CN101470003A - 导航装置及程序 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种导航装置及程序，维持路径搜索得到的路径的质量的同时，缩短路径搜索的所需时间。在进行从出发地到目的地的路径搜索的导航装置中，具备保存了分层构造的地图数据的信息存储单元(3)，从上述信息存储单元读出分层构造的地图数据，对出发地侧、目的地侧各个规定区域内进行路径搜索，取得搜索区域重叠的范围的最短成本路径的路径搜索单元(4a)和控制路径搜索单元的搜索的控制单元(4b)，上述控制单元，当搜索到上位分层且取得的最短成本路径的成本比已取得的最短成本路径的成本小时，更新最短成本路径的成本。

Description

导航装置及程序

技术领域

本发明涉及维持路径的质量的同时、缩短路径搜索时间的导航装置及程序。

背景技术

在利用导航装置进行路径搜索时，根据高速公路、收费公路、国道、主要地方道路、省级道路、窄街道等的道路类别、和左右转弯禁止、单向通行等的交通管制的有无、路段长、道路的宽度、车道数等，分别对路段或路段间(节点)设定各种成本。而且，搜索从本车辆位置到目的地的最佳路径时，沿着地图数据中存储的路径从出发地侧及目的地侧开始对路径进行搜索，对从出发地侧的搜索和从目的地侧的搜索的重叠部分，将从出发地侧累积的成本和从目的地侧累积的成本相加，设定成本加法计算值最小的路径为最佳引导路径。

为了缩短这样的路径搜索的所需时间，使用具有分层构造的地图数据的按分层搜索方法已公知(专利文献1)。具有分层构造的地图数据，下位分层是具有全部的道路数据的详细地图数据；上位的分层，基本由只具有主要道路数据的广域的地图数据构成。按分层搜索方法是，对于出发地和目的地周边，利用详细的地图数据计算成本，在路径的中间地域，用更粗的地图数据概略地进行计算，合并两者的结果并作为引导路径进行输出的方法。通过这样的按分层搜索方法，当出发地和目的地之间为远距离时，可使用粗的地图数据对中间路径进行路径搜索，所以与用详细的地图数据搜索全部路径的情形相比，能够缩短整体路径搜索所需的时间。

还有如下的方法，当在进行了路径搜索的下位分层的地图数据中确定了最短成本路径的情况下，在那一时刻结束路径搜索，不对成为路径搜索对象的上位分层的地图数据进行路径搜索，用更短时间得到最佳路径(专利文献2)。例如，在图10的(a)中，在具有详细的地图数据的分层1中，分别对当前地(出发地)侧、目的地侧的规定区域内进行搜索，若在出发地侧区域中搜索到搜索成本最小的边界节点SN11，在目的地侧区域中搜索到搜索成本最小的边界节点DN11，则转移到与这些边界节点对应的分层2的节点SN21、DN21，在分层2中进行路径搜索。若在分层2的重叠部分，从出发地侧开始的路径和从目的地侧开始的路径相连接，则以此路径P1为最佳路径。

[专利文献1]日本特开平4-301515号公报

[专利文献1]日本特开平11-257987号公报

然而，在上述以往的路径搜索方法中，在组合被分层的地图数据和路径搜索算法时，缩短路径搜索的所需时间的算法，对于路径搜索得到的路径P1的质量，也不保障其为最佳路径。例如，在图10的(b)中，在分层1中，存在规定区域的边界到达成本不是最小的出发地侧边界节点SN12、目的地侧边界节点DN12，在以对应这些边界节点的分层2中的节点SN22、DN22为起点的搜索中，分层2的出发地侧、目的地侧的规定区域中的边界到达成本最小的节点SN23、DN23被搜索到，在以对应节点SN23、DN23的分层3的节点SN31、DN31为起点的搜索中，路径P2被搜索到，存在路径P2的搜索成本比路径P1的搜索成本小的可能性。如果路径P2的搜索成本小，比起路径P1，针对质量，其为最佳路径。也就是说，使用具有分层构造的地图数据，对于仅仅尽可能迅速发现连接出发地和目的地的路径来说，例如存在包含弯弯曲曲的山道等的路径被搜索到的可能性，未必能搜索到最小搜索成本的路径、即用最短时间搜索出质量最佳的路径。本来，路径搜索的所需时间长短和路径的质量存在反比例的关系，所以迅速且高质量的路径搜索是非常困难的。

