[发明专利]一种基于单向搜索模型的最短路径规划方法

说明书

本发明提供了一种基于单向搜索模型的最短路径规划方法，根据两点之间直线段最短的几何原理，在搜索过程中，使路径接近于一条直线，与经典Dijkstra算法以起点为中心，层层向外扩展的方法相比，搜索节点数量少，占用内存小，计算效率高的优点，在节点数量大于500的道路网络中，计算效率提高90％以上；并可通过参数设置，在规划路径过程中避开禁行路段或者通过必须通过的节点，使方法更加适用于实际交通情况下的路径规划。

技术领域

本发明属于路径规划技术领域，具体涉及一种基于单向搜索模型的最短路径规划方法。

背景技术

路径规划是基于具有拓扑结构的道路网络，在车辆行驶前或行驶过程中寻找车辆从起始点到达目的地的最佳行车路线的过程，它是最短路径问题在车辆导航系统中的一个具体应用。路径规划在很多领域都有广泛的应用，如：机器人机械臂的路径规、机器人的自主无碰行动、无人机自主避障突防飞行、旅行商问题、物流管理中的车辆问题以及类似的资源管理与配置问题等，在日常生活方面，路径规划可用于GPS导航、基于GPS系统的道路规划、城市道路网规划导航等，路径规划还可以应用于通信技术领域的路由问题，凡是可拓扑为点线网络的规划问题基本上都可以采用路径规划的方法解决。

路径规划中最为经典的算法为Dijkstra算法，Dijkstra算法核心思想是以起点为中心，向外层层扩展，按照路径长度递增的顺序将拓扑图中其余结点纳入到最短路径集合中，直到到达终点。但是，该算法运行中需要遍历大量与最短路径区域无关的结点，会耗费大量的存储空间和计算时间。在经过规划的城市交通网络中，交通网络拓扑图通常为大规模稀疏网络，网络结构相对比较规则且网络通常是或近似是完全连通图，网络的节点通常有成千上万个，甚至更多，而每个节点相连的路段数一般不超过5。因此，若采用邻接矩阵存储道路结点及边值信息，势必会产生庞大的数据文件，使算法的运行效率降低，难以满足现代城市道路交通网快速路径规划的要求。因此，设计一套运行合理，计算准确的路径规划系统对于现代化城市的建设具有重要意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于单向搜索模型的最短路径规划方法，能够在保证算法准确率的情况下极大地减小算法计算量。

一种基于单向搜索模型的最短路径规划方法，包括以下步骤：

步骤一：确定起点s和终点t；

步骤二：用一条直线段连接起点与终点，记为直线段st，计算其长度为d；

步骤三：将起点s加入路径序列P，记s为k0，令i＝1；

步骤四：从当前路径序列所在节点出发，在具有拓扑结构的道路网络图中寻找与直线段st夹角最小的边，记为w_i，该边的另一个端点记为k_i，该边长度记为l_i，将l_i投影到直线段st上，投影线段记为w_i’，投影长度记为l_i’，以起点指向终点方向为正方向，相反方向为负；

判断k_i是否直接与终点t相连：

如果是，则将节点k_i加入路径序列P，执行步骤六；

如果否，继续判断是否满足∑l_i’＜d且∑l_i’＞∑l_i-1’的条件：

如果满足，则将节点k_i加入路径序列P，i＝i+1，返回步骤四；

如果不满足，执行步骤五；

步骤五：在道路网络图中删除节点k_i及其相关联的边，判断路径序列当前节点，即节点k_i-1是否存在其他直接相连的节点：若存在，则返回步骤四；若不存在，则令i＝i-1，返回步骤五；