CN105547308A - 基于数字路网地图与深度优先遍历的导航方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于数字路网地图与深度优先遍历的导航方法，包括以下步骤：步骤1、构建数字路网地图；步骤2、基于前述数字路网地图，采用深度优先遍历来规划出发地到目的地的导航路径。本发明还涉及一种基于数字路网地图与深度优先遍历的导航装置。利用本发明的方案，可以实时、精确地进行导航路径的规划。

Description

基于数字路网地图与深度优先遍历的导航方法与装置

技术领域

本发明涉及车辆导航技术领域，具体而言涉及一种基于数字路网地图与深度优先遍历的导航方法与装置。

背景技术

随着通信技术和全球定位系统(GlobalPositioningSystem，GPS)的不断发展，为导航技术提供了越来越坚实的技术基础。人们在出行时常常苦恼于复杂的道路环境，不过有了导航技术，就可以为人们在出行过程带来很多方便。而且在现实的道路网络中，道路环境复杂且庞大，仅在一个城市内，就可能存在很多复杂的状态，例如修路、堵车等，如果想单独跳出几条路，以更加快捷的方式到达目的是，通过目前的GPS系统是不能够高效低提供这样的导航路径规划的。

发明内容

本发明的第一方面提出一种基于数字路网地图与深度优先遍历的导航方法，包括以下步骤：

步骤1、构建数字路网地图；

步骤2、基于前述数字路网地图，采用深度优先遍历来规划出发地到目的地的导航路径。

进一步的实施例中，前述步骤1的具体实现包括：

以地图中的每个路口作为顶点，以每个路段作为边，构建一个有向图，在该有向图中，对于每一对顶点v_i和v_j，都存在一条从v_i到v_j的路径和一条从v_j到v_i的路径，并且，对于给定的任意两个顶点，存在2点之间的一条简单路径，该简单路径是指路径上经过的各个顶点均不互相重复；

以前述有向图中的所有路段ID、路段的上游路口、路段的下游路口信息来存储该图，其中，上游路口和下游路口分别代表了图的顶点，路段则是图的边。

进一步的实施例中，前述步骤2的实现包括：

对于给定的出发地，确定与其最邻近的顶点v，则从图的顶点v出发，访问此顶点，然后依次从v的未被访问的邻接点出发深度优先遍历图，直到所有与v有通路的顶点都被访问到；

若此时图中还有未被访问的顶点，则选择该未被访问的顶点为起点，重复上述步骤，直到图中所有的顶点均被访问到；

找到所有从顶点v出发，到达目的地d的所有路径。

进一步的实施例中，前述步骤2中深度优先遍历图的过程包括：

设x是当前被访问顶点，在对x做过访问标记后，选择一条从x出发的未检测过的边(x，y)：若发现顶点y已访问过，则重新选择另一条从x出发的未检测过的边，否则沿边(x，y)到达未曾访问过的y，对y访问并将其标记为已访问过；然后从y开始搜索，直到搜索完从y出发的所有路径，即访问完所有从y出发可达的顶点之后，才回溯到顶点x，并且再选择一条从x出发的未检测过的边；

上述过程直至从x出发的所有边都已检测过为止，此时，若x不是出发点，则回溯到在x之前被访问过的顶点；否则图中所有和出发点有路径相通的顶点即从出发点可达的所有顶点都已被访问过，若图是连通图，则遍历过程结束，否则继续选择一个尚未被访问的顶点作为新源点，进行新的搜索过程。

根据本发明的改进，还提出一种基于数字路网地图与深度优先遍历的导航装置，包括：

用于构建数字路网地图的模块；

用于基于前述数字路网地图，采用深度优先遍历来规划出发地到目的地的导航路径的模块。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。

结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：

图1是根据本发明某些实施例的基于数字路网地图与深度优先遍历的导航方法的示意图。

图2是根据本发明某些实施例的深度优先搜索过程的示意图。

图3是根据本发明某些实施例的深度优先遍历递归算法的示例图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。

根据本发明的实施例，一种基于数字路网地图与深度优先遍历的导航方法，可以实时、精确地进行导航路径的规划。结合图1所示，该方法的实现大致包括以下步骤：

步骤1、构建数字路网地图；

步骤2、基于前述数字路网地图，采用深度优先遍历来规划出发地到目的地的导航路径。

本实施例中，数字路网地图的构建是基于GIS来构建的，并且在后续的处理中，通过GIS来进行初始化。

具体地，在一些实施例中，数字路网地图的构建包括以下步骤：

以地图(例如来自GIS)中的每个路口作为顶点，以每个路段作为边，构建一个有向图，在该有向图中，对于每一对顶点v_i和v_j，都存在一条从v_i到v_j的路径和一条从v_j到v_i的路径，并且，对于给定的任意两个顶点，存在2点之间的一条简单路径，该简单路径是指路径上经过的各个顶点均不互相重复；

