CN102445208A - 一种从地图数据中获取多车辆导航路径的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种从地图数据中获取多车辆导航路径的方法，用于生成多车辆从配送中心出发途经若干服务点进行服务后回到配送中心的导航路径，其包括数据获取步骤、导航路径生成步骤以及导航路径输出步骤，所述导航路径生成步骤包括初始导航路径生成步骤、第一优化步骤、第二优化步骤。本发明与现有技术相比能够快速地从地图数据中获取优化导航路径。

Description

一种从地图数据中获取多车辆导航路径的方法
技术领域
本发明涉及车辆导航方法，特别是涉及一种从地图数据中获取多车辆导航路径的方法。
背景技术
为了改善现代物流运输业中货物运输的质量，充分发挥运输车辆的效能，除了进一步扩大、改善城市道路系统和交通设施之外，所需投资更少、见效迅速更快、可行性更高的方法是加强运输的科学组织管理。作为科学运输管理及智能交通系统（ITS）的重要方面——物流配送车辆的调度问题是直接与消费者相连的重要环节，涵盖的作业流程众多。采用系统优化的方法来确定配送线路是车辆调度的核心部分，即合理的进行配货优化、货物配装优化，特别是配送线路优化，能够大大提高运输效率，降低行驶费用，减少车辆空驶里程，增加货运量，提高营运收入，同时减少废气排放量，降低城市空气污染水平，降低交通事故率。
物流车辆调度技术经历了传统的人工经验调度和计算机辅助的、静态的事先规划调度，发展到现在的实时动态的智能调度。传统的人工经验调度是根据调度员的经验，进行运输任务的分配、人员车辆班次的确定以及运输线路的制定。随着车辆、运输量以及运输约束条件（例如服务时间窗口、货物混装限制等）的增加，人工排班的弊端日益显现，往往导致线路不合理，浪费了宝贵的运输资源。伴随着计算机技术以及数学工具的不断运用，人们开始尝试对车辆路径问题建立各种数学模型，并用计算机路径计算与规划，得到了很好的效果，可比人工调度节约至少 10%的运输费用。随后这种方法在烟草运输等行业有了初步的应用，但其缺点是当面临大规模问题时，运算速度慢。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种从地图数据中获取多车辆导航路径的方法，实现从地图数据中快速获取多车辆的导航路径。
一种从地图数据中获取多车辆导航路径的方法，用于生成多车辆从配送中心出发途经若干服务点进行服务后回到配送中心的导航路径，包括以下步骤：
1）数据获取步骤：获取地图数据、以及车辆必须经过的所有服务点的服务点数据，该服务点数据至少包括：服务点的位置数据；
2）导航路径生成步骤：根据所述地图数据和所述服务点数据生成包含多条子线路的多车辆导航路径，其包括以下子步骤：
2-1）初始导航路径生成步骤：2-1-a）：选择一个服务点作为初始点，在车辆从配送中心去往该初始点以及从该初始点返回配送中心的路径中，插入若干服务点作为该路径的途经点以形成一条子线路；2-1-b）：重复步骤a以形成多条子线路，使得所有服务点均处于其中一条子线路的途经点，从而形成初始导航路径；2-1-c）：通过所述地图数据以及各服务点的位置数据计算出初始导航路径的路程总长度S1；
2-2）第一优化步骤：2-2-a）：在初始导航路径中，选择任意一条子线路的一个途经点，将该途经点随机地与同一条子线路或非同一条子线路的其他途经点进行交换、或者选择任意一条子线路的一段路径段随机地与同一条子线路或非同一条子线路的其他路径段进行交换以形成第一优化导航路径，计算第一优化导航路径的路程总长度S2，2-2-b）：若S2<S1，用第一优化导航路径替代初始导航路径并重复步骤2-2-a），否则，直接重复步骤2-2-a）并累计1次第一优化次数，当第一优化次数大于预定值时，退出第一优化步骤；
2-3）第二优化步骤：2-3-a）：在第一优化导航路径中，随机地将任意一条子线路中的一个途经点删除，并重新将其随机地插入至其原子线路或非原子线路中作为途经点以形成第二优化导航路径，计算出第二优化导航路径的路程总长度S3，2-2-b）：若S3<S2，用第二优化导航路径替代第一优化导航路径并重复步骤2-3-a），否则直接重复步骤2-3-a）并累计1次第二优化次数，当第二优化次数大于预定值时，退出第二优化步骤；
3）导航路径输出步骤：将步骤2-3）得到的第二优化导航路径发送至被导航车辆的导航终端中。
优选地，所述步骤2-1-a）中，插入服务点时，优先选择插入费用函数最小的服务点进行插入，所述插入费用函数                                                ，其中，
