一种考虑内部代价并支持快速寻路的路口模型的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种考虑内部代价并支持快速寻路的路口模型，该路口模型采用胞式结点模型，其包括最外侧、中间层和最内层三层结构；最外层为接口层，是动态扩展层，该层的接口会在路网逻辑化过程中发生增减；其中，接口分为入接口和出接口两类，用于保存结点与其他结点的所有拓扑连接关系信息；中间层为通道层，该层是一个逻辑层，用于指示接口与实际道路的对应；最内层为内部代价层，用于保存路口内部连接代价。本发明既能充分考虑路口内部的通行代价，又能解决寻路速度慢、寻路结果与行车实际不符等问题，可以适用于构建车载导航电子地图。
【专利说明】
一种考虑内部代价并支持快速寻路的路口模型
技术领域
[0001] 本发明涉及一种车载电子导航领域，特别是关于一种在电子地图中使用的考虑内 部代价并支持快速寻路的路口模型。
【背景技术】
[0002] 车载导航路网中的路口是以实际物理路口为基础，针对车辆导航要求，通过数据 抽象和重新组织后得到的导航用数字化路口。车载导航系统中的路口以一定的数据结构保 存实际路口的特征信息，在相关算法支持下利用导航设备向驾驶员提供行车所需的导航信 息。其中最优路径与车载导航路口的关系最为密切，其性能在很大程度上取决于车载导航 路口的设计。
[0003] 目前路口的设计主要考虑寻路速度，将路口视为点状模型，较少考虑路口内部的 连接代价。随着路网规模逐渐增大、道路连通关系日益复杂，现有寻路方法中对路口内部代 价考虑不足，导致寻路结果与行车实际不符，从而影响寻路最优性。而现有模型可扩展性较 差，如果在现有模型中增加对路口内部代价的又会导致寻路变慢，影响导航使用体验甚至 延误行车时机。
【发明内容】
[0004] 针对上述问题，本发明的目的是提供一种考虑内部代价并支持快速寻路的路口模 型，该模型既能充分考虑路口内部的通行代价，又能解决寻路速度慢、寻路结果与行车实际 不符等问题。
[0005] 为实现上述目的，本发明采取以下技术方案:一种考虑内部代价并支持快速寻路 的路口模型，其特征在于:该路口模型采用胞式结点模型，其包括最外侧、中间层和最内层 三层结构;最外层为接口层，是动态扩展层，该层的接口会在路网逻辑化过程中发生增减； 其中，接口分为入接口和出接口两类，用于保存结点与其他结点的所有拓扑连接关系信息； 中间层为通道层，该层是一个逻辑层，用于指示接口与实际道路的对应;最内层为内部代价 层，用于保存路口内部连接代价。
[0006] 进一步，相邻两胞式结点模型之间通过对应的出接口和入接口进行连接;其中第 一胞式结点模型和与其相连的第二胞式结点模型的拓扑关系保存至该第一胞式结点的出 接口或入接口中，在路网逻辑化过程中，胞式结点的接口会进行相应的增添和删减。
[0007] 进一步，在物理存储中，胞式结点模型的存储由入接口向量、出接口向量、内部代 价矩阵和结点位置组成。
[0008] 进一步，入接口向量保存4项进入该胞式结点的拓扑信息，分别为通道号、代价、相 接结点号、相接通道号，以及4项用于寻路结束后的路径信息提取的属性;入接口中保存的 拓扑信息内容从GIS地图的相关属性中进行提取。
[0009] 进一步，4项用于寻路结束后的路径信息提取的属性包括中间结点号、中间入口 号、中间出口号以及相接路段号。
[0010] 进一步，内部代价矩阵保存该路口结点内部的连接代价，内部代价矩阵的第i行第 j列元素保存该胞式结点的第i个入通道向第j个出通道通行时对应的连接代价。
[0011] 进一步，结点内部连接代价t为：
[0013] 式中，V为根据结点上游和下游道路等级估算的行驶车速;1为结点内部连接距离， 是结点的第i个入通道向第j个出通道行驶时所经过的结点内部距离;λ为减速系数。
[0014] 进一步，结点内部连接距离1为：
[0015] 1 = ζΙ?，
[0016] 式中，R为GIS数据中提供的路口半径，ζ为放大因子。
[0017] 进一步，减速系数λ选取的原则是:考虑车辆驶入路口的减速以及在路口中左转、 直行、右转、掉头对车速的影响，直行、左转、右转、掉头对车速的影响依次增加，因此减速系 数选取应依次降低。
[0018] 进一步，结点位置用于提供路径简化形状，结点位置信息包括胞式结点的精度和 炜度。
