CN105183810A - 道路网络的简化方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种道路网络的简化方法及装置，所述方法包括：将待简化道路网络分割成多个待简化路径，并获取所述待简化路径的路径序列，所述路径序列为按照预设规则取得的包括待简化路径上的各点的序列；在所述路径序列中搜索支撑点，以获取待简化路径的支撑点序列；根据待简化路径的起点、所述支撑点序列和待简化路径的终点，确定简化路径，以实现对所述待简化道路网络的简化。上述方法可保持点之间的几何拓扑关系，有效反映路径的分布。

Description

道路网络的简化方法及装置

技术领域

本发明涉及数据处理领域，尤其涉及一种道路网络的简化方法及装置。

背景技术

在大规模道路网络的地理信息系统(GeographicInformationSystem，简称GIS)应用中，道路信息错综复杂，尽管经过区域裁剪可筛选出感兴趣的路径，但裁剪区域内仍可能存在数目较多的道路线段，而增加了处理开销和数据存储空间。现有技术中，常采用最小二乘法对离散点进行直线拟合的方式简化道路网络，但由于电子地图中的道路采用取值很大的真实地理坐标，而导致系数矩阵呈现出特征值相差很大的情况，并且无法保持点之间的几何拓扑关系，也就不能反映出道路网络原有的分布。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种道路网络的简化方法及装置，可保持点之间的几何拓扑关系，有效反映道路网络的分布。