以前述有向图中的所有路段ID、路段的上游路口、路段的下游路口信息来存储该图，其中，上游路口和下游路口分别代表了图的顶点，路段则是图的边。

对此，我们定义了数字路网地图的基本数据：

图：一个图可以由2个集合来定义，一个是点的集合，一般称为顶点(Vertex)；另一个集合是连接2个顶点的边的集合，一般称为边(Edge)。图的定义为：Graph＝(V,E)，V是所有顶点的有穷非空集合，E是顶点之间关系的有穷集合边集。

路径(Path)：在图G＝(V,E)中，若从顶点v_i出发，经过一系列的顶点v_p1,v_p2,…,v_pm，最后到达顶点v_j，则称顶点序列(v_i,v_p1,v_p2,…,v_pm,v_j)为顶点v_i到顶点v_j的路径。

简单路径：若路径上经过的各个顶点均不互相重复，则称这样的路径为简单路径。

强连通图：在有向图中，若对于每一对顶点v_i和v_j，都存在一条从v_i到v_j的路径和一条从v_j到v_i的路径，则称此图是强连通图。

同时，前述有向图的存储，我们采用数字路网中的MD_SEGMENT表中部分字段来保存。

SEGMENT_ID路段ID

INTERSECTION_UPSTARE道路上游路口

INTERSECTION_DOWNSTARE道路下游路口

其中上游路口和下游路口分别代表了图的顶点，路段则是图的边。

在一些实施例中，前述步骤2的导航路径规划的实现包括：

对于给定的出发地，确定与其最邻近的顶点v，则从图的顶点v出发，访问此顶点，然后依次从v的未被访问的邻接点出发深度优先遍历图，直到所有与v有通路的顶点都被访问到；

若此时图中还有未被访问的顶点，则选择该未被访问的顶点为起点，重复上述步骤，直到图中所有的顶点均被访问到；

找到所有从顶点v出发，到达目的地d的所有路径。

在更进一步的例子中，结合图2所示，前述步骤2中的深度优先遍历图的过程包括：

设x是当前被访问顶点，在对x做过访问标记后，选择一条从x出发的未检测过的边(x，y)：若发现顶点y已访问过，则重新选择另一条从x出发的未检测过的边，否则沿边(x，y)到达未曾访问过的y，对y访问并将其标记为已访问过；然后从y开始搜索，直到搜索完从y出发的所有路径，即访问完所有从y出发可达的顶点之后，才回溯到顶点x，并且再选择一条从x出发的未检测过的边；

上述过程直至从x出发的所有边都已检测过为止，此时，若x不是出发点，则回溯到在x之前被访问过的顶点；否则图中所有和出发点有路径相通的顶点即从出发点可达的所有顶点都已被访问过，若图是连通图，则遍历过程结束，否则继续选择一个尚未被访问的顶点作为新源点，进行新的搜索过程。

下面我们更加具体地对前述实施例的一些具体实现及其原理进行进一步说明

我们定义了图的深度优先遍历递归算法：

1、假设初始状态是图的所有顶点均没有被访问，则从图的某个点v出发，访问此顶点，然后依次从v的未被访问的邻接点出发深度优先遍历图，直到所有与v有通路的顶点都被访问到。

2、若此时图中还有未被访问的顶点，则选择该未被访问的顶点为起点，重复上述1的步骤，直到图中所有的顶点均被访问到。

前述深度优先搜索过程如下：

设x是当前被访问顶点，在对x做过访问标记后，选择一条从x出发的未检测过的边(x，y)。若发现顶点y已访问过，则重新选择另一条从x出发的未检测过的边，否则沿边(x，y)到达未曾访问过的y，对y访问并将其标记为已访问过；然后从y开始搜索，直到搜索完从y出发的所有路径，即访问完所有从y出发可达的顶点之后，才回溯到顶点x，并且再选择一条从x出发的未检测过的边。上述过程直至从x出发的所有边都已检测过为止。此时，若x不是源点，则回溯到在x之前被访问过的顶点；否则图中所有和源点有路径相通的顶点(即从源点可达的所有顶点)都已被访问过，若图G是连通图，则遍历过程结束，否则继续选择一个尚未被访问的顶点作为新源点，进行新的搜索过程。

