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常见路径规划算法介绍

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常见路径规划算法介绍

2024-05-26 09:28:18

1.Query

? 从起终点开始执行双向搜索
? 沿着 node hierarchy 向上 的顺序搜索

2. Path Unpack

将shortcut解压为原始路径

? 为解决 CH 权值更新慢的问题, 2016 KIT 提出 CCH 算法
? CCH 算法分为三个阶段:
1.Preprocessing 与权值无关的预处理阶段

使用Inertial Flow算法计算node order,可离线运行,保存到文件供在线定制查询使用。

2.Customization 与权值相关的定制化阶段

权值变化时使用变化后的权值更新权值相关的metric(定制化),支持并行更新和增量更新

3.Query 查询阶段

CH算法相同,双向搜索然后unpack path

CCH特点:

预处理数分钟到数小时,定制化秒级,查询毫秒级

可以很好地适应权值变化,支持多套权值,易于扩展

? 2013 年微软研究院 Delling 等三位工程师提出
? 应用于大陆级别的实际路网数据
? 支持任意类型权值类型 (metric)
? 响应时间满足实时查询的需求
? 快速的路况更新以及定制化 metric 更新
? 基于图分割的路径规划算法,把路网处理为多层 overlay graph

分为三个阶段:

1. Preprocessing: Metric 独立的预处理阶段(图分割)
2. Customization: Metric 相关的定制化阶段(更新 metric

? ? ? ? 3.Query: 查询阶段

2.3.1?Overlay Graph(覆盖图)

覆盖图的特点:

? 一个 node 属于且仅属于同一层的唯一一个 cell
? 每一层 cell 中的 node 数小于设定的参数 U( 每层不一样 )
? 一个 cell 的高层的 cell 记为 supercell, 对应的低层的 cell 记为 subcell
? cell 边界的所有 node 记为 boundary vertex, 相同 level 连接不同 cell 的边记为 boundary arc
? 对于 cell 中每两个 boundary vertex 在当前 cell 内计算最短路径,这些最短路径记为 shortcut clique

level-l中的所有boundary arc以及所有shortcutlevel-(l-1)的覆盖图

2.3.2?覆盖图剪枝

保存cell中每一个clique有些浪费,很多不在最短路径上,可以对其剪枝

reduction: 针对每两个boundary vertex在本层graph上进行Dijkstra搜索,把不是shortcut 的边删除。

skeleton graph:针对每个boundary vertex计算到当前cell内其他boundary vertex的最短路径树,最后对所有的最短路径树求并集构造为 skeleton graph

? 2.3.3?预处理阶段

使用PUNCH算法将图分割为多层overlay graph,存储为辅助数据,供定制化和查询使用
图分割的目标是overlay graph中boundary arc的数目尽量少,这会使定制化阶段耗费的时间和空间更少,路径查询更快
PUNCH算法的原理是利用路网中自然分割(河流,山川,高速公路)作为启发因子进行分割。
预处理结果为一个多层的overlay graph, 每一个node都存在于各个level的cell中,每个level中boundary vertex不同。一个cell有p个入口节点,q个出口节点,就会有p*q个shortcut。

? 2.3.4 定制化阶段?

采用自底向上的方式更新各个level中每个cell的shortcut权值
定制化与查询同时进行,因此定制化需要足够快
加速定制化的方法:

? Improving Locality
? 对搜索图进行剪枝
? 使用其他搜索算法( spfa 等)
? Multiple-source executions
? 并行计算
? Phantom Levels
? 定制化的 ch 算法加速
? 增量更新

2.3.5?查询阶段

? Query

找出node v与起终点没有交集的最大levelquery level),迭代搜索。

? Unpack

crp 为了节省内存,没有存储shortcut 对应的原始路径,需要双向搜索计算出shortcut中的原始路径

Contraction Hierarchies: Faster and Simpler Hierarchical Routing in Road Networks

Customizable Route Planning in Road Networks?

Customizable Route Planning

Customizable Contraction Hierarchies

Graph Partitioning with Natural Cuts

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