一种无路网地形条件下的路径规划的方法及其装置与流程

本申请实施例涉及路径规划技术领域，具体涉及一种无路网地形条件下的路径规划的方法及其装置。

背景技术：

路径规划是智能化导航控制的关键技术，它能为行驶者提供最佳出行路线，缩短行驶时间，提高安全驾驶率，规范驾驶，从而顺利达到目的地。目前，各种导航应用系统普遍以传统的经纬度为基础，通过在地理信息系统上叠加矢量道路网数据，实现为用户导航的服务。

百度地图解决路径规划的方法为：获取用户提供的路线轨迹在终端屏幕坐标系中对应的像素坐标集；根据所述像素坐标集以及像素坐标与经纬度坐标之间的映射关系，确定所述路线轨迹在地理坐标系中对应的经纬度坐标集；根据所述经纬度坐标集确定与所述路线轨迹对应的目标规划路线。

高德地图在解决车辆导航问题时，需要先获取道路图像，然后基于道路数据，通过检测道路上的车道线，确定出行驶车辆所在道路的道路信息。

虽然以上基于经纬度和道路网的路径规划方法已经能够较好地满足路径导航的需求。但是，在没有矢量道路网数据的地区(如沙漠、丛林、山区、草地等)，现有的导航软件都无法提供正常的服务。因此，如何在矢量道路网数据缺失的情况下实现无路网路径规划，就成为导航应用领域亟待解决的重大问题。

