CN101436211A - 基于缓冲区分析的城市道路网络数据增量识别方法及增量更新方法 - Google Patents

Abstract

本发明为基于缓冲区分析的城市道路网络数据增量识别方法及增量更新方法，道路网络数据增量信息的自动识别，步骤下：遍历新采集路网中的路段元素，并对每一个路段L生成路段缓冲区LB，将缓冲区LB与旧版本路网路段求交，得路段交集S，并作合并的缓冲区SB，分析L与SB的空间包含关系，确定L是否为几何增量数据；遍历旧版本路网中的路段要素，将每一个路段l与更新参考路网路段求交，得到更新参考路网中的路段交集s，对此路段交集s作合并的缓冲区sb，分析l是否为消除或部分消除路段；将所有增量数据拷贝至增量集合。按规则，完成增量数据集，根据产生的增量数据集对原道路网络数据自动进行增量更新。

Description

基于缓冲区分析的城市道路网络数据增量识别方法及增量更新方法

技术领域

本发明涉及交通行业等各个需要城市道路网络基础数据支持的专业领域，特别是一种基于缓冲区分析的城市道路网络数据增量识别与增量更新技术方法。

背景技术

以交通行业为例，基础道路网络数据是所有交通分析研究、规划设计的基础。我国社会与经济发展正处于高速增长时期，作为城市建设的一项重要内容，我国的城市道路建设也是日新月异，因此，每年对道路网络进行更新维护，以保证路网数据的现时性，是交通研究领域工作中基础之基础，而这项流程重复性很高的工作往往花费了大量的时间与人力，还很难保证数据的继承性等一些对行业应用效率会造成较大影响的实际问题。因此，一套能满足交通行业应用需求的道路网络自动更新技术方法与机制，对于节省每年时间与人力的投入、提高路网数据的质量，具有很强的实践意义。

基础路网的实地勘测更新需要大量的人力物力，目前主要有两个部门执行这方面的勘测工作：测绘院与专门的电子地图厂商。到交通、环境等行业分析与应用的层次，一般不再采取这种实地勘测的手段，而是从上述两个部门获取新数据从而对自身的行业数据库进行更新。以交通行业为例，目前用于交通研究领域的道路网络数据在传统城市交通道路网络数据更新与维护作业流程中，更新与维护的新数据依据主要来自于两方面来源：测绘院小比例尺地形图(一般为1:2000比例尺)中的道路层数据，或者目前越来越广泛使用的导航电子地图数据。由于测绘院地形图数据更新周期较长，一般为2-5年，而目前用于导航的电子地图生产厂商生产的路网地图一般更新周期为一年两次，数据现时性要好很多，因此目前交通领域的路网数据越来越多的以导航电子地图作为更新的数据依据。但无论参照哪种数据，每年交通部门对基础路网数据的实际更新工作都可概括为：对照新版的路网地图为新数据依据，对基于GIS的旧版本道路交通网络数据进行更新。

道路网络数据属于空间数据中的线要素矢量数据。目前对空间矢量数据的更新主要有两种方式：基于完全版本的全部更新方法与增量式更新方法。基于完全版本的全部更新方法是指通过时间戳对每一个版本的数据进行管理，需要对数据更新时，不依靠历史数据，而是直接对新来源数据进行行业加工处理后即作为新数据版本。而增量式更新方法是指在原有路网数据的基础上，只对变化的部分(增加、删除、修改要素)进行相应的更新处理。显然，增量式更新的数据存储结构与防止冗余性都要较好一些。

另外，由于用于导航的电子地图不关心基于路网的历史数据分析对比，只关心当前的路网形态，因此目前导航电子地图几乎全部采用的是全版本更新法。但是对各个路段的沿时间轴的前后对比交通数据分析研究是交通行业政府决策支持的一项重要工作，因此对于行业分析与应用来说，必须要求各个版本的基础路网数据之间具有良好的继承对应关系，这就进一步提出了对道路网络数据进行增量式更新的要求。

进行高效增量式更新的技术关键是增量部分信息的自动识别。增量识别是指针对不同版本的数据文件，识别出旧版本到新版本的变化部分的内容，以备旧版本数据更新的需要。目前用于矢量空间数据增量识别的方法有三种：

