基于GIS的城市道路网最短路径算法探讨

《基于GIS的城市道路网最短路径算法探讨》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于GIS的城市道路网最短路径算法探讨（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第G0G1卷 第G0期G0G2G2G2年G0月计 算 机 学 报G3G4G5G6G7G8G7G9GAG3GBGCGDGEGFG7G10G8G11G12G13G14G0G1G6G12G14G0G15G15G15G15G15G15G15G15G15G15G15G15G15G15G15G15G15G15G15G15G15G15G15G15G15G15G15G15G15G15G15G15G15G15G15G15G15G15G15G15G15G15G15G15G15G15G15G15G15G15G15G15G15G15G15G15G15G15G15G15G15G15G15G15G15G15G16G17G

2、18G14G0G2G2G2基 于G19G1AG1B的 城 市 道 路 网 最 短 路 径 算 法 探 讨严 寒 冰 刘 迎 春G1C浙 江 工 程 学 院 电 子 与 自 动 化 系 杭 州G1G1DG2G2G1G1G1E收 稿 日 期G1FG1DG20G20G20!G2G1D!G1DG1D修 改 稿 收 到 日 期G1FG1DG20G20G20!G1DG1D!G0G1G14严 寒 冰#女#G1DG20$G1年 生#获 博 士 学 位#副 教 授#目 前 主 要 研 究 方 向 为 图 像 处 理%&G5G8应用 和 多 媒 体 教 学G14刘 迎 春#女#G1DG20(年 生#获 硕 士 学

3、 位#助 教#研 究 方 向 为&G5G8应 用%数 据 库 技 术#现 在 浙 江 工 业 大 学 工 作G14摘 要 文 中 从 城 市 道 路 网 络 的 特 点 出 发#分 析 了 道 路 路 段 间 的 连 通 关 系#得 出 一 种 求 城 市 道 路 网 络 两 节 点 间 的最 短 路 径 的 算 法G14算 法 的 复 杂 度 与 网 络 节 点 数)成 线 性 关 系#即*G1C)G1EG14最 后 通 过 在&G5G8软 件GC+,G5-.G12中 编 制 的 算法 程 序 实 例#验 证 了 算 法 的 实 用 性 和 可 靠 性G14关 键 词 最 短 路 径#城 市

4、 道 路 网 络#&G5G8#算 法中 图 法 分 类 号G1FGFGDG1G20G1D/012/3456789:;567=4G1B9568?87=AB78CDEF5A018GAE15=G19G1AG1BH1?9=5354CIJG6G4+-!KL-M NG5GEIL-M!G3OP-G1CQRSTUVWRXVYZRVUYX_TXabVYWTVYX#cdReTXfgX_VVbVRYZhRXRTXiRdXYYfj#kTXfldYbG1G1DG2G2G1G1G1E/mE86A?8 GFOLn+opLqG13G17rLnqPnnG17n+-G17s+G13MG12oLpOtsOLqOMG17pnpOG1

5、7nOG12opG17np,+pOG18G17psG17G17-psG12,G12L-pnL-+qLpuDnoG12+r-G17pG14GFOLn+G13MG12oLpOtLnG18+nG17rG12-pOG17MG17G12Mo+,OLqoG17G13G17v+-qG17oG17G13+pLG12-nOL,+!tG12-MoG12+rnL-pOG17oG12+r-G17pG14GFOG17,oG17nG17-pG17r+G13MG12oLpOtDnqG12t,G13G17wLpuLnxPnp,oG12,G12opLG12-pG12pOG17-Pt!G18G17oG12.-G12rG17nL-

6、pOG17oG12+r-G17psOLG13G17qG12-vG17-pLG12-+G13nOG12opqPp+G13MG12oLpOtDnqG12t,G13G17wLpuLn,oG12,G12opLG12-pG12pOG17,G12sG17oG12.pOG17-PtG18G17oG12.-G12rG17nG14JppOG17G17-rG12.pOG17+opLqG13G17#Lp,oG12vLrG17nnG12tG17L-np+-qG17sOLqO,oG12vG17pO+ppOG17+G13MG12oLpOtLn+,G13LG17r+-roG17G13L+G18G13G17G14y1C256

