[发明专利]一种基于地形语义的路径规划方法

说明书

技术领域

本发明属于地理信息系统与导航技术领域，尤其涉及一种基于地形语义的路径规划优化方法。

背景技术

地理信息系统的发展已由强调“系统与功能”不断向“服务与应用”转化，凸显以人为本的信息化、智能化服务宗旨(李德仁&李清泉,2002)。随着嵌入式技术的发展以及智能移动终端的普及，路径规划与导航作为地理信息系统中最常用的服务之一，在交通、旅游、物流等领域得到越来越广泛的应用。将与集成，提供实时快速的位置服务己成为当前应用服务的热点之一。

随着地图兴趣点、道路状况、交通实况等资讯服务内容的逐渐成熟以及导航移动终端的普及，路径规划与导航服务的应用领域从最初的汽车导航，已经逐步拓展到先进驾驶辅助系统应用和智能交通系统领域，形成了汽车导航、安全驾驶、行人导航、实时动态导航、基于位置服务、互联网空间信息服务等多模式导航应用(陆锋&郑年波,2009)，而人们也不再仅仅满足于普通的最短路径引导。

出行路线规划以及智能导航是路径分析算法应用最为广泛的领域之一，随着对路径分析算法研究的不断深入以及应用领域的拓宽，越来越多的道路因素被纳入了算法体系，其中既有最基本的通过道路距离计算得到最短路径，也有综合考虑道路等级、宽度求解最短时间路径，以及发展到更复杂的通过建立交通流量、路等待时间等动态因素的预测模型来求解在实时路况下的最优路径等。

但由于目前的路径分析方法大部分局限于二维平面空间下，而抽象地图路网与真实交通环境存在较大的差异性，缺乏对地形的定量描述信息，导致了在路径规划中往往忽视了地形因素的影响。但无论在行人导航或是车载导航中，地形以及道路路况都应是路径分析中应该考虑的约束目标之一。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出一种基于地形语义的路径规划方法，该方法基于道路的地形语义因子信息，结合原有导航路径规划方法，充分考虑能耗与成本，提升路径推送的准确度和全面性。

本发明所采用的技术方案是：一种基于地形语义的路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将DEM数据与路网数据叠加，标记出与路网有交集的DEM栅格；

步骤2：提取标记DEM栅格的连续地形一阶语义，其中包括坡度语义与坡向语义；

步骤3：提取标记DEM栅格的连续地形二阶语义，其中包括起伏度语义与粗糙度语义；

步骤4：以A*最短路径算法为基础，结合基于地形语义的能量消耗路径选取规则，根据不同能耗与最短路径结合的表现形式构建更加合理的规划路径选取策略，获得能耗等效路径距离D；

步骤5：根据能耗等效路径距离D的大小，向用户推荐最节能环保的路径规划方案；并根据起伏度语义的取值范围，提示用户路径行进安全。

作为优选，步骤2中所述坡度语义是指地表单元陡缓的程度，坡度Slope计算公式如下：

其中Slope_x表示X方向的坡度，Slope_y表示Y方向的坡度；h₁为DEM栅格e₁的高程值，h₃为DEM栅格e₃的高程值，Cellsize表示DEM栅格单元的大小；h₄为DEM栅格e₄的高程值，h₂为DEM栅格e₂的高程值；

步骤2中所述坡向语义是指坡度为斜面的倾角的正切值，坡向Aspect计算公式如下：

Aspect＝Slope_y/Slope_x。

作为优选，步骤3中所述起伏度语义表示所指定的分析区域内每默认步长距离的栅格中最大高程与最小高程的差的和，起伏度RF计算公式为：

RF_i＝Height_max-Height_min；

其中Height_max为分析路段DEM的最大高程值，Height_min为分析路段DEM的最小高程值；

步骤3中所述粗糙度语义表示地表单元的曲面面积与其在水平面上的投影面积之比，粗糙度R计算公式为：

R＝1/cos(Slope)；

其中为，Slope为坡度语义。

作为优选，步骤4中所述基于地形语义的能量消耗计算公式为：