CN103363999B - 一种生成道路网stroke的迭代方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生成道路网stroke的迭代方法。本方法首先设定路段连接规则，然后对确定连接的路段预先连接，达到压缩搜索空间的目的，最后以网络全局效率为目标函数进行迭代生成stroke。该方法能够在产生确定结果的同时，兼顾局部的路段连接满足“好的连续律”和全局的网络功能，从而使得结果更加科学合理，为道路网综合与拓扑分析、示意性道路网图生成、道路网模式识别提供支持。

Description

一种生成道路网stroke的迭代方法

技术领域

本发明涉及地图学与地理信息系统，更具体地，涉及一种生成道路网stroke的迭代方法。

背景技术

道路网中的stroke是根据Gestalt原则中“好的连续律”将路段连接而形成的道路链（Thomson&Richarderson1999）。术语stroke从能一笔画出的曲线的思想中产生，中文称为“路划”（徐柱等,2012）。图1-A为道路网示意图，包含16条路段，图1-B是图1-A所示道路网的一种stroke结果，包含7条stroke。生成stroke是一种重要的矢量数据结构化组织技术，通常作为道路网综合与拓扑分析、示意性路网图生成、路网模式识别的首要步骤（Thomson&Richarderson1999;Porta et al2006;Jiang2007;Li&Dong2010;Heinzle et al2007）。stroke的作用主要表现为：（1）作为道路网综合的对象，如基于stroke重要度排序的道路网综合（Zhang,2004）；（2）作为确定路段重要程度的依据，如Chen等（2009）和Touya（2010）在基于面合并的道路网综合方法中，通过stroke的重要性来确定构成网眼的路段的重要性；（3）作为分析的基本统计单元，如Jiang（2007）对道路网进行分析时，先生成stroke集，然后通过计算stroke的拓扑参量从而确定道路网的特性；（4）作为进行下一步变换的预处理结果，如Li和Dong（2010）在生成示意性路网图时，先生成stroke，然后在此基础上生成示意性路网图。再如Heinzle等（2007）在识别辐射模式与环模式时，将stroke作为初步识别单元。

生成stroke关键在于路段连接规则和生成策略。路段连接规则主要有 几何规则，专题规则以及混合规则（Zhou&Li,2012）。几何规则由Gestalt原则中的“好的延续性”原则导出，指两条路段的转折角小于阈值；专题规则主要是指路段同名或路段等级相同；混合规则是指同时考虑几何规则和专题规则。生成策略主要指每对最大适合策略、自身最大适合策略、自身适合策略（Jiang et al,2008）。每对最大适合策略是满足连接规则，互为最适合的路段相连。自身最大适合策略是满足连接规则，某条路段每次都与其最适应的路段相连，不需要考虑被连路段是否有更好的选择。自身适合策略是某一路段随机地从与其满足连接规则的路段中相连的策略。

现有stroke生成方法存在的技术缺陷表现在三个方面：第一，对同一道路网，哪一种stroke生成结果更好存在争议。不同的生成策略会生成不同的stroke集，图1-B，图1-C和图1-D分别是对图1-A所示道路网在仅考虑几何规则时，每对最大适合策略、自身最大适合策略与自身适合策略生成的stroke结果。从视觉上观察，难以判断哪一种结果更好，而且随着路段数的增加，会产生组合爆炸。目前，均是通过实际的应用来逆向检验。针对道路网综合，Zhou和Li（2012）根据各种策略生成的stroke结果在道路交叉点处是否与地图综合结果一致来进行评价，认为几何连接规则和每对最大适合策略的组合生成的stroke能得到好地图综合结果，连接规则中加入了专题规则虽然在结果准确度上有所改进，但改进在统计意义上不显著。特别地，对于自身最大适合策略以及自身适合策略这样的不确定的策略，该文并没有提及重复多次生成不同的结果。针对道路网分析，Jiang等人（2008）通过生成的stroke是否能很好地反映交通流量与对应的描述参量之间的关联关系来进行评价，认为自身最大适合策略是最好的策略，能够更好地凸现自组织自然道路。对于自身最大适合策略与自身适合策略，由于它们生成的stroke结果是不确定的，通过一次生成的结果无法确定其优劣，该文通过20次平均值来确定。上述两种评价方法都是针对特定应用， 需要特殊数据（同一地区多比例尺路网，交通流量数据）的支持。第二，现有stroke生成方法均是判断路段间是否连接的搜索方法，仅关注路段间的连接是否符合连接规则，并没有顾及全局方面的网络功能。第三，在stroke生成过程中，很多的路段连接是确定的，现有技术方法并没有对这些确定的路段预先处理，从而影响生成stroke的效率。