技术实现要素：

本申请实施例解决的技术问题之一在于提供一种无路网地形条件下的路径规划的方法及其装置。

本申请实施例提供一种无路网地形条件下的路径规划的方法，包括：

获取研究区域的基础数据并对所述基础数据进行预处理，所述基础数据包括数字高程模型数据、地标类型数据、地名地址数据中至少其一；

对预处理后的基础数据根据经纬度与网格码之间的转换关系进行北斗导航网格剖分，以指定网络层级获取所述基础数据的网格编码；

对网格进行可通行性量化，并将网格的网格编码与其可通行性量化结果进行关联；

根据关联的网格编码与其可通行性量化结果，进行路径规划。

在本申请一具体实施例中，所述对预处理后的基础数据根据经纬度与网格码之间的转换关系进行北斗导航网格剖分，以指定网络层级获取所述基础数据的网格编码包括：

对预处理后的基础数据中的经纬度进行编码转换，转换为二进制网格编码进行基础运算；

根据网络层级对点、线、面对象进行网格剖分以及网格集聚合运算，获得空间对象网格映射；

对网格与网格、网格集与网格集进行空间关系计算以及空间分析，获得所述基础数据的网格编码。

在本申请一具体实施例中，所述对预处理后的基础数据中的经纬度进行编码转换，转换为二进制网格编码进行基础运算，包括：

建立十进制二维、二进制二维、二进制一维、四进制一维相互转换的映射关系；

根据所述映射关系，进行经纬度与二进制网格编码之间的转换以及网格地理含义判断与位移计算；

按照所述网络层级与二进制网格编码值，对获得的网格编码进行排序。

在本申请一具体实施例中，所述可通行性为：

根据道路等级、地表类型、地面坡度中至少一种确定可通行性。

在本申请一具体实施例中，所述对网格进行可通行性量化，并将网格的网格编码与其可通行性量化结果进行关联，还包括：

将所述网格内的标志性地物名称与所述网格编码、所述可通行性量化结果进行关联。

在本申请一具体实施例中，所述根据关联的网格编码与其可通行性量化结果进行路径规划，包括：

根据关联的网格编码与其可通行性量化结果进行最短路径规划；

根据所述最短路径进行局部微调，获得通行代价相对最短路径更小的路径。

在本申请一具体实施例中，所述根据关联的网格编码与其可通行性量化结果，进行路径规划之后，还包括：

对所述通行代价相对最短路径更小的路径进行合理性检查。

在本申请一具体实施例中，所述合理性检查包括：

判断所述路径经过网格中是否包含障碍物；

如果包含障碍物，则根据临近网格的可通行性量化结果重新规划路径。

在本申请一具体实施例中，所述合理性检查包括：

判断所述路径经过网格中是否包含不影响路径连通性的可删除网格；

如果包含可删除网格，则删除所述可删除网格，并重新规划路径。

对应上述方法，本申请还提供一种无路网地形条件下的路径规划的装置，包括：

预处理模块，用于获取研究区域的基础数据并对所述基础数据进行预处理，所述基础数据包括数字高程模型数据、地标类型数据、地名地址数据中至少其一；

网格剖分模块，用于对预处理后的基础数据根据经纬度与网格码之间的转换关系进行北斗导航网格剖分，以指定网络层级获取所述基础数据的网格编码；

代价量化模块，用于对网格进行可通行性量化，并将网格的网格编码与其可通行性量化结果进行关联；

路径规划模块，用于根据关联的网格编码与其可通行性量化结果，进行路径规划。

本申请实施例获取研究区域的数字高程模型数据、地标类型数据、地名地址数据中至少其一构成的基础数据并对所述基础数据进行预处理。对预处理后的基础数据根据经纬度与网格码之间的转换关系进行北斗导航网格剖分，以指定网络层级获取所述基础数据的网格编码。对网格进行可通行性量化，并将网格的网格编码与其可通行性量化结果进行关联，从而根据关联进行路径规划。本申请实施例能够实现对无道路矢量数据的复杂地形区域进行路径规划，且计算简单，使用方便，成本低廉。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例所应用的计算机设备的硬件结构图；

图2是本申请提供的一种无路网地形条件下的路径规划的方法一实施例流程图；

图3是本申请提供的一种无路网地形条件下的路径规划的方法另一实施例步骤s2的流程图；

图4是本申请提供的一种无路网地形条件下的路径规划的方法再一实施例步骤s21的流程图；

图5是本申请提供的一种无路网地形条件下的路径规划的方法中地理含义判断示意图；

图6是本申请提供的一种无路网地形条件下的路径规划的方法中位移计算示意图；

图7是本申请提供的一种无路网地形条件下的路径规划的方法中对点、线、面对象进行网格剖分示意图；

图8是本申请提供的一种无路网地形条件下的路径规划的方法中网格的可通行性代价示意图；

图9是本申请提供的一种无路网地形条件下的路径规划的方法另一实施例步骤s3的流程图；

图10是本申请提供的一种无路网地形条件下的路径规划的方法另一实施例步骤s4的流程图；

图11a和图11b是本申请提供的一种无路网地形条件下的路径规划的方法中起点与终点是否沿经线方向的示意图；

图12是本申请提供的一种无路网地形条件下的路径规划的方法中步骤s41的流程图；

图13是本申请提供的一种无路网地形条件下的路径规划的方法中最终的路径网格集合示意图；

图14是本申请提供的一种无路网地形条件下的路径规划的方法中步骤s42的流程图；

图15a至图15f是本申请提供的一种无路网地形条件下的路径规划的方法中进行微调的示意图；

图16是本申请提供的一种无路网地形条件下的路径规划的方法中微调后规划路径的示意图；

图17是本申请提供的一种无路网地形条件下的路径规划的方法中步骤s4再一实施例的流程图；

图18是本申请提供的一种无路网地形条件下的路径规划的方法中步骤s43再一实施例的流程图；

图19是本申请提供的一种无路网地形条件下的路径规划的方法中步骤s43再一实施例的流程图；

图20是本申请提供的一种无路网地形条件下的路径规划的装置一实施例结构图。

具体实施方式

本申请实施例获取研究区域的数字高程模型数据、地标类型数据、地名地址数据中至少其一构成的基础数据并对所述基础数据进行预处理。对预处理后的基础数据根据经纬度与网格码之间的转换关系进行北斗导航网格剖分，以指定网络层级获取所述基础数据的网格编码。对网格进行可通行性量化，并将网格的网格编码与其可通行性量化结果进行关联，从而根据关联进行路径规划。本申请实施例能够实现对无道路矢量数据的复杂地形区域进行路径规划，且计算简单，使用方便。

尽管本申请能够具有许多不同形式的实施例，但在附图中显示并且将在本文详细描述的特定实施例，应该理解，这种实施例的公开应该被视为原理的示例，而非意图把本申请限制于显示和描述的特定实施例。在以下的描述中，相同的标号用于描述附图的几个示图中的相同、相似或对应的部分。

