图生成装置及图生成方法与流程

本发明涉及图生成装置。

背景技术：

自以往，已知利用地图数据等对路径进行探索的方法。专利文献1公开了这种路径探索方法。

专利文献1公开了以下方法：将环境四分割为长方形区域，回归地进行对于在分割后的长方形区域内存在障碍物的区域进一步对该长方形区域进行四分割的处理，通过将环境以四叉树构造来表现从而探索可行驶的路径。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：(日本)特开平7-129238号公报

技术实现要素：

但是，上述专利文献1的结构在对长方形区域进行四分割的处理少的情况下，不能求得障碍物间等较窄的空间的路径。并且，在为了求得该空间的路径，使对长方形区域进行四分割的处理次数增加的情况下，四叉树构造的数据量爆发地增加，因此计算负担增大。从而，上述专利文献1的结构有时不能以较轻的计算负担来求得恰当的路径，在这一点上有改进的余地。

本发明鉴于以上的情况而完成，其目的在于，恰当地生成用于探索路径的图。

本发明要解决的课题如以上那样，接着说明用于解决该课题的手段及其效果。

根据本发明的第一观点，提供以下的结构的图生成装置。即，该图生成装置具备障碍物数据取得部、第一图生成部、第二图生成部和图合成部。所述障碍物数据取得部取得包含障碍物的信息的障碍物数据。所述第一图生成部将包含所述障碍物的区域通过四叉树分割法而回归地分割为单元，在不包含所述障碍物的所述单元即非包含单元中设定第一顶点，将相互相邻的所述非包含单元的所述第一顶点彼此连接从而生成第一图。所述第二图生成部通过与所述四叉树分割法不同的方法来设定第二顶点，将所述第二顶点连接从而生成第二图。所述图合成部对所述第一图及所述第二图进行合成而生成合成图。

由此，能够活用四叉树分割法的优点和其他方法的优点这双方，生成用于探索路径的图。

在所述的图生成装置中，优选所述第一图生成部在反复进行了分割直至规定的上限次数为止的情况下，使分割截止。

由此，能够将基于四叉树分割法对空间的分割次数抑制到规定次数以内，因此能够减轻计算路径时的计算负担。

在所述的图生成装置中，优选所述第二图生成部通过维诺分割法，求得所述区域之中所述障碍物中不包含的任意的点属于包围所述障碍物的区域即包围区域的哪个，沿着所得到的所述包围区域的边界而设定多个第二顶点，将以该边界连结的所述第二顶点彼此连接从而生成第二图。

由此，能够活用难以生成绕远的图的四叉树分割法的优点、和在障碍物彼此的间隔窄的地方也能够以负担少的处理生成图的维诺分割法的优点这双方来生成图。

在所述的图生成装置中，优选具备：第二图调整部，将所述第二图生成部生成的第二图，在由所述图合成部与所述第一图合成之前进行调整。

由此，能够生成两个图没有不协调感地自然连续的合成图。

在所述的图生成装置中，优选所述第二图调整部在所述第二顶点被连接而成的第二边仅穿过一个或多个所述非包含单元的情况下删除该第二边。

由此，关于第一图和第二图实质地重复的部分，能够以优先利用以四叉树分割法生成的第一图的形式对两个图进行合成。

在所述的图生成装置中，优选所述第二图调整部在将仅一部分中包含所述障碍物的所述单元称为部分包含单元时，在所述第二边仅穿过一个或多个所述部分包含单元的情况下，关于该第二边不进行删除。

由此，能够活用穿过在第一图中不能配置第一边的部分包含单元的第二边，生成合成图。

在所述的图生成装置中，优选设为以下的结构。即，所述图合成部在作为所述第二图中所述第二边连结的两个所述第二顶点之中一方的关注第二顶点位于仅一部分中包含所述障碍物的所述单元即部分包含单元，且该第二边不仅穿过所述部分包含单元还穿过所述非包含单元的情况下，对该第二边进行变更，使所述关注第二顶点与在以该关注第二顶点为起点时所述第二边最初穿过的所述非包含单元的所述第一顶点连接。

由此，能够将第二图和第一图自然地连结而合成。

根据本发明的第二观点，提供以下的图生成方法。即，取得包含障碍物的信息的障碍物数据。将包含所述障碍物的区域通过四叉树分割法而回归地分割为单元，在不包含所述障碍物的所述单元即非包含单元中设定第一顶点，将相互相邻的所述非包含单元的所述第一顶点彼此连接从而生成第一图。以与四叉树分割法不同的方法来设定第二顶点，将所述第二顶点连接从而生成第二图。对所述第一图及所述第二图进行合成而生成合成图。