[0019] 本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明的胞式结点三层结构 将结点内部连接代价与外部拓扑代价进行了隔离，能够在路网逻辑化过程中很好地支持结 点接口的动态变化需求，方便地实现路网拓扑信息的保存和使用、拓扑信息的增删等。2、本 发明考虑路口内部连接代价的路网拓扑特征，保证了寻路结果的最优性。3、本发明的路网 支持建立并保存多个路口与最优路径对应的逻辑直连，从而为减少寻路时拓展路口的数 量，加快寻路速度提供基础。本发明可以适用于构建车载导航电子地图。
【附图说明】
[0020] 图1是本发明胞式结点结构示意图，其中
、表示出接口，
表示入接口；
[0021 ]图2是本发明相邻结点之间连接关系示意图；
[0022] 图3是本发明通道号与接口号一一对应关系示意图；
[0023] 图4是本发明建立胞式节点示意图；其中，图（a)是物理路口示意图；图（b)是胞式 节点及连接示意图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
[0025]如图1所示，本发明提供一种考虑内部代价并支持快速寻路的路口模型，其采用分 层结构，该结构类似于细胞，故本发明的路口模型也为胞式结点模型。
[0026]胞式结点模型包括最外侧1、中间层2和最内层3三层结构。最外层1为接口层，是动 态扩展层，该层的接口会在路网逻辑化过程中发生增减，从而为寻路过程中减少拓扑结点 的数量提供基础;其中，接口分为入接口和出接口两类，用于保存结点与其他结点的所有拓 扑连接关系信息。中间层2为通道层，该层是一个逻辑层，用于指示接口与实际道路的对应， 具有稳定性，由于通道层的存在，胞式逻辑路网中结点间的拓扑代价与结点内部的连接代 价才能准确得配合使用，得到最为合理的行车路径。最内层3为内部代价层，用于保存路口 内部连接代价。
[0027]上述实施例中，如图2所示，Ci为胞式结点、Pij为胞式结点Ci的第j个入接口、 Pijl-Pij4为入接口 Pij的第1-4个属性。相邻两胞式结点模型之间通过对应的出接口和入接口进行 连接。其中第一胞式结点模型和与其相连的第二胞式结点模型的拓扑关系保存至该第一胞 式结点的出接口或入接口中，在路网逻辑化过程中，由于拓扑关系的优化调整，胞式结点的 接口会进行相应的调整，包括接口的增添和删减等。其中，在本实施例中，第一、第二并不代 表先后顺序或重要性，仅为描述方便。在使用时，由本发明的胞式节点模型组成的电子地图 在实际路径规划过程中，不需要逐个结点进行拓展，从而在保证寻路最优的前提下大大降 低结点拓展数量，为提升寻路速度提供基础。
[0028]上述各实施例中，在物理存储中，胞式结点模型的存储由入接口向量、出接口向 量、内部代价矩阵和结点位置组成。其中，入接口向量保存4项进入该胞式结点的拓扑信息， 分别为通道号（即接口对应的实际道路编号）、代价（即接口所在胞式结点到所连接胞式结 点之间的拓扑代价）、相接结点号（即接口所连接胞式结点的编号）、相接通道号（即接口进 入相邻胞式结点所用通道的编号），以及4项用于寻路结束后的路径信息提取的属性;该属 性包括中间结点号（即接口融合的中间结点）、中间入口号（即接口融合的中间结点入接口 的编号）、中间出口号（即结点融合的中间结点出接口的编号）以及相接路段号（即接口所连 接路段的编号）。入接口中保存的拓扑信息内容从GIS地图的相关属性中进行提取。
[0029] 其中，通道号与结点的接口号一一对应，如图3所示，在出入接口对增删过程中，通 道号不再发生改变。结点间的拓扑代价根据寻路目标的不同，有多种方式。比如，进行时间 最优的寻路，结点间的拓扑代价为道路长度与对应道路等级的估算行车速度之比。出接口 保存从该结点发出的拓扑信息，其包含的信息与入接口相同。
[0030] 上述实施例中，内部代价矩阵保存该路口结点内部的连接代价，内部代价矩阵的 第i行第j列元素保存该胞式结点的第i个入通道向第j个出通道通行时对应的连接代价。计 算结点内部代价时，在路口内的行车速度取决于驶入路口和驶出路口的道路等级，同时考 虑路口减速带来的影响，则结点内部连接代价t的计算公式为：
[0032] 式中，V为根据结点上游和下游道路等级估算的行驶车速，估计时，一般用上游道 路的限速与下游道路限速的平均值乘以0.8的值表示；1为结点内部连接距离，是结点的第i 个入通道向第j个出通道行驶时所经过的结点内部距离。在GIS数据中，路口一般分为复杂 路口和简单路口，复杂路口指的是实际路网中形态较为复杂的大型路口，复杂路口的内部 连接距离是已知的，可以从GIS数据中直接读取;简单路口是指形态简单的小型路口，该类 路口没有现成的内部连接距离可用，对于简单路口，GIS数据提供了路口半径，简单路口利 用路口半径乘以放大因子的方法可得到结点内部连接距离1:
