一种动态交通网络的路径搜索方法

本发明涉及交通网络图搜索和交通建模领域，尤其是针对真实大规模交通网络环境下的路径搜索方法。

背景技术：

1、近年来，随着人均出行频次的提高，在城市交通管理层面如何提供更加优质的路径推荐方法，这一问题受到广泛的关注。

2、目前大规模交通网络路径搜索，尚面临如下的挑战：(1)可拓展性方面，使用弧标记、线图等手段模拟交叉口转向阻抗，算法效率偏低，且对数据存储造成一定的挑战；(2)实时数据处理方面，使用基于bellman-ford、dijkstra等的无预处理方法，使得路径查询阶段效率偏低；(3)准确性方面，a*等启发式加速方法在查询时准确率偏低，且对于不同结构交通网络的适应力偏低。由此可见，如何在真实大规模路网前提下进行路径搜索方法的适应性改进，思考如何利用更高效的搜索算法、更灵活的路网阻抗、更积极的实时策略来处理真实的路径搜索需求，成为本领域需要解决的一个问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服上述现有技术存在的缺陷而提出一种相对于现有技术，在大规模交通网络中查询效率高、便于表达多种阻抗信息、支持路网阻抗动态更新的路径搜索方法，使得其更好地契合大规模交通网络路径规划的以下需求：(1)大规模网络对路径搜索算法效率的要求；(2)真实场景下，交通流和用户需求的多变，对路网各部分阻抗可变性的要求；(3)路网阻抗的动态变化对路径搜索时效性的要求。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、一种动态交通网络的路径搜索方法，步骤包括：

4、获取包括路网拓扑结构、路网基础属性以及路段阻抗和交叉口转向阻抗的原始交通路网图数据；

5、对原始路网获取节点的层次，利用层次收缩的原理依照节点层次顺序，对所述原始路网上所有节点进行收缩处理，每次收缩处理都获取快捷边并进行节点层次的惰性更新；

6、在所述收缩过程结束后，记录节点收缩的顺序作为最终用于查询的层次并同所有生成的快捷边加入所述原始路网中，生成查询用路网；

7、当路网的局部阻抗信息发生变化时，对查询用路网进行动态更新，具体包括：查找阻抗发生改变的所有快捷边，对于所查找到的快捷边，将快捷边对应的原始路径映射移除，并利用考虑转向阻抗的dijkstra算法更新原始路径映射；

8、基于所述查询用路网，使用建立在节点层次和路段阻抗、交叉口转向阻抗上的双向dijkstra图搜索算法进行路径搜索，获取最优路径。

9、作为优选技术方案，对于所述的原始交通路网图，进行信息处理，具体包括：

10、利用节点的连接关系构建边的编号属性，并将其添入路网基础属性中；

11、将边长度、边自由流速度的比值作为基于路段通行时耗的基础阻抗值，并将其添入路网基础属性中，同时移除边长度、边自由流速度属性。

12、作为优选技术方案，所述方法在层次收缩的收缩和查询阶段中采用dijkstra图搜索算法并进行阻抗函数化添加考虑转向阻抗的搜索逻辑，具体为：

13、在预处理阶段，依据阻抗函数表达式计算阻抗值，并将其添入边或节点的属性；

14、在路段阻抗方面，传入包含参数数量可变的阻抗函数；

15、在转向阻抗方面，在dijkstra算法考虑节点邻居时纳入对转向阻抗的考虑：

16、判定当前节点是否为交叉口节点；

17、若是，则获取该节点对应的阻抗表及前驱节点编号，并在考虑该节点的邻居时，利用前驱节点-当前节点-后继节点在上述阻抗表中查询并获取对应转向的阻抗；

18、若否，则转向阻抗记为0；

19、计算当前节点到邻居的路段和转向阻抗之和，如果比已知的最小阻抗更小，则更新该邻居的最短路径估计值。

20、作为优选技术方案，所述方法对层次收缩在收缩阶段添加或增广快捷边时涉及的阻抗计算，增加对转向阻抗的考虑逻辑，具体为：

21、在添加或增广快捷边时，根据当前目标节点搜索其在原始路网上的前驱节点和后继节点；

22、判断快捷边合成并计算总阻抗时，是否需要添加交叉口处的转向阻抗，具体为：

23、判断当前目标节点是否为交叉口节点，若是，则在快捷边的总阻抗中添加转向阻抗，获取当前目标节点对应的阻抗表，在阻抗表中利用前驱节点-当前节点-后继节点查询并获取对应转向的阻抗添加入总阻抗；

