shanxi-resilience-pgrouting

name	shanxi-resilience-pgrouting
description	陕交控项目专用 pgRouting 路网优化工具 - 基于 PostgreSQL + PostGIS + pgRouting 构建高速路网拓扑，支持最短路径、Top N 路径、排除节点查询等高性能路径分析功能

陕交控项目 - pgRouting 路网拓扑优化 Skill

前置必读

执行本 Skill 前，必须先阅读 docs/数据表说明.md，重点关注以下表的字段定义和查询示例：

• dwd_tom_noderelation — 路网拓扑结构明细表（源数据）
• dwd_tom_network_edges — pgRouting 边表
• dwd_tom_network_vertices — pgRouting 节点映射表
• dim_tom_noderelation_version — 路网版本配置表

禁止凭记忆假设字段名（如 enRoadNodeId vs enroadnodeid），必须以 docs/数据表说明.md 中的数据字典为准。

概述

本 Skill 用于高速路网拓扑结构的 pgRouting 性能优化，支持收费单元的上一个/下一个单元查询，以及两收费单元间的路径查询。

核心能力

1. pgRouting 拓扑构建

• 从 dwd_tom_noderelation 转换为 pgRouting 格式
• 构建节点映射表 dwd_tom_network_vertices
• 构建边表 dwd_tom_network_edges
• 支持多版本数据（202312-202512）

2. 路径查询函数

函数名	功能	性能	算法
find_shortest_path_pgr	单条最短路径	~22ms	Dijkstra
find_top_n_paths_pgr	Top N 路径	~81ms	贪婪算法
find_shortest_path_excluding	排除节点查询	-	Dijkstra
get_next_sections	获取下一个节点	-	SQL
get_prev_sections	获取上一个节点	-	SQL

3. 贪婪算法实现

原理: 每次找最短路径，然后禁用该路径经过的节点，重复 N 次

SQL 排除条件:

NOT (source = ANY(v_exclude_nodes) OR target = ANY(v_exclude_nodes))

• 边的任意一端被禁用就排除该边
• 注意：不是 ALL，是 ANY

数据库表结构

节点映射表

dwd_tom_network_vertices (
  id BIGSERIAL PRIMARY KEY,          -- pgRouting 节点ID
  original_node_id VARCHAR(32),      -- 原始节点ID
  version_yyyyMM VARCHAR(6),          -- 版本年月
  node_type INT,                      -- 节点类型
  node_name VARCHAR(100)              -- 节点名称
)

边表

dwd_tom_network_edges (
  id BIGSERIAL PRIMARY KEY,          -- pgRouting 边ID
  source BIGINT,                      -- 起点节点
  target BIGINT,                      -- 终点节点
  cost FLOAT,                         -- 正向代价（里程）
  reverse_cost FLOAT,                  -- 反向代价（1e9单向路网）
  version_yyyyMM VARCHAR(6),          -- 版本年月
  original_enRoadNodeId VARCHAR(32), -- 原始入口节点
  original_exRoadNodeId VARCHAR(32), -- 原始出口节点
  miles INT                           -- 里程（米）
)

使用示例

1. 构建拓扑

uv run python scripts/build_tom_network_pgr.py

2. 最短路径查询

SELECT * FROM find_shortest_path_pgr(
    'G007061003000210',    -- 起点
    'G004061002000910',    -- 终点
    '202512'               -- 版本
);

3. Top N 路径查询

SELECT * FROM find_top_n_paths_pgr(
    'G007061003000210',
    'G004061002000910',
    '202512',
    5
);

4. 排除节点查询

SELECT * FROM find_shortest_path_excluding(
    'G007061003000210',
    'G004061002000910',
    '202512',
    ARRAY['G007061003000420']  -- 排除的节点
);

5. 相邻节点查询

-- 获取下一个节点
SELECT * FROM get_next_sections('G007061003000210', '202512');

-- 获取上一个节点
SELECT * FROM get_prev_sections('G007061003000210', '202512');

关键文件

文件路径	说明
sql/ddl/dwd/create_dwd_tom_network_pgr.sql	pgRouting 表结构
sql/pgrouting/build_tom_network_topology.sql	拓扑构建函数
sql/pgrouting/query_functions_pgr.sql	最短路径函数
sql/pgrouting/query_top_n_paths_pgr.sql	Top N 路径函数
sql/pgrouting/query_functions_excluding.sql	排除节点函数
sql/pgrouting/helper_functions.sql	辅助函数
scripts/build_tom_network_pgr.py	拓扑构建脚本

性能对比

查询类型	递归CTE	pgRouting	提升
30节点最短路径	~30s	~22ms	1300x
Top 5 路径	>5min	~81ms	3700x

常见问题

Q: 为什么只返回1条路径？

A: 检查排除条件是否使用了 ALL，应该使用 ANY：

-- 错误：两边端点同时被禁用
WHERE source = ALL(v_exclude_nodes) AND target = ALL(v_exclude_nodes)

-- 正确：任意一端被禁用
WHERE NOT (source = ANY(v_exclude_nodes) OR target = ANY(v_exclude_nodes))

Q: pgRouting 支持 KSP 吗？

A: pgRouting 3.3.1 不支持 KSP，使用贪婪算法作为替代方案。

Q: 路径里程异常高？

A: 路网中存在环路，贪婪算法可能找到绕路很长的替代路径，这是正常现象。

调用方式

skill: shanxi-resilience-pgrouting

项目上下文

• 项目: 陕交控多路段改扩建韧性提升项目（一期）
• 技术栈: PostgreSQL 15 + PostGIS 3.5.3 + pgRouting 3.3.1
• 数据规模: 5个版本，约20,130条拓扑关系
• 测试节点: 起点 G007061003000210，终点 G004061002000910