[发明专利]一种考虑转向延误的城市路网时变K最短路径搜索方法

说明书

本发明公开了一种考虑转向延误的城市路网时变K最短路径搜索算法，包括在获得连续等时间间隔的交叉口转向延误和路段行程时间数据序列的基础上，结合扩展网络法得到网络中各交叉口边界线之间的时变阻抗；采用A*算法搜索指定起点边界线至终点边界线的最短路径及行程时间；进一步循环采用连接线删除法和A*算法搜索删除部分连接线条件下的最短路，直到完成对指定K条时变最短路径的搜索。本发明提出的时变K最短路径搜索算法同时考虑了城市路网阻抗的时变性和交叉口延误对路径搜索的影响，并能够用较快的计算速度获得全局最优结果，具有良好的可操作性。

技术领域

本发明涉及道路交通网络最短路搜索领域，尤其涉及一种考虑转向延误的城市路网时变K最短路径搜索方法。

背景技术

最短路问题是网络优化领域中的核心问题之一，对于交通分配、路径诱导的实现具有重要意义。目前为止，国内外对道路交通网络最短路径搜索技术开展了大量研究，基于改进的Dijkstra算法和Floyd算法不断被提出。随着启发式搜索方法技术日渐成熟，近些年以遗传算法、模拟退火算法、蚁群算法等为代表的智能算法也被逐渐应用到道路交通网络最短路搜索中。然而，诸多研究都针对静态交通网络给出了相应的求解算法，即以路段长度作为网络权值，或将假设静态不变的路段行程时间作为权值。事实上，由于交通网络的动态性，路段在不同时间段的行程时间是不完全一致的，将其简化为定值进行模型求解与实际情况有较大差异，导致计算结果准确性较低。尽管一些研究考虑了交通网络的动态性，构建时变网络最短路径算法，但是在模型构建过程中忽略了交叉口转向延误，或将各方向的转向延误视为相等，作为该交叉口的节点阻抗。在城市道路中，交叉口延误在路径行程时间中占据了很大的比重，且各方向的转向延误有显著差异，如右转延误一般远小于直行和左转延误。另一方面，由于交通事故或交通管制的存在，最短路有时是不可行的，有必要在搜索最短路径的同时搜索次最短路径作为备选方案。因此，在传统最短路算法的基础上，充分考虑道路交通网络的时变性及交叉口转向延误，搜索K最短路径，可进一步提高最短路径搜索的准确性和可靠性。

发明内容

发明目的：本发明针对当前道路交通网络最短路搜索技术缺乏对网络动态性和交叉口转向延误的考虑，与实际情况有较大差异，本发明提出了一种考虑转向延误的城市路网时变K最短路径搜索算法。

技术方案：本发明所述的考虑转向延误的城市路网时变K最短路径搜索方法，包括如下步骤：

(1)读取路网中研究时间范围及扩展研究时间范围内的所有离散等时间间隔的交叉口转向延误和路段行程时间；

(2)根据研究时间范围扩展研究时间范围及离散时间间隔分别确定离散时刻集合S和S′，定义指定路径搜索的出发时刻t₀，t₀∈S，定义所需搜索的K最短路径的K值；其中，集合S和S′中存储的时刻分别为研究时间范围和扩展研究时间范围内各个离散时间间隔的起始时刻；

(3)采用扩展网络法将交叉口扩展为若干个交叉口边界，并将与出发地小区紧邻的交叉口边界线确定为起点边界线，将与目的地小区紧邻的交叉口边界线确定为终点边界线；其中，以bl_ij(z)代表交叉口i中与交叉口j相邻的边界线位置，bl_ij(1)表示该边界线位置处交叉口i的进口道边界线，bl_ij(2)表示该边界线位置处交叉口i的出口道边界线；

(4)将交叉口转向延误和路段行程时间转换为紧邻两条交叉口边界线之间的连接线阻抗，并建立以连接线阻抗为元素的初始阻抗矩阵W；

(5)在阻抗矩阵k_W等于初始阻抗矩阵W的前提下，采用A*算法搜索t₀时刻由起点边界线至终点边界线的最短路径，记为第k条最短路径，此时k＝1；

(6)判断k是否小于K，若“是”则进入步骤(7)，若“否”则进入步骤(14)；