结合图2，深度优先搜索的一个示例性实现包括：

1、首先访问A点，将其标为已访问，接着从其未被访问的邻接点C出发继续搜索。

2、访问C点并将其标记为已访问。依次类推，继续访问顶点B,G,F,D。

3、访问D后，由于D的所有邻接点均已被访问，因此回退到上一个访问点F，检测其有无未被访问的邻接点。若有继续深度搜索；若没有，继续会退到F的上一个访问点G。

4、由于F还有未被访问邻接点E，所以继续访问E，然后依次回退到F,G,B,C,A。直到访问结束。

5、得到深度优先遍历顺序为：A,C,B,G,F,D,E。

结合图3所示，整个图的深度优先遍历的路径遍历可以使用下述过程来描述：使用邻接矩阵表示无向图，如果两个顶点之间有边，对应的邻接矩阵相应位置的值为1，否则为0。设置有一个变量partialPath存储当前这一层的已经遍历的点构成的路径。当partialPath的最后一个点就是终点时得到一条可行路径；返回。否则，找到partialPath中最后一个点的可达节点，找打这些节点中不属于partialPath路径的点。从这些点的第一个点开始加入partialPath后得到新的partialPath，递归调用遍历算法。

结合图3所示，进一步说明深度优先遍历的路径遍历的一个示例性实现。

如图3所示，图的邻接矩阵：Graph，如下：

0	1	1	0	0	0	0	0
								1	0	0	1	1	0	0	0
1	0	0	0	0	1	1	0
								0	1	0	0	0	0	0	1
0	1	0	0	0	0	0	1
								0	0	1	0	0	0	1	0
0	0	1	0	0	1	0	0
								0	0	0	1	1	0	0	0

假设我们要找出结点3到结点6的所有路径，那么，我们就设结点4为起点，结点7为终点。我们需要的存储结构有：一个保存路径的栈、一个保存已标记结点的数组，那么找到结点3到结点6的所有路径步骤如下：

functionpossiablePaths＝findPath(Graph,[4],7,0)

1.找到当前路径的最后一个点4。

2.找到从4出发的所有可达点[2,8]

3.判断若4是终点，则得到一条路径，返回。否则

4.从[2,8]中的第一个点开始，2不是终点，且2不在当前路径中。把2加入到当前路径，得[4,2]。4到2的权重＝1。

5.递归调用findPath(Graph,[4，2],7,1)。

6.当前路径的最后一个点是2，找到从2出发的所有可达点[4,5,1]

7.2不是终点，从[4，5,1]中找到第一个开始点4,4不是终点，但是在当前路径中，剔除4.

8.第二个点5,5不是终点，也不在当前路径，将5加入当前路径，得到[4,2,5]，2到5的权重＝1

9.递归调用findPath(Graph,[4，2，5],7,2).

10.当前路径的最后一个点是5，找到从5出发的所有可达点[2,8]

11.5不是终点，从[2,8]中找到第一个点2,2不是终点，但2在当前路径中，剔除2.

12.第二个点8,8不是终点，也不在当前路径中，将8加入当前路径，得到[4,2,5,8],5到8的权重＝1

13.递归调用findPath(Graph,[4，2，5，8],7,3)

14.当前路径最后一个点是8，找到从8出发的所有可达点[5,4]

15.8不是终点，从[5,4]中找到第一个点5,5不是终点，但是5在当前路径中，剔除5

16.第二点4,4不是终点，但是4在当前路径中，剔除4.没有其余点了。该次findPath(Graph,[4，2，5，8],7,3)结束，返回上一层调用。

17.上一层中除了8没有别的点了，上一层的findPath(Graph,[4，2，5],7,2)结束，返回上一层调用。

18.上一层中还有第三个点1，1不在当前路径[4,2]中，且1不是终点。2到1的权重＝1

19.递归调用findPath(Graph,[4，2，1],7,2)

20.当前路径的最后一个点是1，找到1出发的所有可达点[2,3]

21.1不是终点，从[2,3]中选第一个点2,2不是终点，但2在当前路径中，剔除2

22.第二个点3,3不是终点，也不在当前路径中。1到3的权重＝1

23.递归调用findPath(Graph,[4，2，1，3],7,3)

24.当前路径的最后一个点是3，找到3出发的所有可达点[1,6,7]

25.3不是终点，从[1,6,7]中取第一个点1,1不是终点，但1在当前路径。剔除

26.取第二个点6,6不是终点，6不在当前路径，3到6的权重＝1

27.递归调用findPath(Graph,[4，2，1，3,6],7,4)

28.当前路径最后一个点是6，找到6的所有可达点[3,7]

29.6不是终点，从[3,7]中选第一个点3,3不是终点，但3在当前路径中，剔除

30.第二点7,7是终点，得到新的路径。从6到7的权重＝1.新路径为4,2,1,3,6,7；权重＝5.

31.没有其余可达点，该层递归结束，返回上一层

32.上一层还有一个点7，7是终点，找到新路径，从3到7的权重＝1.新路径为4,2,1,3,7；权重＝4.

