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《湖南大学》 2009年
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地下管网最短路径的算法研究及实现

许亮  
【摘要】:随着城市建设的飞速发展,城市原有的地下管网已经远远满足不了城市发展的需要,旧管网的更新、新管网的设计施工、新区的管网规划都需要准确掌握地下管网的现状,而传统采用图纸、图表等形式管理的管网中存在许多问题。而地理信息系统(Geographical Information System,简称GIS)是一种在计算机硬软件支持下,以空间数据库为基础,运用系统工程和信息科学的理论,对空间数据进行科学管理和综合分析,为规划、决定、管理和研究提供信息的技术系统。最短路径算法作为该领域中选择最优问题的基础,在地下管网系统中占有重要地位。 本文从地下管网管理和空间分析的现状和实际需求出发,在实现了对地下管网的矢量地图表达、网络拓扑结构的提取和构建的基础上,针对地下管网“一到多”的特征,利用网络通信中的多播思想,提出将多播路由算法应用到地下管网空间分析中,从而达到使地下管网的某些代价如管网路径长度、投资费用等最小的目的,即解决地下管网的最小生成树问题。 本文的主要工作包括以下几个方面: 1)概述GIS的发展与应用中的问题,指出网管规划过程面临的挑战和处理策略。分析地下管网的特点,对基于地下管网的最短路径分析的各项关键技术进行了深入的探讨和研究。其中,重点研究了地下管网的矢量地图表达、网络拓扑结构的提取和构建等关键技术。 2)结合目前地下管网空间分析中最短路径算法过于简单和粗糙的现状,提出将经典的KPP多播路由算法应用到地下管网的最短路径分析当中,并证明与传统的Dijkstra算法和Froyd算法相比,KPP算法所产生的从源节点到多个目的节点路径和较小。 3)针对地下管网中路径长度和投资费用的关系,提出了改进的KPP算法,优化算法构成的生成树,最终得到一颗低投资的满足路径长度约束的“多播树”。采用MapBasic语言,实现了基于MapInfo7.0平台的算法性能仿真。结果表明改进的KPP算法在最好情况下相比KPP算法投资费用优化9%到10%,最坏情况下不会差于KPP算法,从而验证了算法的有效性。
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TU990.3

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