一种基于选线经验的车载端多目标最短路径计算方法技术

一种基于选线经验的车载端多目标最短路径计算方法，涉及车辆智能导航领域,通过备选路径集合初始化、备选路径集合迭代更新及多目标最短路径计算结果评价与输出三个阶段，完成指定迭代次数下驾驶员满意多目标最短路径的快速求解。本发明专利技术解决了如何在多目标最短路径计算方法中考虑驾驶员出行习惯的问题，克服了现有多目标最短路径计算方法的弊端，实现了实时和多目标的路径导航。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于车辆智能导航领域，涉及一种车载智能导航系统的基于驾驶员选线经验的车载端多目标最短路径优化计算实现方法。技术背景车载端多目标最短路径计算就是由车载智能导航系统完成从路网中一对出行起讫点之间的所有备选路径中找出使得个体驾驶员所指定的多种路径选择评价指标(如出行距离和出行时间等)按其指定的权值分配方式加权之和最小的那条路径。这是一个NP难问题，至今仍未得到有效解决。特别是对于大规模路网，现有方法很难在短时间内完成求解计算，多以指定时间内计算所得近似最短路径来衡量各种计算方法的好坏。但是，由于多目标之间可能存储在矛盾，此消彼长，指定时间内计算所得近似最短路径也可能不止一条，多数为一个集合，而现有方法大多只考虑数学意义上的最短，所求解的“最短路径”在很多情况下并不符合驾驶员出行习惯，不被驾驶员所接受，如驾驶员通常不会绕行很远的距离去选择等级较高的道路。如何在规定时间内以最快的速度从诸多备选路径中找出令驾驶员最满意的路径已成为目前多目标路径导航得以实现的瓶颈问题。
技术实现思路
本专利技术提出一种车载智能导航系统的基于选线经验的车载端多目标最短路径计算实现方法，利用驾驶员的经验路径数据和路径调整的一般规律构建基于备选路径集合迭代更新的多目标最短路径计算机制，通过迭代计算求取驾驶员的满意路径，实现车载智能导航系统对路网中车辆的实时和多目标路径导航。驾驶员通过车载导航装置输入一次出行的起讫点、路径选择评价指标及各指标相应权值等数据信息，车载端多目标最短路径计算方法动态地读取存储在车载智能导航系统二维数据表中的经验路径数据，在短时间内完成出行起讫点之间指定迭代次数下的多目标最短路径计算和结果评价，并将计算结果显示在车载导航装置的数字电子地图上用于路径导航。本专利技术的技术方案是以个体驾驶员的一次出行为计算单元，将车载端多目标路径优化计算的计算过程分为备选路径集合初始化、备选路径集合迭代更新及多目标最短路径计算结果评价与输出三个阶段。其中，备选路径集合初始化包括经验路径数据组织与预存储模块和经验路径查询与备选路径集合构建模块，经验路径数据组织与预存储模块通过设计巧妙的数据组织与存储方式将路网中所有节点之间的经验路径数据以占用尽可能少的存储空间预先存储于车载智能导航系统的三个二维数据表文件中，经验路径查询与备选路径集合构建模块从经验路径数据组织与预存储模块构建的三个二维数据表文件中采用定位查询的方式获取驾驶员指定起讫点之间的所有经验路径数据并用于构建初始的备选路径集合；备选路径集合迭代更新包括备选路径综合指标评价函数计算模块、新备选路径生成数计算模块、新备选路径生成模块和备选路径集合优化模块，备选路径综合指标评价函数计算模块通过构建备选路径综合指标评价函数在每次迭代计算过程中对备选路径集合中每条备选路径的质量评价，新备选路径生成数计算模块根据备选路径集合中每条备选路径的综合指标评价函数值计算其应生成的新备选路径总数，新备选路径生成模块根据驾驶员路径调整的一般规律通过替换备选路径中的部分路径生成分布于其周围指定数量的新备选路径，备选路径集合优化模块用于保障备选路径集合中的备选路径数量不超过预先指定的最大数量，如果在某次迭代过程中完成新备选路径生成计算之后，原备选路径和新备选路径总数超过备选路径集合允许保存备选路径的最大数，就将所有原备选路径和新备选路径按照综合指标评价函数值从小到大的顺序进行排序，依次删除综合评价指标函数值较大的备选路径以保障备选路径总数不超过备选路径集合允许保存的最大数值；多目标最短路径计算结果评价与输出是将最大迭代次数计算完成后所得备选路径集合中综合指标评价函数值最小的备选路径作为指定迭代次数下的最短路径计算结果，设定评价参数对其进行评价，如评价参数达到满意水平，就将其显示在车载导航装置的数字电子地图上用于路径导航，如果评价参数没有达到满意水平，重新修改备选路径集合迭代更新的最大次数，重新进行备选路径集合迭代更新计算，直至评价参数达到满意水平。