[发明专利]一种减少路径分支的交通巡回路径规划方法

说明书

本发明公开了属于交通路径规划领域的一种减少路径分支的交通巡回路径规划方法，该方法首先将交通运输节点和路径表示成权重图，然后将权重图通过一种最优四节点路径转化为频率图，将路径的频率作为启发式信息删除大量不相关路径分支，实现简化交通地图和降低最短交通巡回路径求解难度的目的；另外，路径的频率也可以作为启发式信息，引导启发式算法快速地搜索出最短或较短的交通巡回路径。本发明删除交通地图中大量与最短交通巡回路径不相关的路径分支，简化后大幅度减少交通地图中交通巡回路径的数量，减小盲目搜索最短交通巡回路径的程度，降低求解难度；权重图中路径的权重可以当作路径距离、交通工具行走时间和运输成本，适用性广。

技术领域

本发明属于交通路径规划领域，特别涉及一种减少路径分支的交通巡回路径规划方法。

背景技术

随着社会进步和城市化发展，交通地图上运输服务节点越来越多，节点之间的路线也逐渐增多，大规模运输服务路径规划变得日益复杂。特别地，经过多个交通运输节点的交通巡回路径规划很难在短时间内解决，难以满足现代工业物流、交通运输服务的需求。给定一组分布在交通地图上不同位置的交通运输节点，指定一种交通工具从一个初始节点出发，沿着一定的路径经过所有给定的交通运输节点执行任务，任务执行完毕后返回到初始出发节点。为节省运输成本，要求交通工具不重复地经过每个交通运输节点，即交通工具从初始节点出发，经过给定的每个交通运输节点一次，然后返回到出发点。交通工具的路径形成一条通过给定所有交通运输节点的巡回路径。为实现节能省时的目标，交通巡回路径规划需要提前找出经过给定所有交通运输节点的最短巡回路径，以便安排合适的交通工具按时完成运输任务。

交通巡回路径规划问题在交通运输领域十分普遍，比如海上多个石油钻井平台的安全巡检路线规划，经过多个社区的公共校车的路径规划，为多位客户投送信件的邮递员、为多个客户提供快餐的服务员的最短经路径规划，以及物流公司、快递公司的运输路径规划等等。交通巡回路径规划可为交通运输提供最短的巡回路径，在节省人力、物力、时间、成本方面起着关键作用。

对于大量的、大规模交通运输问题，交通巡回路径规划的确十分重要，但彻底解决存在很大难度。首先，经过多个交通运输节点的交通巡回路径规划在本质上属于一个组合优化问题。随着经过交通运输节点的增多，巡回路径的数量呈指数增长。对于复杂交通巡回路径规划，获得最短巡回路线的分析手段和方法的处理时间很长，难于在可接受的时间内得到满意的巡回路线。另外，交通运输环境时刻在变，交通巡回路径规划需要考虑变化的交通状况，时时调整运输路线，才能得到满意的巡回路线。鉴于此，如图1所示的现有交通巡回路径规划方法的示意图。交通巡回路径规划多年来一直是交通规划领域的一个热点技术。

通常情况下，交通巡回路径规划基于交通运输节点和节点之间的路径寻找通过给定节点的最短交通巡回路径。当经过的交通运输节点较多，并且交通运输节点之间的路径也很稠密时，最短交通巡回路线的求解就变得十分复杂。目前，最短巡回路径的求解方法分为精确求解方法和启发式求解方法，精确求解方法包括整数规划方法、动态规划法、分支定界法、割平面法，这些方法确保生成最短的交通巡回路径，但计算时间长，一旦问题规模变大，求解时间便难以接受。启发式求解方法很多，如Lin-Kernighan-Helsgaun(LKH)方法、神经网络、遗传算法、蚁群算法、模拟退火等，这些方法求解时间短，但不能保证生成最短的交通巡回路径。而且，随着问题复杂度的增加，启发式求解方法的计算负担也快速增大。