由此，能够活用四叉树分割法的优点和其他方法的优点这双方，生成路径图。

附图说明

图1是表示本发明的一实施方式所涉及的图生成装置的电结构的框图。

图2是表示在生成图的区域中存在的障碍物的图。

图3是表示生成了四叉树图的情形的图。

图4是表示生成了维诺图的情形的图。

图5是说明维诺图的调整处理的图。

图6是说明四叉树图和维诺图的合成处理的图。

图7是表示作为四叉树图和维诺图的合成处理的结果而生成的图的图。

标号说明：

1图生成装置

11地图数据取得部(障碍物数据取得部)

21四叉树图生成部(第一图生成部)

31维诺图生成部(第二图生成部)

41维诺图调整部(第二图调整部)

51图合成部

100区域

101障碍物

102障碍物。

具体实施方式

接着，参照附图说明本发明的实施方式。图1是表示本发明的一实施方式所涉及的图生成装置1的电结构的框图。

图1所示的图生成装置1能够生成表现避开障碍物的一或多条路径的图。本说明书中所说的图(graph)意味着，顶点的集合与连接两个顶点的边的集合的组合。

图生成装置1具备地图数据取得部(障碍物数据取得部)11、四叉树图生成部(第一图生成部)21、维诺图生成部(第二图生成部)31、维诺图调整部(第二图调整部)41、图合成部51和路径探索部61。

具体而言，图生成装置1构成为公知的计算机，具备cpu、rom、ram、hdd等。在hdd中，存储有用于实现本发明的图生成方法的程序。通过上述的硬件和软件的联动，能够使图生成装置1作为地图数据取得部11、四叉树图生成部21、维诺(voronoi)图生成部31、维诺图调整部41、图合成部51及路径探索部61来动作。

地图数据取得部11取得在生成图时利用的地图数据(障碍物数据)。地图数据取得部11能够从例如外部的存储装置(例如，地图数据库服务器)通过通信而取得地图数据。

地图数据包含与障碍物的位置及形状相关的信息。在如图2所示那样移动体不能通行的障碍物101、102处于区域100内的情况下，该地图数据例如能够设为记述了下述折线的各顶点的位置的矢量数据，该折线表现了障碍物101、102的轮廓。图1的地图数据取得部11将所取得的地图数据输出至四叉树图生成部21及维诺图生成部31。

四叉树图生成部21利用公知的四叉树分割法(层级性近似单元(cell)分割法)，基于地图数据而生成图。

若详细说明，四叉树图生成部21通过在地图数据中对想要生成路径的区域100以纵横的方式进行分割，生成各自的尺寸均等的四个单元。在所生成的单元之中的仅一部分单元包含障碍物101、102的情况下，四叉树图生成部21对该单元的区域再次以纵横的方式进行分割，再次生成各自的尺寸均等的四个单元。四叉树图生成部21回归地反复进行上述的分割处理，直至到达规定的分割次数(分割深度)为止。其结果如图3所示，区域100如点划线所示那样以纵横的方式被分割，生成多个矩形的单元。在单元中，有全部包含障碍物101、102的情况、仅一部分中包含障碍物101、102的情况和完全不包含障碍物101、102的情况。在以下的说明中，有时将仅一部分中包含障碍物101、102的单元称为“部分包含单元”，将完全不包含障碍物101、102的单元称为“非包含单元”。

若单元的分割完成，则四叉树图生成部21进行以下处理：在非包含单元的中心设定顶点(第一顶点)，将相互相邻的非包含单元的顶点彼此以直线状的边(第一边)来连结。这样，四叉树图生成部21生成能够在计算路径中使用的图。以下，有时将基于四叉树分割法的图简称为“四叉树图”。四叉树图相当于第一图。四叉树图的例子被图3示出。该图包含第一顶点及第一边而构成。在图3中，第一顶点以粗线的圆记号来表示，第一边以粗线来表示。

对四叉树图生成部21进行的分割次数(分割的深度)设定了上限。从而，在障碍物101和障碍物102之间窄的情况下，在其间的部分中，有时在充分细致地分割而生成非包含单元之前分割被截止，作为结果没有生成第一边。

在图3中，示出了分割的上限次数为3的情况。在图3中，障碍物101和障碍物102之间没有非包含单元，所以对图3的上下的图进行连结的第一边不存在于图3的中央，图成为上下分离的状态。

