；所述節(jié)點(diǎn)Ji位于起點(diǎn)S的預(yù)設(shè)范 圍內(nèi)，所述節(jié)點(diǎn)Nk位于終點(diǎn)E的預(yù)設(shè)范圍內(nèi)；在上層路網(wǎng)搜索節(jié)點(diǎn)Ji和節(jié)點(diǎn)Nk的局部最優(yōu)路徑Rtn = (Ji. . . Nk)；合并上述局部最優(yōu)路徑，獲得從起點(diǎn)S到終點(diǎn)E的最優(yōu)路徑I SE = (S... Ji. . . Nk. . . Ε)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述局部最優(yōu)路徑和I ,的搜索方法具 體為將起點(diǎn)S和終點(diǎn)E是作為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)；判斷當(dāng)前節(jié)點(diǎn)是否為最上層路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，若否，在當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，基于當(dāng)前層路 網(wǎng)搜索該當(dāng)前節(jié)點(diǎn)到上一層路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的局部最優(yōu)路徑；將該上一層路網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)作為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)，重復(fù)上述判斷和搜索過(guò)程。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述路網(wǎng)的層數(shù)η與所述起點(diǎn)S和終點(diǎn)E之 間的距離D相關(guān)若0 < 10千米，則η = 1 ； 若10千米< D < 50千米，則η = 2 ； 若50千米< D < 100千米，則η = 3 ； 若100千米< D < 500千米，則η = 4 ； 若D彡500千米，則η = 5。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，將當(dāng)前層路網(wǎng)搜索的所有上一層節(jié)點(diǎn)采用 堆數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)管理，作為上層路網(wǎng)局部最優(yōu)路徑搜索的基礎(chǔ)。
5.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述節(jié)點(diǎn)的預(yù)設(shè)范圍為以該節(jié)點(diǎn)為中心 的圓形區(qū)域或方形區(qū)域，其中若所述節(jié)點(diǎn)位于第1層路網(wǎng)，則圓形區(qū)域的半徑為10千米，方形區(qū)域的邊長(zhǎng)為20千米；若所述節(jié)點(diǎn)位于第2層路網(wǎng)，則圓形區(qū)域的半徑為50千米，方形區(qū)域的邊長(zhǎng)為100千米；若所述節(jié)點(diǎn)位于第3層以上的路網(wǎng)，則圓形區(qū)域的半徑為100千米，方形區(qū)域的邊長(zhǎng)為 200千米。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述局部最優(yōu)路徑搜索步驟之前還包括 根據(jù)所述起點(diǎn)S和終點(diǎn)E之間的距離，增加道路的費(fèi)用權(quán)值參數(shù)δ，并根據(jù)下述公式計(jì)算道 路的費(fèi)用τ ‘τ ‘ = (β-δ) . τ，β ￡(0 1〕，δ e(0 β)其中，τ表示道路的原始費(fèi)用；β表示道路的費(fèi)用權(quán)值。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在同一層網(wǎng)絡(luò)搜索局部最優(yōu)路徑的方式為 迪杰斯特拉最短路徑算法或啟發(fā)式路徑規(guī)劃方法；對(duì)于啟發(fā)式路徑規(guī)劃方法，用下列公式估算局部最優(yōu)路徑的開(kāi)始節(jié)點(diǎn)到達(dá)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的 費(fèi)用f' (ν)f' (v) = g(v) + Ad' (ν)其中，g(v)為局部最優(yōu)路徑的開(kāi)始節(jié)點(diǎn)到當(dāng)前節(jié)點(diǎn)ν的實(shí)際費(fèi)用，λ為啟發(fā)式費(fèi)用權(quán) 值，d' (ν)為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)ν到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的直線(xiàn)距離。