1.在数据生产与编辑环境平台的基础上，开发专门的编辑记录反应器，将数据更新过程中添加、修改和删除的对象及操作都自动记录到日志文件，为地图使用用户更新地图数据时，即可按照该日志文件进行增量更新；

2.对新旧版本数据的自动完全增量识别，以线形矢量空间数据为例，线要素由一串拐点组成，通过两个版本数据所有拐点及连接关系的对比分析，认为只要发生了一定变化(不管这种变化是位移、缩放、合并、断开等任何操作引起的结果)的线要素都归为被修改要素，将会处理为增量内容；

3.基于线模式匹配等更复杂的模式匹配算法来对新旧版本路网数据进行增量信息的自动识别，可用于实践的算法包括参照线与样本线间平均距离判别法、参照线与样本线围合面积判别法等模式判别算法。

但是这三种算法在应用于上述交通行业道路网络增量信息自动识别时，实用性都不太好。首先，算法1主要应用于数据生产厂商，需要将此编辑记录反应器嵌入到测绘院或地图厂商的数据生产环节中，才能对数据更新信息进行有效记录；其次，算法2虽然适合在数据使用方进行操作，但由于导航电子地图等路网数据都是每年重新进行数字化，且数据使用方每年的更新路网数据源也可能来自于不同生产单位，线形几何不可能完全一致，因此基于拐点对比的完全变化识别显然会高估增量数据信息量；算法3能从某种程度上解决算法2的问题，但针对道路网络数据，不同来源的路段数字化过程会带来不同的路段表现形式，如图1所示，粗直线L1线要素为旧版本路网中的一个路段要素，细折线L2与L3分别为更新参考路网中可能出现的两种路段要素情况，线中的小方块显示的是构成该线段的拐点。事实上L2表述的是该路段未发生变更，只是新参考数据中数字化的线型不太一致而已，而L3表示该路段发生了延伸性新建。如果采用平均距离的算法进行自动识别，L2与L1的平均距离Δ1＝111+112+113/nl_拐点数，而L3与L1的平均距离Δ2＝2/n2_拐点数，在n2_拐点数比n1_拐点数多的情况下，会出现Δ1>Δ2，即L2比L3更像是增量数据，计算机自动判断错误；如果采用围合面积的算法，则L2与L1的围合面积更是大于L3与L1的围合面积，同样难以正确判别。

发明内容

本发明的目的是为交通等非基础数据采集机构，但对基础路网的现时性和历史继承性要求很高的专业领域提供一种以各种来源新采集路网矢量数据为参考，进行快速、准确增量识别及增量更新的技术方法，从而大大减轻路网数据每年更新维护的时间与人力投入。

实现上述发明目的的增量识别的技术方案如下：

基于缓冲区分析的城市道路网络数据增量识别技术方法，即道路网中新建、改建或消除路段的自动识别方法包括如下步骤：

1).遍历新采集路网(更新参考路网)中的路段元素；

2).对每一个路段L生成路段缓冲区LB；

3).将缓冲区LB与旧版本路网路段求交，得到旧版本路网中的路段交集S；

4).对此路段交集S作合并的缓冲区SB；

5).分析L与SB的空间包含关系，若L被包含于SB，则L为几何非增量数据，继续下步骤，若L不被包含于SB，则L为几何增量数据，转到步骤7)；

6).对比L与S中元素的目标属性关系，若属性一致，L为非增量数据，若属性不一致，L为属性增量数据；

7).遍历旧版本路网中的路段要素；

8).将每一个路段1与更新参考路网路段求交，得到更新参考路网中的路段交集s；

9).对此路段交集s作合并的缓冲区sb；

10).分析1与sb的空间包含关系，若1不被包含于sb，则1为消除或部分消除路段；

11).将所有增量数据拷贝至增量集合。

实现上述发明目的的增量更新的技术方案如下：

在上述增量识别的基础上进行增量更新的方法具体包括如下步骤：

A.按以下规则分别标识新旧路网要素的增量更新信息，包括：

①标识更新参考路网中新建道路的路段要素；

②同时在更新参考路网及旧版本路网中标识改建道路的路段要素；

③标识旧版本路网中被消除的原有道路路段要素。

采用如下表格所示记录格式，共有4种变更类型方式：

 