第一方面，本发明提供一种道路网络的简化方法，所述方法包括：

将待简化道路网络分割成多个待简化路径，并获取所述待简化路径的路径序列，所述路径序列为按照预设规则取得的包括待简化路径上的各点的序列；

在所述路径序列中搜索支撑点，以获取待简化路径的支撑点序列；

根据待简化路径的起点、所述支撑点序列和待简化路径的终点，确定简化路径，以实现对所述待简化道路网络的简化。

可选地，所述在所述路径序列中搜索支撑点，具体包括：

将所述待简化路径作为待分割路径；

确定所述待分割路径的支撑点；

以所述待分割路径的支撑点为分割点，将所述待分割路径分割为两个子路径；

判断是否满足终止条件；

在不满足所述终止条件时，将所述子路径作为待分割路径，执行所述确定所述待分割路径的支撑点的步骤；

其中，所述待分割路径的支撑点为所述路径序列中到预设线条距离最大的点，所述预设线条为所述待分割路径的起点与终点的连线。

可选地，在满足所述终止条件时，将所有支撑点按照顺序组成所述待简化路径的支撑点序列，所述顺序为所述待简化路径的路径序列的顺序。

可选地，所述根据待简化路径的起点、所述支撑点序列和待简化路径的终点，确定简化路径，具体包括：

将所述待简化路径的起点、所述支撑点序列和待简化路径的终点依次连接，确定所述简化路径。

可选地，所述终止条件为

所述子路径的终点与起点的序列差值小于第一差值；

或者，

所述待分割路径的支撑点到所述待分割路径的起点与终点连线的距离与平均距离的偏差小于方差的第二倍数值；

其中，所述第一差值及所述第二倍数值均为预设值。

第二方面，本发明提供一种道路网络的简化装置，所述装置包括：

路径序列获取单元，用于将待简化道路网络分割成多个待简化路径，并获取所述待简化路径的路径序列，所述路径序列为按照预设规则取得的包括待简化路径上的各点的序列；

支撑点序列获取单元，用于在所述路径序列中搜索支撑点，以获取待简化路径的支撑点序列；

简化路径确定单元，用于据待简化路径的起点、所述支撑点序列和待简化路径的终点，确定简化路径，以实现对所述待简化道路网络的简化。

可选地，所述支撑点序列获取单元，具体用于

将所述待简化路径作为待分割路径；

确定所述待分割路径的支撑点；

以所述待分割路径的支撑点为分割点，将所述待分割路径分割为两个子路径；

判断是否满足终止条件；

在不满足所述终止条件时，将所述子路径作为待分割路径，执行所述确定所述待分割路径的支撑点的步骤；

其中，所述待分割路径的支撑点为所述路径序列中到预设线条距离最大的点，所述预设线条为所述待分割路径的起点与终点的连线。

可选地，所述支撑点序列获取单元，还用于

在满足所述终止条件时，将所有支撑点按照顺序组成所述待简化路径的支撑点序列，所述顺序为所述待简化路径的路径序列的顺序。

可选地，所述简化路径确定单元，具体用于

将所述待简化路径的起点、所述支撑点序列和待简化路径的终点依次连接，确定所述简化路径。

可选地，所述终止条件为

所述子路径的终点与起点的序列差值小于第一差值；

或者，

所述待分割路径的支撑点到所述待分割路径的起点与终点连线的距离与平均距离的偏差小于方差的第二倍数值；

其中，所述第一差值及所述第二倍数值均为预设值。

由上述技术方案可知，本发明的道路网络的简化方法及装置，通过将待简化道路网络分割成多个待简化路径，并获取所述待简化路径的路径序列，所述路径序列为按照预设规则取得的包括待简化路径上的各点的序列；在所述路径序列中搜索支撑点，当满足终止条件时，停止搜索，获取待简化路径的支撑点序列；根据待简化路径的起点、所述支撑点序列和待简化路径的终点，确定简化路径，以实现对所述道路网络的简化。由此，可保持点之间的几何拓扑关系，有效反映道路网络的分布。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的道路网络的简化方法的流程示意图；

图2为本发明另一实施例提供的道路网络的简化方法的流程示意图；

图3为本发明一实施例提供的道路网络的简化装置的结构示意图；

图4为本发明实施例的确定待路径序列中支撑点的效果图；

图5为本发明实施例的支撑点序列的效果图；

图6为本发明实施例的二叉树结构的效果图；

图7为本发明实施例的简化后道路的效果图；

图8a为本发明实施例的道路网络简化前的效果图；

图8b为本发明实施例的道路网络简化后的局部放大效果图；

图8c为本发明实施例的道路网络简化前的效果图；

图8d为本发明实施例的道路网络简化后的局部放大效果图；

图8e为本发明实施例的道路网络简化前的效果图；

图8f为本发明实施例的道路网络简化后的局部放大效果图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他的实施例，都属于本发明保护的范围。

图1示出了本发明一实施例提供的道路网络的简化方法的流程示意图，如图1所示，本实施例的道路网络的简化方法如下所述。

101、将待简化道路网络分割成多个待简化路径，并获取所述待简化路径的路径序列。

可理解的是，道路网络是由多个路径组成的，对道路网络的简化也就是对道路网络中的路径进行简化。

应该说明的是，所述路径序列为按照预设规则取得的包括待简化路径上的各点的序列。

举例来说，待简化路径的路径序列可为p₁，p₂，p₃…p₁₀₀。同样地，也可设p_set为待简化道路从p_s到p_e的点的路径序列。

102、在所述路径序列中搜索支撑点，以获取待简化路径的支撑点序列。

应该说明的是，所述支撑点是给定路径点序列中与路径起点与终点构成三角形面积最大的点，而到所述路径起点与终点连线距离最大的点就是上述与路径起点与终点构成三角形面积最大的点，因此可定义支撑映射函数：其中p_set为道路上从p_s到p_e的点的路径序列，e为有向边dist(p,e)为点p到e所在直线的距离。如图4所示，p*为路径序列p₁…p_n上关于的支撑点。

