一种针对无路网信息区域的路径搜索方法与流程

本发明涉及路径规划技术领域，具体涉及一种基于导航装置的无路网信息路径搜索方法。

背景技术：

在科研、国防、救灾等重要领域中，为执行任务常常需要对缺乏路网信息的区域进行路径搜索。而任务区域的路网信息尚未采集，如野外环境；或者此区域内道路因自然灾害遭受损毁而未及在路网信息中得以更新。传统路径搜索方法依赖路网数据，即：将包含了详细路网信息的地图预先存储，通过现有路径搜索方法计算初始点和终止点之间最优路径。此类方法对于缺乏路网信息的情况则难以适用。

对缺乏路网信息的区域进行最优路径搜索，首先需要解决的问题是构建有效的路网信息。通过已有图像特征识别技术，在高清晰卫星图像中实时提取某区域的道路信息，是一类常用的地理信息数据库构建方法。然而，将此类路网信息构建方法直接应用到无路网信息区域的路径搜索，仍存在障碍。首先是高清晰卫星图像的成本问题，其与搜索区域的面积成正比，即与路径直线距离平方成正比。其次，对搜索区域直接获取的卫星图像，可能因各光源强度差异造成的曝光不足或曝光过度，而难以有效提取其中的路网信息。由此，对于无路网信息区域且较长距离的路径搜索问题，解决的难点在于在保证有效性的同时兼顾实施成本。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种易于实施且具明显成本优势的路径搜索方法，以解决无路网信息区域内较长距离的最优路径搜索问题。

本发明提供了一种针对无路网信息区域的路径搜索方法，包括以下步骤：

(1)设置起点、终点、步长系数、初始迭代步数；

(2)更新当前迭代步数，确定当前迭代步的节点；

(3)计算当前迭代步的第一参考点和第二参考点；

(4)计算当前迭代步的搜索区域，并提取当前迭代步的路网；

(5)计算下一迭代步的节点，并搜索当前迭代步的路径；

(6)判断下一迭代步节点是否为终点；如是，结束搜索并输出全局最优路径；如否，则重复第(2)-(6)步。

具体的，所述起点、终点、节点、第一参考点、第二参考点均为位置点，包含所在位置的经度信息和纬度信息。

具体的，步骤(1)中所述起点为指定的出发位置，写成s，所述终点为指定的到达位置，写成t；所述步长为指定的每一迭代步直线行驶距离，可写成d；所述迭代步数表述为k，初始迭代步数为k=0。

具体的，步骤(2)中所述当前迭代步数是k:=k+1；所述当前迭代步的节点可写成x^(k)；当k=1时，x⁽¹⁾为起点，即x⁽¹⁾=s。

具体的，步骤(3)中所述当前迭代步第一参考点（记为p^(k)），处于x^(k)与终点t的连线上，并与x^(k)的距离为min(d,l^(k))；其中，min表示取最小值，l^(k)表示x^(k)与t之间的直线距离。当k>1时，所述当前迭代步第二参考点（记为q^(k)），处于前一迭代步节点x^(k-1)与当前迭代步节点x^(k)的延伸线上，并与x^(k)的距离为d；当k=1时，因x^(k-1)不存在，设q⁽¹⁾=p⁽¹⁾。

具体的，当k>1时，步骤(4)中所述当前迭代步的搜索区域为一圆形区域，其圆心为x^(k)、p^(k)及q^(k)所构成三角形的形心；当k=1时，因已设q⁽¹⁾=p⁽¹⁾，所述圆形区域的圆心为x⁽¹⁾与p⁽¹⁾连线的中点；所述圆形区域的半径为d；所述当前迭代步的路网通过获取所述当前迭代步搜索区域的卫星图像并进行道路识别得到，可记为r^(k)。

具体的，步骤(5)中所述下一迭代步的节点为处于r^(k)中并与q^(k)直线距离最近的点，记为x^(k+1)；所述当前迭代步的路径通过现有路径搜索方法基于r^(k)得到。

具体的，步骤(6)中所述判断下一迭代步节点是否为终点的准则为：x^(k+1)与t的直线距离小于d/100；所述全局最优路径由所有迭代步的路径组合得到。

相较于现有技术，本发明提供的针对无路网信息区域的路径搜索方法具有以下有益效果：将缺乏路网信息的大区域路径搜索任务转换成一系列小区域路径搜索任务的迭代过程。在每一迭代步，仅需对一较小区域进行基于卫星图像的道路识别，从而有效降低了构建获取路网信息的难度；并且，所有迭代步的小区域卫星图像的面积之和远小于无路网信息区域的整体面积，本发明所提方法获取卫星图像的成本具有非常明显的优势。

