专利名称：基于分层的路线计算的交通控制方法
技术领域：
本发明涉及汽车导航设备中用到的交通控制方法。
背景技术：
汽车导航领域中的路线选择问题可以归结为拓扑学中的路径选择问题。在导航技术中，将交通网络抽象为一个包含很多节点的拓扑网络，然后通过最短路径算法选择一条从起点到终点的最短路径。最短路径算法包括分枝界定法、A3算法、Costed算法、爬山法、贪心算法等。但是，现实的交通网络具有各种复杂因素，不同于理论上的数学模型。在现实中，最短路径，无论距离最短还是时间最短，都不一定是行车意义上的最优路径。除行驶距离或行驶时间外，行车最优路径的选择还需要考虑到很多无法预期或定量化的因素。例如，即使综合考虑了道路等级、信号等待、转向等待等因素而得到一条时间最短路径，驾驶者尚需考虑诸如路面状况对车辆磨损的承受程度、会车难易程度、路面清洁程度、驾驶视野是否开阔、道路交通规则遵守状况及突发情况发生概率等因素。这些因素对车辆、驾驶者的驾驶技术和注意力也是一种考验。这也是驾驶者一般不愿选择时间最短但包括一些狭窄胡同及交通秩序混乱街道在内的路径，而宁愿多花一些时间，选择次最短路径，尽量走干道出行的主要原因。因此，绝对的距离或时间最短路径往往并不是驾驶者愿意选择的行车路径。因此，最优路径应指行车意义上的最优路径，不一定是现有的最短路径算法所选择出的时间或空间最短路径。
发明内容
本发明所要解决的技术技术问题是提供一种基于分层的路线计算的交通控制方法，它可以结合交通网络的实际情况选择一条行车意义上的最优路径。
本发明所采用的技术方案是1、在包含固定节点数的交通拓扑网络中有路径起点、终点；2、利用层次策略将网络分为不同层次，低层次网络包含所有更高层次网络的网格的边，相邻层次网络具有公共节点；3、利用准备算法求得在低层次网络中从路径起点、终点到达高层次网络的网格的最短路径和跃点；
4、将跃点加入到高层次网络的节点中，并利用最优路径算法找出该两点间的最优路径；5、将所得最优路径与从低层次网络中的起点、终点到各自跃点间最短路径相连即得到在整个网络中从起点到终点的最优路径。
本发明所具有的积极效果是因为本发明所采用的算法不仅仅单纯考虑空间和时间因素，而且兼顾考虑了交通网络的层次性特征，所以本发明所确定的最短路径不但符合空间最短或时间最短原则，而且符合行车意义上的最优路径要求。同时，减少最优路径的搜索规模；提高了算法的运行效率。
图1交通网络的规则网格图2交通网络层次划分图3求从M到N最短路径的准备算法图4交通网络(低层次网络拓扑)图5交通网络(高层次网络拓扑)图6网络中的起止两点图7A、B所在区域图8准备算法得出的路线与节点图9加入到高层的A1、B1两点具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
本发明的思路是，在包含固定节点数的交通网络中，现有起止两点，需计算最优路径，那么就采用层次策略根据道路等级建立拓扑关系，形成高低层次的节点拓扑网络，在低层次拓扑网络中利用准备算法计算出在高层次拓扑网络中相应的两个最优节点，然后以此为高层次拓扑结构中的起止点利用最优路径算法得出最优路径，其与低层次拓扑网络中的搜索路径相联便得出了整个拓扑网络中起止两点的最优路径。
具体的实现方法是，1、在包含固定节点数的交通拓扑网络中有路径起点、终点；2、利用层次策略将网络分为不同层次，低层次网络包含所有更高层次网络的网格的边，相邻层次网络具有公共节点；3、利用准备算法求得在低层次网络中从路径起点、终点到达高层次网络的网格的最短路径和跃点；4、将跃点加入到高层次网络的节点中，并利用最优路径算法找出该两点间的最优路径；5、将所得最优路径与从低层次网络中的起点、终点到各自跃点间最短路径相连即得到在整个网络中从起点到终点的最优路径。
以图为例，为便于分析，可以将交通网络简化成规则格网，两个节点之间的距离为d，如图1。
网络中路段按等级划分为不同的类，层次以类划分，每个层次中均包括所有更高层次中的路段，如图2。