发明内容

本发明正是要解决上述问题，其目的在于，维持路径搜索得到的路径质量的同时，缩短路径搜索的所需时间。

本发明其特征在于，在进行从出发地到目的地的路径搜索的导航装置中，具备：信息存储单元，其保存了分层构造的地图数据；路径搜索单元，其从上述信息存储单元读出分层构造的地图数据，对出发地侧、目的地侧各个规定区域内进行路径搜索，在搜索区域重叠的范围内，取得最短成本路径；控制单元，其控制路径搜索单元的搜索，上述控制单元，当搜索到上位分层且取得的最短成本路径的成本比已取得的最短成本路径的成本小时，更新最短成本路径的成本。

另外，本发明其特征在于，具有：信息存储单元，其存储了有关道路的信息；路径搜索单元，其根据在上述信息存储单元中存储的道路信息，搜索到目的地的路径；及控制单元，其判定通过上述路径搜索单元搜索到的路径的质量，控制路径搜索处理，上述道路信息，由详细度不同的多个分层的数据等级构成，上述路径搜索单元，利用详细数据搜索出发地、目的地的规定区域的范围，上述控制单元，当出发地和目的地间连接了路径时，比较用上位的分层数据等级搜索的路径和用下位分层的数据等级搜索的路径的成本，当判断到用下位分层的数据等级搜索的路径成本比用上位分层的数据等级搜索的路径的成本低时，结束路径搜索处理。

另外，本发明是对进行从出发地到目的地的路径搜索的导航装置进行控制的程序，其特征在于，使计算机执行以下步骤：从信息存储单元读出分层构造的地图数据的步骤；对出发地侧、目的地侧各个规定区域内进行路径搜索，在搜索区域重叠的范围内，取得最短成本路径的步骤；当搜索到上位分层且取得的最短成本路径的成本比已取得的最短成本路径的成本小时，更新最短成本路径的成本的步骤。

本发明能够维持路径搜索中得到的路径质量，同时缩短路径搜索的所需时间。

附图说明

图1是表示本实施方式涉及的导航装置的例子的方框图。

图2是说明路径搜索、成本附加处理的概略的图。

图3是说明路径搜索处理的整体流程的图。

图4是说明出发地侧、目的地侧的搜索开始地点的图。

图5是表示使用了迪杰斯特拉算法的搜索处理流程的图。

图6是说明搜索分层中的节点的成本附加的图。

图7是说明路径搜索结束判定的图。

图8是表示针对上位分层的成本附加处理流程的图。

图9是说明针对上位分层的成本附加的图。

图10是说明使用了具有分层构造的地图数据的路径搜索的图。

图中符号说明：1—输入装置；2—当前位置检测装置；3—信息存储装置；4—中央处理装置；4a—路径搜索单元；4b—控制单元；5—信息收发装置；6—输出装置。

具体实施方式

以下，对本发明的实施方式，进行说明。

图1是表示本实施方式涉及的导航装置的例子的方框图。其构成为，包含：输入装置1，其由输入出发地和目的地信息的键盘、鼠标、触摸面板、操作键等构成；当前位置检测装置2，其检测有关当前位置的信息；信息存储装置3，其存储了各分层由多个区划构成的分层构造的地图数据、交差路口数据、路径搜索必需的导航用数据、路径引导必需的显示/语音的引导数据、还有用于进行地图显示、路径搜索、语音引导等的引导的程序(应用程序及/或OS)等；中央处理装置4，其具备路径搜索单元4a用以读出分层构造的地图数据，对出发地侧、目的地侧各个规定区域内进行路径搜索，在搜索区域重叠的范围内，取得最短成本路径，和控制单元4b用以通过成本的比较来判定由路径搜索单元搜索到的路径的质量，控制基于路径搜索单元的搜索处理，该中央处理装置4作为导航处理单元进行地图显示处理、路径引导所需的显示/语音引导处理、还有系统的整体控制；信息收发装置5，其收发有关车辆行驶的信息，例如道路信息、交通信息，检测有关车辆当前位置的信息，还有收发有关当前位置的信息；输出有关路径引导的信息的显示器、扬声器等其他的输出装置6。