103、根据待简化路径的起点、所述支撑点序列和待简化路径的终点，确定简化路径，以实现对所述待简化道路网络的简化。

举例来说，可将所述待简化路径的起点、所述支撑点序列和待简化路径的终点依次连接，确定所述简化路径。将所述各个简化路径组成简化后的道路网络。

本实施例的道路网络的简化方法，通过将待简化道路网络分割成多个待简化路径，并获取所述待简化路径的路径序列，所述路径序列为按照预设规则取得的包括待简化路径上的各点的序列；在所述路径序列中搜索支撑点，当满足终止条件时，停止搜索，获取待简化路径的支撑点序列；根据待简化路径的起点、所述支撑点序列和待简化路径的终点，确定简化路径，以实现对所述道路网络的简化。由此，可保持点之间的几何拓扑关系，有效反映道路网络的分布。

图2示出了本发明另一实施例提供的道路网络的简化方法的流程示意图，如图2所示，本实施例的道路网络的简化方法如下所述。

201、将待简化道路网络分割成多个待简化路径，并获取所述待简化路径的路径序列。

202、将所述待简化路径作为待分割路径。

203、确定所述待分割路径的支撑点。

举例来说，可采用上述的支撑映射函数确定待分割路径的支撑点。

204、以所述待分割路径的支撑点为分割点，将所述待分割路径分割为两个子路径。

可理解的是，待分割路径以支撑点为分割为两个子路径后，所述子路径也包括起点和终点。

205、判断是否满足终止条件，若不满足终止条件，则执行步骤206；若满足终止条件，则执行步骤207。

206、在上述步骤205判断不满足终止条件时，将所述子路径作为待分割路径，执行步骤203。

207、在上述步骤205判断满足终止条件时，获取待简化路径的支撑点序列。

举例来说，所述终止条件可为：

所述子路径的终点与起点的序列差值小于第一差值；

或者，

所述待分割路径的支撑点到所述待分割路径的起点与终点连线的距离与平均距离的偏差小于方差的第二倍数值；

其中，所述第一差值及所述第二倍数值均为预设值。

记I_upper，I_lower为路径点索引序列的上下界，为首尾路径点的连线，|p_Set|为路径点序列规模，μ_dis,σ_dis分别为路径点序列到e所在直线的距离的均值和方差，则终止条件可形式化为

I_upper-I_lower≤T或|f(p_s,p_e,p_set)-μ_dis|≤Kσ_dis，

其中， ${\mathrm{\μ}}_{dis}=\frac{1}{\left|p_{Set}\right|}\underset{p\∈p_{Set}}{\Σ}dist\left(p,e\right),{\mathrm{\σ}}_{dis}=\sqrt{\frac{1}{\left|p_{Set}\right|}\underset{p\∈p_{Set}}{\Σ}{\left|dist\left(p,e\right)-{\mathrm{\μ}}_{dis}\right|}^2}.$

在实际应用中，可引入二叉树数据结构来完成搜索支撑点序列的过程。

举例来说，可设初始顶点序列，即上述的待简化路径的路径序列为p₁,p₂,p₃…p₁₀₀，已经搜索到的支撑点索引为(80，70，40)如图5所示，则当前获得的二叉树结构如图6所示。

以待简化路径的起点和终点为根节点(1，100)，以根节点确定第一个支撑点，从而进行支撑点索引节点扩展，若待扩展的节点满足约束条件则停止扩展，直至所有节点不再扩展为止。

具体地，上述的简化过程可由如下方法实现：

若输入路径序列q₁，q₂…q_m；则输出支撑点序列s₁，s₂…s_r。

S1：构造二叉树BST，根节点为(1,m)，左右孩子为空，即lChild←Φ,rChild←Φ，当前节点node_Cur←root；转s2；

S2：若满足终止条件，则停止扩展；否则对node_Cur计算支撑点p^*，根据p^*的索引扩展node_Cur的左右孩子lChild,rChild；转S3；

S3：分别以node_Cur的左右孩子lChild,rChild作为当前节点，重复S2进行递归搜索。若所有节点都不能被扩展，转S4；否则，继续递归搜索。

S4：对BST进行中序遍历获得叶子节点，根据叶子节点存放的索引区间得到支撑点索引序列。

如图所示，图中的支撑点节点为(1，80)、(1，70)、(1，40)等。

最后，采用中序遍历法搜索二叉树的叶子节点，可得到以起点索引开始以终点索引结束的有序区间序列，再通过区间合并得到支撑点序列，进而获得简化路径，如图7所示为简化后的道路效果图。

