一种局部优化和双向计算的启发式路径规划方法技术

本发明专利技术公开了一种局部优化和双向计算的启发式路径规划方法，包括以下步骤:结构化路径数据，通过计算当前节点启发函和当前节点到终点的权重找出最短路径，完成初始路径规划；实时判断最短路径是否发生变化，是则划分发生变化的最短路径部分并设置端点，检查受变化影响的所有节点，建立父子节点关系，通过搜索对比父节点s

【技术实现步骤摘要】
一种局部优化和双向计算的启发式路径规划方法


[0001]本专利技术涉及地理信息开发
，具体涉及一种局部优化和双向计算的启发式路径规划方法。

技术介绍

[0002]地图上的路径规划是许多行业中的一个重要课题，特别是在机器人、GPS导航和电子地图中。实时的路径规划具有一定的挑战性，原因有很多。首先，一些规划方法必须处理动态的环境变化造成的影响。例如，公路上发生事故或者车流量大时都会造成堵车现象，影响路径变化。第二，路径规划算法必须尽可能快。例如，路上行驶过程中会应为各种突发情况而改变原有的行程，需要短时间内重新规划路径，否则容易陷入反复规划的情况。
[0003]本专利技术以A*为基础融合局部优化和双向计算的启发式路径搜索方法，原有的A*算法是在Dijkstra算法的基础上加入了启发式函数，通过计算当前节点到起点的距离权重和当前节点到终点的预估代价来找出最短路径。启发式搜索方法有望比无信息搜索方法更快地找到路径规划问题的最短路径，通过启发式搜索可以更快的确定目标方向，而不是无方向的遍历搜索。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种局部优化和双向计算的启发式路径规划方法。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0006]一种局部优化和双向计算的启发式路径规划方法，包括以下步骤:
[0007]S1、结构化路径数据，构建邻接矩阵，设置路径节点间的距离为权重值；
[0008]S2、通过计算当前节点s启发函数g(s)和当前节点s到终点的权重h(s)来整合当前节点s的优先级f(s)，遍历所有路径节点，根据优先级找出最短路径，完成初始路径规划；
[0009]S3、实时判断最短路径是否发生变化，是则执行步骤S4；
[0010]S4、划分发生变化的最短路径部分并设置端点，检查受变化影响的所有节点，建立父子节点关系，通过搜索对比父节点s
′
对应的子节点来找出最优路径的子节点，计算节点起始距离g
*
(s)；
[0011]S5、计算基于父节点s
′
的g(s
′
)值的预测值rhs(s)；
[0012]S6、找出g
*
(s)与rhs(s)相同的节点作为最短路径节点；
[0013]S7、利用双向计算的方式分别从两个端点方向进行搜索，找到相交的最短路径节点作为连接路径点，对初始路径规划进行更新。
[0014]作为本专利技术进一步的方案：步骤S2中，完成初始路径规划时采用双向计算的方式进行路线规划。
[0015]作为本专利技术进一步的方案：步骤S4中，节点起始距离g
*
(s)的计算公式如下：
[0016][0017]其中，pred(s)为父代节点，d(s
′
,s)是连接s
′
和s的距离，g
*
(s
′
)父节点起始距离。
[0018]作为本专利技术进一步的方案：步骤S5中，预测值rhs(s)的计算公式如下：
[0019][0020]其中，g(s
′
)为父节点启发函数。
[0021]作为本专利技术进一步的方案：判断当前节点能否作为最短路径节点的过程包括：
[0022]设置当前点s的权重为k(s)，k(s)包括k1(s)和k2(s)；
[0023][0024]其中：k1(s)为当前点s到起点和终点的启发函数，k2(s)为当前点s到起点的距离权重，
[0025]判断是否满足k(s)≤k(s
′
)，是则当前节点能作为最短路径节点，否则不能；
[0026]其中，
[0027][0028]本专利技术至少具有以下一种有益效果：
[0029](1)结构化路径信息，结合实际情况划分路径权重；
[0030](2)本专利技术通过启发式函数来搜索最优路径，相比于传统的路径算法具有方向性，结合双向计算的方式，提高了路径搜索的效率；