图2是对本实施方式的路径搜索、成本附加处理的概略进行说明的图。这里，表示了使用4分层构造的地图数据时的处理顺序。具有分层构造的地图数据，各分层都由规定区域(数据量越多地域越窄)的多个区划构成，下位分层由具有全部道路数据的详细地图数据构成、越向上位的分层越由只具有主要道路数据的广域的地图数据构成。首先，利用分层1的详细的地图数据，分别对出发地侧、目的地侧的规定区域进行路径搜索(步骤S1、S2)，如果在这两区域内搜索到的路径上有重叠，则作为最短成本路径求得其成本(步骤S3)。接着，取得在分层1的搜索中到达的各区域的边界节点对应的分层2的节点(步骤S4、S5)，以这些各节点为起点进行路径搜索，并保持各节点的到达成本(图中的星符号表示保持了成本)，如果在分层2的出发地侧、目的地侧的区域内搜索到的路径上有重叠，连接路径的成本比分层1中取得的最短成本路径的成本小，则更新最短成本路径的成本(步骤S8)。以后，同样地，在分层3中在出发地侧、目的地侧的区域内进行搜索，如果在两区域内搜索到的路径存在重叠，连接路径的成本比下位分层取得的最短成本路径的成本小，则更新最短成本路径的成本，转移到最上位分层4(步骤S9～S15)。由于在最上位分层4中，路径必然连接，所以从目的地侧进行搜索(步骤S16)，如果在最上位分层4中得到的路径成本比其下位分层中的最短成本路径的成本小，则更新最短成本路径的成本(步骤S17)。这样，通过求得最短成本的路径之前，继续各分层中的搜索，来保持取得的路径的质量(成本)。另外，在各分层中，当节点的到达成本比最短成本路径的成本大时，对以后的节点不进行成本附加，并且在向上位分层转移的情况下，当出发地侧和目的地侧的边界节点中，最小到达成本的和比最短成本路径的成本大时，结束路径搜索(详细后述)，所以能够实现搜索时间的缩短。

图3是说明路径搜索处理的整体流程的图。

首先，设定出发地的搜索开始地点和目的地的搜索开始地点(步骤S101)。这些地点，例如图4所示，设定出发地S为最近的搜索对象道路上的节点SN1(图4中(a))，设定目的地为最近的搜索对象道路上的节点DN1(图4中(b))。接着，在出发地/目的地的搜索中，将搜索分层设为最下位层(步骤S102)，利用迪杰斯特拉(Dijkstra)算法在出发地侧、目的地侧的一定区域内进行搜索(步骤S103、104)。对于道路，根据高速公路、收费公路、国道、主要地方道、省级道路、窄街道等的道路类别，左右转弯禁止、单向通行等的交通管制的有无、路段长、道路宽度、车道数等，分别对各个路段或路段间(节点)设定各种成本，通过迪杰斯特拉算法搜索从出发地到目的地的路径，将这些成本相加，求得最短成本的路径(详细后述)。在此搜索中，判断出发地侧搜索区域和目的地侧搜索区域是否重叠(步骤S105)，重叠时，算出搜索区域重叠的范围内的最短成本路径(步骤S106)。

