CN103134505A - 路径规划系统及其方法 - Google Patents

Abstract

一种路径规划方法，利用多个不同的道路等级画分搜寻的范围及淘汰率，并且以时间成本的高低做为选择路径的判断依据，以产生具有最小时间成本且提供易于行走的道路的建议路径。借以简化道路网的复杂度，并提升搜寻路径的效率。

Description

路径规划系统及其方法

技术领域

本发明涉及一种规划系统及其方法，且特别涉及建议路径的规划系统及其方法。

背景技术

市面上的导航系统都具备有根据使用者所指定的出发地与目的地规划路径的功能，使得现代人在行车或走路时对导航系统的依赖越来越深，平时不但依靠导航系统引导行车路径以利使用者前往不同地点洽公、商办，假日时更常依靠导航系统的指引前往旅游景点休憩。

而已知的导航系统为使用者规划路径的方式，不外乎寻找出发地及目的地之间的最短路径，以符合一般使用者想要尽快到达目的地的习惯。但根据最短距离所规划出的建议路径时常引导使用者走入狭小巷弄，在时间成本而言并不一定是最佳的选择。

此外，由于在规划过程中，可供选取的路段数量可能十分庞大，造成路网的交错程度复杂，也可能产生在计算可能路径时造成系统运算负担过大的问题。

发明内容

本发明实施例提供一种路径规划方法，用以规划出发地到目的地的路径，所述方法包括：提供多个道路图层，每一道路图层对应有道路等级及选取数量；自包含出发地的其中一个道路图层搜寻连接出发地的路段，并分别计算所述路段的时间成本，其中，每一路段包括起始节点与终止节点；根据道路图层对应的选取数量，依时间成本由低到高排序路段，以选取与选取数量相等的一或多个路段为候选路段，其中，自出发地开始依序相连接的候选路段组成候选路径；判断候选路径的末端是否为对应目的地的终止节点；当候选路径的末端为对应目的地的终止节点时，选取时间成本总和最小的候选路径为出发地到目的地的建议路径。当候选路径的末端并非对应目的地的终止节点时，根据候选路径末端的终止节点，分别再搜寻与各终止节点连接的一或多个路段，并分别计算时间成本，以及返回选取与选取数量相等的一或多个路段为候选路段的步骤。

依照本发明较佳实施例所述的路径规划方法，对应的该道路等级高的该道路图层所包括的该些路段的数量，少于对应的该道路等级低的该道路图层所包括的该些路段。

依照本发明较佳实施例所述的路径规划方法，该些道路图层中包括最低图层，该最低图层包括所有道路等级的所有路段。

依照本发明较佳实施例所述的路径规划方法，当该候选路径的末端并非对应该目的地的该终止节点时，根据该等候选路径末端的该等终止节点，分别再搜寻与各该等终止节点连接的一或多个路段的步骤还包括：

判断该候选路径的末端所对应的该终止节点是否与其它所述道路图层中的节点重叠；

若该候选路径的末端所对应的该终止节点与其它所述道路图层中的节点重叠，切换到包括该候选路径末端的该终止节点的另一该道路图层；

于所述的另一该道路图层搜寻连接于该候选路径末端的该终止节点的一或多个路段。

依照本发明较佳实施例所述的路径规划方法，所切换的另一该道路图层所对应的该道路等级高于切换前的该道路图层，所切换的另一该道路图层所对应的该选取数量少于切换前的该道路图层所对应的该选取数量。

依照本发明较佳实施例所述的路径规划方法，每一所述路段的该时间成本系根据该路段的距离及该路段所属的该道路等级进行计算。

除此之外，本发明实施例还提供一种路径规划系统，用以规划出发地到目的地的路径，包括图层数据库及处理单元。图层数据库记录多个道路图层，每一道路图层对应有道路等级及选取数量。处理单元接收出发地及目的地，并读取道路图层其中之一以从出发地起搜寻相连接的路段，并计算每一路段的时间成本，以及根据所读取的道路图层对应的选取数量，依时间成本由低到高排序所述路段，以选取与选取数量相等的一或多个路段为候选路段。其中，自出发地起依序连接的一或多个候选路段组成候选路径，处理单元用以持续选取候选路段以更新候选路径，当候选路径的末端对应的节点为该目的地时，选取时间成本总和最小的候选路径为一建议路径。