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在同一層網(wǎng)絡(luò)搜索局部最優(yōu)路徑的方式為 自適應(yīng)啟發(fā)式路徑規(guī)劃方法，所述局部最優(yōu)路徑的開(kāi)始節(jié)點(diǎn)到達(dá)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的費(fèi)用f' (ν) 的計(jì)算公式為f' (v) = g(v) + 0 λ d' (ν)其中，g(v)為局部最優(yōu)路徑的開(kāi)始節(jié)點(diǎn)到當(dāng)前節(jié)點(diǎn)V的實(shí)際費(fèi)用，λ為啟發(fā)式費(fèi)用權(quán) 值，d' (ν)為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)V到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的直線(xiàn)距離，σ為自適應(yīng)調(diào)節(jié)參數(shù)；所述自適應(yīng)調(diào)節(jié) 參數(shù)σ與所述局部最優(yōu)路徑的開(kāi)始節(jié)點(diǎn)和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的距離D相關(guān)；若D彡500千米，則σ=1；若 100 千米< D < 500 千米，貝U σ = 0. 8+0. 2 X (D-100) / (500-100)；若 10 千米彡 D ( 100 千米，則 σ = 0. 6+0. 2 X (D-10) / (100-10)；若 D <10 千米，貝Ijo = 0. 4+0. 2XD/10。
9.一種基于分層路網(wǎng)的路徑搜索裝置，其特征在于，包括上升搜索單元用于在起點(diǎn)S的預(yù)設(shè)范圍內(nèi)基于下層路網(wǎng)搜索起點(diǎn)S到上層路網(wǎng)節(jié)點(diǎn) Ji的局部最優(yōu)路徑= (S... Ji)，以及，在終點(diǎn)E的預(yù)設(shè)范圍內(nèi)基于下層路網(wǎng)搜索終點(diǎn)E 到上層路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)Nk的局部最優(yōu)路徑Rne = (Nk. . . Ε)；上層路徑搜索單元用于在上層路網(wǎng)搜索所述上升搜索單元產(chǎn)生的節(jié)點(diǎn)Ji和節(jié)點(diǎn)Nk的 局部最優(yōu)路徑Rjn = (Ji- . . Nk)；路徑合并單元用于合并所述上升搜索單元和上層路徑搜索單元產(chǎn)生的局部最優(yōu)路徑 Rsj > Rne和IW獲得從起點(diǎn)S到終點(diǎn)E的最優(yōu)路徑Rse = (S... Ji... Nk... Ε)。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，還包括路網(wǎng)層數(shù)設(shè)置單元和上升搜索控制 單元，其中所述上升搜索控制單元采用下述策略為所述上升搜索單元產(chǎn)生局部最優(yōu)路徑和 Rjn 將起點(diǎn)S和終點(diǎn)E作為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)；判斷當(dāng)前節(jié)點(diǎn)是否為最上層路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，若否，在當(dāng)前 節(jié)點(diǎn)的預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，基于當(dāng)前層路網(wǎng)搜索該當(dāng)前節(jié)點(diǎn)到上一層路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的局部最優(yōu)路徑； 將該上一層路網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)作為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)，重復(fù)上述判斷和搜索過(guò)程；所述路網(wǎng)層數(shù)設(shè)置單元采用下述規(guī)則設(shè)置路網(wǎng)的層數(shù)η 若D < 10千米，則η = 1 ；若 10千米< D < 50千米，則η = 2 ；若50千米< D < 100千米，則η = 3 ；若100千米< D < 500千米，則η = 4 ；若D彡500千米，則η = 5 ；其中D表示所述起點(diǎn)S和終點(diǎn)E之間的 距離。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，還包括節(jié)點(diǎn)管理單元，用于將上升搜索控 制單元在當(dāng)前層路網(wǎng)搜索的所有上一層節(jié)點(diǎn)采用堆數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)管理，作為上一層路網(wǎng)局部最 優(yōu)路徑搜索的基礎(chǔ)。
12.如權(quán)利要求9或10所述的裝置，其特征在于，還包括區(qū)域設(shè)置單元，用于為所述上 升搜索單元或上升搜索控制單元設(shè)置所述節(jié)點(diǎn)的預(yù)設(shè)搜索范圍，該預(yù)設(shè)搜索范圍為以該節(jié) 點(diǎn)為中心的圓形區(qū)域或方形區(qū)域，其中若所述節(jié)點(diǎn)位于第1層路網(wǎng)，則圓形區(qū)域的半徑為10千米，方形區(qū)域的邊長(zhǎng)為20千米；若所述節(jié)點(diǎn)位于第2層路網(wǎng)，則圓形區(qū)域的半徑為50千米，方形區(qū)域的邊長(zhǎng)為100千米；若所述節(jié)點(diǎn)位于第3層以上的路網(wǎng)，則圓形區(qū)域的半徑為100千米，方形區(qū)域的邊長(zhǎng)為 200千米。