接着，判断是否已求得最短成本路径并已保存该成本(步骤S107)。当已保存时，判断新算出的最短成本路径的成本是否比已保存的最短成本路径的成本低(步骤S108)。当在步骤S107中未保存最短成本路径时或在步骤S108中新算出的最短成本路径的成本小时，更新最短成本路径的成本(步骤S109)。当步骤S105中出发地侧搜索区域和目的地侧搜索区域不重叠时，在步骤S108中新算出的最短成本路径的成本比已保持的最短成本大时，进行路径搜索结束判定(详细后述)(步骤S110)。判断在此判定中是否判定为路径搜索结束(步骤S111)，当没有判定为结束时，进行针对上位分层的成本附加(详细后述)(步骤S112)，将出发地/目的地搜索的搜索分层设为上位分层(步骤S113)。接着，判断此上位分层是否为最上位分层(步骤S114)，当不是最上位分层时，返回到步骤S103，从出发地侧开始同样地重复搜索处理，当为最上位分层时，返回到步骤S104，从目的地侧开始同样地重复搜索处理。当在步骤S111中判定为路径搜索结束时，判定是否已求得路径(步骤S115)，当未求得路径时，认为路径搜索失败(步骤S116)，当已求得路径时，根据路径搜索结果构成路径(步骤S117)，并结束处理。

图5是表示利用了迪杰斯特拉算法的搜索处理流程的图。

在搜索对象分层的出发地/目的地侧的一定区域内，搜索成本附加对象节点(步骤S201)，判断是否对成本附加对象的全部节点进行了成本附加(步骤S202)，当未对对象节点的全部进行了成本附加时，取得成本附加对象节点的到达成本(步骤S203)。例如，在图6(黑圆点表示搜索对象区域中的成本附加对象节点)中，成本附加对象节点N3，在经由节点N1、N2的路径上的节点中，作为其到达成本取得300。接着，取得连接到成本附加对象节点的全部路段(步骤S204)，判断是否已在取得的全部的路段中进行了搜索(步骤S205)。当未在全部的路段中进行了搜索时，取得成本附加对象节点的邻接节点的到达成本(步骤S207)。在图6的例子中，将成本附加对象的节点N3的邻接节点设为N4，设在经由其他节点Nm来的路径中，对邻接节点N4设定了到达成本500，并取得其值。接着，将路段成本/路段间(节点)成本与成本附加对象节点的到达成本相加(步骤S208)，判断相加以后的成本是否超过了最短成本路径的成本(步骤S209)。在未超过时，判断在步骤S208中求得的成本是否超过了在步骤S207中取得的邻接节点的到达成本(步骤S210)。在图6的例子中，与成本附加对象节点N3相加的路段的成本LC为150，加上此值，邻接节点N4的到达成本为450。另一方面，假设已取得的最短成本路径的成本为700，将路段成本LC与成本附加对象节点N3相加后的邻接节点N4的成本450，比最短成本路径的成本700小，并且比对邻接节点N4已设定的到达成本500小，所以将邻接节点N4的到达成本登记更新为450，并回到步骤S205中进行同样的处理。

在步骤S209中，当在步骤S208中求得的成本超过了最短成本路径的成本时，在步骤S210中，当在步骤S208中取得的成本超过了邻接节点的成本时，保持已设定的邻接节点的到达成本，并返回到步骤S205中，进行同样的处理。例如，在图6的例子中，当成本附加对象节点N3和邻接节点N5间的路段成本LC为500时，邻接节点N5的到达成本为800，由于超过了已取得的最短成本路径的成本700，所以不进行这以后的成本附加，对此节点设定成本∞，并返回到步骤S205中。关于其他的邻接节点N6，由于与成本附加对象节点N3间的路段成本LC为100，将其相加后，到达成本为400，设定此成本。依次进行这样的处理，在步骤S205中，在连接到成本附加对象节点的全部的路段中进行搜索，在步骤S202中，如对区域内对象节点全部进行了成本附加，则结束区域内搜索处理。