依照本发明较佳实施例所述的路径规划系统，对应的该道路等级高的该道路图层所包括的该些路段的数量，少于对应的该道路等级低的该道路图层所包括的该些路段。

依照本发明较佳实施例所述的路径规划系统，该些道路图层中包括最低图层，该最低图层包括所有道路等级的所有路段。

依照本发明较佳实施例所述的路径规划系统，若该候选路径的末端所对应的终止节点与其它所述道路图层中的节点重叠，切换到包括该候选路径末端的该终止节点的另一该道路图层以搜寻一或多个路段。

依照本发明较佳实施例所述的路径规划系统，该道路等级高的该道路图层所对应的该选取数量，少于该道路等级低的该道路图层所对应的该选取数量。

采用上述的路径规划系统及其方法，可提供一种由广而深的搜寻手段，将各种道路路段依照道路等级画分为不同的图层，而由处理单元根据规划过程中所搜寻到的路段所属等级，分别以不同的广度选择候选路段，而可将搜寻范围限制在一定的数量内，提升路径规划的效率。

附图说明

图1：本发明提供的一种路径规划系统实施例的方块图；

图2A及2B：本发明提供的一种对应不同道路等级的道路图层示意图；及

图3：本发明提供的一种路径规划方法实施例的流程图。

具体实施方式

路径规划系统实施例

图1绘示了本发明所提供的一种路径规划系统实施例的方块图。本例的路径规划系统1包括有输入单元10、处理单元12、缓存单元14、图层数据库16及输出单元18。输入单元10、缓存单元14、图层数据库16及输出单元18都连接于处理单元12，以接受处理单元12的控制而规划出从某一出发地到目的地之间的建议路径。

其中，路径规划系统1可设置于用以提供导航功能的电子装置中，例如导航专用机、行动电话、个人数字助理或手提电脑等设备。输入单元10可为鼠标、键盘或触控面板等周边装置，而输出单元18则可以用以确认及辨识规划后的路径的显示设备。处理单元12可为中央处理器、微处理器等运算设备，缓存单元14可为挥发性或非挥发性内存芯片，用以暂时记录处理单元12所读取及运算的信息。

图层数据库16可记录于非挥发性的内存单元，例如电子式可擦除可程序只读存储器。图层数据库16中记录了多个分别对应不同道路等级的道路图层。所述的道路等级可由高到低分为高速公路、快速道路、省道、一般道路等道路类别的等级。除了底层的一般道路的道路图层包括全部道路等级的路段及全部道路的起、迄节点之外，每一道路图层包括所属道路等级中的多个路段及每一路段的起、迄节点。例如：高速公路此一类别的道路等级可为最高等级，对应高速公路的道路图层中仅包括高速公路的多个路段及节点。

其中，道路等级高的道路图层中，包括的路段通常少于道路等级低的道路图层，此外，道路等级高的道路图层中，路段的时间成本相较于道路等级低的路段的时间成本亦会较低。例如：在路段的数量上，道路等级较高的高速公路少于道路等级较低的一般道路，且高速公路因速限较高、交通号志少的缘故，其时间成本亦可低于一般道路。

因此，处理单元12可于接收到来自输入单元10所输入的出发地及目的地之后，选择节点中包括有出发地的道路图层开始搜寻可能的候选路径(如图2A所示)。包括有出发地的道路图层通常为底层的道路图层，也就是包含有一般道路及其它所有道路类型的图层。各个图层中所包括的多个路段皆包括有路段两端的节点，分别为起始节点及终止节点。处理单元12可将出发地视为第一个起始节点，并搜寻与所述起始节点相连的一到多个路段及所述路段另一端的终止节点，并计算每个路段的时间成本。

