CN103294909A - 基于共享度的分离路径计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于共享度的分离路径计算方法，主要解决了现有技术中存在的路网中各道路负载不均衡，导致某些共享链路上出现拥堵，而另外的链路十分通畅，对道路资源造成了极大浪费的问题。其包括以下步骤：根据路网的网络拓扑计算路网中K条路径的链路共享度；使用最小代价流算法找出流值为K的最小代价流，并根据该最小代价流为图G （ V，E，W ）进行路网容量配置，其中，G为路网拓扑，V表示顶点集合，E表示边集合即链路集合；根据配置好的路网容量进行拓扑运算，恢复K条分离路径。通过上述方案，本发明达到了有效平衡城市路网中负载的流量，缓解了城市道路的交通阻塞，提高了城市路网通行能力的目的，具有很高的实用价值和推广价值。

Description

基于共享度的分离路径计算方法

技术领域

本发明涉及一种分离路径计算方法，具体地说，是涉及一种基于共享度的分离路径计算方法。

背景技术

随着社会的不断发展、人们的生活水平日益提高，车辆作为一种常用的交通工具已成为人们生活中所不可或缺的必需品，车辆的日益普及也造成了一系列的交通问题，其中，最为突出的问题是由于车流量过大而造成的交通堵塞， 城市交通的日益拥堵给城市建设和市民生活带来诸多问题，特别是近年来个人汽车消费提升较快，而土地资源较为稀缺，造成高密集居住环境与高流量交通供求之间的矛盾，导致交通拥堵问题已成为严重阻碍城市进一步发展的一个重要因素。在交通路网中，寻找任意两点间最优路径是出行导航的基本功能，但是，在路网中从同一个节点出发的车辆如果都选择这条最优路径，仍然会有可能造成交通的拥堵。

由此可知，在交通路网中，只寻找任意两点间的最优的一条路径无法有效缓解城市的交通拥堵问题，而在现有的路径算法中，一般就是只求最优的那一条路径，在车辆较少的情况下，这种方法有很好的效果；也有求出K条最优路径的方法，车辆根据自身的要求可以选择对自身要求来说的最优的一条路径，避免了在路网上从同一个节点出发的车辆都选择同一条路径，但是求出的K条路径中有共享的链路，也就是这K条路径都会经过某条链路。在路网中，因为都要经过这些共享的链路，导致路网的负载不均衡，同样会造成在这些共享链路上出现拥堵，而在另外的链路上非常通畅甚至没有车辆的情况，对道路资源造成了极大浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于共享度的分离路径计算方法，主要解决现有技术中存在的路网中各道路负载不均衡，导致某些共享链路上出现拥堵，而另外的链路十分通畅，对道路资源造成了极大浪费的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

基于共享度的分离路径计算方法，包括以下步骤：

（1）根据路网的网络拓扑计算路网中K条路径的链路共享度；

（2）使用最小代价流算法找出流值为K的最小代价流，并根据该最小代价流为图G（V，E，W）进行路网容量配置，其中，G为路网拓扑， V表示顶点集合，E表示链路集合，W表示边的权重的集合；