如本文所使用，术语“一个”或“一种”被定义为一个(种)或超过一个(种)。如本文所使用，术语“多个”被定义为两个或超过两个。如本文所使用，术语“其他”被定义为至少再一个或更多个。如本文所使用，术语“包含”和/或“具有”被定义为包括(即，开放式语言)。如本文所使用，术语“耦合”被定义为连接，但未必是直接连接，并且未必是以机械方式连接。如本文所使用，术语“程序”或“计算机程序”或类似术语被定义为设计用于在计算机系统上执行的指令序列。“程序”或“计算机程序”可包括子程序、函数、过程、对象方法、对象实现、可执行应用、小应用程序、小服务程序、源代码、目标代码、共享库/动态加载库和/或设计用于在计算机系统上执行的其它指令序列。

在整个本文件中对“一个实施例”、“某些实施例”、“实施例”或类似术语的提及表示结合实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个本说明书的各种地方的这种词语的出现不必全部表示相同的实施例。另外，所述特定特征、结构或特性可非限制性地在一个或多个实施例中以任何合适的方式组合。

如本文所使用，术语“或者”应该被解释为是包括性的或者表示任何一种或任何组合。因此，“a、b或者c”表示“下面的任何一种：a；b；c；a和b；a和c；b和c；a，b和c”。仅当元件、功能、步骤或动作的组合以某种方式固有地相互排斥时，将会发生这种定义的例外。

为了使本领域的人员更好地理解本申请实施例中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

下面结合本申请实施例附图进一步说明本申请实施例具体实现。

本申请一实施例提一种无路网地形条件下的路径规划的方法，可应用于手机、pad等移动终端或者pc终端。

参见图1，所述终端通常包括：主控芯片11、存储器12、输入输出装置13以及其他硬件14。所述主控芯片11控制各功能模块，存储器12存储各应用程序和数据。

参见图2，所述方法包括：

s1、获取研究区域的基础数据并对所述基础数据进行预处理，所述基础数据包括数字高程模型(dem)数据、地标类型数据、地名地址数据中至少其一。

所述研究区域约40km*40km，该区域需要包括建筑、水体、植被、道路等常见地表类型。其中，路网密度适宜，既存在路网广泛分布的地区，也存在无路径的开阔地、丘陵、山地。另外，所述研究区域内各部分需要有一个较为明显的坡度差异，提高路径规划方法的实用性。

在本申请具体实现中，所述预处理包括传统制图中的投影变换等处理，可以借助现有的专业软件来进行，例如：arcgis、mapgis、supermap等。

s2、对预处理后的基础数据根据经纬度与网格码之间的转换关系进行北斗导航网格剖分，以指定网络层级获取所述基础数据的网格编码。

具体地，所述北斗导航网格剖分是指根据经纬度与网格码之间的转换关系，以指定网络层级对研究区域的数字高程模型(dem)数据、地表类型数据和地名地址数据进行剖分，获取网格化的各类基础数据。其关键在于网格层级的确定，剖分网络层级越高，网格越精细，基础数据表达的效果越好。但对于同一研究区域，网格数量急剧上升，空间搜索及路径规划的效率下降。综合考虑路径规划的精度要求以及服务对象的视野范围、行进速度等因素，将约8m×8m的第6级北斗导航网格码(即geosot第23层1/4″×1/4″网格)作为基础数据剖分处理的最高层级以及后台数据组织与管理的层级，此时，研究区域对应的网格数量约2500万。

