[发明专利]一种基于道路等级的最短路径规划算法

说明书

技术领域

本发明属计算机科学与地理信息科学领域，涉及一种基于道路等级的最短路径规划算法。 

背景技术

最短路径的计算问题是一个经典的问题，一个最实际的应用就是在道路网络中进行路径分析，如在给定的道路网中，寻找起点到目标点的最佳路径问题。当前最短路径分析方法从算法的可实现性以及稳定性来讲，可以概括为两类：一类是充分利用最短路径在道路网中的空间相关性，把道路网中的最短路径压缩成为简单的格式，这样可以大幅度提高查询效率，这种方法比较有代表性的是H.Samet和J.Sankaranarayanan等人提出的SILC(Spatially Induced Linkage Cognizance)改进算法，以及J.Sankaranarayanan等人提出的PCPD(Path-Coherent Pairs Decomposition)算法；另外一种方法是基于道路网中某些节点对最短路径查询的重要性，然后以Dijkstra算法为基础进行改进。虽然当前已有根据此提出的一些新的算法，但是这些算法并不是很有效。对于第一类方法需要计算道路结点所构建的不同道路之间的关联性，从而进行替代计算，算法复杂，计算量大。因此，第二类方法较为常用，但是现有研究往往只考虑道路结点权重，但是未考虑不同道路等级以及在不同道路等级下对最短时间的限制，因此研究一种结合道路等级以及道路等级约束下最短时间的新算法是非常有必要的。 

发明内容

鉴于此，本发明提出一种基于道路等级的最短路径规划算法，在传统最短路径规划的基础上，充分考虑道路通行能力，通过道路等级实现道路层次化表达，与此同时，采用时间成本变量代替距离变量，通过计算最短通行时间规划最佳救援路径。 

一种基于道路等级的最短路径规划算法，包括如下步骤： 

步骤1，数据准备与数据预处理， 

所述数据准备是通过GPS导航获取道路网数据，通过交通部门获取道路单行线信息数据，以及通过网络查询获取每个道路等级的最大通行速度数据，其中， 

所述道路网数据包括道路名称、道路等级和道路节点坐标，将所述道路网数据以shape格式存储；所述道路单行线信息数据包括道路名称、道路起点、道路终点和道路单行方向，所述道路等级的最大通行速度数据包括道路名称、道路等级和最大通行车速，将所述道路单行线信息数据和道路等级的最大通行速度数据以dbf格式存储。Shap e文件格式是一种矢量数据格式，它没有拓扑信息，一个Shape files由一组文件组成，其中必要的基本文件包括坐标文件(.shp)、索引文件(.shx)和属性文件(.dbf)三个文件；dbf格式存储为一种特殊的文件格式，表示数据库文件，Foxbase，Dbase，Visual FoxPro等数据库处理系统所产生的数据库文件。 

所述数据预处理包括道路数据通行方向处理和道路数据节点信息处理，其中， 

所述道路数据通行方向处理是将道路单行方向分为正向和逆向两种，在道路网shape属性表中增加正向和逆向字段，用二值0和1分别表示道路在该方向不通行或通行，用所述0和1对所述道路单行方向进行赋值，得到处理后的道路单行方向数据； 

所述道路数据节点信息处理方法为：当两条道路相交且通车时，在相交处增加节点，增加道路节点坐标，原来两条道路变成四条道路，当两条道路相交但不通车时，道路节点坐标保持不变，通过所述道路数据节点信息处理得到处理后的道路节点坐标； 

步骤2，对步骤1中获取的道路网数据中的道路等级进行划分，划分后的道路等级分为：公路、城市道路和乡村道路，其中， 

公路划分为高速公路、一级公路、二级公路、三级公路和四级公路，城市道路划分为快速路、主干路、次干路和支路，乡村道路划分为农村硬化道路、机耕路和乡村路； 

将所述划分后的道路等级进行层次化表达，将道路视为由连接边和节点组成的网状图形，如果每个节点与其联通的节点间的道路是通 行的，那么记录所述每个节点和其联通的节点，同时记录所述每个节点与其联通的节点间的连接边，得到联通的两节点间的连接边数据； 

步骤3，基于步骤2中的节点及联通的两节点间的连接边数据，利用距离公式根据道路节点坐标计算每个道路段的距离，其中联通的两节点间通行的道路是一条以上的，计算不同道路段的距离，利用获得的所述距离、所述道路的最大通行车速求出两联通的节点间不同道路的通行时间，比较所述不同道路的通行时间得出联通的两节点间的最短通行时间；