[发明专利]一种基于MIC协处理器的全网最短路径规划并行化方法

说明书

技术领域

本发明涉及电子地图导航的路径规划方法，尤其涉及一种基于MIC协处理器的全网最短路径规划并行化方法。

背景技术

随着国内城市化的发展，城市道路纵横交错，路网也变得非常的复杂。对于在城市出行的人们来说，如何能快速获取路程起点和终点的最短路径成为其迫切的需求。同时，由于通信技术、全球定位技术以及路网数据信息化的不断发展，为人们的出行电子化导航提供了基本的必要条件。目前地图导航行业使用的最短路径规划算法多是基于Dijkstra或是其改进版，相应的时间复杂度为O(N²)或者O(NlogN)。当规划的节点数N增长到成千上万时，同时还要相应有大量的路径规划请求，实时的线上规划几乎变得不可实施。所以一般最短路径规划多采用线下的规划预处理出所有节点之间的最短路径，当有用户请求时直接查询相应的最短路径。

在线下最短路径预处理过程中，当路网数据之中新增或者删减一个节点或者一条线路时，都要重新计算全网的最短路径列表。以四维地图出品2013年的广州市地图为例，其路口数目达到了90000，道路数目达到了120000。根据实际测试每次更新全网节点的最小路径数据单线程计算大约需要5天的时间。针对路径规划的时间效率的问题，王亚文等[一种动态搜索区域的最短路径规划算法，计算机应用研究，2007]从限制每次动态规划的区域入手，通过缩小路径规划的范围来实现，不过该种方法只能针对线上实时的路径规划实施。对于线下的全网路径规划，不能通过限制区域实现。同样，刘晓军等[海量道路数据下的最短路径规划效率，计算机系统应用，2010]也是通过估价函数快速过滤无效点和路段，折线简化等方法来实现线上实时路径规划。根据专利文献检索，公开号为CN102175252A的专利文献提出了基于分级道路网数据的分布式多级道路的动态联合路径规划方法；公布号为CN103278168A的专利文献提出了通过数据挖掘技术，利用新闻、微博、实时上报交通信息以及历史规律信息挖掘出交通热点，进而执行交通热点规避的路径规划；公开号为CN101944095A的专利文献提出了一种优化的Dijkstra方法来实现简化相应的计算。综合上述资料，可以看出针对线下全网节点的路径规划并行计算方法尚未有被现有技术公开。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种基于MIC协处理器的全网最短路径规划并行化方法，解决了现有的最短路径规划线下预处时间效率低，不能及时响应城市快速扩张以及城市交通意外等带来的路网链接规律的变化的问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种基于MIC协处理器的全网最短路径规划并行化方法，所述全网包括N个节点，该方法包括如下步骤：（1）将每个节点相对全网其他节点定义为一个不可再分的单元，N个节点构成的全网有N个单元任务；（2）以K个单元任务为一个任务包，可以创建P=N/K个任务包，对于N不能被K整除的情况，创建P=[N/K]+1个任务包，[N/K]表示取整数部分，每个线程在拿到某一任务包后，将分成K次循环依次执行其中的K个单元任务；（3）对于所创建的P个任务包在L个线程之间进行任务调度时，L个线程初始会依次各拿到一个任务包，此时未处理的任务包为P-L个，当其中的某个线程处理完自己的任务包时，则会请求新的任务包；调度时利用全局变量g_num来表征目前未处理任务包数目，每个线程通过互斥锁的方式来争抢任务包资源，当某个线程互斥锁加锁成功则表示其抢到了相应序号的任务包，同时将任务包数目g_num减一，再解除互斥锁，完成一次加解锁过程的线程根据自己所抢到的序号，在相应内存地址上读取数据，依次执行完该任务包中的K个单元任务，当线程检查到任务包数目g_num变成0时，则表示所有任务包都已经处理完毕，相应线程执行退出操作；（4）当全网节点都处理完毕时，输出路径规划的结果并下传全网路径规划数据到主机系统，以供路径规划在线服务程序查询。

与现有技术相比，本发明利用大量的线程加速全网路径规划算法的执行，同时本发明提出了全网路径规划并行化实现动态任务调度的方式，进一步的优化了程序的执行过程，提升了并行化执行的效率，最后本发明又利用MIC的native执行模式，在路网数据以及路径规划结果不超过MIC的内存时，可以比较方便的应用MIC协处理器实施相应的加速，很好的满足了中小城市城域内智能交通的路径规划需求。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

图1为本发明在在MIC上执行的程序流程图；

图2为本发明的动态任务调度示意图；