由于与起始节点连接的路段可能数量众多，为了能有效率地规划路径，处理单元12可对底层的道路图层设置有限的选取数量，而非对将所有搜寻获得的路段都纳入规划的范围。例如将各个搜寻到的路段的时间成本由低到高排序后，选取时间成本最低的前5个路段做为候选路段，再从所述被选取的5个候选路段继续搜寻后续的路段，至于超出选取数量之外的其它路径则不再继续进行规划。

处理单元12可将被选取的5个候选路段的终端节点视为新的起始节点，分别再搜寻与起始节点连接的路段及各段路的终端节点。相同地，处理单元12可再从新搜寻到的多个路段中再计算及选取时间成本最低的前5个路段为候选路段。借此使得从出发地开始所搜寻的路径可维持在一定的数量范围内，以增加路径规划的效率。

当处理单元12从出发地为第一个起始节点搜寻路径，并且最终搜寻到以目的地为终止节点的一或多条由多个候选路段组成的候选路径时，处理单元12计算连接出发地到目的地的候选路径当中总时间成本最低的其中一条候选路径为建议路径。

其中，从出发地到目的地之间所经过的路径可能包括有属于不同道路等级的路段(如图2B所示)，当处理单元12所选取的候选路段的终止节点为不同道路等级的路段的交界点时，处理单元12可从图层数据库16改为由不同道路等级的道路图层进行后续的规划。如前所述，由于不同道路等级的道路在数量上和需要花费的时间成本不尽相同，道路等级较高的路段的数量与时间成本会较道路等级较低的路段来得少，故处理单元12在遇到搜寻获得的节点为不同道路等级的路段的交界点时，可优先采用道路等级较高的道路图层进行搜寻。

当处理单元12在另一道路图层进行搜寻时，同样可限制在有限的搜寻范围选取时间成本较低的数个路段续行规划。在道路等级较高的道路图层中选择时间成本较低的数个候选路段时，所设定的选取数量可以少于道路等级低的道路图层，例如只选取时间成本最低的前3个路段为候选路段，借此以简化计算量及更有效地淘汰时间成本过高的候选路径。

以图2A及图2B所示的道路图层的具体例示，将说明如后。

路径规划方法实施例

请参照图3，图3是本发明所提供的一种路径规划方法实施例的流程图。本实施例所述的路径规划方法可利用多个不同的道路等级画分搜寻的范围及淘汰率，并且以时间成本的高低做为选择路径的判断依据，借以简化道路网的复杂度，并提升搜寻路径的效率。所述的方法可以利用图1所示的系统施行，故请一并参照图1所示的路径规划系统方块图以利理解。

处理单元12可接收使用者从输入单元10输入的出发地及目的地，并从图层数据库16读取包含有全部道路等级及全部路段的道路图层，以及将出发地视为第一个起始节点(S301)，开始于所述道路图层中搜寻与所述第一个起始节点连接的一或多个路段，以及每一个所述路段另一端的终止节点(S303)。处理单元12寻获与起始节点相连的一或多个路段后，计算每一路段所需的时间成本(S305)，再根据对应于所属道路图层而设定的选取数量，选取其中有限的路段作为候选路段(S307)。以图2A所示的道路图层示意图为例，A节点为出发地、G节点为目的地时，以A节点为第一个起始节点，处理单元12从A点搜寻出共三段路径：节点A到B所连接的路段、节点A到D所连接的路段、以及节点A到E连接的路段(以下简称AB路段、AD路段、AE路段，依此类推)，经处理单元12计算距离及根据道路等级加权后，三段路径的时间成本分别为1、8、5单位。假设对应于本道路图层所设定的选取数量为2个路段，亦即在搜寻到的全部路段中，以时间成本由小到大排序，仅选取前2个路段为候选路段。在本例中即为AB路段及AE路段两段为候选路段，而排除AD路段。

从出发地开始，由各个候选路段依序连接而成的路径为候选路径，每一条候选路径会因为处理单元12新选取的候选路段而延长，每一候选路径的末端即为处理单元12最新选取的其中一个候选路段的终止节点。