[0031](3)本专利技术通过对比父子节点权重对最短路径进行实时调整，对每次变化的路径进行局部的重新规划，复用了部分上一次的搜索结果，提高了实时规划路径效率。
附图说明
[0032]下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。
[0033]图1是本专利技术局部优化和双向计算的启发式路径规划方法的流程图；
[0034]图2是本专利技术局部优化和双向计算的启发式路径规划方法的原理图；
[0035]图3是本专利技术父代和子代节点的关启发函数关系；
[0036]图4是本专利技术双向计算最短路径的示意图。
具体实施方式
[0037]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0038]请参阅图1
‑
4所示，本专利技术为一种局部优化和双向计算的启发式路径规划方法，划分和结构化道路数据，本专利技术设定路径长度作为路径权重，在启发式路径规划的基础上，通过建立节点间的父子关系来优化节点的权重关系，从而更快的找出最短路径上的下一个节点，采用了双向计算的方式提高最短路径的规划效率。
[0039]包括以下步骤:
[0040]S1、结构化路径数据，构建邻接矩阵，设置路径节点间的距离为权重值；
[0041]S2、通过计算当前节点s启发函数g(s)和当前节点s到终点的权重h(s)来整合当前节点s的优先级f(s)，遍历所有路径节点，根据优先级找出最短路径，完成初始路径规划。在初始路径规划中，本专利技术采用A*算法通过下面这个函数来计算每个节点s[x
s
,y
s
]的优先级，A*算法的权重计算过程如下：f(s)＝g(s)+h(s)。
[0042]其中，f(s)是节点s的综合优先级。当我们选择下一个要遍历的节点时，我们总会选取综合优先级最高(函数计算的权重最小)的节点。
[0043]g(s)是节点s距离起点的权重，与距离相关。
[0044]h(s)是节点s距离终点的预计权重，这也就是A*算法的启发函数。
[0045]在运算过程中，每次从优先队列中选取f(s)值最小(优先级最高)的节点作为下一个待遍历的节点。另外，A*算法使用两个集合来表示待遍历的节点，与已经遍历过的节点，分别为open_set和close_set，避免重复遍历相同的节点，本专利技术中的启发函数可以通过欧式距离表示,其中当前节点为s[x
s
,y
s
]，目标节点为goal[x
g
,y
g
]，公式如下:
[0046][0047]其中，具体的，步骤S2中，完成初始路径规划时采用双向计算的方式进行路线规划。
[本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种局部优化和双向计算的启发式路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤:S1、结构化路径数据，构建邻接矩阵，设置路径节点间的距离为权重值；S2、通过计算当前节点s启发函数g(s)和当前节点s到终点的权重h(s)来整合当前节点s的优先级f(s)，遍历所有路径节点，根据优先级找出最短路径，完成初始路径规划；S3、实时判断最短路径是否发生变化，是则执行步骤S4；S4、划分发生变化的最短路径部分并设置端点，检查受变化影响的所有节点，建立父子节点关系，通过搜索对比父节点s
′
对应的子节点来找出最优路径的子节点，计算节点起始距离g
*
(s)；S5、计算基于父节点s
′
的g(s
′
)值的预测值rhs(s)；S6、找出g
*
(s)与rhs(s)相同的节点作为最短路径节点；S7、利用双向计算的方式分别从两个端点方向进行搜索，找到相交的最短路径节点作为连接路径点，对初始路径规划进行更新。2.根据权利要求1所述的一种局部优化和双向计算的启发式路径规划方法,其特征在于，步骤S2中，完...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵永培，何章伟，张伦，王文刚，孟德艳，刘胜文，张超，
申请(专利权)人：合肥亿图网络科技有限公司，
类型：发明
国别省市：