JP2018100945A - Method for route search and route search system - Google Patents

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好輝 石田
Yoshiteru Ishida
好輝 石田
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PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for route search and a route search system which have an unknown environment for search for an image and can make a search with limited resources for the search.SOLUTION: The present invention relates to a method for route search by generating a route for image information based on the self-similarity. The method includes the steps of: controlling generation of a route by resources to be used; and setting a search range. Desired searches are sequentially made to fit the environments on images. The step of controlling the route generation controls growth and reduction of a search node and changes the rate of the reduction according to the remaining amount of the resources to be used.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、画像データに対する経路の探索方法および探索システムに関するものである。   The present invention relates to a route search method and a search system for image data.

生物の構造がもつ自己相似性は効率よく空間を充填できることが知られている。少ない体積で多くの表面積が必要となる血管の分岐構造や腸の内壁なども自己相似の構造になっており、この性質を活かして探索問題へ応用する技術が提案されている。   It is known that the self-similarity of biological structures can efficiently fill a space. The branching structure of blood vessels and the inner wall of the intestine that require a large surface area with a small volume have a self-similar structure, and a technique for applying this property to a search problem has been proposed.

例えば、空間充填曲線法がある(例えば、非特許文献1を参照)。空間充填曲線法は巡回セールスマン問題の近似解法として用いられ、高速に解を求めることができるのが特徴である。   For example, there is a space filling curve method (see, for example, Non-Patent Document 1). The space filling curve method is used as an approximate solution to the traveling salesman problem, and is characterized by being able to find a solution at high speed.

また、探索問題を解決する代表的な手法として木探索アルゴリズムがあり、特に最初からデータが木構造で明示されていない場合は動的に木を生成する必要がある。探索空間が非常に大きなものになるため、評価関数を用いることが望ましいが、探索の空間あるいは目標状態の分布など探索の環境が未知であったり、探索領域を数学的な関数で記述するのが難しかったりする場合などの複雑環境下にある場合では適切な評価関数の設定が難しく、探索コストやリソースの制約によって解に辿りつけない場合がある。   A typical method for solving the search problem is a tree search algorithm, and it is necessary to generate a tree dynamically when the data is not clearly shown in the tree structure from the beginning. Since the search space becomes very large, it is desirable to use an evaluation function. However, the search environment such as the search space or the distribution of the target state is unknown, or the search area is described by a mathematical function. In a complicated environment such as when it is difficult, it is difficult to set an appropriate evaluation function, and there are cases where the solution cannot be reached due to search costs and resource constraints.

一方、地理情報における人工物である建物や道、自然物である木や川などの画像を生成する技術としてLindenmayer System(以下、L-systemという。)が用いられている(例えば、非特許文献2を参照)。L-systemは、植物の成長過程等を記述できる形式文法の一種である。植物等の画像を生成するために用いられているが、画像生成技術としてのL-systemは生成文法に基づくため、既存の画像構成要素に対しての探索は困難である。   On the other hand, Lindenmayer System (hereinafter referred to as L-system) is used as a technique for generating images of buildings and roads that are artifacts in geographic information, trees and rivers that are natural objects (for example, Non-Patent Document 2). See). L-system is a kind of formal grammar that can describe the growth process of plants. Although it is used to generate images of plants and the like, L-system as an image generation technique is based on a generation grammar, so that it is difficult to search for existing image components.

「空間充填曲線とフラクタル」,ザーガン,H.著,鎌田 清一郎訳,シュプリンガー・ジャパン社,1998年12月出版“Space-filling curves and fractals”, Zergan, H.C. Written and translated by Seiichiro Kamada, Springer Japan, published December 1998 Gabriela Ochoa, ”An Introduction to Lindenmayer Systems“ インターネット(URL:https://s10.lite.msu.edu/res/msu/botonl/b_online/e28_3/lsys.html)Gabriela Ochoa, “An Introduction to Lindenmayer Systems“ Internet (URL: https://s10.lite.msu.edu/res/msu/botonl/b_online/e28_3/lsys.html)

上述した従来の技術には、探索の環境が未知であり、探索のためのリソースに制限がある場合(以下、複雑環境下という。)において、探索を十分に行えないという課題があった。   The above-described conventional technique has a problem that the search cannot be performed sufficiently when the search environment is unknown and the search resources are limited (hereinafter, referred to as a complex environment).

本発明が解決しようとする課題は、前記課題を克服するためになされたものであり、自己相似性を示す構造を記述可能な文法(以下、単にルールということがある。)を基にして、複雑環境下においても解を求めることが可能な経路探索方法および経路探索システムを提供することである。   The problem to be solved by the present invention is made in order to overcome the above problem, and based on a grammar (hereinafter, simply referred to as a rule) that can describe a structure showing self-similarity. To provide a route search method and a route search system capable of obtaining a solution even in a complex environment.

