[发明专利]一种应用于GPS的快速K最短路径规划方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机网络领域，具体涉及一种K最短路径搜索方法，并将其应用于GPS导航设备中。

背景技术

路径搜索问题一般可以通过图论中的最短路径方法解决。常用的最短路方法有Dijkstra、广度优先方法等经典方法。然而这些方法只能寻找图中给定点到任意点间的最短路径。这在实践中往往是不够的，比如，在GPS导航中，除了最短路径外，可能需要寻找第二短路径备用，甚至在某些条件下，可能需要寻找第三、第四短路径。这类问题称为K短路径问题。

与单源最短路径问题相比，K短路径问题在方法设计上更为复杂，目前尚没有一种K短路径方法如单源最短路径方法中的Dijkstra方法一样得到业界共识并且达到大规模实用化程度。

常用的K短路径搜索方法有删除边方法、偏离边方法等。但是这些方法仅仅是一种理论上的模型，在实践应用中还存在问题。

GPS定位系统是指利用卫星，在全球范围内实时进行定位、导航的系统，简称GPS(Global Positioning System)。GPS可以提供车辆定位、防盗、反劫、行驶路线监控及呼叫指挥等功能。由于GPS技术所具有的全天候、高精度和自动测量的特点，作为先进的测量手段和新的生产力，已经融入了国民经济建设、国防建设和社会发展的各个应用领域。

目前已经有很多具有GPS导航功能的终端设备，但是却只能提供最短路径或者满足某种条件的路径，而不能考虑用户在行驶中的其它需求合理给出可供选择的路径。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能应用于GPS的快速路径规划方法，该方法应能解决以下几个方面的问题：

（1）可提供限定无环路径的K短路径问题的计算机算法，具有实用性，而非一种纯理论上的算法概念；

（2）给出从源点到目标结点间任意给定数目（即K数）并且以路径长度排序的所有路径；

（3）可将该算法应用于GPS导航中，使得K短路径方法得到实际应用。

为实现以上目标，本发明提出一种应用于GPS的快速K最短路径规划方法，其主要特点，包括以下步骤：

一种应用于GPS的快速K最短路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）导入地图，并由用户根据GPS确定起始点s和终点t以及相应的K值，其中K是用户期望查找的最短路径数目；

（2）对结点t调用A*算法得到最短路径，定义变量k，令k=1;

（3）递归计算k条最短s-t路径：依次遍历第k条最短路径上各结点的所有为sidetrack edge的入边得到候选路径，并加入集合C，sidetrack edge表示不在最短路径树上的边；

（4）从集合C中取出一条最短路径作为第k+1条最短路径；

（5）判断k，如果路径条数未达到K值，则进入步骤6，否则跳转到步骤7；

（6）判断集合C，如果该集合非空，则返回步骤3，否则进入步骤8;

（7）算法成功结束，返回搜索结果；

（8）算法结束，未找到足够的K条路径，返回搜索结果。

上述技术方案中，所述步骤2中利用A*得到第一条最短路径后A*暂停，且后续步骤中再次调用A*进行结点扩展，在A*的运行过程中，对当前节点的所有出边进行迭代，将位于最短路径树上的边标记为tree edge，不在最短路径树上的边标记为sidetrack edge,对于所有被扩展过的顶点标记其状态为close。

上述技术方案中，所述步骤3中遍历各结点是按照从第k条路径中的最后一个sidetrack edge边的尾结点前向搜索到起始结点，候选路径用sidetrack edge的集合来表示，最后用sidetrack edge表示的路径一一对应地表示为一条常规路径。

上述技术方案中，所述步骤3中依次遍历第k条最短路径上各结点，其方法包括以下步骤：

（4-1）依次遍历当前第k条路径上从最后一条sidetrack edge到起始结点中的所有结点，记为v；

（4-2）依次遍历结点v的所有的sidetrack edge出边，记为e；

（4-3）判断边e的头结点，如果其状态不是close，则重启A*直到e的头结点的状态被标记为close；

（4-4）将e加入到当前路径第k条的末尾，形成一条新的候选路径并计算其长度，加入到集合C中。