Figure 2011102817691100002DEST_PATH_IMAGE002
分别是一条子线路中的两个服务点，是待插入的服务点，、、
Figure 2011102817691100002DEST_PATH_IMAGE006
分别是车辆从服务点
Figure 2011102817691100002DEST_PATH_IMAGE007
到
Figure 187745DEST_PATH_IMAGE003
、
Figure 711130DEST_PATH_IMAGE003
到
Figure 2011102817691100002DEST_PATH_IMAGE008
、及
Figure 672133DEST_PATH_IMAGE007
到
Figure 913758DEST_PATH_IMAGE008
所需要的费用。
优选地，所述步骤2-1-a）中，所述初始点选择未插入子线路中的距离配送中心最远的服务点。
所述服务点数据还包括该服务点的货物量，所述步骤a中，当该子线路中的服务点的货物量总和超过预设的值时，停止在该子线路中插入新的服务点。
所述服务点数据还包括车辆到达该服务点的时间范围要求，所述步骤2-1-a）中，当在子线路中插入新的服务点后车辆无法在要求的时间范围内到达时，停止在该子线路中插入新的服务点。
本发明与现有技术相比，在第一优化步骤中，采用交换路径点或路径段的方式进行优化，且途经点或路径段的交换均是随机地在任意路径间进行，而只不局限于路径内或只局限于路径间，从而能够在很小的交换次数内快速地从地图中找出优化路径，能够有效地提高导航系统的工作效率。。
附图说明
图1是本发明具体实施方式的车辆导航系统的系统框图；
图2a是本发明具体实施方式的同一条子线路内途经点交换的示例图；
图2b是本发明具体实施方式的非同一条子线路内途经点交换的示例图；
图3a是本发明具体实施方式的同一条子线路内路径段交换的示例图；
图3b是本发明具体实施方式的非同一条子线路内路径段交换的示例图；
图4a是本发明具体实施方式的服务点在同一条子线路内重定位的示例图；
图4b是本发明具体实施方式的服务点在非同一条子线路内重定位的示例图。
具体实施方式
下面对照附图并结合优选具体实施方式对本发明进行详细的阐述。
本实施例涉及车辆导航系统及一种从地图数据中获取多车辆导航路径的方法，用于针对分散的多个顾客（例如1000个），在有限的资源下（例如50辆配送车辆）快速地从地图数据中获取最佳导航路径，如图1所示，车辆导航系统包括规划调度服务器、供客户上传货物配送请求的客户端、用于从地图数据中获取多车辆导航路径的调度计算机、用于为调度计算机提供地图数据的地图服务器、车载GPS设备、以及用于供司机接收导航路径的移动互联网设备。
所述从地图数据中获取多车辆导航路径的方法包括以下步骤：
1）顾客向调度服务器提交货物配送请求，配送请求一般包括货物名称、重量、体积、配送时间、地址、联系电话等信息；调度服务器通知调度计算机收到新的顾客配送需求；
2) 调度计算机收到调度指令后，首先从规划服务器中获取所有服务点（一个配送地址视为一个服务点）的服务点数据（即每一个货物配送请求对应的全部信息或部分信息），该服务点数据至少需要包括服务点的位置数据（即货物配送地址）；然后，从地图服务器中获取的地图数据；
3）调度计算机根据服务点数据、通过以下步骤从地图数据中获取包括多条子线路的多车辆导航路径：
3-1）初始导航路径生成步骤：3-1-a）：选择距离配送中心最远的服务点作为初始点，在车辆从配送中心去往该初始点以及从该初始点返回配送中心的路径中，插入若干未安排的服务点作为该路径的途经点以形成一条子线路；3-1-b）：重复步骤3-1-a）以形成多条子线路，使得所有服务点均处于其中一条子线路的途经点，从而形成初始导航路径；2-1-c）：通过所述地图数据以及各服务点的经纬度计算出初始导航路径的路程总长度S1。
本实施例每一次在子线路中插入服务点均选取插入费用函数最小的服务点，插入函数I
Figure 720040DEST_PATH_IMAGE009
的定义如下：         
Figure 2011102817691100002DEST_PATH_IMAGE010
 (1)
Figure 363511DEST_PATH_IMAGE011
 (2)
Figure 2011102817691100002DEST_PATH_IMAGE012
 (3)
Figure 229836DEST_PATH_IMAGE002
分别是一条子线路中的两个服务点，
Figure 958758DEST_PATH_IMAGE003
是待插入的服务点，