因此，现有技术中迫切需要一种合理可靠，兼顾局部连接规则和全局网络功能，并能产生确定结果的stroke生成方法。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种通过对确定连接的路段的预先连接步骤压缩搜索空间，提高处理效率；能够在产生确定结果的同时，兼顾局部的路段连接满足“好的连续律”和全局的网络功能，使得生成的stroke结果更加科学合理的一种生成道路网stroke的迭代方法。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种生成道路网stroke的迭代方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，针对道路网的路段数组Seg[0]，Seg[1]..Seg[i]..Seg[n]，设置路段连接规则，该路段连接规则是下一步骤中两条路段是否能够连接的判断条件；路段连接规则具体为：

规则1：两条路段仅在端点处相接；

规则2：两条路段间的转折角小于阈值；

上述规则1和规则2需同时满足；

步骤2，确定连接的路段的预先连接：随机选择道路网的路段数组Seg[0]，Seg[1]..Seg[i]..Seg[n]中的Seg[i]为起始路段，判断Seg[i]的一个端点Ep[0]处，是否仅与另一条路段Seg[j]满足路段连接规则，同时在同一端点Ep[0]处，路段Seg[j]仅与路段Seg[i]满足路段连接规则， 将这样的两条路段标识预连接；同样，判断Seg[i]的另一个端点Ep[1]处，是否仅与另一条路段Seg[l]满足路段连接规则，同时在同一端点Ep[1]处，路段Seg[l]仅与路段Seg[i]满足路段连接规则，然后同样将这样的两条路段标识预连接；

步骤3，遍历道路网的路段数组Seg[0]，Seg[1]..Seg[i]..Seg[n]中的每一个路段作为起始路段重复步骤2后对道路网路段数组中有预连接标识的两条路段进行连接，并更新道路网的路段数组为Seg[0]，Seg[1]..Seg[i]..Seg[m]；

步骤4，基于全局效率的路段迭代连接。以网络的全局效率作为目标函数，每次连接使得网络全局效率最大的两条路段，迭代生成stroke，直到道路网中的任意两个路段均不满足路段连接规则。

在上述的一种生成道路网stroke的迭代方法，所述的步骤2包括以下子步骤：

步骤2.1，在道路网的路段数组（Seg[0]，Seg[1]..Seg[i]..Seg[n]）中指定一条路段Seg[i]为起始路段；

步骤2.2，对起始路段Seg[i]的两个端点Ep[0]和Ep[1]进行判断并预连接，步骤如下：

步骤2.21，对起始路段Seg[i]的一个端点Ep[0]进行下述判断：

判断条件2.211.对起始路段Seg[i]，在它的一个端点Ep[0]处，判断与起始路段Seg[i]满足步骤1设置的路段连接规则的路段数量，如果有且仅有一条，定义该条路段为Seg[j]；

判断条件2.212.在相同的端点Ep[0]，判断与路段Seg[j]满足步骤1设置的路段连接规则的路段是否仅有起始路段Seg[i]；

判断结果：若判断条件2.211和判断条件2.212同时满足，则对Seg[i]和Seg[j]设置预连接标识；否则，若判断条件2.211和判断条件2.212中 任意一条不满足，则放弃对Seg[i]的端点Ep[0]的判断；

