[发明专利]基于分层路网的路径搜索方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及地理信息系统领域，特别是涉及一种基于分层路网的路径搜索方法和装置。

背景技术

路径分析是现代地理信息系统应用的基本功能之一。随着智能交通的建设，尤其是网络电子地图，车载导航软件，手机全球定位系统(Global PositionSystem，GPS)导航等各种导航产品的普及，路径分析技术获得了非常广泛的关注，并引起了大量学者的研究兴趣，人们对于路径分析算法提出了灵活、准确、快速等要求。现有技术主要有二种方案路径搜索方案：

一是迪杰斯特拉(Dijkstra)最短路径算法：经常使用的路径分析模式有最短距离，最快时间，最少收费等，无论采用何种模式，最优路径规划最终都可以归结为在特定道路网中寻找具有最小代价的最短路径分析，即图论中的最短路问题。方法为：给定带权有向图G＝(V，{E})，其中V是包含n个顶点的顶点集，E是包含m条弧的弧集，经典Dijkstra算法能按路径长度递增的秩序产生源点v到G中其余各顶点的最短路径。

Dijkstra算法的缺点主要包括：执行时间复杂度为O(n²)，结合堆数据结构Dijkstra算法执行时间的最佳上界是O(m+n log n)。对于小规模局域道路网络，Dijkstra可以获取理论上最优的规划路线，但是随着路网复杂度的增加，以及搜索范围的扩大，Dijkstra的算法复杂度是发散的。对于大规模路网(如全国道路网络，约500万弧段或结点)，Dijkstra算法的时间和内存开销都非常大，因此这一经典的路径分析算法很难解决该情形下的路径分析问题。其次，Dijkstra能获取数学上的最短路径，但在实际应用中，算法上的最短路径，并不是人们出行的最优路径。以穿越北京市二环的路径分析为例，最短路径会穿越二环内的大量胡同和小路，并不符合人的出行习惯。当然，Dijkstra算法对于每一条道路计算费用时，可以利用道路功能等级进行费用加权计算，以实现在实际里程相差不多的情形下，优先选择高等级的道路作为规划路线，但是，对于很多道路等级差别化不明显的区域，很难获取更合理的规划路线。

第二个方案：启发式搜索方案，其估价函数为：

f′(v)＝g(v)+h′(v)

式中，g(v)是从起点S到当前顶点v的实际费用，h′(v)是从当前顶点v到目标顶点E的费用估计函数。

在实际应用中，一般这样计算估计费用，

h′(v)＝λd′(v)

其中，d′(v)是当前顶点t到目标顶点E的直线距离，λ是估计权值。

将Dijkstra算法中的顶点权值d(v)用f′(v)代替，即实现了启发式最短路径搜索。

上述算法是目前广为流行的路径规划启发式算法，通过选择合适的估价函数，其使用的搜索空间比Dijkstra算法小。如图1所示，圆形区域a是Dijkstra的算法搜索空间，椭圆形区域b是使用启发式策略后的算法搜索空间。

但启发式搜索也有其的缺点：

1)估计权值λ的大小决定了算法搜索的复杂度，λ越大，算法越快，但准确度降低；反过来，λ越小，算法越慢，但准确度提高；当λ＝0时，启发式搜索等同于经典Dijkstra，为最准确结果，但也最慢。所以，启发式实质上是一种牺牲一定准确度，以获取更高效率的策略。

2)对于很大规模的路网，如全国路网，即便使用启发式策略，在搜索过程中，算法的复杂度依旧是发散的，尤其对于非常长距离的路径分析(如哈尔滨至海口)，即便用启发式策略提高了算法效率，但搜索规模依旧很大，效率依旧无法令人接受。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于分层路网的路径搜索方法，可解决现有路径搜索的效率过低，对于规模较大的路网无法适于实用的问题。

本发明还提供了一种基于分层路网的路径搜索装置，以保证上述方法在实际中的应用。