为了验证上述道路网络的简化方法的有效性，在实际操作中利用VisualC++6.0开发工具对算法进行实现，在WindowsXP操作系统(CPU2.69GHz，内存1.96GB)配置的PC机上，选择中国地图矢量图层中的公路网络作为测试对象，验证道路网络简化算法的有效性。设定待简化路径分别如图8a、图8c、图8e中虚线框所示，第一差值取为T＝50，第二倍数值取为K＝1，简化后的局部道路网络放大图如图8b、图8d、图8f所示。从图8a至图8f可以看出，简化后的路网与简化前的原始路网拓扑上基本一致。

为了评估简化算法的性能，就简化前后路径序列中点的数目、道路总长度、数据压缩率、路径总长度损失和简化时间进行分析，统计数据如下表所示。

根据上表可知，采用支撑点序列对道路简化可压缩90％上的数据存储量，道路总长度损失小于8％，简化处理时间不足1秒。此外，也可以看出针对不同复杂程度的路网，简化后总长度损失为6.6％～8.0％，变化不大，简化处理时间与原始路网顶点总数成正比关系。因此，前述的道路网络的简化方法有效且能够保持点之间的几何拓扑关系，反映道路网络的分布。

本实施例的道路网络的简化方法，通过将待简化道路网络分割成多个待简化路径，并获取所述待简化路径的路径序列，所述路径序列为按照预设规则取得的包括待简化路径上的各点的序列；在所述路径序列中搜索支撑点，当满足终止条件时，停止搜索，获取待简化路径的支撑点序列；根据待简化路径的起点、所述支撑点序列和待简化路径的终点，确定简化路径，以实现对所述道路网络的简化。由此，可保持点之间的几何拓扑关系，有效反映道路网络的分布。

图3示出了本发明一实施例提供的道路网络的简化装置，如图3所示，本实施例的道路网络的简化装置，包括：路径序列获取单元31、支撑点序列获取单元32和简化路径确定单元33。

所述路径序列获取单元31，用于将待简化道路网络分割成多个待简化路径，并获取所述待简化路径的路径序列，所述路径序列为按照预设规则取得的包括待简化路径上的各点的序列；

支撑点序列获取单元32，用于在所述路径序列中搜索支撑点，以获取待简化路径的支撑点序列；

简化路径确定单元33，用于根据待简化路径的起点、所述支撑点序列和待简化路径的终点，确定简化路径，以实现对所述待简化道路网络的简化。

可选地，所述支撑点序列获取单元32，具体用于

将所述待简化路径作为待分割路径；

确定所述待分割路径的支撑点；

以所述待分割路径的支撑点为分割点，将所述待分割路径分割为两个子路径；

判断是否满足终止条件；

若不满足所述终止条件，则将所述子路径作为待分割路径，执行所述确定所述待分割路径的支撑点的步骤；

其中，所述待分割路径的支撑点为所述路径序列中到预设线条距离最大的点，所述预设线条为所述待分割路径的起点与终点的连线。

可选地，所述支撑点序列获取单元32，还用于

若满足所述终止条件，则将所有支撑点按照顺序组成所述待简化路径的支撑点序列，所述顺序为所述待简化路径的路径序列的顺序。

可选地，所述简化路径确定单元33，具体用于

将所述待简化路径的起点、所述支撑点序列和待简化路径的终点依次连接，确定所述简化路径。

本实施例的道路网络的简化装置，可以用于执行上述图1或图2所示方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

