Finding the First K Shortest Loopless Paths in a Transportation Network

The K-shortest path algorithms are largely classified into two groups: oneis for finding loopless path (simple path), another loop paths. In terms of cimputational complexities, in general the loop-paths-finding ones are considered more efficient and easier to be handled than the loopless-paths-finding. The entire path deletion methods have been known as the best efficient algorithms among the proposed K-shortest path algorithms. These algorithms exploit the K-th network transformation to prevent the same path, which was already selected as the (K-1)th path, from being redetected. Nevertheless, these algorithms have a critical limitationto be applied in the practical traffic networks because the loops, in which the same modes and links can be unlimitedly repeated, are not preventable. This research develops a way to be able to selectively control loop-paths by applying link-label. This research takes an advantage of the link-based shortest path algorithms that since the algorithms can take care of two links simultaneouslyin the searching process, the generation of loops can be controlled in the concatenation process of the searched link and the preceded link. In concatenation of two links, since the precede link can be treated a sub-shortest to this link from the origination, whether both the node and the link of the searched link were already existed or not can be evaluated. Terefore, both the node-loopless path, in which the same node is not appeared, and the link-loopless, in which the same link is not appeared, can be separately controlled. Especially, the concept of the link-loopless path is expended to take into consideration reasonable route choice behaviors such as U-Turn, P-Turn, and Turn-Penalty, which are frequently witnessed in urban traffic network with intersections. The applicability of the proposed method is verified through case studies.

교통망에 적합한 K 비루프 경로 탐색 알고리즘

다수경로 알고리즘은 비루프경로(Loopless Path: 또는 Simple Path)와 루프경로(Loop Path)를 탐색하는 방안으로 대별된다. 알고리즘의 난이도 측면에서 일반적으로 비루프경로를 탐색하는 방안이 루프경로를 탐색하는 방안보다 많은 노력이 소요된다. 바꾸어 말하면, 루프경로 탐색방안이 알고리즘의 이해 및 활용성 측면에서 용이하다는 장점이 존재한다. 루프경로탐색방안에서 경로삭제방식(Path Deletion Method)이 가장 효율적인 알고리즘으로 알려져 있다. 경로삭제방식은 K번째의 최적경로를 탐색하기 위하여 K-1번째의 경로의 탐색금지 상황설정이 필요하며, 이를 네트워크의 변형된 확장형태(Enlarged Transform)를 통하여 추구하는 방식이다. 그러나 이 알고리즘은 경로상에 노드 및 링크의 반복이 허용되는 루프를 생성시켜 교통망에 적용하기에는 한계가 존재하는 단점이 있다. 본 연구에서 링크표지를 활용하여 루프를 제거하는 방안을 개발한다. 이를 위해 K-1번째 확장네트워크에서 링크표지를 갱신하는 과정에서 대상링크와 전 링크의 부분경로와의 관계를 고려하여 루프가 생성되지 않도록 링크표지를 확정하여 원천적으로 루프의 생성을 방지한다. 본 연구에서 제안하는 비루프 알고리즘은 노드비루프와 링크비루프로 구분되며, 노드비루프는 경로 상에서 노드의 반복이 존재하지 않는 일반적인 단순경로(Simple Path)를 의미하며, 링크비루프는 경로 상에 링크의 반복이 존재하지 않는 경로를 의미한다. 특히 링크비루프는 도시 교차로에서 발생하는 U-턴, P-턴의 덩굴망 통행행태를 설명하기 위한 중요개념으로 확대 정의된다. 사례연구를 통하여 제안된 알고리즘의 활용성을 검증한다.