基于地形数据的长距离越野路径快速规划方法研究

越野环境下机动车辆的快速路径规划在野外搜救、应急抢险及军事作战等领域均具有重要意义,在以上场景中,随着空间维数的增加,传统路径搜索算法计算复杂性急剧增长,可能无法在既定时间内求解可靠路径。为解决上述不足,本文结合越野路径规划不受路网通行限制以及两点之间直线最短的特点,提出以方向指向作为搜索策略的启发式算法,该算法搜索效率大幅提升,却难以保证求解质量。为进一步提高求解质量,提出了带有方向指向的Dijkstra分段算法,该算法在较低精度环境模型下通过Dijkstra算法找到最优路径,并将该路径进行分段,各分段以方向指向作为搜索策略进行路径搜索,从而在长距离越野路径规划中快速规划通行方案。为验证该算法的有效性,本文利用山西省某市的数字高程模型数据进行实验,引入了窗口移动法对地形进行先期的坡度计算和通行性分析,构建越野环境模型,调用路径搜索算法进行规划。实验结果表明,本文所提算法相比Dijkstra算法计算效率得到了大幅提升,且规划路径的长度接近于最优解。     

面向智能导游的双加权图模型及其路径规划

景区游览线路是游客游览不同景点的有效选择路径。在导航系统中通常结合各景点POI(Point of Interest)和景区路网的路径规划而生成,但是,针对具有一定范围与多出入口的景点(如建筑物类景点),单一的POI坐标描述机制规划产生的游览路径,往往与智能导游应用中实际可行的最优游览路径存在明显差异。本文分析了景点大小、多出入口等特征对景区游览路径规划的影响,提出了顶点和边的权重均可动态选择的景区双加权图模型,突破了单一POI描述机制的限制。同时,讨论了景区双加权图模型的化简、构建方法,并以Dijkstra算法和Prim算法为基础,给出了其最优路径规划求解算法。实验表明,本文模型及其最优路径规划算法所得结果更为优化与合理,具有较少的游览规划距离和更为紧凑的游览过程安排。     

洪灾应急疏散路径规划算法优化

应急疏散是救灾工作的重要环节,合理的路径规划能有效缩短疏散时间,减少人员伤亡.本文以疏散总时间最短为目标,考虑需求控制,容量限制,交通延误,公平分配和资源节约等约束条件,对经典Dijkstra算法进行改进;并采用混合拆分疏散方法,构建洪灾避难应急疏散路径规划模型.运用C#语言编写算法,求解最佳路径,基于自主开发的应急疏散分析工具MiniGIS,对规划路径进行动态模拟,依据反馈逐次优化算法.结果表明:理想算法,延时-改进算法,逆行-改进算法均能为县域尺度的洪灾避难疏散路径选择提供参考,但理想算法适用于组织简单,高度有序的疏散情景,延时-改进算法考虑了除交通拥堵之外的延误,与真实情况更为接近,逆行-改进算法避免了因中途路径调整而出现的"回头路",在时间最短次优的条件下,更有利于疏散过程管理与资源节约,其结果被认为是此次应急疏散路径规划的最优解.     

SA*：一种多线程路径规划算法

路径规划问题是路网交通应用中的一个基础问题。A*算法是一个求解点到点最短路径问题的高效算法。但随着路网数据规模的增长,A*难以保证求解的实时性。利用并行计算进行加速是常用的算法性能提高手段,然而A*算法是由一系列前后依赖的迭代步骤组成,因此难以进行直接的并行化。本文提出一种分段化搜索的改进A*算法（SA*）。该算法在搜索路径前先选择若干可能在最短路径上的结点作为导航点,然后多线程并行地分别求出导航点之间的最短路径,并拼接这些路径作为原问题的一个近似解。分段搜索本身可以减少路径规划的搜索空间,借助多线程并行则可以进一步提高求解速度。实验结果表明,在真实路网数据上,利用16核的机器,SA*的性能可以达到A*算法的10-30倍。     

一种公交换乘优化算法设计

目前,在智能交通系统应用中,公交查询亟待解决其算法效率和换乘两大问题。对此,本文首先在分析乘客出行因素和公交网络特性的基础上,提出了关键站点的公交网络通达矩阵,分析了直达矩阵的计算原理;其次,阐述了城市道路网络最短路径算法,引入直达矩阵和公交网络通达矩阵,设计了一种公交换乘优化算法。该算法的基本原理:利用公交网络通达矩阵来确定哪些临时标记节点是潜在的永久标记结点,并始终优先考虑直达节点作为最短路径上的节点,从而实现对经典最短路径算法--Dijkstra算法的改进;最后,通过一个案例对该算法进行验证。实验表明,该算法不仅能够获得优于Dijkstra算法的性能,而且换乘次数更加合理。该算法能够适用于一般公交网络,对于换乘代价较高的公交网络更有优势。     