7、E nOG12opqPp#qLpuDnoG12+r-G17p#&G5G8#+oLpOtG17pLqz引 言通 常 的 最 短 路 径 算 法#往 往 是 建 立 在 抽 象 的 数学 模 型 之 上#即 网 络 模 型G14在 这 种 网 络 模 型 上#实 际的 路 径 被 抽 象 为 网 络 中 的 一 条 边#实 际 路 径 的 长 度与 网 络 边 的 长 度 可 以 不 成 比 例#以 边 的 权 值 来 表 征路 径 的 长 度G1C或 其 它 特 征G1E#在 该 网 络 上 求 某 点 到 其它 任 一 点 的 最 短 路 径 的 方 法#被 称 为 最 短 路 径 算法G14

8、最 短 路 径 问 题G1D|在 数 学 中 被 认 为 是G6GD问 题#各种 算 法 即 使 是 较 优 的 狄 克 斯 特 累 算 法G1CLxnpo+Dn+G13MG12oLpOtG1E在 求 解 时 都 有 可 能 准 备 搜 索 所 有 的 网 络节 点#在 网 络 节 点 数 较 大 情 况 下#其 算 法 的 时 间 花 费成 倍 甚 至 幂 次 增 长#很 难 满 足 实 际 运 算 的 需 要G14本 文 在 对 城 市 道 路 网 络 进 行 大 量 分 析%实 验 的基 础 上G0|#认 为 过 于 抽 象 的 网 络 模 型 忽 略 了 道 路 网络 中 某 些 内

9、在 的 拓 扑 信 息#如 边 之 间 的 相 对 位 置 关系 等G14在 对 道 路 网 络 进 行 一 定 数 学 抽 象 的 基 础 上#建立 了 一 个 基 于 地 理 相 对 关 系 的 数 学 模 型#提 出 了 几 种较 优 的 求 城 市 道 路 网 络 最 短 路 径 算 法#适 用 于 不 同 的求 解 条 件G14通 过 算 法 检 验G1|#给 出 了 算 法 的 时 间 花 费#并 在 实 际 应 用 中 证 明 了 算 法 的 实 用 性 和 可 靠 性G14G0模 型 的 建 立城 市 交 通 枢 纽 主 要 由 街 道 和 河 流 组 成G1但 重 点为 街

10、道 的 集 合G2交 通 图 主 要 由 众 多 街 道 相 交G3相 连 而构 成G1并 组 成 纵 横 交 织G3错 综 复 杂 的 城 市 交 通 网 络图G2在 交 通 网 络 图 中G1街 道 间 的 地 理 位 置 关 系 相 当 复杂G1一 条 街 道 可 能 与 若 干 条 街 道 相 交G3相 连G1且 其 相交G3相 连 的 模 式 复 杂G2为 了 避 免 过 多 地 考 虑 街 道 间 的拓 扑 关 系G1在 本 文 中 抽 取 交 通 网 络 图 中 街 道 交 叉 路口 作 为 分 析 的 对 象 之 一G1并 对 分 析 的 另 一 对 象G4G4街 道G1以 交

11、 叉 路 口 为 点 进 行 分 割G1成 为 路 段G2这 样G1整个 网 络 图 将 由 交 叉 路 口 点 和 路 段 组 成G1并 定 义 交 叉路 口 点 为 网 络 的 节 点G1路 段 为 网 络 的 边G2在 一 张 城 市交 通 网 络 图 上G1从 自 然 的 角 度 可 得 出 以 下 特 点G5G6G7G8网 络 中 节 点 和 边 的 数 目 都 远 在G7G9G9个 以 上GAG6GBG8在 城 市G7GCG7G9G9G9G6或 以 上G8的 地 图 上G1路 段G6网络 边G8是 近 似 直 线 或 弧 度 数 不 大 的G6特 别 在 经 过 规 划的 现 代

