如何實現複雜的導航功能

本文要求讀者具有以下知識和技術背景：

1 熟悉Java開發，知道如何正確的編譯運行Java代碼；

2 知道GIS的基本概念，知道地圖導航的基本概念；

3 對GeoTools有必定的認識。

 

一開始先來明確咱們的任務：在基本的路徑查詢基礎上

1 實現單行道限制

2 實現左右拐彎限制

3 實現動態路況限制

4 選擇最短距離和最短期

 

圖和圖的搜索

    要想了解路徑查詢的算法，首先得了解一下它的數學模型「圖」。簡而言之，圖就是一系列的點和點之間的鏈接關係。【Graph】

    所謂路徑查詢，能夠簡化成對一個圖的搜索。例如：從點6到點1的最短路徑是，6-4-5-1，或者6-4-3-2-1，又或者6-4-5-2-3-4-5-1。如你所見，從6到1之間能夠有許多條路徑，其中第一條和第二條咱們認爲是合理的，第三條是不合理的，由於它有重複路段。因此查詢節點間路徑的算法就顯得相當重要了。經典的查詢算法有：Dijkstra和它的改進版本A*。這兩個算法的實現各類語言都有，也很成熟了，咱們不須要本身去寫，可是最爲一種訓練，有興趣的讀者能夠本身試着實現。

    我在這裏只介紹一下基本概念。從前面的例子咱們看到兩點間能夠有多條路徑，可是實際上咱們通常只關心一條路徑，就拿開車來講，咱們關心駕駛時間最少的路。通常狀況下，實際距離短駕駛時間就少，因此咱們先從實際距離入手。做爲搜索算法如何肯定距離最短呢。6-4-5-1必定比6-4-3-2-1距離短嗎。顯然咱們不能僅僅根據節點的個數來判斷距離。事實是咱們除了擁有點和點之間的鏈接外，還須要鏈接的屬性，這裏就是距離。用上面的例子咱們來指定距離：

6-4距離10

4-5距離7

5-1距離6

4-3距離2

3-2距離4

2-1距離1

6-4-5-1距離10+7+6=23

6-4-3-2-1距離10+2+4+1=17

    顯然第二條路雖然節點多可是距離短。這裏須要引人一個概念「開銷」，在這個例子中目前咱們使用路徑距離來表明開銷。咱們老是選擇開銷小的路徑。現實中影響駕駛時間的因素除了距離還有道路擁堵狀況，因此咱們增長屬性，叫擁堵係數，假設距離乘上係數纔是咱們須要的開銷：

6-4距離10  擁堵1

4-5距離7   擁堵2

5-1距離6   擁堵1

4-3距離2   擁堵13

3-2距離4   擁堵11

2-1距離1  擁堵11

6-4-5-1距離10*1+7*2+6*1=30

6-4-3-2-1距離10*1+2*13+4*11+1*11=91

    能夠看到，雖然第二條路的實際距離短，可是因爲擁堵狀況嚴重，它的開銷遠大於第一條路。在這種狀況下咱們應該選擇實際距離長的第一條路。咱們能夠不斷對上面的計算進行完善，增長更多的屬性來應對更復雜的實際狀況。

 

分析任務

    有了上面的知識咱們來看看咱們的任務：

1 實現單行道限制

    咱們能夠給鏈接增長屬性叫「行駛方向限制」，有三個值，分別是：「正向通行」，「反向通行」，「雙向通行」。而後在計算開銷的時候，判斷當前方向是否與鏈接節點的方向一致，而後根據「行駛方向限制」的值來決定是否容許通行，若是不容許則返回一個極大值表明開銷。

2 實現左右拐彎限制

    在實現單行線的基礎上就能夠實現拐彎限制，可是須要在數據製做上作文章：

咱們不能用一條線來表明一個路段，而應該用並行且方向相反的兩條線，這樣拐彎的地方也天然變成了單行線的一部分了。

3 實現動態路況限制

這個在上一節介紹圖的時候已經說明了不在贅述。

4 選擇最短距離和最短期

這個在上一節介紹圖的時候已經說明了不在贅述。

 

代碼實現

代碼  路網數據

改程序要求：

1 路網數據是Shapfile格式保存的線段數據

2 屬性必須提供兩個：

  id  整數

  type 整數  只有三個值 1：正向通行；-1：反向通行；0：雙向通行

程序採用Java編寫，利用GeoTools 11軟件包中的graph擴展實現圖的搜索。程序啓動後須要先選擇路網數據，而後可見主界面，在主界面地圖上點擊設置起止位置。不一樣方向會選擇不一樣道路,如圖：