一种基于地球剖分网格的方向导向的路径搜索算法

路径搜索问题作为地理信息科学等学科的一个研究热点,由此出现的许多路径搜索算法,在交通道路网和导航系统中已得到广泛应用。纵观这些成果,往往需要以构造矢量道路为前提,道路网缺乏地区(如野外、室内)等情况不太适用。由此,本文提出了基于地球剖分网格的以方向主导的路径搜索算法,文中描述了具体的原理和方法,且针对算法设计相应实验验证了该算法的可行性和效率,为路径搜索提出了一种新思路。     

面向山地徒步应急救援路径规划的改进蚁群算法研究

当消防事故发生在无明显道路或道路稀疏的野外复杂山区时，如何在复杂山地环境中规划安全、快速通过的路线至关重要。针对蚁群算法在复杂山地路径规划中容易陷入局部最优以及搜索时间较长的问题，本文提出一种适用于细粒度野外山地环境的徒步应急救援路径规划算法。本文首先根据已有文献分析地表信息与人类运动速度之间的关系，综合地表灌木盖度与地形坡度因素设计寻优算法的目标函数和启发函数；接着采用定向范围视野的蚂蚁搜索方式，决定蚁群算法寻优过程中每一步的网格选择；最后采用拉普拉斯分布调整初始信息素、添加隔离信息素、融合遗传算子与分组更新常规信息素的方法改进蚁群算法。将算法应用到400 \times400、1000 \times1000、5000 \times5000、10 000 \times10 000网格数的野外山地环境进行实验对比，实验结果表明，采用定向范围视野与优化启发函数的各蚁群算法在四组实验中均能得到可行路径，验证了方法的有效性；本文算法求解的路径质量优于另外三种算法，在四组实验中分别提高了0.52%~4.95%、4.71%~5.39%、2.26%~13.11%、3.84%~9.16%；此外，在野外三维山地环境中，定向范围视野的搜索方式缩减了搜索空间，有效提高算法的计算效率，搜索速度比八连通结合禁忌表的搜索方式更快，平均耗时降低了90%以上。该算法适用于大型三维山地场景的徒步路径规划研究，降低规划时间，提高路径质量，为无路网三维山地徒步路径寻优工作提供技术支撑。     

多层建筑空间的分层最优路径算法实现

由于多层建筑空间相对于室外环境存在按楼层分层的三维空间特性,在室内路径分析中需考虑楼层空间位置信息对最优路径规划的影响,而传统基于节点之间的网络连通拓扑模型的最优路径规划方法并没有空间概念,不能很好地应用于室内路径分析。为此,针对室内最优路径规划问题,基于多层建筑空间的层次特性,采用分层结构化的方法,提出结构化动态网络分析模式,实现了室内分层最优路径算法。该算法将各楼层路网和楼层连接均视为独立结构,根据停靠点的楼层分布情况,逐楼层动态构建跨越2个楼层的结构化网络模型并以该网络模型进行跨楼层的路径分析,从而得到多层建筑空间中遍历所有停靠点的最优路径。试验结果表明：相比传统最优路径算法,该算法在路径规划结果更加合理的情况下,时间效率有明显提高;另外,结构化动态网络分析模式可根据需求定义不同的楼层转换规则,更具灵活性。该算法可应用于城市大型公共建筑中,让室内路径分析与室外路径分析进行对接,使路径分析更科学、全面、合理。     

利用最小填充树分解方法实现最短路径查询

随着社会的快速发展,道路网的规模越来越大,传统的最短路径算法已不能满足当前的实时要求,本文将基于最小度的树分解查询算法扩展至有向有权图中,提出了效果更好的基于最小填充的树分解最短路径查询算法,并对查询算法求解集合的过程进行了优化,实验结果表明,随着数据规模的增长,算法的时间效率相对于采用二叉堆的Dijkstra算法得到数量级提高。     

一种基于路网等级启发式策略的路径搜索算法

本文提出了一种基于路网等级启发式策略的路径搜索算法。通过引入考虑路网等级因素的代价评估函数,有目的地引导搜索过程考虑路网道路等级特征,限制路径搜索规模,在精度可控的前提下,大幅度提高时间最短路径算法的效率,并使得搜索路径结果更符合心理认知过程。其与经典的层次空间推理算法相比,本文提出的算法实现过程简单,效率和精度相似。理论分析和实验过程验证了本文所提出算法的有效性。     