（3）根据配置好的路网容量进行拓扑运算，恢复K条分离路径。

步骤（1）中，所述链路共享度通过以下步骤得出：

(1a)将路网中的某一条链路用符号e表示，将路网中的某一条路径用符号                                                

表示，根据链路e是否出现在路径

中给出以下定义： 

；

（1b）将路网中某几条路径的集合用P表示，其中，

，根据

计算出链路e在路径集合P中的共享度；

（1c）根据

计算出链路e被路网中各路径所共享的总链路共享度

，并根据

计算出路网中K条路径的最大链路共享度δ(p)。

所述步骤（1）中， K条路径的最小链路共享度由以下目标函数得出：Minimize 

，其中，指各路径的代价，其满足以下条件：其满足以下条件：

（i1）最大链路共享度δ(p)最小；

（i2）最大总链路共享度Δ(p)最小；

其中，条件（i1）的优先级高于条件（i2）的优先级。

所述步骤（2）具体包括以下步骤：

（2a）运行最小代价流算法，计算路网中两点间的流值为K的最小代价流f*；

（2b）根据最小代价流算法的计算结果配置路网中各链路的容量：将f*流过的链路的容量设置为f*流过其的流量，将f*未流过的链路的容量设置为0。

所述步骤（3）具体包括以下步骤：

（3a）判断K是否大于0，若大于0则进行步骤（3b），否则结束；

（3b）将图G（V，E，W）上链路容量为0的链路的权重设置为无穷大；

（3c）计算出最短路径，并将最短路径放入路径集合中；

（3d）将最短路径上经过的链路的容量减1，K减1，并返回步骤（3a），直至得出最终分离路径集合。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）通过使用本发明中的算法，能够将从同一节点出发的车辆分散到多条最优分离路径中，起到分流效果，从而有效避免了车辆拥堵在某条路径或者某条链路上，起到负载平衡的作用，有效减轻了城市道路的交通阻塞，符合实际需求。

附图说明

图1为本发明的整体流程示意图。

图2为本发明中最大流值的算法流程示意图。

图3为本发明中最小代价流的算法流程示意图。

图4为本发明中路径恢复的流程示意图。

图5为本发明-实施例中寻找两条从s到t的分离路径示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例

为了解决城市交通日益拥堵的问题，本发明提供了一种基于最小共享度的K条最优分离路径的计算方法，如图1所示，该方法包括：计算路网中任意两节点（出发点和目的点，本发明中用源节点和宿节点进行表示）间的K条路径的链路共享度；根据链路共享度，用最小代价流算法为路网配置容量；根据配置好的容量拓扑恢复K条最优的尽量分离路径，该方法令车辆有多条分离的路径可以选择，能有效平衡城市路网中负载的流量，减轻和缓解了城市道路的交通阻塞，大大提高城市路网的通行能力。

本发明的具体实现方法如下：

步骤一、将路网中源节点s到宿节点t的每一条路径看作一流值为1的流，计算两点间K条路径的最大链路共享度，即根据路网承载最大流量的边（即链路，本实施例中将链路统称为边）上的容量来界定K条路径的最小链路共享度，因而，计算最小链路共享度可以转换为：每条边e最少配置多少容量便可使两点间的最大流值不小于K，如图2所示，其计算方法如下：

（1）将每条边的容量配置为lim，将每条边的最大流值MaxFlow设置为0；

（2）判断是否有最短路径，有最短路径则进行步骤（3），没有最短路径则返回MaxFlow；

（3）更新MaxFlow，使MaxFlow=lim+MaxFlow；

（4）沿着最短路径更新边的容量，即将边的容量设为0；

（5）将容量为0的边设为不能通过，转到步骤二。

步骤二、使用最小代价流算法找到流值为K的最小代价流，并根据该最小代价流为图配置容量，如图3所示，其计算方法如下： 

（1）若步骤一的计算结果为0，则表明拓扑中存在从源节点到宿节点的K条最优分离路径，否则，K条路径间必然存在共享链路，不存在K条最优分离路径，此时，减少K的值，直到链路共享度为0；

本发明中，将路网拓扑记为G，在图G中按照(cost，capacity)=(l(e)，1)的方式为每一条边设置代价和容量，这里的代价是以距离作为代价；其中，cost指代价；capacity为容量；根据实际需求，此处代价也可以为时间；