24、若否，则不添加转向阻抗。

25、作为优选技术方案，所述方法以出行的综合延误对所述的路网阻抗进行表达，具体为：

26、计算将各个路段、交叉口处的延误，并添加到路网中对应的属性上完成延误阻抗的表达，将单个转向弧段的延误进行累加得到全路线的综合延误：

27、

28、dij为里程损失：

29、

30、εij为拥堵指数的均值：

31、

32、vij为期望行驶速度的均值：

33、

34、其中，vmi表示路段i的理想行驶速度；εi,εj表示路段i、路段j对应的拥堵指数；vmin表示通过交叉口的最低速度；t表示表示通过交叉口的最低速度；表示考虑延误后进口道、出口道的期望行驶速度。

35、作为优选技术方案，所述动态更新遵循规则包括：

36、层次收缩确定的收缩顺序不再发生变化，即生成的快捷边数量、各快捷边的源点和汇点均不改变；

37、在路网的局部阻抗信息发生变化时，需要以一定的方式查找到阻抗发生改变的所有快捷边并加以更新；

38、动态更新为惰性更新，仅当路网阻抗产生变化时才进行实时响应。

39、作为优选技术方案，当阻抗变化的对象为路段，且阻抗变化方向为增大时，所述动态更新中需要更新的快捷边查找具体为：

40、查询与该变化路段相关的所有快捷边，进行快捷边的原始路径映射更新和阻抗更新。

41、作为优选技术方案，当阻抗变化的对象为路段，且阻抗变化方向为减小时，所述动态更新中需要更新的快捷边查找具体为：

42、从该路段的源点和汇点两侧各自寻找拓扑结构上最近的交叉口节点，查询与所述交叉口节点相关的所有快捷边及其超路径，进行快捷边的原始路径映射更新和阻抗更新；

43、其中，快捷边查找具体精确到如下类型：以路段源点侧交叉口节点为源点的快捷边和以路段汇点侧交叉口节点为汇点的快捷边。

44、作为优选技术方案，当阻抗变化的对象为交叉口转向，且阻抗变化方向为增大时，所述动态更新中需要更新的快捷边查找具体为：

45、查询与该转向弧段相关的所有快捷边，进行快捷边的原始路径映射更新和阻抗更新。

46、作为优选技术方案，当阻抗变化的对象为交叉口转向，且阻抗变化方向为减小时，所述动态更新中需要更新的快捷边查找具体为：

47、查询该转向弧段两侧在拓扑上最近的交叉口节点，如果在两侧成功寻找到交叉口节点，查询与所述交叉口节点相关的所有快捷边及其超路径，进行快捷边的原始路径映射更新和阻抗更新；

48、所述的快捷边查找精确到如下类型：以弧段进口道路段的源点侧交叉口节点为源点的快捷边，及以弧段出口道路段的汇点侧交叉口节点为汇点的快捷边。

49、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

50、1)本发明利用层次收缩思路，将其改进为适用于真实大规模交通网络的路径搜索方法，从而显著降低路径查询时耗，提高路径搜索的效率；

51、2)本发明通过多种交通网络阻抗的函数化，能够使相应的路径搜索方法适用于真实、多元的需求场景中，具有较强的可拓展性；

52、3)本发明基于图论知识，对静态的路网预处理方法增加了适用于动态阻抗路网图的动态更新策略，从而增强了所述路径搜索方法在动态交通网络中的适用性。