分割在图3的状态下被截止，但若假设从图3的状态再分割1次单元，则非包含单元被并排生成以连结上侧和下侧，能够在障碍物101和障碍物102之间的较窄的空间中生成第一边。但是，在该情况下，图的顶点的数目大幅度地增大。

图1的四叉树图生成部21将所生成的图输出至维诺图调整部41及图合成部51。

维诺图生成部31利用公知的维诺分割法，基于地图数据而生成图。

若详细说明，一般的维诺分割法在某区域内被给予多个点(母点)，在设为该区域内的任意的点属于最近的母点时，求得基于属于哪个母点而被分割的边界，从而对平面进行分割。在本实施方式中，障碍物101、102不是点，而是具有广度的区域。从而，维诺图生成部31将障碍物101、102的轮廓表示为例如多边形，求得在区域100内障碍物101、102中不包含的任意的点属于分别包围障碍物101、102的区域(包围区域)的哪个，求得所得到的包围区域的边界。

例如，求得对被一方的障碍物101的折线与另一方的障碍物102中对应的折线夹着的区域进行二等分的直线，从而能够如图4那样以折线的形式来取得边界。

维诺图生成部31在与边界的折线的顶点相同的位置上配置第二顶点，将处于以折线(边界)连结的关系的第二顶点彼此通过第二边来连接。这样，维诺图生成部31生成能够在计算路径中使用的图(第二图)。以下，有时将基于维诺分割法的图简称为“维诺图”。维诺图相当于第二图。维诺图的例子被图4示出。该图包含第二顶点及第二边而构成。在图4中，第二顶点以双重圆记号来表示，第二边以双线来表示。

维诺图生成部31利用维诺分割法，因此能够容易地生成空间窄的地点的图。在图4的维诺图的例子中可知，即使在障碍物101、102之间窄，在图3的四叉树图中由于分割的截止而图中断的部分，也生成了穿过障碍物101、102之间的图。

其中，在维诺分割法中，第二顶点及第二边被配置为，在障碍物之间较远地离开时也对该障碍物之间进行等分。从而，例如以图4的虚线包围的部分所示，有时第二顶点及第二边与障碍物101、102的距离超出所需地变大，路径变得绕远。

图1的维诺图生成部31将所生成的图输出至维诺图调整部41。

维诺图调整部41进行如下处理：利用四叉树图生成部21生成的图，对维诺图生成部31生成的维诺图进行调整。

在维诺图调整部41进行的处理中，包含维诺图的第二边的删除处理。该边删除处理为：在关注于多个第二边之中的一个第二边时，在该第二边仅穿过一个或多个非包含单元的情况下，对该第二边进行删除。另外，非包含单元是完全不包含障碍物101、102的单元，在图5中在非包含单元中配置有粗线圆记号(四叉树图的第一顶点)。该处理关于构成维诺图的第二边的各个边来进行。

例如，在图5中标号s2a所示的第二边虽然穿过两个单元，但该两个单元都是非包含单元，因此该第二边s2a成为删除的对象。对由该处理删除的第二边在图5中赋予了叉记号。维诺图调整部41还删除由于第二边被删除而变得与其他任一个第二顶点都不连结的第二顶点。在图5中，关于被删除的第二顶点也赋予叉记号。

其结果是，关于四叉树图和维诺图实质地重复的部分，在后述的合成图中显示四叉树图。通过这样使四叉树图优先，从而能够避免有路径变得绕远的趋势的维诺图的缺点。

例如图5的标号s2b所示，有第二边仅穿过一个或多个部分包含单元的情况。该第二边s2b不满足上述的条件，因此不通过维诺图调整部41来删除。在维诺图调整部41输出的图中，原样保留第二边s2b。由此，能够很好地活用在障碍物101、102之间的较窄的空间中也能够生成图的维诺分割法的优点。

由此，图1的维诺图调整部41能够生成以不与四叉树图生成部21生成的四叉树图实质地重复的方式删除了第二边及第二顶点的维诺图。维诺图调整部41将调整后的维诺图输出至图合成部51。

图合成部51进行以下处理：对四叉树图生成部21输出的四叉树图与维诺图调整部41输出的维诺图进行组合，生成一个合成图。

具体而言，图合成部51进行维诺图的第二边的连结替换处理。该连结替换处理是，在关注于某第二边相互连接的两个第二顶点之中的一个第二顶点时，在该关注的顶点(关注第二顶点)位于部分包含单元，且该第二边不仅穿过该部分包含单元还穿过非包含单元的情况下，对该第二边进行变更，以对关注第二顶点与非包含单元的第一顶点进行连接。该处理关于图6所示的全部第二边来进行。