步骤2.22，对起始路段Seg[i]的另一个端点Ep[1]进行下述判断：

判断条件2.221.对起始路段Seg[i]，在它的另一个端点Ep[1]，判断与起始路段Seg[i]满足步骤1设置的路段连接规则的路段数量，如果有且仅有一条，定义该条路段为Seg[l]；

判断条件2.222.在相同的端点Ep[1]，判断与路段Seg[l]满足步骤1设置的路段连接规则的路段是否仅有Seg[i]；

判断结果：若判断条件2.221和判断条件2.222同时满足，则对Seg[i]和Seg[l]设置预连接标识；否则，若判断条件2.221和判断条件2.222中任意一条不满足，则放弃对Seg[i]的另一个端点Ep[1]的判断；

步骤2.3，遍历道路网的路段数组Seg[0]，Seg[1]..Seg[i]..Seg[n]中的每一个路段作为起始路段执行步骤2.1-2.3；

步骤2.4，对道路网路段数组中有预连接标识的两条路段进行连接，更新道路网的路段数组为Seg[0]，Seg[1]..Seg[i]..Seg[m]。

在上述的一种生成道路网stroke的迭代方法，所述步骤4具体包括如下步骤：

步骤4.1，对道路网路段数组（Seg[0]，Seg[1]..Seg[i]..Seg[m]），根据步骤1的路段连接规则，得到所有满足路段连接规则的路段配对数组（Mat[0]，Mat[1]..Mat[k]..Mat[z]）；其中，每一个路段在其每一个端点处可能与多个与其满足路段连接规则的路段配对；

步骤4.2，对每一个路段配对Mat[k]，连接该配对对应的路段，计算由此形成的道路网的全局效率Eglob[k]，打断该配对对应的路段。

其中，在步骤4.2中，所述的道路网的全局效率由Latora和Marchiori（2001）提出，该指标描述网络中的节点如何交互，反映了网络中信息传播的顺畅程度，是网络功能方面的全局指标。对于网络G，节点i与节点j间 的效率ε_ij反比于其最短路径d_ij，即ε_ij=1/d_ij。网络G的平均效率定义如下：

$E=\frac{1}{N(N-1)}\underset{i,j\∈G,i\≠j}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\ϵij}=\frac{1}{N(N-1)}\underset{i,j\∈G,i\≠j}{\mathrm{\Σ}}\frac{1}{\mathrm{dij}}$ 式一；

令G_id为网络G的完全图形式，则网络G的全局效率Eglob定义为：

Eglob=E/E(G_id) 式二；

将道路网转换成对偶图形式，即路段对应于网络的节点，路段是否相交对应于网络的边。该网络中的节点i到节点j的最短路径长度定义为连接节点i到节点j的最少的边数。由于这样形成的网络的完全图形式，其平均效率为1，所以该网络的平均效率即为其全局效率，如式一所示，其中N为路段总数，d_ij为连接路段i到路段j的最少的步数，即路径长度；网络的全局效率的取值范围为[0,1]。

步骤4.3，通过循环对路段配对数组中的每一个路段配对执行步骤4.2。

步骤4.4，选择全局效率最大值对应的路段配对作为本次路段连接的结果，连接对应的路段。如果全局效率值存在多个最大值，则在这些全局效率值对应的配对中选择路段间转折角最小的配对作为本次路段连接的结果，连接对应的路段。

步骤4.5，更新道路网路段数组，重复执行步骤4.1-4.5，直到道路网路段数组中的任意两个路段均不满足路段连接规则。

因此，本发明具有如下优点：通过对确定连接的路段的预先连接步骤压缩搜索空间，提高处理效率；能够在产生确定结果的同时，兼顾局部的路段连接满足“好的连续律”和全局的网络功能，使得生成的stroke结果 更加科学合理。

