[发明专利]面向交通路网的时间序列图最优路径查询方法

权利要求书

1.面向交通路网的时间序列图最优路径查询方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：交通路网模型的建立：将实际路网模型抽象化，对构成交通路网的路段和节点等道路元素进行描述，使其能够表示实际道路相关路段的属性和几何等信息；

步骤二：定义时间序列图：将交通路网模型给予形式化描述为时间序列图，为下一步进行最优路径查询做准备，并针对给定的时间序列图定义最优路径；

步骤三：采用入边表示法针对时间序列图进行标记和排序，可以快速得到某个路径顶点的所有入边邻居道路的信息，并根据实际情况建立B⁺树索引以提高查询效率；

步骤四：通过反向搜索，查询得到时间序列图中最优路径。

2.根据权利要求1所述的面向交通路网的时间序列图最优路径查询方法，其特征在于，所述的步骤一的具体执行过程包括：

在对交通路网进行建模时，满足如下要求：由若干连续的点所组成的多边线，其中首尾点称作“结点”，中间点称作“接点”；“结点”表示道路的起始点和结束点，道路与道路之间通过结点相连；“接点”代表道路的数字化坐标，不具有表达拓扑关系的功能，首尾点间的所有中间点都是与该首尾点路段有可达或被可达关系的路段，一定程度上可以提高路径搜索的效率；在交通路网中对一条道路的数据结构详细描述如表1所示；

表1

交通路网模型示意图中部分道路的数据结构如表2所示；

表2。

3.根据权利要求1所述的面向交通路网的时间序列图最优路径查询方法，其特征在于，所述的步骤二的具体执行过程包括：

步骤2-1：时间序列图定义：

时间序列图是一个有向图，记作G＝(V,E,D,T,C)，V是路径顶点的集合，E是道路边的集合，D是路径顶点出发时间的集合，T是道路边的遍历时间的集合，C是道路边的费用代价的集合；

对于任意道路边e＝(a,b)，存在一个出发时间的集合D_ab，一个遍历时间的集合T_ab和一个费用代价的集合C_ab，使得D_ab、T_ab和C_ab中的元素相对应；对于D_ab中的任意元素d，T_ab存在唯一的元素t，C_ab中存在唯一的元素c使得d，t，c相互对应；即开始从道路边e＝(a,b)于时间d出发时，遍历时间为t，费用代价为c；其中，费用代价c通常与出发时间和遍历时间相关，设定费用代价为离散值；同时，定义表示路径顶点a的入边邻居道路的集合，表示路径顶点a的出边邻居道路的集合，表示路径顶点a的入度，表示路径顶点a的出度；对于无向图，将无向图的所有无向边均转换为方向相反的两条有向边，计算其入度和出度；

在时间序列图中，每一条道路边上的每对数字表示遍历时间和费用代价，在实际应用中遍历时间和费用代价必定是大于零的，故本方法设定遍历时间和费用代价均大于零，带下划线的数字表示从该道路边出发的时间；对于任意的i(1＜i≤k)，将道路边e_i＝(v_i,v_i+1)与和中相对应的元素组合连接成五元组(v_i,d_i,v_i+1,t_i,c_i)，该五元组满足d_i-d_i-1-t_i-1＝ω_i，ω_i≥0即ω_i为第i个路径顶点v_i的等待时间，即从路径顶点v_i出发沿着道路边e_i到达v_i+1，需要等待ω_i时间，才能于时间d_i出发；因此，对于时间序列图中的路径有如下定义：对于任意的i(1＜i≤k)，路径P是五元组(v_i,d_i,v_i+1,t_i,c_i)的一个有序序列；同时定义：arrive(P)＝(d_k+t_k)，即路径P的到达时间；depart(P)＝d₁，即路径P的出发时间；dura(P)＝arrive(P)-depart(P)，即路径P的持续时间；即路径P中的中转顶点的数量；即路径P的费用代价；

步骤2-2：最优路径定义：

给定时间序列图G，时间间隔[t_s,t_e]，出发路径顶点V_s，目标路径顶点V_e，V_s到V_e的路径集合记作P；P中的路径P满足以下条件：depart(P)≥t_s，arrive(P)≤t_e；由此扩展可得：

最早到达路径P:P∈P，满足arrive(P)≤arrive(P')，

最晚出发路径P:P∈P，满足depart(P)≥depart(P')，

最少用时路径P:P∈P，且满足dura(P)≤dura(P')，

最少中转路径P:P∈P，且满足trans(P)≤trans(P')，

最小费用路径P:P∈P，并且满足cost(P)≤cost(P')，

因此，时间序列图最优路径包括：最早到达路径、最晚出发路径、最少用时路径、最少中转路径和最小费用路径的集合。