道路网络分为子区，每个子区的边界为低层次子区中的路段，子区为高层次网络中的一个网格，子区之间共享边界。上下相邻的层次具有公共节点，即所有在较高层次中的节点，这些节点是联系这一层次与低一级层次的纽带。
在交通网络中，将其自动按道路级别分为低层次网络拓扑结构(如图4)和高层次网络拓扑结构(如图5)。
现网络中有A、B起止两点(如图6)，需要在网络中计算其间的最优路径。
首先在低层次网络中以高层网格围成的区域内(如图7)用准备算法计算出到达高层网格的最短路线与A、B的跃点A1、B1(如图8)，该节点本只属于底层网络拓扑节点，现将其加入到高层网络拓扑节点中(如图9)，接下来在高层拓扑网络中，利用相关算法计算出最优路线，将其与低层次拓扑网络中的搜索路径相联便是整个拓扑网络中起止两点的最优路径。
低层次拓扑网路中应用的准备算法。从几何学中知道，两点间直线最短。在错综复杂的道路网上，任选两点，其最短的路径可暂设为一条从起点到终点的直线，但实际上这条直线作为一段道路存在的可能性极小，但这条从起点到终点的直线代表了一个路线的趋势，顺着这个方向的某条道路是最短路径的可能性较大。在图3中，求M点到N点的最短路径，MN是连接起点M和终点N的直线，MN的长度应为M点到N点的最短路径长的下限值，如果MN直线作为网络的一条边存在，则MN直线即为M点到N点的最短路径；如MN不是网络中的一条边，则在准备算法中，从起点M出发找到一条边，该边与MN的夹角最小，即取|f(MN，MP)|＝min(|f(MN，MPk)|)k∈D，其中，D为所有与M点相连的节点的数目，f(11，12)为求直线11、12的夹角的函数。取P为当前起点，替换M点，找下一个与PN直线夹角最小的边，如此反复直至所得当前起点P与终点N重合。这样得到的一组路段即是起、止点间最短路径的一个解(图3中粗线为求得的最短路径)。以上便是准备算法的原理与描述。
层次策略的核心内容——层次空间推理方法是根据一定规则将问题按空间或任务划分而进行推理的空间分析方法。具有层次结构的空间对象的划分是分层或分区进行的，每个层次或子区具有相同结构、相同类型的对象和相同的关系操作。层次i+1是层次i的空间子集。层次空间中的对象、对象间关系及其操作，仅与被划分成不同层次的同一任务有关。例如，在路径选择中，交通网络中两个节点间的最优路径的选择是根据道路等级进行的(高速公路、主要干道、一般公路、胡同与小路等)，而与其他不同的任务无关。
在交通网络最短路径算法中应用层次空间推理，可以将路线选择分层次地局限在交通网络一定的子网络中。这种方法类似于人工智能领域经常使用的局部搜索法。与局部搜索法稍有不同的是，在局部搜索法中，算法递归的条件是判断当前解是否优于已经得到的最佳可行解，而在基于层次空间推理的最优路径算法中，算法递归的条件是判断是否已达到最低层次。
权利要求
1.基于分层的路线计算的交通控制方法，其特征在于(1)在包含固定节点数的交通拓扑网络中有路径起点、终点；(2)利用层次策略将网络分为不同层次，低层次网络包含所有更高层次网络的网格的边，相邻层次网络具有公共节点；(3)利用准备算法求得在低层次网络中从路径起点、终点到达高层次网络的网格的最短路径和跃点；(4)将跃点加入到高层次网络的节点中，并利用最优路径算法找出该两点间的最优路径；(5)将所得最优路径与从低层次网络中的起点、终点到各自跃点间最短路径相连即得到在整个网络中从起点到终点的最优路径。
全文摘要
本发明涉及汽车导航领域，为一种基于分层的路线计算的交通控制方法，它利用层次策略将交通网络分为不同层次，由准备算法求得从低层次网络到达高层次网络的路径，并和在高层次网络中求得的最优路径结合即得到整个网络中的最优路径。本发明解决了单纯的最短路径算法只能求出空间或时间最短路径的不足，具有可以选择出行车意义上的最优路径的优点。
文档编号G08G1/00GK1948912SQ200610097190
公开日2007年4月18日 申请日期2006年10月31日 优先权日2006年10月31日
发明者胥锐, 许正凯, 王文川 申请人:中国电子科技集团公司第三十八研究所