[發(fā)明專利]一種面向復(fù)雜地表空間的行人步行導(dǎo)航路徑規(guī)劃方法

有效

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• 申請日: 2019-05-28
• 公開（公告）號: CN110132260B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王結(jié)臣;張文涵;遲瑤;錢天陸;盛彩英
• 申請（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類號: G01C21/00
• 分類號: G01C21/00
• 代理公司: 南京同澤專利事務(wù)所(特殊普通合伙) 32245
• 代理人: 蔡晶晶

本發(fā)明涉及一種面向復(fù)雜地表空間的行人步行導(dǎo)航路徑規(guī)劃方法，實現(xiàn)了復(fù)雜地表空間中行人步行導(dǎo)航路徑的優(yōu)化提取。該方法根據(jù)路徑起終點和地表單元邊界對通行區(qū)域采集的密集離散點建立不規(guī)則三角網(wǎng)，并綜合考慮地表類型、通行代價等因素，基于不規(guī)則三角網(wǎng)所構(gòu)建的道路網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行最優(yōu)路徑分析及路徑優(yōu)化，從而為不同類型人群提供滿足其不同需求的最優(yōu)導(dǎo)航路徑。該算法不僅能在復(fù)雜地表空間中進(jìn)行路徑規(guī)劃，還能滿足行人在自主選擇路徑時的多種需求，為其提供精確且適用的導(dǎo)航路徑。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及面向復(fù)雜地表空間的行人步行導(dǎo)航路徑優(yōu)選算法。

背景技術(shù)

人類生活中絕大部分的行為活動與信息都是圍繞著地理空間展開的，其中最常見的一種行為活動就是尋路行為，它貫穿在人們的日常生活之中，如室內(nèi)走動、外出步行、遠(yuǎn)距離的駕車與公交乘坐等都屬于尋路行為。過去，人們總是通過地圖或問路等方式尋找目的地，但是隨著GIS和導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展，GPS、電子地圖(Google Maps)以及其他一些行人導(dǎo)航產(chǎn)品(如NAVITIME)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

路徑規(guī)劃問題是地理信息科學(xué)、交通運輸、計算機科學(xué)等領(lǐng)域的一個研究熱點，與機器人、計算機圖形學(xué)、仿真、游戲等都相關(guān)。很多實際問題都可以通過抽象進(jìn)而轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡(luò)中的最優(yōu)路徑計算問題，如機器人的無碰撞自主行動、道路交通網(wǎng)絡(luò)中的出行路線選取問題以及遇險后的最優(yōu)逃生路線計算問題等。

現(xiàn)有的導(dǎo)航技術(shù)或產(chǎn)品能為車輛駕駛員提供不同出行模式下的導(dǎo)航信息，也基本能滿足其對道路交通信息的需求，但其主要是基于道路網(wǎng)絡(luò)的，且面向的主要是車輛，在面向行人的路徑引導(dǎo)方面研究仍比較少，對于步行導(dǎo)航模式的相關(guān)理論研究尚屬于初步階段。目前對行人導(dǎo)航的支持也僅限于在原有車載導(dǎo)航系統(tǒng)的基礎(chǔ)上添加了部分行人級別的導(dǎo)航信息，得到仍是基于道路網(wǎng)絡(luò)下的行人級別導(dǎo)航信息，與實際行人的步行模式仍有較大的差異，在導(dǎo)航區(qū)域、交通模式、導(dǎo)航路徑上均有較大的不同。此外，這些算法大多沒有考慮到不同類型人群的需求，對于不同個體的通行模式的差異性不夠重視。如相比于年輕人，老年人由于年紀(jì)、身體等原因可能不愿意選擇上下坡較多的路徑，而更傾向于距離更長的平緩路徑。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種面向復(fù)雜地表空間的行人步行導(dǎo)航路徑規(guī)劃方法，不僅能計算出復(fù)雜地表空間中的最優(yōu)路徑，還能滿足行人自主選擇路徑時的多種需求，為其提供更加精準(zhǔn)、平滑和人性化的路線。

為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供的一種面向復(fù)雜地表空間的行人步行導(dǎo)航路徑規(guī)劃方法，包括以下步驟：

第一步：建立通行代價表——針對路徑優(yōu)選時的不同情況，建立包括ID號、行人類型、地表類型、地形坡度和通行代價六項在內(nèi)的通行代價表；所述行人類型包括成人、老弱、兒童；地表類型分為：平地、道路、草地、河流、建筑物；地形坡度的范圍在-90°～90°之間；通行代價則包括通過每公里所花費的時間和/或體力；

第二步：建立不規(guī)則三角網(wǎng)(Triangulated Irregular Network,TIN)——根據(jù)導(dǎo)航數(shù)據(jù)對地表多邊形單元的邊界進(jìn)行采樣生成離散點，并加入通行路徑的起始點和終止點，構(gòu)成平面點集；基于平面點集生成不規(guī)則三角網(wǎng)，完成不規(guī)則三角網(wǎng)的構(gòu)建；

第三步：計算不規(guī)則三角網(wǎng)各邊的通行代價——結(jié)合土地利用類型、DEM數(shù)據(jù)和通行代價表，獲取三角網(wǎng)各邊的地表類型、地形坡度，從而獲得三角網(wǎng)各邊通行代價；三角網(wǎng)各邊的地表類型、地形坡度通行代價獲取方法具體如下：

地表類型：將土地利用類型數(shù)據(jù)與生成的三角網(wǎng)進(jìn)行疊置，找出每條邊的中點像元及其八鄰域像元所屬地表類型，如果九個像元的地表類型都相同，則該邊為該地表類型；如果九個像元的地表類型不相同，則將該邊歸為這九個像元的地表類型種通行性較高的那類地表類型；

地形坡度：利用DEM數(shù)據(jù)與不規(guī)則三角網(wǎng)進(jìn)行疊置，確定每條邊的兩個端點的高程值，并計算每條邊兩個端點的水平距離，通過每條邊兩個端點的高程差和水平距離確定每條邊的地形坡度；