例如，在图6中考虑标号s2c所示的第二边。若在第二边s2c相互连接的两个第二顶点之中，将上侧的第二顶点设为关注第二顶点，则该关注第二顶点位于部分包含单元。此外，该第二边s2c不仅穿过部分包含单元，还穿过处于其下侧的非包含单元。从而，图合成部51对第二边s2c进行连结替换，以对上侧的关注第二顶点与非包含单元(严格来说，将关注第二顶点设为起点时第二边s2c最初穿过的非包含单元)的第一顶点进行连接。在图5中，第二边的连接的变更以涂黑的箭头来表示。图合成部51删除由于该连结替换而变得与其他任一个顶点都不连结的第二顶点。在图6中，关于被删除的第二顶点赋予叉记号。

维诺图生成部31生成的维诺图如图5所说明的那样，通过维诺图调整部41预先被调整。通过该事先调整处理和图6所说明的连结替换处理，图合成部51能够如图7所示那样，生成对四叉树图和维诺图没有不协调感地自然连接而成的图。

针对构成四叉树图的各自的第一边、及构成维诺图的各自的第二边，能够包含与权重相关的信息(附带权重的图)。作为权重的例子，能够列举顶点和顶点之间的移动距离、所需时间等，但不限定于此。在该情况下，通过图合成部51而联合了四叉树图和维诺图而成的图也成为附带权重的图。图合成部51将所生成的图输出至路径探索部61。

路径探索部61基于公知的图探索算法，根据图合成部51生成的图对路径进行探索。路径探索部61例如通过对所得到的图给予出发地和目的地，利用附带权重的图中的最短路径问题算法，能够得到从出发地至目的地的最短路径。所得到的路径例如能够显示于图生成装置1具备的显示装置、或与图生成装置1电连接的外部的显示装置。

如以上说明的那样，本实施方式的图生成装置1具备地图数据取得部11、四叉树图生成部21、维诺图生成部31和图合成部51。地图数据取得部11取得包含障碍物101、102的信息的障碍物数据。四叉树图生成部21将包含障碍物101、102的区域100通过四叉树分割法而回归地分割为单元，在不包含障碍物101、102的单元即非包含单元中设定第一顶点，将相互相邻的非包含单元的所述第一顶点彼此连接从而生成四叉树图。维诺图生成部31通过与四叉树分割法不同的方法(维诺分割法)设定第二顶点，将所述第二顶点彼此连接从而生成维诺图。图合成部51对四叉树图及维诺图进行合成而生成合成图。

由此，能够活用四叉树分割法的优点和其他方法的优点这双方，生成路径图。

以上说明了本发明的优选的实施方式，但上述的结构能够例如以下那样变更。

例如，也可以针对由维诺图生成部(第二图生成部)31生成的图不进行调整，而与由四叉树图生成部(第一图生成部)21生成的图进行合成。即，图生成装置1也可以不具备维诺图调整部(第二图调整部)41。

另外，在图生成装置1具备维诺图调整部(第二图调整部)41的情况下，也可以作为对由四叉树图生成部(第一图生成部)21生成的图的补充或者替代，基于其他信息，对由维诺图生成部(第二图生成部)31生成的图进行调整。

图生成装置1也可以具备利用公知的势能(potential)法的想法而生成图的势能图生成部，来代替维诺图生成部31。可以考虑，势能图生成部(第二图生成部)例如生成与障碍物101、102越接近而势能变得越高那样的势能场，将势能成为极小值的点设定为第二顶点，将第二顶点彼此以第二边适当地连结而作为图。

四叉树分割法中的分割次数的上限能够考虑例如地图数据中的障碍物101、102的配置、移动体的物理大小等而适当地设定。

维诺分割法还能够变更为：不是以对障碍物101、102之间进行等分的边界，而以例如1：2那样具有偏倚的边界来分割。这样的边界能够通过伴随公知的加权处理的计算来得到。

通过维诺分割法而取得的边界不限定于折线，例如也可以是平滑的曲线。在该情况下，维诺图生成部31沿着曲线而设定多个第二顶点，将以该曲线连结的关系的第二顶点彼此以第二边来连接，从而能够生成维诺图。

路径探索部61也可以配置在与图生成装置1不同的计算机(路径探索计算机)中。在该情况下，图生成装置1将由图合成部51生成的图保存至适当的存储装置(例如，数据库服务器或可移动型存储器)。路径探索计算机从该存储装置取得图，进行路径探索。

图生成装置1例如能够为了生成用于求得船舶等移动体的通行路径的图而使用。