Figure 568731DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 66708DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure 369513DEST_PATH_IMAGE006
分别是车辆从服务点
Figure 320152DEST_PATH_IMAGE013
到
Figure 202657DEST_PATH_IMAGE003
、
Figure 86300DEST_PATH_IMAGE003
到
Figure 28848DEST_PATH_IMAGE008
、及
Figure 466782DEST_PATH_IMAGE007
到
Figure 418558DEST_PATH_IMAGE008
的费用（实践中，该费用可转化为与路程长度相关的函数），，
Figure 2011102817691100002DEST_PATH_IMAGE014
表示车辆在客户i和j之间的运输费用（以路程长度为变量的函数），
Figure 422286DEST_PATH_IMAGE015
表示车辆在客户j处等待客户开启服务而产生的额外费用，
Figure 2011102817691100002DEST_PATH_IMAGE016
表示车辆在服务完客户i后停留而产生的费用，
Figure 535735DEST_PATH_IMAGE017
分别是后三者的加权系数。下表为本步骤的详细流程：
Figure 2011102817691100002DEST_PATH_IMAGE018
其中，当前子线路饱和是指，当该子线路中的服务点的货物量总和超过预设的值（即超出货车的载重量时），或者当在子线路中插入新的服务点后车辆无法在要求的时间范围内到达。
 
3-2）第一优化步骤：3-2-a）：在初始导航路径中，选择任意一条子线路的一个途经点，将该途经点随机地与同一条子线路或非同一条子线路的其他途经点进行交换、或者选择任意一条子线路的一段路径段随机地与同一条子线路或非同一条子线路的其他路径段进行交换以形成第一优化导航路径，计算第一优化导航路径的路程总长度S2，2-2-b）：若S2<S1，用第一优化导航路径替代初始导航路径并重复步骤3-2-a），否则，直接重复步骤3-2-a）并累计1次第一优化次数，当第一优化次数大于预定值时，退出第一优化步骤。
为详细说明路径点交换与路径段交换，下面参考图2a-3b进行解释：
图2a是同一条子线路内途经点交换的示例图解，图中1、2、3、4、5为一子线路中的五个途经点，6、7、8为另一条子线路中的三个途经点，示例中途经点3、5交换，交换前线路为（01234506780），交换后为（0125430678）；图2b是非同一条子线路内路径点交换的示例图解，图中1、2、3、4、5为一子线路中的五个途经点，6、7、8为另一条子线路中的三个途经点，示例中途经点3、6交换，交换前线路为（01234506780），交换后为（0126430378）。
图3a是同一条子线路内路径段交换的示例图解，图中1、2、3、4、5、6、7为一子线路中的7个途经点，8为另一条子线路中的一个途经点，将3→4→5变换为3→5→4，交换前线路为（012345067080），交换后为（01235467080）；图3b是非同一条子线路内路径段的示例图解，图中1、2、3、4、5为一子线路中的五个服务点，6、7、8为另一条子线路中的三个服务点，示例中，路径段4→5与路径段7→8进行交换，交换前路径为：（01234506780），交换后为（01237806450）。
 
3-3）第二优化步骤：3-3-a）：在第一优化导航路径中，随机地将任意一条子线路中的一个途经点删除，并重新将其随机地插入至其原子线路或非原子线路中作为途经点以形成第二优化导航路径，计算出第二优化导航路径的路程总长度S3，3-2-b）：若S3<S2，用第二优化导航路径替代第一优化导航路径并重复步骤3-3-a），否则直接重复步骤2-3-a）并累计1次第二优化次数，当第二优化次数大于预定值时，退出第二优化步骤，以当前的第二优化导航路径作为最终的导航路径。
图4a、4b所示分别为途经3在同一子线路内、及在非同一条子线路内进行重新插入的示例图解。 
在上述第一优化步骤和第二优化步骤中，所得的第一优化路径和第二优化路径中的任意一条子线路的货物量总和也不能超过前述预设的值（即不能超出货车的载重量）。