在本申请一具体实施例中，参见图3，所述步骤s2包括：

s21、对预处理后的基础数据中的经纬度进行编码转换，转换为二进制网格编码进行基础运算。

参见图4，所述步骤s21包括：

s211、建立十进制二维、二进制二维、二进制一维、四进制一维相互转换的映射关系。

s212、根据所述映射关系，进行经纬度与二进制网格编码之间的转换以及网格地理含义判断与位移计算。

参见图5，所述网格地理含义判断通常指判断网格编码地理含义的真实性，如为true则表示网格可以通过，false则表示网格不可以通过。

参见图6，所述位移计算通常指加/减位移计算，即通过网格cella的加/减编码位移计算得到cellb的编码。

s213、按照所述网络层级与二进制网格编码值，对获得的网格编码进行排序。

s22、根据网络层级对点、线、面对象进行网格剖分以及网格集聚合运算，获得空间对象网格映射。

参见图7a至图7c，根据网络层级对点、线、面对象进行网格剖分，剖分网络层级越高，网格越精细，基础数据表达的效果越好。

s23、对网格与网格、网格集与网格集进行空间关系计算以及空间分析，获得所述基础数据的网格编码。

具体地，空间关系计算包括拓扑、量算、方位计算，此同现有技术中北斗导航网格剖分中空间关系计算相同，故在此不再赘述。

具体地，空间分析包括空间查询、缓冲区分析、叠加分析、空间插值，此同现有技术中北斗导航网格剖分中空间分析相同，故在此不再赘述。

s3、对网格进行可通行性量化，并将网格的网格编码与其可通行性量化结果进行关联。

所述可通行性为：

根据道路等级、地表类型、地面坡度中至少一种确定可通行性。

具体地，所述可通行性量化是指根据剖分处理后的基础数据为每个北斗导航网格的可通行性打分。

具体打分过程如下所述：

当网格内有道路通过时，按表1根据道路等级对网格的可通行性打分，其中若网格内有不同等级道路通过，则以高等级道路得分为最终得分。当网格内没有道路通过时，则按照地表类型进行打分。

表1不同道路等级对应的网格可通行性得分

按面积占优法判断网格的地表类型，若网格内只有建筑、水体、草地、树丛地、沙漠、沼泽及其它中的一种，则网格的地表类型即为该类型；若网格内包含多种地表类型，则取面积最大的类型作为网格的地表类型。当网格的地表类型为建筑、水体、树丛地、沙漠、沼泽时，该网格的可通行性打分为0(即不可通过)；当网格的地表类型为草地或其它时，则按照地面坡度进行打分。

按地面坡度衡量网格的可通行性。根据网格及其邻近网格的数字高程模型(dem)数据采用公式一进行坡度计算，其中，若网格跨越多个dem单元，则根据面积比加权计算网格高程。

α(坡度)＝arctan(高程差/水平距离)公式一

表2不同坡度对应的网格可通行性得分

参见图8，网格中数字为网格的可通行性代价，可通行性代价打分体制采用10分制，可通行性代价和可通行性相反，分数越高代表通行代价越大；当分数高于一定阈值时可认为实际应用中由于通行代价过大而放弃选择该网格通行，仿真试验将该值设为5。其中，可通行性代价为10的灰色网格表示水体，不可通过，黑色网格为起点和终点。

在本申请另一具体实施例中，参见图9，所述步骤s3还包括：

s3、将所述网格内的标志性地物名称与所述网格编码、所述可通行性量化结果进行关联。

本申请将网格的网格编码与其可通行性量化结果进行关联。其中，网格编码是查询与检索的主键，网格的可通行性量化结果以及所述网格内的标志性地物名称可根据网格编码进行查询。所述网格内的标志性地物名称作为路径规划的补充，增强了路径的直观性。

s4、根据关联的网格编码与其可通行性量化结果，进行路径规划。

参见图10，所述步骤s4包括：

s41、根据关联的网格编码与其可通行性代价量化结果进行最短路径规划。

s42、根据所述最短路径进行局部微调，获得通行代价相对最短路径更小的路径。

具体地址，需要创建四个表：route1表、route2表、candidate表和reference表。其中：route1表和route2表存储算法搜索到的路径网格，candidate表存储分叉处的候选网格，reference表存储起点和终点连线所经过网格。

参见图11a和图11b，当起点与终点连线不沿经线方向时，当前网格的8个邻域网格中，经向编码相同且靠近终点一侧的三个网格优先级为1，即最高。与当前网格经向编码相同的其余两个网格优先级为2。剩余3个网格优先级为3，即最低。当起点与终点连线沿经线方向时，与当前网格经向编码相同且靠近终点的网格优先级为1，与当前网格经向编码相同且远离终点的网格优先级为3，剩余6个网格优先级为2。

具体地，参见图12，所述步骤41包括：

step1：初始化，将route1表、route2表、candidate表和reference表清空，设route1表为当前处理的route表，优先级k＝1。

step2：分别计算起点和终点所在位置的网格编码。

step3：计算起点和终点连线所经过的网格，按距起点距离由近到远存入reference表(含起点)。

若当前网格为reference表中的网格gi，则gi-1定义为reference表中当前网格的前一网格，gi+1定义为当前网格的后一网格。

step4：逐一取reference表中的网格gi作为当前网格。

step5：判断gi+1是否终点网格；若gi+1不是终点网格时，转入step6；若gi+1是终点网格，则将gi和gi+1存入当前处理的route表(route1表或route2表)；判断candidate表是否为空；当candidate表为空时转入step10；当candidate表不为空时，置当前处理的route表为route2表，取candidate表中存入的第一个网格为当前处理的网格，清空candidate表，并根据reference表向route2表中插入起点至当前网格对应的路径网格，转入step8。