附图说明

图1-A是道路网示意图。

图1-B是图1-A所示道路网在几何规则下按照每对最大适合策略生成的stroke结果。

图1-C是图1-A所示道路网在几何规则下按照自身最大适合策略生成的stroke的一次结果。

图1-D是图1-A所示道路网在几何规则下按照自身适合策略生成的stroke的一次结果。

图2是本发明实施例的道路网stroke生成的迭代方法的流程图。

图3是图1-A所示的道路网预连接后的结果示意图。

图4是图1-A所示的道路网的对偶图示意图。

图5-A是本发明实施例的道路网示意图。

图5-B是对图5-A所示道路网按照本发明的方法生成的stroke结果示意图。

图6是实施例的道路网数据在相同的路段连接规则下按照每对最大适合策略、自身最大适合策略、以及本发明提供的方法生成的各100次stroke结果对应的网络全局效率值。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，并使用本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合实施例 及实施例附图对本发明作进一步详细的说明。

一、首先，介绍一下本发明的主要方法，本发明主要包括以下步骤：

1.步骤1，针对道路网的路段数组Seg[0]，Seg[1]..Seg[i]..Seg[n]，设置路段连接规则，该路段连接规则是下一步骤中两条路段是否能够连接的判断条件；路段连接规则具体为：

规则1：两条路段仅在端点处相接；

规则2：两条路段间的转折角小于阈值；

上述规则1和规则2需同时满足；

2.步骤2，确定连接的路段的预先连接：随机选择道路网的路段数组Seg[0]，Seg[1]..Seg[i]..Seg[n]中的Seg[i]为起始路段，判断Seg[i]的一个端点Ep[0]处，是否仅与另一条路段Seg[j]满足路段连接规则，同时在同一端点Ep[0]处，路段Seg[j]仅与路段Seg[i]满足路段连接规则，将这样的两条路段标识预连接；同样，判断Seg[i]的另一个端点Ep[1]处，是否仅与另一条路段Seg[l]满足路段连接规则，同时在同一端点Ep[1]处，路段Seg[l]仅与路段Seg[i]满足路段连接规则，然后同样将这样的两条路段标识预连接；

在本步骤中，具体的方法是：

步骤2.1，在道路网的路段数组（Seg[0]，Seg[1]..Seg[i]..Seg[n]）中指定一条路段Seg[i]为起始路段；

步骤2.2，对起始路段Seg[i]的两个端点Ep[0]和Ep[1]进行判断并预连接，步骤如下：

步骤2.21，对起始路段Seg[i]的一个端点Ep[0]进行下述判断：

判断条件2.211.对起始路段Seg[i]，在它的一个端点Ep[0]处，判断与起始路段Seg[i]满足步骤1设置的路段连接规则的路段数量，如果有且仅有一条，定义该条路段为Seg[j]；

判断条件2.212.在相同的端点Ep[0]，判断与路段Seg[j]满足步骤1设置的路段连接规则的路段是否仅有起始路段Seg[i]；

判断结果：若判断条件2.211和判断条件2.212同时满足，则对Seg[i]和Seg[j]设置预连接标识；否则，若判断条件2.211和判断条件2.212中任意一条不满足，则放弃对Seg[i]的端点Ep[0]的判断；

步骤2.22，对起始路段Seg[i]的另一个端点Ep[1]进行下述判断：

判断条件2.221.对起始路段Seg[i]，在它的另一个端点Ep[1]，判断与起始路段Seg[i]满足步骤1设置的路段连接规则的路段数量，如果有且仅有一条，定义该条路段为Seg[l]；

判断条件2.222.在相同的端点Ep[1]，判断与路段Seg[l]满足步骤1设置的路段连接规则的路段是否仅有Seg[i]；

判断结果：若判断条件2.221和判断条件2.222同时满足，则对Seg[i]和Seg[l]设置预连接标识；否则，若判断条件2.221和判断条件2.222中任意一条不满足，则放弃对Seg[i]的另一个端点Ep[1]的判断；