处理单元12搜寻出候选路段而更新候选路径的内容后，可判断所述的一或多个候选路径的末端是否为目的地(S309)，若被选取的一或多个候选路径的末端为目的地，代表处理单元12已规划出至少一条可由出发地连接到目的地的完整路径，此时若有多条候选路径皆为完整连接出发地到目的地的路径时，处理单元12可从其中选取总时间成本最低的一条做为建议路径，而若正好只有一条完整的候选路径连接出发地到目的地，处理单元12可直接选取所述的候选路径做为建议路径(S311)。所述的总时间成本可指候选路径当中一到多个候选路段的时间成本的总和。

然而，若处理单元12判断出各候选路径中的末端并非目的地，则继续搜寻下一个路段以更新候选路径并进一步接近目的地。在搜寻的过程中，处理单元12还可进一步判断被选取的候选路段的终止节点是否与其它道路图层的节点重叠(S313)。换言之，处理单元12可判断候选路径的末端接下来是否连接属于不同道路等级的路段。若被选取的候选路段当中，并没有终止节点与其它道路图层的节点重叠，处理单元12可继续在同一个道路图层中，继续以最后搜寻到的候选路段的终止节点(亦即候选路径的末端)作为新的起始节点，继续搜寻后续的一或多个路段(S315)，并且在搜寻出新的一或多个路段后，返回步骤S305以下，计算新搜寻到的候选路段的时间成本，再度根据预定的选取数量选取时间成本较低数个路段为候选路段，直到获得可连接出发地到目的地的建议路径(S311)为止。

例如在图2A中，假设节点A到节点J所连接的各个路段皆属于同一道路等级，处理单元12经选取AB路段及AE路段为候选路段后，判断出节点B与节点E都没有与其它道路等级的路段连接，处理单元12即可继续在同一个道路图层中以节点B和节点D分别做为新的起始端点，分别搜寻与节点B和节点D连接路段以更新候选路径。如图2A所示，从节点B和节点D可分别搜寻到BC路段、BD路段及EF路段，此三路段的时间成本分别为3、6、9单位，而在同样的道路图层仅取时间成本较小的前两个，故而选取了连接于B节点的BC路段及BD路段，而排除EF路段。此时在图2A所示的道路图层上，分别包括AB路段连接BD路段，以及AB路段连接BC路段所形成的两段候选路径。

由于候选路径的末端节点并非目的地所在的节点G，因此处理单元12可继续以候选路径的末端节点C及D为起始节点搜寻下一个路段。在图2A所示的示意图中，从节点C及D又分别搜寻到CJ路段、DH路段、DI路段及DC路段，各别的时间本成本分别为6、2、3、7单位。处理单元12根据预设的选取数量选取的候选路段为DH路段及DI路段两段，以更新候选路径。最后，再分别以节点H及节点I为新的起始节点，搜寻相连的路段，而分别获得HG路段及IG路段。经计算后，HG路段及IG路段的时间成本分别为3及1单位。

处理单元12此时可判断出HG路段及IG路段的终止节点G即为目的地，进一步判断出已经规划出两条完整连接出发地A到目的地G的候选路径，分别为经由节点A、B、D、H到G的第一候选路径，以及经由节点A、B、D、I到G的第二候选路径。第一候选路径的总时间成本为9单位，第二候选路径的总时间成本则为8单位，故而处理单元12计算出所述两条候选路径的总时间成本后，可选取总时间成本最小的候选路径为建议路径，也就是本例中的第二候选路径。

回到图3，若是在处理单元12判断候选路径的末端与另一道路等级的道路图层的路段的节点重叠时(即S313的判断结果为是时)，处理单元12可读取包括所述重叠节点的另一道路图层(S317)，例如为道路等级较高的道路图层，并且在所述图层上，以候选路径末端的节点为起始节点，由处理单元12再度搜寻与所述起始节点连接的一或多个路段(S319)，并且返回步骤S305以下，分别计算各个路段的时间成本后，再根据对应于所述道路等级较高的道路图层所设定的选取数量，选取时间成本较低的数个路段为候选路段，借以更新候选路径，直到获得可连接出发地到目的地的建议路径(S311)为止。