（2）运行最小代价流算法，计算出两点间的流值为K的最小代价流f*；

（3）根据最小代价流算法的计算结果，配置边的容量：对于f*流过的边，其容量就设置为f*流过它的流量；对于f*没有流过的边，容量设置为0。

如图4所示，这里用到的最小代价流算法主要由以下步骤完成：

（1）初始化各个节点Pi值为0，各个边是以距离作为代价；

（2）判断K是否大于0，大于0，则转到步骤（3），否则结束；

（3）计算所有节点到源节点的距离d，更新Pi，使Pi=Pi-d；

（4）算出从源节点s到宿节点t的最短路径；

（5）得到

为K和边容量的最小值；

（6）沿着最短路径扩展

单位流量，即沿着路径P更新边的容量，将容量减去

，并将容量为0的边设为不能通过；

（7）更新K，使得

，更新代价，使得代价为

，转到步骤（2），重复运算，直至完成容量配置。

步骤三、根据步骤二的容量配置结果，恢复出对应于图G的K条最优路径，其具体步骤如下：

（1）判断K是否大于0，大于0，转到步骤（2），否则结束；

（2）将图G上的边的容量为0的权重设为无穷大；

（3）算出最短路径，并将该最短路径放入路径集合中；

（4）将最短路径上经过的边的容量减1，K减1，转到步骤（1）重复运算；

之后得出的路径集合就是需要求得的K条最优分离路径。

为了更好地进行说明，本发明中以顶点为4个，链路为5个，链路代价为cost，链路容量为capacity时，寻找两条从源节点s到宿节点t的最优分离路径，即K=2为例，其计算方法如下：

如图5所示，根据最小链路共享度的计算方法可以得出链路共享度为0；调用最小代价流算法之后，得出流值为2的最小代价流为s-u-t和s-v-t；根据最小代价流结果重新配置容量、并进行路径回复算法后，可算出两条分离路径P={s-u-t；s-v-t}。

上述技术方案中，对于步骤二中的代价也可设置为以时间为代价，因为在实际的城市交通路网中，车辆出行时，司机对道路的选择会有不同的喜好，有喜欢选择距离最短的，有喜欢选择时间最短的，因此给出了基于时间或者距离的代价来求K条路径，而步骤一和步骤三不变，由于以时间为代价进行计算的方式与距离类似，因而在此不作更多说明。

按照上述实施例，便可很好地实现本发明。

Claims (5)

1.基于共享度的分离路径计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）根据路网的网络拓扑计算路网中K条路径的链路共享度；

（2）使用最小代价流算法找出流值为K的最小代价流，并根据该最小代价流为图G（V，E，W）进行路网容量配置，其中，G为路网拓扑， V表示顶点集合，E表示链路集合，W表示边的权重的集合；

（3）根据配置好的路网容量进行拓扑运算，恢复K条分离路径。

2.根据权利要求1所述的基于共享度的分离路径计算方法，其特征在于，步骤（1）中，所述链路共享度通过以下步骤得出：

(1a)将路网中的某一条链路用符号e表示，将路网中的某一条路径用符号                                               表示，根据链路e是否出现在路径

中给出以下定义： 

；

（1b）将路网中某几条路径的集合用P表示，其中，

，根据计算出链路e在路径集合P中的共享度；

（1c）根据

计算出链路e被路网中各路径所共享的总链路共享度

，并根据

计算出路网中K条路径的最大链路共享度δ(p)。

3.根据权利要求2所述的基于共享度的分离路径计算方法，其特征在于，所述步骤（1）中， K条路径的最小链路共享度由以下目标函数得出：Minimize 

，其中，

指各路径的代价，其满足以下条件：

（i1）最大链路共享度δ(p)最小；

（i2）最大总链路共享度Δ(p)最小；

其中，条件（i1）的优先级高于条件（i2）的优先级。

4.根据权利要求3所述的基于共享度的分离路径计算方法，其特征在于，所述步骤（2）具体包括以下步骤：

（2a）运行最小代价流算法，计算路网中两点间的流值为K的最小代价流f*；

（2b）根据最小代价流算法的计算结果配置路网中各链路的容量：将f*流过的链路的容量设置为f*流过其的流量，将f*未流过的链路的容量设置为0。

5.根据权利要求4所述的基于共享度的分离路径计算方法，其特征在于，所述步骤（3）具体包括以下步骤：

（3a）判断K是否大于0，若大于0则进行步骤（3b），否则结束；

（3b）将图G（V，E，W）上链路容量为0的链路的权重设置为无穷大；

（3c）计算出最短路径，并将最短路径放入路径集合中；

（3d）将最短路径上经过的链路的容量减1，K减1，并返回步骤（3a），直至得出最终分离路径集合。

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