[0033] 1 = ζΙ?，
[0034] 式中，R为GIS数据中提供的路口半径，ζ为放大因子。放大因子根据经验选取，在实 例中，右转放大因子选取1，直行为2，左转为3，掉头为2。
[0035] λ为减速系数，λ选取的原则是:考虑车辆驶入路口的减速以及在路口中左转、直 行、右转、掉头等行为对车速的影响，实验发现直行、左转、右转、掉头对车速的影响依次增 加，因此减速系数选取应依次降低。在本实施例中，λ取值在直行为0.8，左转为0.6，右转为 0.5,掉头为0.3。
[0036]上述实施例中，结点位置用于提供路径简化形状，结点位置信息包括胞式结点的 精度和炜度。
[0037]综上所述，本发明在使用时，如图4所示，基于实际物理路口，根据本发明的路口建 模可以将物理路网转换为胞式结点，从而组成路网的基本单元。其中，图（b)中a为胞式结 点，b为结点之间通过入接口和出接口建立的逻辑上的连接(在实际路口构建时，会发生增 删)。
[0038]上述各实施例仅用于说明本发明，各部件的结构、尺寸、设置位置及形状都是可以 有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等 同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。
【主权项】
1. 一种考虑内部代价并支持快速寻路的路口模型，其特征在于:该路口模型采用胞式 结点模型，其包括最外侧、中间层和最内层Ξ层结构； 最外层为接口层，是动态扩展层，该层的接口会在路网逻辑化过程中发生增减;其中， 接口分为入接口和出接口两类，用于保存结点与其他结点的所有拓扑连接关系信息； 中间层为通道层，该层是一个逻辑层，用于指示接口与实际道路的对应； 最内层为内部代价层，用于保存路口内部连接代价。2. 如权利要求1所述的一种考虑内部代价并支持快速寻路的路口模型，其特征在于:相 邻两胞式结点模型之间通过对应的出接口和入接口进行连接;其中第一胞式结点模型和与 其相连的第二胞式结点模型的拓扑关系保存至该第一胞式结点的出接口或入接口中，在路 网逻辑化过程中，胞式结点的接口会进行相应的增添和删减。3. 如权利要求1或2所述的一种考虑内部代价并支持快速寻路的路口模型，其特征在 于:在物理存储中，胞式结点模型的存储由入接口向量、出接口向量、内部代价矩阵和结点 位置组成。4. 如权利要求3所述的一种考虑内部代价并支持快速寻路的路口模型，其特征在于:入 接口向量保存4项进入该胞式结点的拓扑信息，分别为通道号、代价、相接结点号、相接通道 号，W及4项用于寻路结束后的路径信息提取的属性;入接口中保存的拓扑信息内容从GIS 地图的相关属性中进行提取。5. 如权利要求4所述的一种考虑内部代价并支持快速寻路的路口模型，其特征在于:4 项用于寻路结束后的路径信息提取的属性包括中间结点号、中间入口号、中间出口号W及 相接路段号。6. 如权利要求3所述的一种考虑内部代价并支持快速寻路的路口模型，其特征在于：内 部代价矩阵保存该路口结点内部的连接代价，内部代价矩阵的第i行第j列元素保存该胞式 结点的第i个入通道向第j个出通道通行时对应的连接代价。7. 如权利要求6所述的一种考虑内部代价并支持快速寻路的路口模型，其特征在于:结 点内部连接代价t为： / !二方' 式中，V为根据结点上游和下游道路等级估算的行驶车速;1为结点内部连接距离，是结 点的第i个入通道向第j个出通道行驶时所经过的结点内部距离;λ为减速系数。8. 如权利要求7所述的一种考虑内部代价并支持快速寻路的路口模型，其特征在于:结 点内部连接距离1为： 1 =恥 式中，R为GIS数据中提供的路口半径，C为放大因子。9. 如权利要求7所述的一种考虑内部代价并支持快速寻路的路口模型，其特征在于:减 速系数λ选取的原则是:考虑车辆驶入路口的减速W及在路口中左转、直行、右转、掉头对车 速的影响，直行、左转、右转、掉头对车速的影响依次增加，因此减速系数选取应依次降低。10. 如权利要求3所述的一种考虑内部代价并支持快速寻路的路口模型，其特征在于： 结点位置用于提供路径简化形状，结点位置信息包括胞式结点的精度和缔度。
【文档编号】G01C21/34GK106092110SQ201610369893
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年5月30日
【发明人】杨殿阁, 连小珉, 肖中阳, 李江涛, 曹重, 柳超然
【申请人】清华大学