step6：判断gi+1是否可通行；若gi+1可通行，则当前网格存入当前处理的route表，转入step4；否则转入step7。

step7：取当前网格八邻域网格中优先级为k且不在reference表中的网格c1、c2；当c1、c2均可通行时，将当前网格存入route表，若c1、c2位于起点终点连线的上下两侧，则先取c1作为当前网格，c2存入candidate表，若c1、c2同时位于连线的上侧或者下侧，取离连线最近的作为当前网格，将离连线较远的存入candidate表，转入step8；当c1、c2仅一个可通行时，将当前网格存入route表，将可通行网格作为当前网格转入step8；当c1、c2均不可通行时取route表中的最后一个网格为当前网格，判断当前网格是否为reference表中的网格；若当前网格为reference表中的网格，则重复执行step7；若当前网格不为reference表中的网格，转入step8。

step8：获取当前网格八邻域网格中优先级为k的网格的通行代价，若存在可通行网格且其中包含reference表中的网格，则将当前网格存入当前处理的route表，转入step4；若存在可通行网格但其中不包含reference表中的网格，则将当前网格存入当前处理的route表中，当可通行网格个数大于1，则取离gi+1最近的网格作为当前网格，其余网格存入candidate表，当可通行网格仅有一个，则将其设为当前网格。gi+1＝gi+2，重新执行step8；若不存在可通行网格则判断candidate表是否为空；若不为空，则以candidate表中最后插入的网格c为当前网格，删除route表中c及其以后的网格，并从candidate表中删除当前网格，重新执行step8；若为空，转入step9。

step9：从当前处理的route表中删除最后一个网格，以删除处理后route表中的最后一个网格为当前网格，当前网格不为起点且为reference表中的网格时执行step7，当当前网格不为起点且不在reference表中时执行step8，当前网格为起点时执行step10。

step10：若route1和route2均不为空，则返回网格个数较少的route表中对应的路径，若route1和route2仅一个不为空，则返回相应的route表中对应的路径，若route1和route2均为空，则判断k是否为3，当k＝3时，起点和终点之间不可通行。

经过最短路径计算，获得最终的路径网格集合如图13中灰色网格所示。

具体地，参见图14，所述步骤42包括：

step11：初始化，清空route表，将最短路径网格存储于route表。

step12：若gi+1为终点时算法结束，route表中的网格即为最终通行代价较小的路径；否则逐一取route表中的网格gi作为当前网格，转入step13判断。

step13：若当前网格八邻域网格中存在网格c使得gi经c到gi+2的通行代价之和小于gi经gi+1到gi+2的通行代价之和，则以gi经c到gi+2的路径代替route表中gi经gi+1到gi+2的路径，将gi+2的前一个网格作为当前网格重复执行step3；否则转入step12。

具体微调的示意图参见图15a至图15f，其中黑色网格为当前网格，灰色网格为route表中当前路径。

图16为研究区域通行代价较小的路径规划局部微调结果，圈出区域为微调路径。

在本申请再一具体实现中，参见图17，所述步骤s4还包括：

s43、对所述通行代价相对最短路径更小的路径进行合理性检查。

具体地，参见图18，所述s43包括：

s431、判断所述路径经过网格中是否包含障碍物。

s432、如果包含障碍物，则根据临近网格的可通行性代价量化结果重新规划路径。

具体地，参见图19，所述s43还包括：

s433、判断所述路径经过网格中是否包含不影响路径连通性的可删除网格。

s434、如果包含可删除网格，则删除所述可删除网格，并重新规划路径。

参见图20，对应于上述方法，本申请还提供一种无路网地形条件下的路径规划的装置，包括：

预处理模块201，用于获取研究区域的基础数据并对所述基础数据进行预处理，所述基础数据包括数字高程模型数据、地标类型数据、地名地址数据中至少其一。

网格剖分模块202，用于对预处理后的基础数据根据经纬度与网格码之间的转换关系进行北斗导航网格剖分，以指定网络层级获取所述基础数据的网格编码。

代价量化模块203，用于对网格进行可通行性量化，并将网格的网格编码与其可通行性量化结果进行关联。

路径规划模块204，用于根据关联的网格编码与其可通行性量化结果，进行路径规划。

本领域的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、装置(设备)、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照实施例的方法、装置(设备)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本申请实施例进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请实施例的这些修改和变型属于本申请实施例权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。