具体的には、本発明係る経路探索は、L-systemを基に、成長および収縮のためのルールを付与して探索経路を生成し、リソース量を評価しながら、画像上で所望の探索を環境に適合させ、逐次、行うものである。   Specifically, the route search according to the present invention generates a search route by assigning rules for growth and contraction based on the L-system, and performs a desired search on the image while evaluating the resource amount. It is adapted to the environment and performed sequentially.

本発明に係る経路探索方法は、画像情報に対し自己相似性に基づいて経路を生成する経路探索方法であって、
使用するリソースによって経路の生成を制御するステップと、探索範囲を設定するステップとを備え、
画像上の環境に適合させ所望の探索を逐次行うことを特徴とする。
A route search method according to the present invention is a route search method for generating a route based on self-similarity to image information,
A step of controlling generation of a route according to a resource to be used, and a step of setting a search range,
A desired search is sequentially performed according to the environment on the image.

さらに、前記経路の生成を制御するステップは、成長および収縮を制御するステップであって、
使用するリソースの残量に応じて該収縮の確率を増減させることを特徴とする。
Further, the step of controlling the generation of the path is a step of controlling growth and contraction,
The contraction probability is increased or decreased according to the remaining amount of resources to be used.

本発明に係る経路探索システムは、画像情報に対し自己相似性に基づいて経路を生成する経路探索システムであって、
使用するリソースによって経路の生成を制御する手段と、探索範囲を設定する手段とを備え、
画像上の環境に適合させ所望の探索を逐次行うことを特徴とする。
A route search system according to the present invention is a route search system that generates a route based on self-similarity to image information,
Means for controlling generation of a route according to resources used, and means for setting a search range;
A desired search is sequentially performed according to the environment on the image.

さらに、前記経路の生成を制御する手段は、成長および収縮を制御する手段であって、
使用するリソースの残量に応じて該収縮の確率を増減させることを特徴とする。
Further, the means for controlling the generation of the path is a means for controlling growth and contraction,
The contraction probability is increased or decreased according to the remaining amount of resources to be used.

本発明に係る経路探索方法および経路探索システムによれば、探索環境が未知であっても経路を求めることができる。
According to the route search method and route search system according to the present invention, a route can be obtained even if the search environment is unknown.

本発明に係る経路探索方法のフロー図である。It is a flowchart of the route search method which concerns on this invention. 本発明に係る経路探索方法における粘菌をモデルとした生成および収縮ルールの記述例である。It is an example of the description of the production | generation and shrinkage | contraction rule which used slime mold as a model in the route search method which concerns on this invention. 本発明の実施例に係る経路探索の結果を示す模式図である。自動車から中間点で徒歩に移動手段を変えた場合の経路探索の例である。It is a schematic diagram which shows the result of the route search which concerns on the Example of this invention. It is an example of a route search when the moving means is changed from an automobile to a walk at an intermediate point. 本発明の実施例に係る経路探索の結果を示す模式図である。高低差をリソース量の変化として粟原した場合の経路探索の例である。It is a schematic diagram which shows the result of the route search which concerns on the Example of this invention. It is an example of a route search when the height difference is used as a change in the resource amount. 本発明の実施例に係る経路探索の結果を示す模式図である。遠回りする場合の経路探索の例である。It is a schematic diagram which shows the result of the route search which concerns on the Example of this invention. It is an example of the route search in the case of a detour.

本発明を実施するための形態は、次のとおりである。本発明係る経路探索方法は、プログラム言語を用いてそのアルゴリズムが記述され、演算処理装置、メモリ、外部記憶装置および表示装置などが電気的に接続されてなる計算機上で、必要なハードウェアを制御してなり、本発明に係る経路探索システムは、該経路探索方法を実装したプログラムが動作する該計算機システムにより実現される。   The form for implementing this invention is as follows. In the route search method according to the present invention, the algorithm is described using a programming language, and necessary hardware is controlled on a computer in which an arithmetic processing device, a memory, an external storage device, a display device, and the like are electrically connected. Thus, the route search system according to the present invention is realized by the computer system in which a program that implements the route search method operates.

本発明に係る経路探索方法を以下に図を用いて説明する。本発明に係る経路探索方法では、粘菌を模擬した方法を実装する。該粘菌の成長において自己相似性が見られ、L-systemを基にして、粘菌の成長を任意のプログラム言語を用いて生成ルールとして記述する。   A route search method according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In the route search method according to the present invention, a method simulating slime mold is implemented. Self-similarity is observed in the growth of the slime mold, and the growth of slime mold is described as a generation rule using an arbitrary programming language based on the L-system.