附图说明

图1示出了本发明的一种针对无路网信息区域的路径搜索方法流程图；

图2示出了第一迭代步路径搜索流程；

图3示出了第二迭代步路径搜索流程。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，以一个具体的应用为例，对本发明的方法做进一步详细描述。

如图1，为本发明的一种针对无路网信息区域的路径搜索方法流程图，包括以下步骤：

s1.设置起点、终点、步长系数、初始迭代步数；

s2.更新当前迭代步数，确定当前迭代步的节点；

s3.计算当前迭代步的第一参考点和第二参考点；

s4.计算当前迭代步的搜索区域，并提取当前迭代步的路网；

s5.计算下一迭代步的节点，并搜索当前迭代步的路径；

s6.判断下一迭代步节点是否为终点；如是，结束搜索并输出全局最优路径；如否，则重复第s2-s6步。

具体的，所述起点、终点、节点、第一参考点、第二参考点均为位置点，包含所在位置的经度信息和纬度信息。

具体的，步骤(1)中所述起点为指定的出发位置，写成s，所述终点为指定的到达位置，写成t；所述步长d为指定的每一迭代步直线行驶距离，设d=6km；所述迭代步数表述为k，初始迭代步数为k=0。

具体的，如图2所示，第一迭代步的步骤s2中当前迭代步数是k=1，节点x⁽¹⁾为起点，即x⁽¹⁾=s。第一迭代步的步骤s3中当前迭代步第一参考点p⁽¹⁾，处于x⁽¹⁾与终点t的连线上，并与x⁽¹⁾的距离为min(d,l⁽¹⁾)；其中，min表示取最小值，l⁽¹⁾表示x⁽¹⁾与t之间的直线距离；因l⁽¹⁾大于d，故min(d,l⁽¹⁾)=d。设第一迭代步的第二参考点q⁽¹⁾=p⁽¹⁾。第一迭代步的步骤s4中搜索区域为一圆形区域，其圆心为x⁽¹⁾与p⁽¹⁾连线的中点，其半径为d。第一迭代步的路网r⁽¹⁾通过获取所述搜索区域卫星图像并进行道路识别得到。第一迭代步的步骤s5中下一迭代步的节点x⁽²⁾为处于r⁽¹⁾中并与p⁽¹⁾直线距离最近的点；所述第一迭代步的路径f⁽¹⁾通过现有路径搜索方法基于r⁽¹⁾得到。第一迭代步的步骤s6中判断x⁽²⁾与t的直线距离大于d/100，则进入第二次迭代。

具体的，如图3所示，第二次迭代的步骤s2中当前迭代步数是k=2，当前迭代步的节点为x⁽²⁾。第二迭代步的步骤s3中当前迭代步第一参考点p⁽²⁾，处于x⁽²⁾与终点t的连线上，并与x⁽²⁾的距离为min(d,l⁽²⁾)；因l⁽²⁾大于d，故min(d,l⁽²⁾)=d。所述当前迭代步第二参考点q⁽²⁾，处于前一迭代步节点x⁽¹⁾与当前迭代步节点x⁽²⁾的延伸线上，并与x⁽²⁾的距离为d。第二迭代步的步骤s4中所述当前迭代步的搜索区域为一圆形区域，其圆心为x⁽²⁾、p⁽²⁾及q⁽²⁾所构成三角形的形心，其半径为d；所述当前迭代步的路网r⁽²⁾通过获取所述搜索区域的卫星图像并进行道路识别得到。第二迭代步的步骤s5中下一迭代步的节点x⁽³⁾为处于r⁽²⁾中并与q⁽²⁾直线距离最近的点；所述第二迭代步的路径f⁽²⁾通过现有路径搜索方法基于r⁽²⁾得到。第二迭代步的步骤s6中判断x⁽³⁾与t的直线距离大于d/100，则进入第三次迭代。

具体的，每一迭代步重复所述步骤s2-s6，直至k=8时x^(k)与t的直线距离小于d/100；输出全局最优路径f^*=f⁽¹⁾+f⁽²⁾+…+f⁽⁸⁾。

相较于现有技术，本发明提供的针对无路网信息区域的路径搜索方法具有以下有益效果：将缺乏路网信息的大区域路径搜索任务转换成一系列小区域（共8个）路径搜索任务的迭代过程。在每一迭代步，仅需对一较小区域进行基于卫星图像的道路识别，从而有效降低了构建获取路网信息的难度；并且，所有迭代步的小区域卫星图像的面积之和远小于无路网信息区域的整体面积，本发明所提方法获取卫星图像的成本具有非常明显的优势。