通过采用上述方案，利用驾驶员选线经验加快对多目标最短路径搜索速度的同时，促使所得最短路径计算结果更倾向于驾驶员满意路径，解决了如何在多目标最短路径计算方法设计中考虑驾驶员出行习惯的问题，克服了现有多目标路径优化计算方法的弊端，实现了实时和多目标的路径导航。附图说明图1：本专利技术框图图2：备选行车路线集合初始化流程图图3：网络示例图图4：图3所示网络对应的数据表X的数据存储示意图图5：图3所示网络对应的数据表Y的数据存储示意图图6：图3所示网络对应的数据表Z的数据存储示意图图7：备选行车路线集合迭代更新流程图图8：新备选行车路线生成模块中所涉及的部分符号与节点之间的对应关系图图9：行车路线优化计算结果评价与输出流程图具体实施方式在实际出行过程中，经验路径是驾驶员出行的首选，当经验路径中出现道路交通状态较差的道路时，驾驶员才会做路径调整，而且路径调整主要以规避原路径中道路交通状态较差道路为主，所选择的替代路径通常分布于经验路径的周围，因此，以所有经验路径为中心，向周围不断扩展以寻找多目标最短路径更符合一般驾驶员的出行习惯。本专利技术解决车载端多目标最短路径计算问题的核心思路就是利用驾驶员路径调整的这一规律，首先以出行起讫点之间的所有经验路径构建一个初始备选路径集合，再通过替换备选路径中道路交通状态较差部分道路产生新备选路径，进而对备选路径集合进行不断地迭代更新，使其最终收敛于多目标最短路径。具体实施方法如下：第一阶段：备选路径集合初始化本专利技术采用驾驶员指定出行起讫点之间的所有经验路径构建初始备选路径集合，加快多目标最短路径搜索速度的同时促使所得多目标最短路径更符合驾驶员出行习惯。其中，备选路径集合初始化主要由经验路径数据组织与预存储模块和经验路径查询与备选路径集合构建模块组成，备选路径集合初始化流程见图2。1、经验路径数据组织与预存储模块经验路径属于静态数据，可通过交通信息中心的车辆行驶轨迹记录和交通调查获取。直接将路网中所有起讫点之间的经验路径数据预先存储于车载导航系统的数据库中能够避免驾驶员在每次出行过程中都要向交通信息中心进行信息服务请求(即浪费时间又浪费金钱)。本专利技术设计了一种能够有效节省存储空间的经验路径数据组织与存储方法，仅需如下三个二维数据表即可实现：第一个二维数据表(用字母X表示)，假设一个路网共有N个节点(这里节点代表路网中的交叉口或枢纽)，则第一个二维数据表应包含N行N列数据，其中，第i行第j列存储的是从第i个节点到第j个节点的经验路径总数；第二个二维数据表(用字母Y表示)，该数据表包行N行数据，其中，第i行从第一列开始依次存储从第i个节点到其他节点(按节点编号从小到大的顺序)的所有经验路径；第三个二维数据表(用字母Z表示)包含N行数据，其中，第i行从第一列开始依次存储第二个二维数据表第i行中每条经验路径的起始列和结束列。以图3所示网络(共包含6个节点和7条弧，弧即两个相邻节点间的有向连接线)为例，则上述三个二维数据表均应包行6行数据，假设节点1到节点2仅有一条经验路径{1，2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于选线经验的车载端多目标最短路径计算方法，其特征在于由以下步骤实现：(1)备选路径集合初始化包括经验路径数据组织与预存储模块和经验路径查询与备选路径集合构建模块，经验路径数据组织与预存储模块将城市路网中所有起讫点之间的经验路径数据预先存储于车载智能导航系统的三个二维数据表文件中，经验路径查询与备选路径集合构建模块从这三个二维数据表文件中采用定位查询的方式获取驾驶员指定起讫点之间的所有经验路径数据并用于构建初始的备选路径集合；(2)备选路径集合迭代更新包括备选路径综合指标评价函数