[发明专利]导航设备中实现路径规划的方法

说明书

技术领域

本发明涉及交通领域中的路径规划，特别是路径规划的算法。

背景技术

迪杰斯特拉算法（Dijkstra）是由荷兰计算机科学家艾兹赫尔·迪杰斯特拉（Edsger Wybe Dijkstra）发明的。算法解决的是有向图中单个源点到其他顶点的最短路径问题。如果图中的顶点表示城市，而边上的权重表示城市间的距离，该算法可以用来找到两个城市之间的最短路径。

该算法的输入包含了一个有权重的有向图 G，我们以V表示G中所有顶点的集合。图中的边，是两个顶点所形成的有序元素对(Vi, Vj)，表示从顶点Vi到Vj有路径相连。我们以E表示所有边的集合，而边的权重则由权重函数w: E→[0, ∞]定义，权重可以表示距离。因此，w(Vi, Vj)就是从顶点Vi到顶点Vj的距离。图中任两点间路径的距离，就是该路径上所有边的距离总和。已知图中V有顶点V0，迪杰斯特拉算法可以找到V0到所有其他顶点的最短路径。

在计算V0到其他顶点的最短路径时，按下述步骤执行：

1. 首先，设置两个顶点集合S和T，S={V0},T={其余顶点}，T中顶点对应的距离值为d(V0,Vi),如果V0与Vi之间有边连接，则d(V0,Vi)=w(V0, Vj)，否则，d(V0,Vi)为∞，

2. 从T中选取顶点W，条件是W与V0的距离值最小，将W从集合T中移入集合S，

3. 对T中顶点的距离值进行修改：若加进W作中间顶点，从V0到Vi的距离值比不加W的路径要短，则修改此距离值。

重复上述步骤2、3，直到S中包含所有顶点，即S=T为止。

该算法因其算法的效率而在导航软件中被大量采用。

导航软件中用于路径规划的地图来自于现实中的道路交通网络，因此该图为典型的有向图，而且根据该图使用迪杰斯特拉算法做路径规划的过程中，还必须考虑到图中各个顶点（实际中为路口）上包含的交通规则。公知的导航软件路径规划，一般采用从路径规划的起点向终点进行发散的规划原则。同时为了缩短路径规划的时间，提高路径规划的效率，往往采用从起点发散到终点即告结束的原则，而事实上，这样的规划原则往往是以牺牲路径规划的合理性来缩短路径规划的时间提高路径规划的效率。

由于道路网络为有向图，同时在道路网络上的路口常常存在交通规则，考虑到迪杰斯特拉路径规划算法的特性：已确定最短路径的顶点不能被再次翻开，这样常常会导致从起点到终点的路径规划失败，其原因是：如果两个位置点都连通到一个公共点，则从公共点过来的路径规划过程中，该两点之间的道路不会被算法找到。如图1中，位置点B和C通过S4和S5连通到公共点D，则从D向B、C方向的路径规划过程中，B和C之间的道路S3不会被找到。

如图1所示，Start为起点，End为终点，交通规则规定：从道路S4经B点不能到达道路S2，我们根据迪杰斯特拉路径规划原理，从Start点出发，当G点、D点被依次翻开时， Start、G和D点为有最短路径的顶点的集合，

S={Start，G，D},

而End、A、B、C为尚未确定最短路径的顶点集合，

T={End、A、B、C}。

根据D点的拓扑关系，从D点再次向外发散可以翻开C点和B点，当C点和B点被翻开时，

S={Start，G，D，C，B}，

T={End、A}。

假设C点到Start点的距离小于B点到Start点的距离,因此应该先发散C点，但我们发现和C点相连的B点和D点均为有最短路径的顶点，从C点发散，已无顶点能再次被翻开，经由C点地路径规划到C点结束；排除C点后，我们会发现另一个有最短路径的顶点为B，根据B点的拓扑关系，从B点再次向外发散可以翻开的点只有A点，但分析B点地交通规划，从S4经B点不能到达S2，那么可以确定自S4到达B点地路径不能翻开A点，而B点也不存在其它可以翻开的点，因此可以确定，经由S4到达B点地路径规划在B点结束，自此，根据迪杰斯特拉路径规划原理结合实际的交通规则进行的路径规划全部结束，但从Start点发散到的节点只有B、C、G、D点，而A点和End点均未被发散到，也就是说从Start点到End点不存在最短路径。而实际上我们观察图形会发现：从Start点到End点的路径时存在的，既：

如何解决上述问题，是导航软件路径规划算法中普遍存在的技术难题。

发明内容