4）调度计算机通过互联网将前述步骤得到的导航路径的个子线路路径及货物信息分别发送至各车辆的移动互联网设备中。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种从地图数据中获取多车辆导航路径的方法，用于生成多车辆从配送中心出发途经若干服务点进行服务后回到配送中心的导航路径，其特征在于，包括以下步骤：
1）数据获取步骤：获取地图数据、以及车辆必须经过的所有服务点的服务点数据，该服务点数据至少包括：服务点的位置数据；
2）导航路径生成步骤：根据所述地图数据和所述服务点数据生成包含多条子线路的多车辆导航路径，其包括以下子步骤：
2-1）初始导航路径生成步骤：2-1-a）：选择一个服务点作为初始点，在车辆从配送中心去往该初始点以及从该初始点返回配送中心的路径中，插入若干服务点作为该路径的途经点以形成一条子线路；2-1-b）：重复步骤2-1-a）以形成多条子线路，使得所有服务点均处于其中一条子线路的途经点，从而形成初始导航路径；2-1-c）：通过所述地图数据以及各服务点的位置数据计算出初始导航路径的路程总长度S1；
2-2）第一优化步骤：2-2-a）：在初始导航路径中，选择任意一条子线路的一个途经点，将该途经点随机地与同一条子线路或非同一条子线路的其他途经点进行交换、或者选择任意一条子线路的一段路径段随机地与同一条子线路或非同一条子线路的其他路径段进行交换以形成第一优化导航路径，计算第一优化导航路径的路程总长度S2，2-2-b）：若S2<S1，用第一优化导航路径替代初始导航路径并重复步骤2-2-a），否则，直接重复步骤2-2-a）并累计1次第一优化次数，当第一优化次数大于预定值时，退出第一优化步骤；
2-3）第二优化步骤：2-3-a）：在第一优化导航路径中，随机地将任意一条子线路中的一个途经点删除，并重新将其随机地插入至其原子线路或非原子线路中作为途经点以形成第二优化导航路径，计算出第二优化导航路径的路程总长度S3，2-2-b）：若S3<S2，用第二优化导航路径替代第一优化导航路径并重复步骤2-3-a），否则直接重复步骤2-3-a）并累计1次第二优化次数，当第二优化次数大于预定值时，退出第二优化步骤；
3）导航路径输出步骤：将步骤2-3）得到的第二优化导航路径发送至被导航车辆的导航终端中。
2.根据权利要求1所述的从地图数据中获取多车辆导航路径的方法，其特征在于：所述步骤2-1-a）中，插入服务点时，优先选择插入费用函数最小的服务点进行插入，所述插入费用函数                                                
Figure 2011102817691100001DEST_PATH_IMAGE001
，其中，
Figure 249157DEST_PATH_IMAGE002
分别是一条子线路中的两个服务点，
Figure 2011102817691100001DEST_PATH_IMAGE003
是待插入的服务点，
Figure 697456DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 2011102817691100001DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure 477193DEST_PATH_IMAGE006
分别是车辆从服务点
Figure 403561DEST_PATH_IMAGE008
到、
Figure 571554DEST_PATH_IMAGE003
到、及
Figure 838587DEST_PATH_IMAGE008
到
Figure 568646DEST_PATH_IMAGE009
所需要的费用。
3.根据权利要求1所述的从地图数据中获取多车辆导航路径的方法，其特征在于：所述步骤2-1-a）中，所述初始点选择未插入子线路中的距离配送中心最远的服务点。
4.根据权利要求1所述的从地图数据中获取多车辆导航路径的方法，其特征在于：所述服务点数据还包括该服务点的货物量，所述步骤2-1-a）中，当该子线路中的服务点的货物量总和超过预设的值时，停止在该子线路中插入新的服务点；所述第一优化导航路径、所述第二优化导航路径中任意一条子线路中的服务点的货物量总和也不能够超过该预设的值。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的从地图数据中获取多车辆导航路径的方法，其特征在于：所述服务点数据还包括车辆到达该服务点的时间范围要求，所述步骤2-1-a）中，当在子线路中插入新的服务点后车辆无法在要求的时间范围内到达时，停止在该子线路中插入新的服务点。
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