步骤2.3，遍历道路网的路段数组Seg[0]，Seg[1]..Seg[i]..Seg[n]中的每一个路段作为起始路段执行步骤2.1-2.3；

步骤2.4，对道路网路段数组中有预连接标识的两条路段进行连接，更新道路网的路段数组为Seg[0]，Seg[1]..Seg[i]..Seg[m]。

3.步骤3，遍历道路网的路段数组Seg[0]，Seg[1]..Seg[i]..Seg[n]中的每一个路段作为起始路段重复步骤2后对道路网路段数组中有预连接标识的两条路段进行连接，并更新道路网的路段数组为Seg[0]，Seg[1]..Seg[i]..Seg[m]；

4.步骤4，基于全局效率的路段迭代连接。以网络的全局效率作为目标函数，每次连接使得网络全局效率最大的两条路段，迭代生成stroke，直到道路网中的任意两个路段均不满足路段连接规则，具体包括如下步骤：

步骤4.1，对道路网路段数组（Seg[0]，Seg[1]..Seg[i]..Seg[m]），根据步骤1的路段连接规则，得到所有满足路段连接规则的路段配对数组（Mat[0]，Mat[1]..Mat[k]..Mat[z]）；其中，每一个路段在其每一个端点处可能与多个与其满足路段连接规则的路段配对；

步骤4.2，对每一个路段配对Mat[k]，连接该配对对应的路段，计算由此形成的道路网的全局效率Eglob[k]，打断该配对对应的路段。

其中，在步骤4.2中，所述的道路网的全局效率由Latora和Marchiori（2001）提出，该指标描述网络中的节点如何交互，反映了网络中信息传播的顺畅程度，是网络功能方面的全局指标。对于网络G，节点i与节点j间的效率ε_ij反比于其最短路径d_ij，即ε_ij=1/d_ij。网络G的平均效率定义如下：

$E=\frac{1}{N(N-1)}\underset{i,j\∈G,i\≠j}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\ϵij}=\frac{1}{N(N-1)}\underset{i,j\∈G,i\≠j}{\mathrm{\Σ}}\frac{1}{\mathrm{dij}}$ 式一；

令G_id为网络G的完全图形式，则网络G的全局效率Eglob定义为：

Eglob=E/E(G_id) 式二；

将道路网转换成对偶图形式，即路段对应于网络的节点，路段是否相交对应于网络的边。该网络中的节点i到节点j的最短路径长度定义为连接节点i到节点j的最少的边数。由于这样形成的网络的完全图形式，其平均效率为1，所以该网络的平均效率即为其全局效率，如式一所示，其中N为路段总数，d_ij为连接路段i到路段j的最少的步数，即路径长度；网络的全局效率的取值范围为[0,1]。

步骤4.3，通过循环对路段配对数组中的每一个路段配对执行步骤4.2。

步骤4.4，选择全局效率最大值对应的路段配对作为本次路段连接的结果，连接对应的路段。如果全局效率值存在多个最大值，则在这些全局效率值对应的配对中选择路段间转折角最小的配对作为本次路段连接的结果，连接对应的路段。

步骤4.5，更新道路网路段数组，重复执行步骤4.1-4.5，直到道路网路段数组中的任意两个路段均不满足路段连接规则。

二、以下是采用上述方法的一个具体实施案例，结合附图2介绍该方法的执行过程：

201：开始

202：设置路段连接规则R；所述路段连接规则是指同时满足：（1）两条路段仅在端点处相接；（2）两条路段间的转折角小于阈值del，转折角的阈值del的最大值为75°，这个结论来源于Jiang等（2008）的研究。例如，del=60°，表示两条路段仅在端点处相接，且它们之间的转折角小于等于60°。这里的阈值，可以由用户自行设定。

203：选择路段Seg[i]，设置“处理”标志，将其作为正在处理的路段。一个道路网包含由各个路段组成的一路段数组（Seg[0]，Seg[1]..Seg[i]..Seg[n]）。图1-A的道路网包含16条路段，这16条路段组成了一路段数组。