12、大 都 市G8GAG6GDG8网 络 的 拓 扑 关 系 复 杂GAG6GEG8边 通 常 是 双 向 可 通 的G2根 据 以 上 城 市 交 通 网 络 的 特 点G1可 做 如 下 的 分析 假 设G5G6G7G8所 有 的 路 段G6边G8都 是 直 线G2对 于 弧 度 数 稍大 的 路 段G1为 了 求 解 弧 段 间 夹 角 的 方 便 并 使 所 得 的夹 角 能 正 确 反 映 弧 段 间 的 相 对 位 置 关 系G1可 通 过 在路 段 的 拐 点 处 加 一 个 节 点 的 方 法 来 减 小 弧 度 数G1如图G7所 示G1节 点G7G3GB之 间 的 路 段 的 弧

13、 度 较 大G1在 路 段上 加 一 节 点GDG1把 原 来 的 路 段 分 割 为 两 个 弧 度 相 对较 小 的 路 段G2即 在 网 络 中 增 加 一 个 节 点G1把 一 条 边 分为 两 条 边G1每 条 边 都 可 看 做 直 线 进 行 求 角 度 的 运 算G1但 边 的 其 它 属 性G6如 长 度G8仍 由 弧 段 的 属 性G6如 曲 线长 度G8来 表 征GAG6GBG8边 都 是 双 向 可 通 的GAG6GDG8节 点 都 为 实 节 点G2节 点G7节 点GB加 入 节 点GD图G7加 节 点 减 小 弧 度 数城 市 交 通 网 络 图 是 一 张 矢 量

14、 化 的 城 市 道 路 交通 地 图G2在 桌 面 地 理 信 息 系 统 软 件GFG10G11G12G13G14G15中 对 城市 道 路 交 通 地 图 的 扫 描 图 进 行 矢 量 化 处 理G1抽 取 出城 市 交 通 网 络 的 节 点 和 边G1即 地 图 中 的 路 段 交 叉 点和 路 段G2网 络 中 节 点 和 边 的 拓 扑 关 系 通 过 节 点 和 边的 属 性 字 段 值 来 定 义G1即 在 节 点 的 属 性 字 段 中 有 相交 边 的 信 息G1以 及 节 点 的 相 对 地 理 坐 标G6G16G1G17G8GA在边 的 属 性 字 段 中 有 边

15、的 起G3止 节 点 的 信 息 以 及 该 边的 权 值G6如 长 度G8G2这 些 属 性 值 的 赋 予G1可 通 过GFG10G11G18G12G13G14G15的 编 程 语 言GFG10G11G19G10G1AG1BG1CG1DGEG1E编 程 实 现G2在GFG10G11G12G13G14G15中 打 开 地 图 窗 口G2即 可 看 到 一 张 清 晰 的 城 市 交 通 电子 地 图G2G1F准 备 算 法G6求 最 短 路 径 的 最 差 解G20!#$%&!()#*!+G8G1FG2,算 法 原 理 与 描 述从 几 何 学 中 知 道G1两 点 间 直 线 最 短G2在

16、 错 综 复 杂的 道 路 网 上G1任 选 两 点G1其 最 短 的 路 径 可 暂 设 为 一 条从 起 点 到 终 点 的 直 线G1但 实 际 上 这 条 直 线 作 为 一 段道 路 存 在 的 可 能 性 极 小G1但 这 条 从 起 点 到 终 点 的 直线 代 表 了 一 个 路 线 的 趋 势G1顺 着 这 个 方 向 的 某 条 道路 是 最 短 路 径 的 可 能 性 较 大G2在 图GB中G1求-点 到.点 的 最 短 路 径G1-.是连 接 起 点-和 终 点.的 直 线G1-.的 长 度 应 为-点到.点 的 最 短 路 径 长 的 下 限 值G1如 果-.直 线 作 为网 络 的 一 条 边 存 在G1则-.直 线 即 为-点 到.点 的最 短 路 径GA如-.不 是 网 络 中 的 一 条 边G1则 在 准 备 算法 中G1从 起 点-出 发 找 到 一 条 边G1该 边 与-.的 夹角 最 小G1即 取/ /01G6-.G1-2G8034G1BG13567/G601G6-.G1-2/