[发明专利]可预测动态时空环境的最短时间路径规划方法

说明书

本发明属于地理信息系统技术领域，公开一种可预测动态时空环境的最短时间路径规划方法，包括：步骤1：对影响行进速度的各类环境因素进行量化；步骤2：综合评估各类环境因素对行进速度的影响，并根据任意空间在任意时刻的环境影响表达规律构建能表达整个时空环境的动态时空环境影响规律表达模型；步骤3：在构建的动态时空环境影响规律表达模型的基础上评估任意相邻两点之间进行直线移动的消耗时间，并以此为基础，采用路径搜索算法，以时间为代价，按照代价最小的原则规划从起点到目标点之间的连续移动轨迹。本发明的路径规划结果能够体现环境不停变化过程中的动态影响，且不会显著增加运算负担。

技术领域

本发明属于地理信息系统技术领域，尤其涉及一种可预测动态时空环境的最短时间路径规划方法。

背景技术

最短时间路径规划是一项重要的GIS(地理信息系统)研究，其目的是在地理空间中寻找两点之间能够到达的最短时间的路径规划方法。最短时间有着广泛的应用，特别是在道路建设问题和军事越野问题中。

本发明所指的最短时间是指从规划的零时刻出发，规划一条道路，能够到达目的地的最早时间。不同规划方案选择的路径不同，途经的环境和相应的路程长度就不同，从而对最终到达的时间产生影响，所以最短时间路径规划的必要步骤是将环境对速度的影响进行科学的评估。在传统研究中，大部分学者主要通过运用GIS环境和工具进行环境综合分析，首先需要对环境因素进行合理量化，然后结合层次分析法(AHP)、消除和选择表达现实法(ELECTRE)、简单加权法、模糊叠加法(Fuzzy Overlay)、神经网络拟合法、Promethee法和TOPSIS法等多要素分析方法(MCDA)对影响任务的各种环境因素进行综合分析(范林林,华一新,张江水.基于层次分析法的越野通行速度确定方法研究.测绘与空间地理信息.2019,42(05),154-158+162.)。这个复杂的分析过程的成果一般是一个综合环境影响表达模型，用以统一地表达环境对任务的综合影响，Malczewski(Malczewski,J.GIS-basedmulticriteria decision analysis:a survey of the literature.InternationalJournal of Geographical Information Science,2006,20(7),703-726.)认为最常用的综合环境规律表达模型有两种，分别是图模型和栅格模型，如图1所示。

在上述环境影响表达模型的基础上，对于最短路径规划而言，我们就可以计算出在任意相邻两点之间移动的“代价”——时间，最后再通过路径搜索算法在不同点之间搜索连接起末两点之间的路径，即可实现最短时间路径规划。搜索算法一般分为全面搜索算法和启发式快速搜索算法，比如著名的Dijkstra算法即是一种经典的全面搜索算法，其能找出规划区域唯一的最优路径，其结果精确但计算量较大。多年来众多学者研究通过各种启发式搜索算法进行最小代价搜索，比如通过蚁群算法(张丽珍,et al.改进型蚁群算法在路径规划中的研究.制造业自动化,2020,42(02),55-59.)、遗传算法(Mahajan,B.andMarbate,P.Literature Review on Path planning in DynamicEnvironment.International Journal of Computer ScienceNetwork,2013,2(1).)等进行最小代价搜索。这些启发式搜索算法能够显著提升速度，在实际应用中运用比较广泛，但由于其搜索过程并未对所有可能情况进行比较，其结果不一定是最优的。