[发明专利]一种启发式搜索的高速路网约束寻路算法

权利要求书

1.一种基于启发式搜索的高速路网约束寻路算法，以指定路网、指定路网中的道路起点、道路终点和驶经的收费路段集合为输入数据，通过启发式搜索，生成连接道路起点与道路终点之间的多条路径，并从多条路径中选择一条与输入的收费路段重合度最高的路径，作为输出路径；包括如下步骤：

1)遍历输入的收费路段集合中的每个收费路段的原子路段，将收费路段包含的原子路段中至少有一条原子路段在所述指定路网上的收费路段作为有效收费路段，生成有效收费路段集合，建立从原子路段到所在收费路段集合的映射；所述映射的定义域仅需要包含所有有效收费路段包含的原子路段；

初始化寻路算法的数据结构，包括：用于启发式搜索的优先队列和用于记录搜索状态及对应路径的数据结构；

优先队列中的元素为搜索的状态；优先队列具有以下结构：

1C)当前所处位置的索引；所述位置为不同类型的路网结点；

1D)当前路径覆盖的有效收费路段集合；

1E)当前路径的长度；

1F)从当前位置到达终点的预估距离；

1G)存放路径链表的线性表中的索引，指向当前路径在边链上的最后一个结点在线性表中的位置；

初始化优先队列即用起点的索引构建优先队列的初始元素；优先队列的启发函数使用路网结点的地理位置信息进行辅助导向；

2)取出优先队列的队首状态，作为当前状态；以当前状态所处位置为中心，在路网上遍历邻接的原子路段，扩展并筛选得到新状态；如果优先队列已为空，则返回已有的最佳路径；具体执行如下步骤：

21)不断取出优先队列的队首状态为当前状态，执行步骤22)～25)；如果优先队列已为空，则返回当前的最佳路径；此时如果最佳路径为空，说明路网中没有从起点到终点的通路；

22)找到当前状态所处位置的邻接原子路段集合，遍历该集合中的原子路段并执行步骤23)～25)；

23)计算从当前状态经过该原子路段后到达的新状态；如果新状态到达终点的预估距离超过了已有最佳路径的长度的指定倍数，则回到步骤22)并选择下一个原子路段；其中，所述指定倍数是算法的范围参数，用于控制算法在尚未找到完美路径时的最大搜索范围；

所述完美路径是一条从起点到终点的路径，该路径包含的原子路段覆盖了所有有效的收费路段，而且是在满足要求的所有路径中长度最短的那条路径；

尚未找到完美路径时，最佳路径是一条从起点到终点的、覆盖了最多的有效收费路段的所有路径中，路径长度最短的路径；

24)考察在搜索产生的历史状态中，所处位置和上一步得到的新状态的位置是相同的，并且具有相同的有效收费路段覆盖集合的所有历史状态，并确定状态中对应路径长度的最小值；其中，一个状态的有效收费路段覆盖集合指的是状态对应的路径上所有原子路段所属的有效收费路段集合的并集；

25)如果新状态对应的路径长度大于等于该最小值，则返回步骤22)并选择下一个原子路段，否则接纳该状态到历史状态中；

3)如果新状态没有抵达终点，则将该新状态插入到优先队列中的有序位置，再回到步骤2)以继续扩展新的状态；

如果新状态抵达了终点，则表示该状态对应了一条完美路径或该状态将被用来尝试更新当前的最佳路径；若该状态对应了一条完美路径，则直接返回该完美路径；

通过上述步骤，实现基于启发式搜索的高速路网约束寻路。

2.如权利要求1所述基于启发式搜索的高速路网约束寻路算法，其特征是，步骤1)生成有效收费路段的集合，建立从路网中的原子路段到所在收费路段集合的映射，具体包括如下步骤：

11)建立一个空映射，将原子路段映射到所属的有效收费路段的集合；建立一个有效收费路段的空集；

12)遍历输入的所有收费路段，执行步骤13)～16)；

13)从路网中取得当前收费路段包含的原子路段列表；如果该列表为空，即没有属于该收费路段的原子路段存在于指定路网中，则回到步骤12)并选择下一个收费路段，否则将该收费路段添加到有效收费路段集合中；

14)遍历取得的原子路段列表中的每一条原子路段，重复执行步骤15)；

15)如果该原子路段已在映射的定义域中，则将当前收费路段添加到原子路段映射后的收费路段集合中，并更新映射，否则，将该原子路段添加到映射的定义域中，并使其映射后的值为只包含该收费路段的单元集；

16)返回步骤12)并选择下一个收费路段。