本实施例的道路网络的简化装置，通过将待简化道路网络分割成多个待简化路径，并获取所述待简化路径的路径序列，所述路径序列为按照预设规则取得的包括待简化路径上的各点的序列；在所述路径序列中搜索支撑点，当满足终止条件时，停止搜索，获取待简化路径的支撑点序列；根据待简化路径的起点、所述支撑点序列和待简化路径的终点，确定简化路径，以实现对所述道路网络的简化。由此，可保持点之间的几何拓扑关系，有效反映道路网络的分布。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。

Claims (10)

1.一种道路网络的简化方法，其特征在于，所述方法包括：

将待简化道路网络分割成多个待简化路径，并获取所述待简化路径的路径序列，所述路径序列为按照预设规则取得的包括待简化路径上的各点的序列；

在所述路径序列中搜索支撑点，以获取待简化路径的支撑点序列；

根据待简化路径的起点、所述支撑点序列和待简化路径的终点，确定简化路径，以实现对所述待简化道路网络的简化。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述路径序列中搜索支撑点，具体包括：

将所述待简化路径作为待分割路径；

确定所述待分割路径的支撑点；

以所述待分割路径的支撑点为分割点，将所述待分割路径分割为两个子路径；

判断是否满足终止条件；

在不满足所述终止条件时，将所述子路径作为待分割路径，执行所述确定所述待分割路径的支撑点的步骤；

其中，所述待分割路径的支撑点为所述路径序列中到预设线条距离最大的点，所述预设线条为所述待分割路径的起点与终点的连线。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在满足所述终止条件时，将所有支撑点按照顺序组成所述待简化路径的支撑点序列，所述顺序为所述待简化路径的路径序列的顺序。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据待简化路径的起点、所述支撑点序列和待简化路径的终点，确定简化路径，具体包括：

将所述待简化路径的起点、所述支撑点序列和待简化路径的终点依次连接，确定所述简化路径。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述终止条件为

所述子路径的终点与起点的序列差值小于第一差值；

或者，

所述待分割路径的支撑点到所述待分割路径的起点与终点连线的距离与平均距离的偏差小于方差的第二倍数值；

其中，所述第一差值及所述第二倍数值均为预设值。

6.一种道路网络的简化装置，其特征在于，所述装置包括：

路径序列获取单元，用于将待简化道路网络分割成多个待简化路径，并获取所述待简化路径的路径序列，所述路径序列为按照预设规则取得的包括待简化路径上的各点的序列；

支撑点序列获取单元，用于在所述路径序列中搜索支撑点，以获取待简化路径的支撑点序列；

简化路径确定单元，用于根据待简化路径的起点、所述支撑点序列和待简化路径的终点，确定简化路径，以实现对所述待简化道路网络的简化。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述支撑点序列获取单元，具体用于

将所述待简化路径作为待分割路径；

确定所述待分割路径的支撑点；

以所述待分割路径的支撑点为分割点，将所述待分割路径分割为两个子路径；

判断是否满足终止条件；

在不满足所述终止条件时，将所述子路径作为待分割路径，执行所述确定所述待分割路径的支撑点的步骤；

其中，所述待分割路径的支撑点为所述路径序列中到预设线条距离最大的点，所述预设线条为所述待分割路径的起点与终点的连线。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述支撑点序列获取单元，还用于

在满足所述终止条件时，将所有支撑点按照顺序组成所述待简化路径的支撑点序列，所述顺序为所述待简化路径的路径序列的顺序。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述简化路径确定单元，具体用于

将所述待简化路径的起点、所述支撑点序列和待简化路径的终点依次连接，确定所述简化路径。

10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述终止条件为

所述子路径的终点与起点的序列差值小于第一差值；

或者，

所述待分割路径的支撑点到所述待分割路径的起点与终点连线的距离与平均距离的偏差小于方差的第二倍数值；

其中，所述第一差值及所述第二倍数值均为预设值。