204：根据上述的“处理”标志，判断是否已经遍历了所述路段数组（Seg[0]，Seg[1]..Seg[i]..Seg[n]）中的每一个路段作为正在处理的路段；如果“是”，则进至步骤210；如果“否”，则进至步骤205。

205：在路段Seg[i]的两个端点中，选择Ep[t]作为正在处理的端点。

206：判断路段Seg[i]的两个端点是否均已处理；如果“是”，则如图2所示，令i=i+1后返回步骤203；如果“否”，则继续进至步骤207。

207：判断在端点Ep[t]处与路段Seg[i]满足路段连接规则R的路段是 否仅有一条，并假定为Seg[j]；如果“否”，即在端点Ep[t]处与路段Seg[i]满足路段连接规则R的路段数大于一条，则如图2所示，令t=t+1，返回步骤205，处理另外一个端点。如果“是”，则继续进入步骤208。

208：判断在端点Ep[t]处与Seg[j]满足路段连接规则R的路段是否仅有路段Seg[i]；如果“否”，即在端点Ep[t]处与Seg[j]满足路段连接规则R的路段除了路段Seg[i]之外，还有其他路段，则如图2所示，令t=t+1，返回步骤205，处理另外一个端点。如果“是”，则继续进入步骤209。

209：对路段Seg[i]和路段Seg[j]标识“预连接”，令t=t+1，返回步骤205。

210：连接具有“预连接”标识的路段，更新路段数组为（Seg[0]，Seg[1]..Seg[i]..Seg[m]）。如附图1-A中的路段1和路段3连接了，附图3是对附图1-A进行预连接后的结果。

211：判断路段数组（Seg[0]，Seg[1]..Seg[i]..Seg[m]）中是否任意两个路段都不满足路段连接规则R；如果“是”，则进至步骤220；如果“否”，则继续进至步骤212。例如，附图1-B中的任意两个路段都不满足路段连接规则。

212：对路段数组（Seg[0]，Seg[1]..Seg[i]..Seg[m]），从Seg[0]一直遍历到Seg[m]，获取所有满足连接规则R的路段配对，将重复的配对删除，形成路段配对数组（Mat[0]，Mat[1]..Mat[k]..Mat[z]）。如图3，路段1和路段5形成一个配对（1，5），路段5和路段1形成一个配对（5，1）。（1，5）和（5，1）是重复配对，即（1，5）（5，1）之间删除一对，要么删（1，5），要么删（5，1）。路段Seg[i]在其一个端点可能与多个路段配对，如图3，路段1在同一个端点分别与路段5和路段6形成配对（1，5）和（1，6）。

213：从路段配对数组中选择路段配对Mat[k]。

214：连接路段配对Mat[k]对应的两条路段，计算由此形成的网络的全局效率值Eglob[k]，然后打断路段配对Mat[k]对应的路段。

所述的道路网的全局效率由Latora和Marchiori（2001）提出，该指标描述网络中的节点如何交互，反映了网络中信息传播的顺畅程度，是网络功能方面的全局指标。道路网的全局效率具体计算如下：对于网络G，节点i与节点j间的效率ε_ij反比于其最短路径d_ij，即ε_ij=1/d_ij。网络G的平均效率定义如下：

$E=\frac{1}{N(N-1)}\underset{i,j\∈G,i\≠j}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\ϵij}=\frac{1}{N(N-1)}\underset{i,j\∈G,i\≠j}{\mathrm{\Σ}}\frac{1}{\mathrm{dij}}$ (1)

令G_id为网络G的完全图形式，则网络G的全局效率Eglob定义为：

Eglob=E(G)/E(G_id) (2)

将道路网转换成对偶图形式，即路段对应于网络的节点，路段是否相交对应于网络的边。图4为图1-A所示道路网的对偶图形式。该网络中的节点i到节点j的最短路径长度定义为连接节点i到节点j的最少的边数。由于这样形成的网络的完全图形式，其平均效率为1，所以该网络的平均效率即为其全局效率。如公式（1），其中N为路段总数，d_ij为连接路段i到路段j的最少的步数，即路径长度。网络的全局效率的取值范围为[0,1]。