图7是说明路径搜索结束判定的图。

判断搜索对象的分层是否为最上位分层(步骤S301)，在不是最上位分层时，在出发地侧上位转移节点(区域边界节点)中检索最小到达成本节点(步骤S302)，判断是否对至少一个出发地侧上位转移节点，设定了到达成本(步骤S303)。接着，在目的地侧上位转移节点(区域边界节点)中检索最小到达成本节点(步骤S304)，判断是否对至少一个目的地侧上位转移节点，设定了到达成本(步骤S305)。当出发地侧、目的地侧都设定了上位转移节点时，判断出发地侧/目的地侧各个上位转移节点中的最小成本的合计是否比最短成本路径的成本小(步骤S306)。当各上位转移节点最小成本的合计比最短成本路径的成本小时，继续执行路径搜索。当在步骤S303、在步骤S305中未设定到达成本时，不进行向上位分层转移后的搜索，当在步骤S306中出发地侧/目的地侧各个上位转移节点最小成本的合计比最短成本路径的成本大时，由于即使在上位分层中进行搜索，也不存在最短成本路径，所以结束路径搜索(步骤S308)。

下面，利用图8、图9，说明针对上位分层的成本附加处理。

图8是表示针对上位分层的成本附加处理流程的图。图9是表示针对上位分层的成本附加的例子的图。

在图8中，取得已搜索的分层的一定区域内存在的全部节点(步骤S401)。已搜索的分层，利用迪杰斯特拉算法完成了针对一定区域内全部节点的成本附加。对这些全部节点，判断是否已结束针对上位分层的成本附加判定(步骤S402)。在未结束的情况下，判断正关注的相应节点是否为已搜索的分层的一定区域内的边界上存在的节点(步骤S403)，当不是边界节点时，返回到步骤S402，继续处理。此处理是只将上升到上位分层的节点设为边界节点的处理。接着，当是边界节点时，判断相应节点是否存在于上位分层的一定区域内(包含边界)(步骤S404)，当不存在于上位分层的一定区域内(包含边界)时，由于不能继续搜索，所以返回到步骤S402，继续处理。当相应节点是边界节点，且相应节点存在于上位分层时，取得连接到相应节点的全部的路段(步骤S405)，判断是否在连接到相应节点的全部路段中进行了搜索(步骤S406)。在连接到边界节点的全部路段中的搜索，是在搜索分层中的最短成本路径的搜索处理，在针对上位分层进行成本附加的处理的阶段，并行进行在搜索分层中的最短成本路径的取得处理。例如，在图9中，通过搜索分层中的搜索处理，当出发地侧5个边界节点的成本分别为200、400、800、1100、1400，目的地侧的5个边界节点的成本为300、500、700、1100、1200时，将这些节点按原样上升到上位分层，并且在搜索分层中的5个边界节点间进行路径搜索，与针对上位分层的成本附加并行，搜索最短成本路径。

当在步骤S406中，未结束在全部路段中的搜索时，取得相应节点的到达成本(步骤S407)，取得连接到相应节点的上位分层节点的全部路段(步骤S408)。接着，判断是否在连接到相应节点的上位分层节点的全部路段中进行了搜索(步骤S409)，当未在全部的路段中进行了搜索时，取得相应节点的上位分层节点的邻接节点(步骤S410)，取得其到达成本(步骤S411)。接着，将相应节点和邻接节点间的路段成本/路段间(节点)成本与步骤S407中取得的相应节点的到达成本相加，判断相加后的成本是否超过了在此阶段取得的最短成本路径的成本(步骤S413)。在未超过时，判断相加后的成本是否超过了相应节点的上位分层节点的邻接节点的到达成本(步骤S414)，在哪个都未超过时，登记更新相应节点的上位分层节点的邻接节点的到达成本，并返回到步骤S409，继续同样的处理。例如，在图9的出发地侧区域中，关注成本400的节点M1，当与节点M1的邻接节点M2间的路段成本LC为100时，将路段成本100与节点M1的成本400相加，取得邻接节点M2的到达成本500。若设此阶段取得的最短成本路径的成本为1000，邻接节点M2的到达成本比最短成本路径的成本小。另外，若假定在从其他路径的搜索中对邻接节点M2设定了到达成本600，则，在从节点M1的搜索中取得的邻接节点M2的到达成本比其小，所以将邻接节点M2的到达成本从600登记更新为500。这样，依次进行成本附加，取得上位分层的区域的边界节点M3的成本800。