图划分对Arc-flags算法的影响

最短路径计算作为导航的常用算法在移动互联网中扮演了重要角色,由于路网规模的增大和终端的不停移动,传统的串行最短路径算法已经无法满足实时性要求,因此预处理技术得到了广泛使用。Arc-flags是一个经典的基于预处理技术的最短路径算法,可以提供高效的在线最短路径查询服务。现有Arc-flags算法的研究主要集中在提升预处理时空效率和比较不同路网划分方式的优劣上,尚未见图划分对Arc-flags算法影响的深入研究。本文在真实路网上测试了不同的图划分数量和边界点数量等因素对Arc-flags算法的影响,主要包括预处理时间和空间的消耗、在线查询时间和搜索范围等方面,并根据实验结果和分析提出了合理的图划分建议（如选用好的图划分方法减少边界点数量等）,为改进和使用Arc-flags算法提供指导。     

基于动态中介中心性的城市道路网实时分层方法

 城市道路网中各路段的出行效率直接决定了公众实时出行过程中对道路的选择差异。本文提出一种动态道路网分层方法,通过引入城市道路实时交通状态信息,结合图论中的中介中心性评价方法,得到与时间相关的城市路网动态中介中心性层级结构。该方法考虑了不同时间段城市交通状态的差异,实现了城市路网层次的动态合理划分,在一定程度上缓解了由于数据空间范围限制引起的路网层级静态划分方法的局限性。本文所提出的方法可作为城市路网动态分层的有效方法,为多用户并发环境下的实时出行路径搜索提供更合理的数据基础,同时也可应用于更多的城市路网研究中。     

一种建立公交网络的最短路径改进算法

目前,对最短路径问题的研究很多,基本都是关注算法的计算效率问题,而其应用到具体领域时会遇到一些算法本身无法解决的细节问题。如将邻接结点算法用于公交网络的最短路径计算时,会遇到诸如缺少网络拓扑信息、属性数据复杂等问题。本文针对这些问题给出了解决方法:在计算最短路径之前,利用算法将站点和线路数据进行自动匹配,建立公交网络的拓扑关系。同时在数据存储方式上进行了改进,运用数据库存储复杂的公交属性数据和中间过程中产生的公交网络数据,节约了运算时的内存占用率,提高了数据的利用率,使算法更具实际意义。     

基于弧段标记的交通网络时间最短路径算法

标号算法是经典的最短路径算法之一,在交通领域中具有广泛的应用。在交通领域中,时间最短路径比距离最短路径更有意义,而时间最短路径不仅与道路的时间权值有关,还与道路之间的转弯阻抗有关。在传统的交通路网抽象方式下,道路抽象为平面图中的弧段,道路间的交叉口抽象为节点。本文介绍了一种适用于传统交通路网模型的弧段标记时间最短路径算法,详细阐述了该算法的原理、数据基础与运行结构。通过分析和实例测试表明,该算法可以顾及城市路网在路口的交通限行与转弯延迟的影响,并且时间复杂度低,具有一定的实际应用价值。     

基于室内路网的跨楼层路径规划技术的设计与实现

随着室内定位技术、BIM-GIS技术和室内地图研究的发展,室内位置服务需求日益旺盛。作为室内位置服务的关键技术之一,室内路径规划成为研究与应用热点。但是早先的路径规划技术往往基于单层网络拓扑模型而设计,由于模型缺少楼层之间的连通信息,而不能实现跨楼层导航算法分析;而后随着跨楼层导航算法的出现,跨楼层的路径规划、导航及定位得以实现,但这些跨楼层导航算法基于楼层连接通达规则,往往需要多次遍历楼层信息,运算效率低下。针对这一问题,本文利用电梯、扶梯、楼梯等楼层间连接信息,设计、实现了基于楼层连接表的室内多层路网分析模型,并采用逐层分析的方法和多次网络分析,实现室内跨楼层的带有多个途经点路径分析。整个技术框架包括跨楼层路网生成模块、位置点接收模块、网络分析模块、循环控制模块。算法方面,本研究采用双向遍历的A*最短路径分析算法,通过网络路径分析,最终将满足约束条件的规划路径显示在移动设备上,帮助用户实现跨楼层、多途经点的定位与路径导航。