215：判断是否已遍历路段配对数组中（Mat[0]，Mat[1]..Mat[k]..Mat[z]）中的所有路段配对；如果“否”，则如图2所示，令k=k+1，返回步骤213；如果“是”，则继续进入步骤216。

216：在完成所有路段配对的全局效率值得计算后，判断是否存在多个全局效率最大值；如果“否”，即仅有一个全局效率最大值，则进至步骤217；如果“是”，即存在多个全局效率最大值，则进至步骤218。

217：连接全局效率值最大的路段配对应的两条路段，进至步骤219。

218：连接全局效率值最大，且转折角最小的路段配对应的两条路段，进至步骤219。

219：更新路段数组，返回步骤211。

220：结束。

下面介绍采用上述方法的具体实施方案，选择附图5-A所示的深圳市道路网为实验数据。设定连接规则，其中转折角阈值设为60°；附图5-B展示了stroke生成结果。为了说明本方法的有效性，设定相同的连接规则，对本发明的方法、每对最大适合策略、自身最大适合策略、自身适合策略，分别重复生成100次stroke集，计算它们的全局效率值，附图6展示了比较结果。本专利提供的方法可产生确定的结果，并且全局效率最高。

综上所述，本发明的道路网stroke生成的迭代方法克服已有技术的缺陷，能够在产生确定结果的同时，兼顾局部的路段连接满足“好的连续律”和全局的网络功能。本发明的道路网stroke生成的迭代方法可为道路网综合与拓扑分析、示意性路网图生成、路网模式识别研究提供支持。

在本发明中，需要说明的是，关于连接规则的设定，在本发明中不限于这两条路段规则的设定，用户可以自行添加规则，如：路段类型的判定，即：

A.同时满足规则1和规则2；

B.同时满足规则1和规则2以及两条路段类型相同。

用户可选择A或者B作为路段连接规则。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (3)

1.一种生成道路网stroke的迭代方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，针对道路网的路段数组Seg[0]，Seg[1]..Seg[i]..Seg[n]，设置路段连接规则，该路段连接规则是下一步骤中两条路段是否能够连接的判断条件；路段连接规则具体为：

规则1：两条路段仅在端点处相接；

规则2：两条路段间的转折角小于阈值；

上述规则1和规则2需同时满足；

步骤2，确定连接的路段的预先连接：随机选择道路网的路段数组Seg[0]，Seg[1]..Seg[i]..Seg[n]中的Seg[i]为起始路段，判断Seg[i]的一个端点Ep[0]处，是否仅与另一条路段Seg[j]满足路段连接规则，同时在同一端点Ep[0]处，路段Seg[j]仅与路段Seg[i]满足路段连接规则，将这样的两条路段标识预连接；同样，判断Seg[i]的另一个端点Ep[1]处，是否仅与另一条路段Seg[l]满足路段连接规则，同时在同一端点Ep[1]处，路段Seg[l]仅与路段Seg[i]满足路段连接规则，然后同样将这样的两条路段标识预连接；

然后遍历道路网的路段数组Seg[0]，Seg[1]..Seg[i]..Seg[n]中的每一个路段作为起始路段重复步骤2后对道路网路段数组中有预连接标识的两条路段进行连接，并更新道路网的路段数组为Seg[0]，Seg[1]..Seg[i]..Seg[m]；

步骤3，基于全局效率的路段迭代连接，以网络的全局效率作为目标函数，每次连接使得网络全局效率最大的两条路段，迭代生成stroke，直到道路网中的任意两个路段均不满足路段连接规则。