计算模块、新备选路径生成数计算模块、新备选路径生成模块和备选路径集合优化模块，备选路径综合指标评价函数计算模块通过构建备选路径综合指标评价函数在每次迭代计算过程中对备选路径集合中每条备选路径的质量评价，新备选路径生成数计算模块根据备选路径集合中每条备选路径的综合指标评价函数值计算其应生成的新备选路径总数，新备选路径生成模块根据驾驶员路径调整的一般规律通过替换备选路径中的部分路径生成分布于其周围指定数量的新备选路径，备选路径集合优化模块用于保障备选路径集合中的备选路径数量不超过预先指定的最大数量，如果在某次迭代过程中完成新备选路径生成计算之后，原备选路径和新备选路径总数超过备选路径集合允许保存备选路径的最大数，就将所有原备选路径和新备选路径按照综合指标评价函数值从小到大的顺序进行排序，依次删除综合评价指标函数值较大的备选路径以保障备选路径总数不超过备选路径集合允许保存的最大数值；(3)多目标最短计算结果评价与输出是将最大迭代次数计算完成后所得备选路径集合中综合指标评价函数值最小的备选路径作为指定迭代次数下的多目标最短路径计算结果，设定评价参数对其进行评价，如果评价参数达到满意水平，就将其显示在车载导航装置的数字电子地图上用于路径导航，如果评价参数没有达到满意水平，重新修改备选路径集合迭代更新的最大次数，重新进行备选路径集合迭代更新计算，直至评价参数达到满意水平。...

【技术特征摘要】
1.一种基于选线经验的车载端多目标最短路径计算方法，其特征在于由以下步骤实现：(1)备选路径集合初始化包括经验路径数据组织与预存储模块和经验路径查询与备选路径集合构建模块，经验路径数据组织与预存储模块将城市路网中所有起讫点之间的经验路径数据预先存储于车载智能导航系统的三个二维数据表文件中，经验路径查询与备选路径集合构建模块从这三个二维数据表文件中采用定位查询的方式获取驾驶员指定起讫点之间的所有经验路径数据并用于构建初始的备选路径集合；(2)备选路径集合迭代更新包括备选路径综合指标评价函数计算模块、新备选路径生成数计算模块、新备选路径生成模块和备选路径集合优化模块，备选路径综合指标评价函数计算模块通过构建备选路径综合指标评价函数在每次迭代计算过程中对备选路径集合中每条备选路径的质量评价，新备选路径生成数计算模块根据备选路径集合中每条备选路径的综合指标评价函数值计算其应生成的新备选路径总数，新备选路径生成模块根据驾驶员路径调整的一般规律通过替换备选路径中的部分路径生成分布于其周围指定数量的新备选路径，备选路径集合优化模块用于保障备选路径集合中的备选路径数量不超过预先指定的最大数量，如果在某次迭代过程中完成新备选路径生成计算之后，原备选路径和新备选路径总数超过备选路径集合允许保存备选路径的最大数，就将所有原备选路径和新备选路径按照综合指标评价函数值从小到大的顺序进行排序，依次删除综合评价指标函数值较大的备选路径以保障备选路径总数不超过备选路径集合允许保存的最大数值；(3)多目标最短计算结果评价与输出是将最大迭代次数计算完成后所得备选路径集合中综合指标评价函数值最小的备选路径作为指定迭代次数下的多目标最短路径计算结果，设定评价参数对其进行评价，如果评价参数达到满意水平，就将其显示在车载导航装置的数字电子地图上用于路径导航，如果评价参数没有达到满意水平，重新修改备选路径集合迭代更新的最大次数，重新进行备选路径集合迭代更新计算，直至评价参数达到满意水平。2.根据权利要求1所述的一种基于选线经验的车载端多目标最短路径计算方法，其特征在于：新备选路径生成模块通过替换已有备选路径中指定数量的节点的方式生成分布于原备选路径周围的新备选路径。具体计算步骤如下：步骤1：备选路径中应被替换节点总数计算随着迭代次数的增加，备选路径应逐渐收敛于最短路径，备选路径与多目标最短路径的共用节点也不断增多，因此，认为备选路径中应被替换节点数与迭代
\t次数之间存在递减的关系...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚勃文，林赐云，
申请(专利权)人：吉林大学，林赐云，
类型：发明
国别省市：吉林;22