従来のL-systemでは、非可逆的な生成しか表現されていなかったが、複雑環境下での探索を行うため、粘菌の収縮の概念を取り入れた死滅ルールを記述する。   In the conventional L-system, only irreversible generation was expressed, but in order to search in a complex environment, a death rule that incorporates the concept of slime mold contraction is described.

本発明に係る経路探索のフローチャートを図1に示す。
本発明に係る探索情報が実装されたプログラムが開始されると、始めにコンフィグファイルを読み込む。
A flowchart of the route search according to the present invention is shown in FIG.
When a program in which search information according to the present invention is installed is started, a configuration file is first read.

次に、図2に示す粘菌の生成ルールに記述されたパラメータが入力され、表示装置に探索領域を表示する。ユーザーにより探索開始地点と目標地点が指定され決定されると、探索ノード(図2中、粘菌ノード)を開始地点に設置する。探索ノードは、前記生成ルールに従い探索を実行する。表示装置には、探索の実行に応じて探索ノードを表示する。   Next, the parameters described in the slime mold production rule shown in FIG. 2 are input, and the search area is displayed on the display device. When the search start point and the target point are specified and determined by the user, a search node (slime mold node in FIG. 2) is set at the start point. The search node executes a search according to the generation rule. A search node is displayed on the display device according to the execution of the search.

所定の間隔で区切られた領域を探索後、探索ノードの位置と目標地点を比較し、同じ座標でなければ探索および探索ノードの表示を繰り返し実行する。   After searching for an area delimited by a predetermined interval, the position of the search node is compared with the target point. If the coordinates are not the same, the search and the display of the search node are repeatedly executed.

一方、探索ノードの位置と目標地点が同じ座標となったとき、開始地点と目標地点を結んで経路を生成した探索ノード以外の探索ノードを終了状態へ遷移させ、探索ノードを死滅させる。   On the other hand, when the position of the search node and the target point are the same coordinates, the search node other than the search node that generates the route by connecting the start point and the target point is shifted to the end state, and the search node is killed.

確認のため、終了状態となり死滅する探索ノードを表示装置へ表示させ、不用な探索ノードがなくなるまで、終了状態への遷移、死滅、表示を繰り返す。   For confirmation, search nodes that are in the end state and die are displayed on the display device, and the transition to the end state, death, and display are repeated until there are no unnecessary search nodes.

最後に、目標地点に辿り着いた探索ノードだけが残り、生成した経路情報(探索ノードの集合)、とくに該集合の長さと探索のステップ数を表示装置へ表示して、プログラムを終了する。   Finally, only the search node that has reached the target point remains, and the generated route information (a set of search nodes), particularly the length of the set and the number of search steps, is displayed on the display device, and the program ends.

本発明の実施に係る生成ルール(図2)は、変数の集合、定数の集合、初期状態、および前記変数の集合を変化させる置換規則のタプルにより表現され、自己相似性または再帰的な成長を表す文法である。   The generation rule (FIG. 2) according to the implementation of the present invention is expressed by a set of variables, a set of constants, an initial state, and a tuple of replacement rules that change the set of variables, and is capable of self-similarity or recursive growth. It is a grammar to represent.

図2に示すように、変数の集合を0,1,2,3,d,Dと表す。ここで、死滅の状態をd、目的地Dとしている。また、定数の集合として前方(すなわち順方向)に生成を文字^、右90度方向に生成を文字]、および左90度方向に生成を文字[、文字列の終端を$、任意の一文字を.で表す。本発明に係る経路の探索は前記文字の集合として表現される。   As shown in FIG. 2, a set of variables is represented as 0, 1, 2, 3, d, and D. Here, let the death state be d and the destination D. Also, as a set of constants, generate forward (ie forward) character ^, generate right 90 ° direction], and generate left 90 ° direction character [, end of string $, any single character Represented by. The route search according to the present invention is expressed as the set of characters.

探索制御のパラメータとして、死滅発生確率pd、生成促進確率ph、分岐確率pa,pb,pc(ただし、pa+pb+pc=1)を用いる。さらに、探索に使用するリソース量Rを定義する。リソース量は、すべての探索ノードで使用しているリソースの総和以上となる。探索ノードの集合をN、各探索ノードで使用しているリソース量をrn、総和をΣとすると、R≧ΣNrnと表される。 As the search control parameters, the death probability p d , the generation promotion probability p h , the branch probabilities p a , p b , and p c (where p a + p b + p c = 1) are used. Furthermore, a resource amount R used for search is defined. The resource amount is equal to or greater than the sum of the resources used in all search nodes. If the set of search nodes is N, the amount of resources used in each search node is r n , and the sum is Σ, then R ≧ ΣNr n .