增量包序列号	旧版本路网中路段编号	更新参考路网中路段编号	变更类型编号
				1		10	1
2	1	13	2
				3	2	8	3
4	5		4

其中变更类型编号含义如下：

5-新修建道路

6-改建道路(地理位置变动)

7-改建道路(车道数等道路属性变动)

8-消除

B.根据上述增量数据信息记录表格对原道路网络数据自动进行增量更新，包括：

①完全复制旧版本路网数据到新建新版本路网数据；

②根据增量信息表，将增量数据集中变更类型编码为1、2、3的路段要素复制到新版本路网数据；

③根据增量信息表，删除原有路网数据中更改类型编码为2、3、4的路段要素。

至此增量更新生成新版本的路网数据。

本发明能较好地解决前面所述目前已有矢量空间数据增量识别的三种方法在行业应用中所不能适应的技术问题，既能大大减轻路网数据每年更新维护的时间与人力投入，也能更好的保证路网数据的版本一致性及历史继承性，尤其该方法中的道路增量信息自动识别技术简洁实用，能获得较高的识别精确度。

附图说明

图1为已有线匹配增量识别问题示意图

图2为本发明的增量识别方法流程图

图3为本发明的增量更新方法流程图

图4为北京市基础路网适量数据更新采用了本增量识别算法后的实际识别效果图

具体实施方式

下面以北京为例结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

北京市目前对交通基础数据库中交通矢量道路网络数据的更新频率为一年一次，每年主要以新发布的导航电子地图以及测绘院等勘测机构的新数据为更新参考数据。关于更新参考数据源，测绘院于近期实现数据生产端的增量更新方式，即上述背景技术篇中第1种增量识别法提供增量数据更新服务，但其路网更新周期仍为两年，不能完全满足北京市交通行业路网的现时性要求；而目前可得的商业型导航电子地图由于不关心路网的历史继承性而只考虑其现时性，采用的是完全版本更新方式；其它一些临时调查勘测或从其他项目所得的数据更是在历史继承性方面较差。交通行业对道路各路段现状及历史状况的大量分析需求，促使它往往要求各个版本的基础路网数据之间具有良好的继承性，而更新参考数据源的实际情况使得对交通基础矢量道路网络数据的更新工作需要通过人工识别来对旧版本路网数据进行更新，效率很低且非常容易遗漏出错。

以北京市交通基础数据库中2007年版矢量路网数据为例，以某厂商2008年导航电子地图为更新路网参考数据，采用本发明技术流程对2007年版旧路网数据进行增量识别与增量更新，参照图2，具体包括如下步骤：

一.道路网络数据增量信息的自动识别，即道路网中新建、改建或消除路段的自动识别，具体如下：

1).遍历2008年新导航电子地图中的路段元素；

2).对每一个路段L生成路段缓冲区LB；

3).将缓冲区LB与2007年旧版本路网路段求交，得到2007年旧版本路网中的路段交集S；

4).对此路段交集S作合并的缓冲区SB；

5).分析L与SB的空间包含关系，若L被包含于SB，则L为几何非增量数据，继续下步骤，若L不被包含于SB，则L为几何增量数据，转到步骤7)；

6).对比L与S中元素的目标属性关系，若属性一致，L为非增量数据，若属性不一致，L为属性增量数据；

7).遍历2007年旧版本路网中的路段要素；

8).将每一个路段1与2008年新导航电子地图路段求交，得到更新参考路网中的路段交集s；

9).对此路段交集s作合并的缓冲区sb；

10).分析1与sb的空间包含关系，若1不被包含于sb，则1为消除或部分消除路段；

11).将所有增量数据拷贝至增量集合。

上述算法与技术流程通过通用地理信息系统开发平台ArcGISDesktop 9 SDK的程序开发进行了实现，运行程序主体为通用GIS软件ArcMap，编写的程序以插件的形式插入到ArcMap进行工作。程序显示该算法的增量识别结果如图4所示，右侧图形显示区加载了2007年旧版本路网矢量数据(以实线表示)和2008年新导航电子地图参考路网数据，点击嵌入式“计算参考路线图层(新采集)对于标准路线的增量”按钮后，即按照本发明路网增量信息自动识别算法进行计算机自动识别判断，最后将所有增量路段要素以虚线表示。从图4可见，该路网增量自动识别算法能达到较高的精确度。