2.根据权利要求1所述的一种生成道路网stroke的迭代方法，其特征在于，所述的步骤2的具体方法如下：

步骤2.1，在道路网的路段数组(Seg[0]，Seg[1]..Seg[i]..Seg[n])中指定一条路段Seg[i]为起始路段；

步骤2.2，对起始路段Seg[i]的两个端点Ep[0]和Ep[1]进行判断并预连接，步骤如下：

步骤2.21，对起始路段Seg[i]的一个端点Ep[0]进行下述判断：

判断条件2.211.对起始路段Seg[i]，在它的一个端点Ep[0]处，判断与起始路段Seg[i]满足步骤1设置的路段连接规则的路段数量，如果有且仅有一条，定义该条路段为Seg[j]；

判断条件2.212.在相同的端点Ep[0]，判断与路段Seg[j]满足步骤1设置的路段连接规则的路段是否仅有起始路段Seg[i]；

判断结果：若判断条件2.211和判断条件2.212同时满足，则对Seg[i]和Seg[j]设置预连接标识；否则，若判断条件2.211和判断条件2.212中任意一条不满足，则放弃对Seg[i]的端点Ep[0]的判断；

步骤2.22，对起始路段Seg[i]的另一个端点Ep[1]进行下述判断：

判断条件2.221.对起始路段Seg[i]，在它的另一个端点Ep[1]，判断与起始路段Seg[i]满足步骤1设置的路段连接规则的路段数量，如果有且仅有一条，定义该条路段为Seg[l]；

判断条件2.222.在相同的端点Ep[1]，判断与路段Seg[l]满足步骤1设置的路段连接规则的路段是否仅有Seg[i]；

判断结果：若判断条件2.221和判断条件2.222同时满足，则对Seg[i]和Seg[l]设置预连接标识；否则，若判断条件2.221和判断条件2.222中任意一条不满足，则放弃对Seg[i]的另一个端点Ep[1]的判断；

步骤2.3，遍历道路网的路段数组Seg[0]，Seg[1]..Seg[i]..Seg[n]中的每一个路段作为起始路段执行步骤2.1-2.3；

步骤2.4，对道路网路段数组中有预连接标识的两条路段进行连接，更新道路网的路段数组为Seg[0]，Seg[1]..Seg[i]..Seg[m]。

3.根据权利要求1所述的一种生成道路网stroke的迭代方法，其特征在于，所述步骤3具体包括如下步骤：

步骤3.1，对道路网路段数组(Seg[0]，Seg[1]..Seg[i]..Seg[m])，根据步骤1的路段连接规则，得到所有满足路段连接规则的路段配对数组(Mat[0]，Mat[1]..Mat[k]..Mat[z])；其中，每一个路段在其每一个端点处可能与多个与其满足路段连接规则的路段配对；

步骤3.2，对每一个路段配对Mat[k]，连接该配对对应的路段，计算由此形成的道路网的全局效率Eglob[k]，打断该配对对应的路段；

其中，在步骤3.2中，对于网络G，节点i与节点j间的效率ε_ij反比于其最短路径d_ij，即ε_ij＝1/d_ij，网络G的平均效率定义如下：

令G_id为网络G的完全图形式，则网络G的全局效率Eglob定义为：

Eglob＝E/E(G_id) 式二；

将道路网转换成对偶图形式，即路段对应于网络的节点，路段是否相交对应于网络的边，该网络中的节点i到节点j的最短路径长度定义为连接节点i到节点j的最少的边数，由于这样形成的网络的完全图形式，其平均效率为1，所以该网络的平均效率即为其全局效率，如式一所示，其中N为路段总数，d_ij为连接路段i到路段j的最少的步数，即路径长度；网络的全局效率的取值范围为[0,1]；

步骤3.3，通过循环对路段配对数组中的每一个路段配对执行步骤3.2；

步骤3.4，选择全局效率最大值对应的路段配对作为本次路段连接的结果，连接对应的路段，如果全局效率值存在多个最大值，则在这些全局效率值对应的配对中选择路段间转折角最小的配对作为本次路段连接的结果，连接对应的路段；

步骤3.5，更新道路网路段数组，重复执行步骤3.1-3.5，直到道路网路段数组中的任意两个路段均不满足路段连接规则。