探索の実行は次の通りである。
探索ノードの次の探索範囲に障害物があるとき、探索ノードは、その方向に経路を生成しない。また、探索範囲に高低差がある場合、高低差に応じて使用リソース量に差を設ける。たとえば、リソースの使用量を平坦時1とした場合、高い地点への生成時は2とする。
The execution of the search is as follows.
When there is an obstacle in the search range next to the search node, the search node does not generate a route in that direction. Further, when there is a height difference in the search range, a difference is provided in the amount of used resources according to the height difference. For example, if the resource usage is 1 when flat, 2 when generating to a high point.

分岐確率pa,pb,pcは、次のとおり設定する。
前方すなわち順方向への探索はpa、左右方向への探索はpb、順方向および左右方向(以下、全方向ということがある。)への探索はpcの値を設定することにより探索方向を制御できる。たとえば、(pa, pb, pc)=(0, 0, 1)と設定すると、探索ノードは全方向を探索し、可能であれば経路を生成する。
Branch probability p a, p b, p c is set as follows.
Forward or search forward direction is p a search, the search in the lateral direction is p b, forward and lateral direction search to (hereinafter sometimes referred to as omnidirectional.) By setting the value of p c You can control the direction. For example, if (p a , p b , p c ) = (0, 0, 1) is set, the search node searches in all directions and generates a route if possible.

以上により、複雑環境下であっても環境に適合させ、目標地点への経路生成を実現できる。   As described above, even in a complex environment, it is possible to adapt to the environment and generate a route to the target point.

地図画像上の経路探索を実施した。自動車から徒歩での移動を想定した場合の経路探索の結果を図3に示す。自動車は走行できる道幅が限られているため、分岐確率(pa, pb, pc)=(0.3, 0.6, 0.1)とした。その後、中間地点にて、自動車を降車し徒歩に変わるため、分岐確率(pa, pb, pc)=(0, 0, 1)とした。 The route search on the map image was carried out. FIG. 3 shows the result of the route search when assuming a walk from the car. Since car to road width that can travel is limited, branch probability (p a, p b, p c) = (0.3, 0.6, 0.1) was. After that, at the midpoint, the car was alighted and turned into a walk, so the branching probability (p a , p b , p c ) = (0, 0, 1).

次に、高低差を考慮して探索に使用するリソースを制御した場合の経路探索の結果を図4に示す。高低差を有する地点を超えて経路探索を行う場合、消費リソース量をΔR=Mx1y1-Nx2y2+1と設定した。ここで、Mx1y1は現在地(x1, y1)の高さ、Nx2y2は経路を生成する地点(x2, y2)の高さである。 Next, FIG. 4 shows the result of route search when resources used for search are controlled in consideration of the height difference. When a route search is performed beyond a point having a height difference, the amount of consumed resources is set as ΔR = M x1y1 -N x2y2 +1. Here, M x1y1 is the height of the current location (x1, y1), and N x2y2 is the height of the point (x2, y2) where the route is generated.

最後に、遠回りのする場合の経路探索の結果を図5に示す。使用するリソースを制限し、探索ノードに収縮させる。設定したリソースの制限値は、収縮が発生する1350とした。   Finally, FIG. 5 shows the result of route search in the case of a detour. Limit resources used and shrink to search nodes. The limit value of the set resource is 1350 that causes contraction.

Claims (4)

画像情報に対し自己相似性に基づいて経路を生成する経路探索方法であって、
使用するリソースによって経路の生成を制御するステップと、探索範囲を設定するステップとを備え、
画像上の環境に適合させ所望の探索を逐次行うことを特徴とする経路探索方法。
A route search method for generating a route based on self-similarity for image information,
A step of controlling generation of a route according to a resource to be used, and a step of setting a search range,
A route search method characterized by sequentially performing a desired search in conformity with an environment on an image.
前記経路の生成を制御するステップは、成長および収縮を制御するステップであって、
使用するリソースの残量に応じて該収縮の確率を増減させることを特徴とする請求項1に記載の経路探索方法。
Controlling the generation of the pathway is controlling growth and contraction,
2. The route search method according to claim 1, wherein the contraction probability is increased or decreased according to a remaining amount of resources to be used.
画像情報に対し自己相似性に基づいて経路を生成する経路探索システムであって、
使用するリソースによって経路の生成を制御する手段と、探索範囲を設定する手段とを備え、
画像上の環境に適合させ所望の探索を逐次行うことを特徴とする経路探索方法。
A route search system that generates a route for image information based on self-similarity,
Means for controlling generation of a route according to resources used, and means for setting a search range;
A route search method characterized by sequentially performing a desired search in conformity with an environment on an image.
前記経路の生成を制御する手段は、成長および収縮を制御する手段であって、
使用するリソースの残量に応じて該収縮の確率を増減させることを特徴とする請求項3に記載の経路探索システム。
The means for controlling the generation of the pathway is a means for controlling growth and contraction,
4. The route search system according to claim 3, wherein the contraction probability is increased or decreased according to a remaining amount of resources to be used.
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