13.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，還包括道路費(fèi)用權(quán)值設(shè)置單元，用于根據(jù) 所述起點(diǎn)S和終點(diǎn)E之間的距離，設(shè)置道路的費(fèi)用權(quán)值參數(shù)δ，并根據(jù)下述公式計(jì)算道路的 費(fèi)用τ'，為所述上升搜索單元和上層路徑搜索單元提供局部最優(yōu)路徑的搜索基礎(chǔ)τ ‘ = (β-δ) . τ，β e (0 1〕，δ e (0 β)其中，τ表示道路的原始費(fèi)用；β表示道路的費(fèi)用權(quán)值。
14.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，還包括第一局部最優(yōu)路徑搜索單元，用于 在同一層網(wǎng)絡(luò)，基于迪杰斯特拉最短路徑算法或啟發(fā)式路徑規(guī)劃方法，搜索開(kāi)始節(jié)點(diǎn)到目 標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間最優(yōu)路徑；對(duì)于啟發(fā)式路徑規(guī)劃方法，用下列公式估算局部最優(yōu)路徑的開(kāi)始節(jié) 點(diǎn)到達(dá)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的費(fèi)用f' (ν)f' (v) = g(v) + Ad' (ν)其中，g(v)為局部最優(yōu)路徑的開(kāi)始節(jié)點(diǎn)到當(dāng)前節(jié)點(diǎn)ν的實(shí)際費(fèi)用，λ為啟發(fā)式費(fèi)用權(quán) 值，d' (ν)為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)ν到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的直線(xiàn)距離。
15.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，還包括第二局部最優(yōu)路徑搜索單元，用于 在同一層網(wǎng)絡(luò)，基于自適應(yīng)啟發(fā)式路徑規(guī)劃方法，搜索開(kāi)始節(jié)點(diǎn)到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的最優(yōu)路 徑；所述開(kāi)始節(jié)點(diǎn)到達(dá)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的費(fèi)用f' (ν)的計(jì)算公式為f' (v) = g(v) + o λ d' (ν)其中，g(v)為局部最優(yōu)路徑的開(kāi)始節(jié)點(diǎn)到當(dāng)前節(jié)點(diǎn)ν的實(shí)際費(fèi)用，λ為啟發(fā)式費(fèi)用權(quán) 值，d' (ν)為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)ν到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的直線(xiàn)距離，σ為自適應(yīng)調(diào)節(jié)參數(shù)；所述自適應(yīng)調(diào)節(jié) 參數(shù)σ與所述局部最優(yōu)路徑的開(kāi)始節(jié)點(diǎn)和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的距離D相關(guān)；若D彡500千米，則σ=1；若 100 千米< D < 500 千米，則 σ = 0. 8+0. 2 X (D-100) / (500-100)；若 10 千米彡 D ( 100 千米，則 σ = 0. 6+0. 2 X (D-10) / (100-10)；若 D <10 千米，貝Ijo = 0. 4+0. 2XD/10。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于分層路網(wǎng)的路徑搜索方法和裝置，所述方法包括在下層路網(wǎng)分別在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)搜索起點(diǎn)S的局部最優(yōu)路徑RSJ＝(S...Ji)和終點(diǎn)E的局部最優(yōu)路徑RNE＝(Nk...E)；所述節(jié)點(diǎn)Ji和節(jié)點(diǎn)Nk為上層路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)；在上層路網(wǎng)搜索節(jié)點(diǎn)Ji和節(jié)點(diǎn)Nk的局部最優(yōu)路徑RJN＝(Ji...Nk)；合并上述局部最優(yōu)路徑，獲得從起點(diǎn)S到終點(diǎn)E的最優(yōu)路徑RSE＝(S...Ji...Nk...E)。本發(fā)明方案中，起點(diǎn)和終點(diǎn)的局部最優(yōu)路徑通過(guò)預(yù)設(shè)范圍控制路網(wǎng)搜索規(guī)模；遠(yuǎn)距離的節(jié)點(diǎn)Ji和Nk之間的最優(yōu)路徑在路網(wǎng)規(guī)模較小的上層路網(wǎng)進(jìn)行搜索，從而使得總體搜索規(guī)模在較小的可控范圍內(nèi)進(jìn)行，路徑搜索效率大大提高。
文檔編號(hào)G06F17/30GK102081658SQ201110006188
公開(kāi)日2011年6月1日 申請(qǐng)日期2011年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月13日
發(fā)明者李少杰, 李楷, 馬海波, 黃躍峰 申請(qǐng)人:北京超圖軟件股份有限公司