基于全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的固定路線規(guī)劃系統(tǒng)的設(shè)計

王燚堂

（北京衛(wèi)生職業(yè)學(xué)院 北京市 102402）

隨著中國社會經(jīng)濟的發(fā)展，對應(yīng)線路規(guī)劃和導(dǎo)航的應(yīng)用越來越廣泛與重要，相對固定區(qū)域內(nèi)的路線規(guī)劃與導(dǎo)航的需求越來越多，傳統(tǒng)的人工取卡、指揮停車的模式已不能滿足人們的需求，設(shè)計一個有著廣泛應(yīng)用場景的“固定路線規(guī)劃系統(tǒng)”有著現(xiàn)實應(yīng)用作用，實現(xiàn)快速的路線指引與導(dǎo)航、出入口記錄等功能，最終實現(xiàn)無人化、智能化的趨勢發(fā)展。“固定路線規(guī)劃系統(tǒng)”可實現(xiàn)特定區(qū)域內(nèi)的車輛快速停車目標(biāo)建議、路徑規(guī)劃及導(dǎo)航引導(dǎo)，可以大幅提高區(qū)域內(nèi)的交通效率。固定路線規(guī)劃系統(tǒng)如圖1所示。

1 系統(tǒng)功能分析

基于衛(wèi)星定位技術(shù)的路線規(guī)劃系統(tǒng)，配合輔助定位設(shè)備。對小區(qū)域內(nèi)相對固定的路線進行規(guī)劃，達到指引人員、車輛、設(shè)備等運動的目標(biāo)。本系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)用為路線相對固定的小區(qū)域內(nèi)，例如大型停車場、公園、智能交通場地等。系統(tǒng)設(shè)計當(dāng)車輛進入某區(qū)域內(nèi)時，通過有衛(wèi)星定位功能的智能設(shè)備掃描二維碼，輔助攝像頭或感應(yīng)裝置等，得到當(dāng)前位置信息及區(qū)域內(nèi)地圖，然后在地圖內(nèi)輸入需要到達的目的點或系統(tǒng)建議的目的點。系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前位置與目的地之間的情況，規(guī)劃用時最短的路線或距離最短的路線，然后利用衛(wèi)星定位實時判斷智能設(shè)備是否移動及是否在規(guī)劃的路線上，如果偏離路線則提醒并規(guī)劃新路線。如此實時判斷，直至到達目的點。

系統(tǒng)功能分為路線分析、路線規(guī)劃、導(dǎo)航引導(dǎo)三個主要部分。重點為路線規(guī)劃與導(dǎo)航，主要包括路線規(guī)劃、行進引導(dǎo)、規(guī)劃新路線。

系統(tǒng)實體關(guān)系圖設(shè)計，如圖2所示。

圖2：系統(tǒng)實體關(guān)系圖

2 系統(tǒng)整體設(shè)計

根據(jù)系統(tǒng)功能需求進行系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計，首先制作某區(qū)域內(nèi)電子路網(wǎng)平面圖，并記錄各個目的地位置及坐標(biāo)，建立路線導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫，當(dāng)智能設(shè)備掃碼后，通過自身定位系統(tǒng)與電子地圖進行匹配，識別當(dāng)前位置。通過在APP內(nèi)輸入目的點地址，系統(tǒng)進行路況流量判斷，判斷后，在電子地圖上對當(dāng)前兩點間路線進行規(guī)劃，規(guī)劃距離最短路線或用時最短路線。在智能設(shè)備移動過程中，動態(tài)刷新當(dāng)前位置及指引路線。當(dāng)偏離當(dāng)前路線時，進行提醒。當(dāng)前位置與目的地所在位置坐標(biāo)重合時，表示已經(jīng)到達目的地，結(jié)束路線導(dǎo)航。如圖3所示。

圖3：路線規(guī)劃

路線規(guī)劃是根據(jù)衛(wèi)星定位后，與電子地圖進行道路匹配，確定當(dāng)前位置,然后輸入或在地圖上選擇目的地位置，當(dāng)確定當(dāng)前位置與目的地位置后，系統(tǒng)進行路線規(guī)劃。一般情況下的路線規(guī)劃有3種方案：路線最短；用時最短；費用最少。本系統(tǒng)優(yōu)先采用路線最短方案。

從某一個頂點出發(fā)到達另一個頂點的所經(jīng)過的邊的權(quán)重和最小的一條路徑，稱為最短路徑。本系統(tǒng)使用Dijkstra來規(guī)劃最短路線，該算法為按路徑長度遞增的次序產(chǎn)生最短路線的算法，該算法把頂點分成兩組，第1組是已確定最短路線的節(jié)點的集合，第2組是尚未確定最短路線的節(jié)點的集合。按路線長度遞增次序逐個把第2組的頂點放到第1組中，設(shè)求從起始點到其它各頂點的最短路線。Dijkstra算法適用于求一個節(jié)點到其他節(jié)點的最短路徑，主要特點是通過廣度搜索（由近及遠(yuǎn)、層層擴展）來遍歷其他所有需要計算花費的點的思想來解決最短路徑問題。如圖4所示。

圖4：最短路徑

使用回溯法，自后向前回溯。第1步，找到圖的終點E，它是最短路徑的終點。第2步，通過數(shù)據(jù)存儲表中頂點E找到對應(yīng)上一最短距離C。C就為E的前置定點。第3步，通過數(shù)據(jù)存儲表中頂點找到C對應(yīng)上一最短距離A。如此重復(fù)，得到原點。通過Dijkstra算法，每次找到離源點（圖4中的源點A）最近的一個頂點，然后以該頂點為中心進行擴展，最終得到源點到其余所有點的最短路徑，我們就能確定兩點之間的最短路徑了。

根據(jù)系統(tǒng)功能設(shè)計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3 系統(tǒng)應(yīng)用與展望

固定區(qū)域內(nèi)相對固定線路的導(dǎo)航，對智能交通的發(fā)展有著重要的補充作用，有效的提高了車輛的通過效率，降低了人工管理成本。可以應(yīng)用于大型單位、醫(yī)院、學(xué)校、景區(qū)、住宅區(qū)等多種場所，根據(jù)固定區(qū)域內(nèi)的路線規(guī)劃導(dǎo)航，提高停車效率、改善停車環(huán)境，有助于車輛進出的現(xiàn)代化管理，同時對于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及智慧社區(qū)的建設(shè)提供了支撐。