33.没有其余的可达点，该层递归结束，返回上一层

34.上一层没有其余可达点，该层递归结束，返回上一层

35.上一层没有其余可达点，该层递归结束，返回上一层

36.该层的当前路径是[4]，还有一个可达点8，把8加入到当前路径,4到8的权重＝1

37.递归调用findPath(Graph,[4，8],7,1)

38.重复6到35的过程得到2条新的路径：

4,8,5,2,1,3,7；权重＝6

4,8,5,2,1,3,6,7；权重＝7

由此，我们可以得到遍历路径的结果，如下表所示：

根据本公开，还提出一种基于数字路网地图与深度优先遍历的导航装置，包括：

用于构建数字路网地图的模块；

用于基于前述数字路网地图，采用深度优先遍历来规划出发地到目的地的导航路径的模块。

应当理解，本实施例所提出的基于数字路网地图与深度优先遍历的导航装置中的各个模块，其功能、作用以及效果已经在以上基于数字路网地图与深度优先遍历的导航方法的描述中进行了说明，其实现方式并且在前述关于导航方法的实施例中做了示例性说明，在此不再赘述。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (7)

1.一种基于数字路网地图与深度优先遍历的导航方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、构建数字路网地图；

步骤2、基于前述数字路网地图，采用深度优先遍历来规划出发地到目的地的导航路径。

2.根据权利要求1所述的基于数字路网地图与深度优先遍历的导航方法，其特征在于，前述步骤1的具体实现包括：

以地图中的每个路口作为顶点，以每个路段作为边，构建一个有向图，在该有向图中，对于每一对顶点v_i和v_j，都存在一条从v_i到v_j的路径和一条从v_j到v_i的路径，并且，对于给定的任意两个顶点，存在2点之间的一条简单路径，该简单路径是指路径上经过的各个顶点均不互相重复；

以前述有向图中的所有路段ID、路段的上游路口、路段的下游路口信息来存储该图，其中，上游路口和下游路口分别代表了图的顶点，路段则是图的边。

3.根据权利要求1所述的基于数字路网地图与深度优先遍历的导航方法，其特征在于，前述步骤2的实现包括：

对于给定的出发地，确定与其最邻近的顶点v，则从图的顶点v出发，访问此顶点，然后依次从v的未被访问的邻接点出发深度优先遍历图，直到所有与v有通路的顶点都被访问到；

若此时图中还有未被访问的顶点，则选择该未被访问的顶点为起点，重复上述步骤，直到图中所有的顶点均被访问到；

找到所有从顶点v出发，到达目的地d的所有路径。

4.根据权利要求3所述的基于数字路网地图与深度优先遍历的导航方法，其特征在于，前述步骤2中深度优先遍历图的过程包括：

设x是当前被访问顶点，在对x做过访问标记后，选择一条从x出发的未检测过的边(x，y)：若发现顶点y已访问过，则重新选择另一条从x出发的未检测过的边，否则沿边(x，y)到达未曾访问过的y，对y访问并将其标记为已访问过；然后从y开始搜索，直到搜索完从y出发的所有路径，即访问完所有从y出发可达的顶点之后，才回溯到顶点x，并且再选择一条从x出发的未检测过的边；

上述过程直至从x出发的所有边都已检测过为止，此时，若x不是出发点，则回溯到在x之前被访问过的顶点；否则图中所有和出发点有路径相通的顶点即从出发点可达的所有顶点都已被访问过，若图是连通图，则遍历过程结束，否则继续选择一个尚未被访问的顶点作为新源点，进行新的搜索过程。

5.一种基于数字路网地图与深度优先遍历的导航装置，其特征在于，包括：

用于构建数字路网地图的第一模块；

用于基于前述数字路网地图，采用深度优先遍历来规划出发地到目的地的导航路径的第二模块。

6.根据权利要求5所述的基于数字路网地图与深度优先遍历的导航装置，其特征在于，所述用于构建数字路网地图的第一模块被设置成按照下述方式构建数字路网地图：

以地图中的每个路口作为顶点，以每个路段作为边，构建一个有向图，在该有向图中，对于每一对顶点v_i和v_j，都存在一条从v_i到v_j的路径和一条从v_j到v_i的路径，并且，对于给定的任意两个顶点，存在2点之间的一条简单路径，该简单路径是指路径上经过的各个顶点均不互相重复；

以前述有向图中的所有路段ID、路段的上游路口、路段的下游路口信息来存储该图，其中，上游路口和下游路口分别代表了图的顶点，路段则是图的边。

7.根据权利要求5所述的基于数字路网地图与深度优先遍历的导航装置，其特征在于，所述第二模块被设置成按照下述方式规划出发地到目的地的导航路径：

对于给定的出发地，确定与其最邻近的顶点v，则从图的顶点v出发，访问此顶点，然后依次从v的未被访问的邻接点出发深度优先遍历图，直到所有与v有通路的顶点都被访问到；

若此时图中还有未被访问的顶点，则选择该未被访问的顶点为起点，重复上述步骤，直到图中所有的顶点均被访问到；

找到所有从顶点v出发，到达目的地d的所有路径。