以图2A及图2B所绘示的道路图层示意图为例，图2B所示的DH路段、DI路段、CD路段及CJ路段属于同一道路等级的路段，并且，图2B的道路图层所对应的道路等级高于图2A的道路图层所对应的道路等级。

当处理单元12根据图2A所示的道路图层，从出发地A开始规划路径，而搜寻到包括AB路段及BD路段的候选路径，以及包括AB路段与BC路段的另一候选路径时，处理单元12可根据图层数据库16中对各个节点的记录，判断出候选路径的末端，亦即节点C及D与图2B所示的道路图层中的节点重叠，故而可切换到图2B所示的道路图层，利用图2B所示的道路图层所包括的较高道路等级的路段继续规划候选路径。

处理单元12在搜寻出连接节点C或节点D的路段后，可根据目前道路图层所对应的选取数量选取其中一或多个路段为候选路段。由于图2B所示的道路图层对应于等级较高的道路，因此，为了搜寻的效率，选取数量可设置为少于道路等级较低的道路图层所对应的数量。以本例而言，例如只选取时间成本最低的1个路段为候选路段。具体来说，如图2B所示，处理单元12可搜寻出DH路段、DI路段、DC路段及CJ路段，时间成本分别为2、3、7及6单位。若根据时间成本的高低选取1个路段时，处理单元12将选取DH路段为新增的候选路段，并借以更新由节点A、B、D到H所连接而成的候选路径。

由于候选路径末端的节点H尚非为目的地，故处理单元12尚需继续搜寻下一个路段。处理单元12同样可透过图层数据库16中对于节点的记录，再判断出节点H重叠于图2A的道路图层中，因此可切换回图2A所对应的道路图层搜寻与节点H相连接的路段。为了简化说明的原因，在图2A当中，节点H所连接的路段仅有一段，即为HG路段，且GH路段的终止节点即为目的地。因此，处理单元12即已搜寻出完整连接出发地到目的地的一条候选路径，即由节点A、B、D、H到G所组成的路径，并将所述路径指定为建议路径。

上述说明仅用了两层不同图层，且两个道路图层所对应的选取数量分别仅为时间成本最低的两个及一个路段为候选路段，为了便于说明的原因，在实作上，根据不同的道路等级，通常可画分为三层以上的道路图层，而最底层的道路图层所设定的选取数量可能超过数百。例如在包括一般道路的道路图层中，每次选取时间成本最低的前500个路段为候选路段进行规划，即使为道路等级较高的道路图层，所对应的选取数量亦可能包括数十个，例如在包括快速道路的道路图层中，每次选取时间成本最低的前60个路段为候选路段等，依此类推。借此，既可利用底层道路图层大范围搜寻可能的连接到目的地的路段，又可利用逐渐随着道路等级提高而减少搜寻范围的方式简化计算复杂度及增加计算效率，有利于迅速而准确地规划出时间成本较低的建议路径。

实施例的可能功效

根据本发明实施例，上述的路径规划系统及其方法，可提供一种由广而深的搜寻手段，将各种道路路段依照道路等级画分为不同的图层，而由处理单元12根据规划过程中所搜寻到的路段所属等级，分别以不同的广度选择候选路段，而可将搜寻范围限制在一定的数量内，提升路径规划的效率。

此外，上述实施例中用以选取候选路段的标准并非仅依照路段的距离来判断，而是根据距离及路段所属的道路等级等参数，综合计算出所述的时间成本。相较于单纯以最短距离为依据来规划路径的手段，本案实施例所获得的建议路径即使不是从出发地到目的地的最短路径，但由于道路等级较高的路段所对应的时间成本较低，因此在建议路径中有较大的机会包含属于道路等级较高的路段。换言之，上述实施例所规划出来的建议路径能减少经过狭小巷弄并增加行走于平直大道的机率，使用的效益更甚于依照最短距离行走的路径。

