基于全球卫星导航系统的固定路线规划系统的设计

王燚堂

（北京卫生职业学院 北京市 102402）

随着中国社会经济的发展，对应线路规划和导航的应用越来越广泛与重要，相对固定区域内的路线规划与导航的需求越来越多，传统的人工取卡、指挥停车的模式已不能满足人们的需求，设计一个有着广泛应用场景的“固定路线规划系统”有着现实应用作用，实现快速的路线指引与导航、出入口记录等功能，最终实现无人化、智能化的趋势发展。“固定路线规划系统”可实现特定区域内的车辆快速停车目标建议、路径规划及导航引导，可以大幅提高区域内的交通效率。固定路线规划系统如图1所示。

1 系统功能分析

基于卫星定位技术的路线规划系统，配合辅助定位设备。对小区域内相对固定的路线进行规划，达到指引人员、车辆、设备等运动的目标。本系统的设计应用为路线相对固定的小区域内，例如大型停车场、公园、智能交通场地等。系统设计当车辆进入某区域内时，通过有卫星定位功能的智能设备扫描二维码，辅助摄像头或感应装置等，得到当前位置信息及区域内地图，然后在地图内输入需要到达的目的点或系统建议的目的点。系统根据当前位置与目的地之间的情况，规划用时最短的路线或距离最短的路线，然后利用卫星定位实时判断智能设备是否移动及是否在规划的路线上，如果偏离路线则提醒并规划新路线。如此实时判断，直至到达目的点。

系统功能分为路线分析、路线规划、导航引导三个主要部分。重点为路线规划与导航，主要包括路线规划、行进引导、规划新路线。

系统实体关系图设计，如图2所示。

图2：系统实体关系图

2 系统整体设计

根据系统功能需求进行系统详细设计，首先制作某区域内电子路网平面图，并记录各个目的地位置及坐标，建立路线导航数据库，当智能设备扫码后，通过自身定位系统与电子地图进行匹配，识别当前位置。通过在APP内输入目的点地址，系统进行路况流量判断，判断后，在电子地图上对当前两点间路线进行规划，规划距离最短路线或用时最短路线。在智能设备移动过程中，动态刷新当前位置及指引路线。当偏离当前路线时，进行提醒。当前位置与目的地所在位置坐标重合时，表示已经到达目的地，结束路线导航。如图3所示。

图3：路线规划

路线规划是根据卫星定位后，与电子地图进行道路匹配，确定当前位置,然后输入或在地图上选择目的地位置，当确定当前位置与目的地位置后，系统进行路线规划。一般情况下的路线规划有3种方案：路线最短；用时最短；费用最少。本系统优先采用路线最短方案。

从某一个顶点出发到达另一个顶点的所经过的边的权重和最小的一条路径，称为最短路径。本系统使用Dijkstra来规划最短路线，该算法为按路径长度递增的次序产生最短路线的算法，该算法把顶点分成两组，第1组是已确定最短路线的节点的集合，第2组是尚未确定最短路线的节点的集合。按路线长度递增次序逐个把第2组的顶点放到第1组中，设求从起始点到其它各顶点的最短路线。Dijkstra算法适用于求一个节点到其他节点的最短路径，主要特点是通过广度搜索（由近及远、层层扩展）来遍历其他所有需要计算花费的点的思想来解决最短路径问题。如图4所示。

图4：最短路径

使用回溯法，自后向前回溯。第1步，找到图的终点E，它是最短路径的终点。第2步，通过数据存储表中顶点E找到对应上一最短距离C。C就为E的前置定点。第3步，通过数据存储表中顶点找到C对应上一最短距离A。如此重复，得到原点。通过Dijkstra算法，每次找到离源点（图4中的源点A）最近的一个顶点，然后以该顶点为中心进行扩展，最终得到源点到其余所有点的最短路径，我们就能确定两点之间的最短路径了。

根据系统功能设计系统结构如图5所示。

图5：系统结构

3 系统应用与展望

固定区域内相对固定线路的导航，对智能交通的发展有着重要的补充作用，有效的提高了车辆的通过效率，降低了人工管理成本。可以应用于大型单位、医院、学校、景区、住宅区等多种场所，根据固定区域内的路线规划导航，提高停车效率、改善停车环境，有助于车辆进出的现代化管理，同时对于物联网技术及智慧社区的建设提供了支撑。