二.在上述增量数据集的基础上分类记录从而进行增量更新的方法，参照图3具体如下：

A.按以下规则分别标识新旧路网要素的增量更新信息，包括：

①标识2008年新导航电子地图(更新参考路网)中新建道路的路段要素；

②同时在2008年新导航电子地图中及2007年旧版本路网中标识改建道路的路段要素；

③标识2007年旧版本路网中被消除的原有道路路段要素。

增量变更信息表格如表1所示：

表1

 

增量包序列号	2007年旧版本路网中路段编号	2008年新导航电子地图(更新参考路网)中路段编号	变更类型编号
				1		10001	1
2	890	11342	2
				3	371	9870	3
4	901		4

其中变更类型编号含义如下：

1-新修建道路

2-改建道路(地理位置变动)

3-改建道路(车道数等道路属性变动)

4-消除

B.将增量包中新参考路网的变更类型编号为1、2、3的路段要素拷贝至2008年版目标路网数据层，然后将2007年旧版本路网的变更类型编号为2、3、4的路段要素进行删除，即完成2008年道路网络数据的增量更新工作。

图4为使用上述方法对北京市基础路网适量数据更新采用了本增量自动识别算法后的实际识别效果图，图中虚线条为识别出来的增量路段。从实际的验证可以看出，此增量自动识别方法相比前述已有3种方法具有更好的实用价值，能达到较高的识别准确度，并且增量更新的方式能够保证现状数据与历史数据良好的继承相关性，充分满足行业应用需求。

综上所述，本方法能大大减少人力物力的投入，保证现状数据与历史数据良好的继承相关性，并且增量自动识别也能达到较高的准确度。从北京市交通基础道路网络的实际增量更新操作来看，整套算法利用通用的地理信息软件平台即可实现，达到自动识别和自动更新目的，更新操作简单，更新结果较为理想，具有很强的行业实用性。

Claims (2)

1.基于缓冲区分析的城市道路网络数据增量识别技术方法，即道路网中新建、改建或消除路段的自动识别方法包括如下步骤：

1).遍历新采集路网中的路段元素；

2).对每一个路段L生成路段缓冲区LB；

3).将缓冲区LB与旧版本路网路段求交，得到旧版本路网中的路段交集S；

4).对此路段交集S作合并的缓冲区SB；

5).分析L与SB的空间包含关系，若L被包含于SB，则L为几何非增量数据，继续下步骤，若L不被包含于SB，则L为几何增量数据，转到步骤7)；

6).对比L与S中元素的目标属性关系，若属性一致，L为非增量数据，若属性不一致，L为属性增量数据；

7).遍历旧版本路网中的路段要素；

8).将每一个路段1与更新参考路网路段求交，得到更新参考路网中的路段交集s；

9).对此路段交集s作合并的缓冲区sb；

10).分析1与sb的空间包含关系，若1不被包含于sb，则1为消除或部分消除路段；

11).将所有增量数据拷贝至增量集合。

2.在上述增量识别的基础上进行增量更新的方法具体包括如下步骤：

A.按以下规则分别标识新旧路网要素的增量更新信息，包括：

①标识更新参考路网中新建道路的路段要素；

②同时在更新参考路网及旧版本路网中标识改建道路的路段要素；

③标识旧版本路网中被消除的原有道路路段要素。

采用如下表格所示记录格式，共有4种变更类型方式：

  增量包序列号 旧版本路网中路段编号 更新参考路网中路段编号 变更类型编号 1 10 1 2 1 13 2 3 2 8 3 4 5 4

其中变更类型编号含义如下：

1-新修建道路

2-地理位置变动的改建道路

3-道路属性变动的改建道路

4-消除

B.根据上述增量数据信息记录表格对原道路网络数据自动进行增量更新，包括：

①完全复制旧版本路网数据到新建新版本路网数据；

②根据增量信息表，将增量数据集中变更类型编码为1、2、3的路段要素复制到新版本路网数据；

③根据增量信息表，删除原有路网数据中更改类型编码为2、3、4的路段要素。

至此增量更新生成新版本的路网数据。

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