以上所述仅为本发明的实施例，其并非用以局限本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种路径规划方法，用以在电子装置规划出发地到目的地的路径，该电子装置包括处理单元及图层数据库，其特征在于，所述方法包括：

提供多个道路图层，每一所述道路图层对应道路等级及选取数量；

自包含该出发地的其中一个所述道路图层搜寻连接该出发地的一或多个路段，并分别计算该些路段的时间成本，其中，每一所述路段包括起始节点与终止节点；

根据所述道路图层对应的该选取数量，依该时间成本由低到高排序该等路段，以选取与该选取数量相等的其中一或多个路段为候选路段，其中，自该出发地开始依序相连接的该等候选路段组成候选路径；

判断该候选路径的末端是否为对应该目的地的该终止节点；

当该候选路径的末端为对应该目的地的该终止节点时，选取该时间成本总和最小的该候选路径为该出发地到该目的地的建议路径；及

当该候选路径的末端并非对应该目的地的该终止节点时，根据该等候选路径末端的该等终止节点，分别再搜寻与各该等终止节点连接的一或多个路段，并分别计算该时间成本，以及返回选取与该选取数量相等的其中一或多个路段为该候选路段的步骤。

2.如权利要求1所述的路径规划方法，其特征在于，对应的该道路等级高的该道路图层所包括的该些路段的数量，少于对应的该道路等级低的该道路图层所包括的该些路段。

3.如权利要求2所述的路径规划方法，其特征在于，该些道路图层中包括最低图层，该最低图层包括所有道路等级的所有路段。

4.如权利要求1所述的路径规划方法，其特征在于，当该候选路径的末端并非对应该目的地的该终止节点时，根据该等候选路径末端的该等终止节点，分别再搜寻与各该等终止节点连接的一或多个路段的步骤还包括：

判断该候选路径的末端所对应的该终止节点是否与其它所述道路图层中的节点重叠；

若该候选路径的末端所对应的该终止节点与其它所述道路图层中的节点重叠，切换到包括该候选路径末端的该终止节点的另一该道路图层；

于所述的另一该道路图层搜寻连接于该候选路径末端的该终止节点的一或多个路段。

5.如权利要求4所述的路径规划方法，其特征在于，所切换的另一该道路图层所对应的该道路等级高于切换前的该道路图层，所切换的另一该道路图层所对应的该选取数量少于切换前的该道路图层所对应的该选取数量。

6.如权利要求1所述的路径规划方法，其特征在于，每一所述路段的该时间成本系根据该路段的距离及该路段所属的该道路等级进行计算。

7.一种路径规划系统，用以在电子装置规划出发地到目的地的路径，其特征在于，包括：

图层数据库，记录多个道路图层，每一所述道路图层对应道路等级及选取数量；

处理单元，接收该出发地及该目的地，并读取该等道路图层其中之一以从该出发地起搜寻相连接的一或多个路段，并计算每一所述路段的时间成本，以及根据所读取的该道路图层对应的该选取数量，依该时间成本由低到高排序该等路段，以选取与该选取数量相等的其中一或多个路段为候选路段；

其中，自该出发地起依序连接的一或多个候选路段组成候选路径，该处理单元用以持续选取该等候选路段以更新该等候选路径，当该候选路径的末端对应的节点为该目的地时，选取该时间成本总和最小的该候选路径为建议路径。

8.如权利要求7所述的路径规划系统，其特征在于，对应的该道路等级高的该道路图层所包括的该些路段的数量，少于对应的该道路等级低的该道路图层所包括的该些路段。

9.如权利要求7所述的路径规划系统，其特征在于，该些道路图层中包括最低图层，该最低图层包括所有道路等级的所有路段。

10.如权利要求7所述的路径规划系统，其特征在于，若该候选路径的末端所对应的终止节点与其它所述道路图层中的节点重叠，切换到包括该候选路径末端的该终止节点的另一该道路图层以搜寻一或多个路段。

11.如权利要求7所述的路径规划系统，其特征在于，该道路等级高的该道路图层所对应的该选取数量，少于该道路等级低的该道路图层所对应的该选取数量。

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