[发明专利]一种基于测绘信息的高精度道路最短路径计算方法

权利要求书

1.一种基于测绘信息的高精度道路最短路径计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，根据道路两侧的测绘数据对道路两侧分别进行曲线拟合，得到道路的边缘曲线，将两曲线端点闭合，形成封闭的道路曲面边缘；

第二步，在曲面边缘形成的封闭曲线上连续取点，取样时保持点距离小于10cm，该间隔可以确保可以在公分级的网格模型中形成封闭区域；

第三步，对边缘的取样点，在x、y平面进行投影，将三维点转化为二维，即去除高度坐标，可以证明这一操作不会对最终的最短路径计算结果产生影响，这是由于道路的侧倾角度一般较小，因而对三维曲面空间中的最短路径而言，其在二维空间的投影与直接在二维空间进行最短路径规划所得到的最短路径是重合的；

第四步，对投影后得到的区域进行公分级的网格化建模，具体实施流程如下：

S4.1).构造一个包含了道路投影区域的矩形区域，对矩形区域进行分割，得到公分级的网格划分，并用同样大小的矩阵表示各个网格的可通行状况，矩阵初始值为0，表示不可通行；

S4.2).对第三步得到的离散点在网格内进行映射，对每个点，找到其所在的网格，将该网格对应的矩阵值修改为2；

S4.3).对步骤S4.2中形成的封闭区域进行填充，将该区域内的矩阵值置为1，标识为可通行区域；

第五步，对第四步中生成的可通行矩阵，应用针对平滑无障碍曲面提出的基于Dijkstra算法改造形成的最短路径规划算法，获取在可通行区域内的最短路径，具体实施流程如下：

S5.1).在矩阵可通行区域的两端各取一个点，作为最短路径规划的起点s和终点e；

S5.2).构造两列表V、U，初始化时V中仅包含起点s，U中始终维护当前所有可通行矩阵节点与s之间的距离，未探索时距离为无穷大；

S5.3).从U中遍历探索与V中节点相邻的节点，对被探索的节点而言，先计算其与相邻节点的距离，计算距离时使用矩阵坐标计算其欧氏距离，若探索节点的值为0则表示不可通行，此时距离为无穷大，并加上参与计算的相邻点自身记录的距离值，在存在多个相邻点的情况下，记录其中的最小值作为被探索节点的距离值；

不同于传统Dijkstra算法，此处若被探索节点的值在第四步中设为了2，则还需在欧氏距离计算结果上减去一个极小值0.0001；

S5.4).遍历列表U中的节点，将拥有最小距离值的节点取出并加入到列表V中，并记录其上一个相邻节点；

S5.5).若终点e还未加入节点V则继续重复步骤S5.3、S5.4，直到将终点e加入，并记录节点s到e的节点路径，该路径即为最短路径；

第六步，根据最短网格路径，计算相应的实际最短路径，具体实施步骤如下：

S6.1).根据网格值对第五步中的最短路径进行分段，每一段上的网格值全为1或全为2，且相邻段之间的网格值不相等，网格值为1的段为边缘段，边缘段即表示路径与道路边缘重合，网格值为2的段为跳跃段，跳跃段是从一条边缘离开到再次进入一条边缘的过程，在平滑曲面内，跳跃段在水平投影上必然是一条直线；

S6.2).对S6.1中所有边缘段，根据S4.2中的映射方法，找到网格对应的边缘点，重新将网格路径变换为曲线路径上的点，恢复其高度坐标即可再次映射至3维边缘曲线中，对该空间曲线进行插值微分求和即可得到边缘段的长度；对S6.1中所有跳跃段，由于本质是从边缘离开并重新回到边缘的一条直线，直线上任意点的x、y坐标均可根据其在边缘上的端点坐标通过线性插值得到，而高度坐标可利用该点两侧边缘的高度使用等比公式得到，进而同样使用插值微分的方法计算得到其空间长度；

S6.3)对所有边缘段和跳跃段求和即可得到最短路径长度。