在步骤S413中，当在步骤S412中算出的成本(将路段成本/路段间(节点)成本与相应节点的到达成本相加后的成本)超过最短成本路径的成本时，不进行这以上的成本附加，返回到步骤S409中，继续同样的处理。例如，在图9的出发地侧区域内，关注到达成本800的节点M4，若设与该邻接节点M5之间的路段LC的成本为250，则，邻接节点M5的到达成本为1050，超过了最短成本路径的成本1000，所以不进行这以后的节点附加，对节点M5设定成本∞。另外，对于节点M6、M7，向上位分层转移时，由于不知道最短成本路径的成本1000，所以分别被设定为成本1100、1400，连接到这些节点的哪个节点，到达成本都超过了最短成本路径成本，所以同样不进行这以后的节点附加，对那些节点设定成本∞。另外，在步骤S414中，当在步骤S412中算出的成本超过了邻接节点的到达成本时也不进行成本的登记，返回到步骤S409中，继续同样的处理。这样，当在步骤S409中，连接到上位分层节点的全部路段中的搜索结束，当在步骤S402中判定为，对搜索分层中的全部节点，结束了针对上位分层的成本附加判定，则结束针对上位分层的成本附加。

Claims (7)

1、一种导航装置，进行从出发地到目的地的路径搜索，其特征在于，

具备：信息存储单元，其保存了分层构造的地图数据；

路径搜索单元，其从上述信息存储单元读出分层构造的地图数据，对出发地侧、目的地侧各个规定区域内进行路径搜索，在搜索区域重叠的范围内，取得最短成本路径；

控制单元，其控制路径搜索单元的搜索，

上述控制单元，当搜索到上位分层且取得的最短成本路径的成本比已取得的最短成本路径的成本小时，更新最短成本路径的成本。

2、根据权利要求1所述的导航装置，其特征在于，

上述控制单元，当在出发地侧或目的地侧的规定区域内搜索当中的到达成本超过了已取得的最短成本路径的成本时，控制路径搜索单元，以使不进行针对这以后的节点的成本附加。

3、根据权利要求1所述的导航装置，其特征在于，

上述控制单元，当未对出发地侧或目的地侧的规定区域的边界节点设定了到达成本时，结束路径搜索单元的路径搜索。

4、根据权利要求1所述的导航装置，其特征在于，

上述控制单元，当出发地侧或目的地侧的规定区域的边界节点最小成本的合计，比已取得的最短成本路径的成本大时，结束路径搜索单元的路径搜索。

5、根据权利要求1所述的导航装置，其特征在于，

当对应下位分层的边界节点的上位分层节点的邻接节点到达成本超过了已取得的最短成本路径的成本时，控制路径搜索单元，以使不进行针对这以后的节点的成本附加。

6、一种导航装置，其特征在于，

具有：信息存储单元，其存储了有关道路的信息；

路径搜索单元，其根据在上述信息存储单元中存储的道路信息，搜索到目的地的路径；

及控制单元，其判定通过上述路径搜索单元搜索到的路径的质量，控制路径搜索处理，

上述道路信息，由详细度不同的多个分层的数据等级构成，

上述路径搜索单元，利用详细数据搜索出发地、目的地的规定区域的范围，在进行了上述规定范围的搜索后，转移到上位分层的数据等级，继续路径搜索，

上述控制单元，当出发地和目的地间连接了路径时，比较用上位的分层数据等级搜索的路径和用下位分层的数据等级搜索的路径的成本，当判断到用下位分层的数据等级搜索的路径成本比用上位分层的数据等级搜索的路径的成本低时，结束路径搜索处理。

7、一种程序，控制进行从出发地到目的地的路径搜索的导航装置，其特征在于，使计算机执行以下步骤：

从信息存储单元读出分层构造的地图数据的步骤；

对出发地侧、目的地侧各个规定区域内进行路径搜索，在搜索区域重叠的范围内，取得最短成本路径的步骤；

当搜索到上位分层且取得的最短成本路径的成本比已取得的最短成本路径的成本小时，更新最短成本路径的成本的步骤。

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