CN105956333A - 多分辨率交通系统面向对象三级页表数据结构建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多分辨率交通系统面向对象三级页表数据结构建模方法，包括：数据存储，城市信息、交通信息存储于数据库，把城市信息存于文件前面，交通信息存于文件的后面，用SQL语句函数操作；数据的逻辑结构:采用封装、数据隐藏、继承和多态G+语言充分支持面向对象程序设计，将交通网络系统抽象成交叉口类，路段类，车道类，车辆类，信号灯类；数据的存储结构采用面向对象的数据结构作为数据的存储结构。本发明能够适应不同的实际需求，在原始数据节点‑链接模型拓扑结构基础上，抽象出一层，根据实际需要，建立符合需要的虚拟网络，提高了数据的利用率和系统的适应性及可维护性。

Description

多分辨率交通系统面向对象三级页表数据结构建模方法

技术领域

本发明属于交通仿真领域，尤其涉及一种多分辨率交通系统面向对象三级页表数据结构建模方法。

背景技术

交通网络中常常提出这样的问题:从甲地到乙地之间是否有公路连通,在有多条通路的情况下，哪一条路最短,理论上，交通网络可以用带权图来表示。顶点表示城市名称，边表示两个城市有路连通，边上权值可表示两城市之间的距离、交通费或途中所花费的时间等。交通网结构指交通网的等级结构，是地理学中通常所指的运网的几何或拓扑结构。交通网的几何特征通过一系列由点数、边数和子图个数组成的指标以及点边连通关系矩阵来描述。这些指标分别反映网的总连通程度（或称成网水平）、网上各点的绝对易达性及相对易达性等。交通网几何结构特征的定量描述，是运输地理学的一个重要进展。使不同地区或不同运输方式的网络有了一种空间结构比较的方法。

现有的实现方法一般采用邻接表，其缺点是未考虑运输等级或方式差异的抽象结构，在程序中实现比较困难，结构抽象和转换繁琐，在实际工作中现实意义不大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多分辨率交通系统面向对象三级页表数据结构建模方法，旨在解决现有交通网几何结构特征的定量描述方法未考虑运输等级或方式差异的抽象结构，实现比较困难，结构抽象和转换繁琐，不能够适应不同实际需求的问题。

本发明是这样实现的，一种多分辨率交通系统面向对象三级页表数据结构建模方法包括：

(1) 数据存储:

城市信息、交通信息存储于数据库，把城市信息存于文件前面，交通信息存于文件的后面，用SQL语句函数操作；

(2) 数据的逻辑结构:

采用封装、数据隐藏、继承和多态G+语言充分支持面向对象程序设计，将交通网络系统抽象成交叉口类，路段类，车道类，车辆类，信号灯类；

(3) 数据的存储结构采用面向对象的数据结构作为数据的存储结构。

进一步，采用三级页表结构模型设计多分辨率交通道路网络的数据表结构和程序的数据结构，多分辨率交通仿真的数据模型分为物理数据模型和逻辑数据模型，物理数据模型是相互关联的真实表的集合，逻辑数据模型是对物理数据模型逻辑关系的描述，第一级是宏观节点和由宏观节点构成的宏观链接组成的，第二级是中观节点和由中观节点构成的中观链接组成的，第三级是微观节点和由微观节点构成的微观链接组成的，每一级之间通过属性的键进行链接，并保持和维护数据的一致性。

进一步，基于TLPTSD设计数据库结构，包括节点数据表和链接数据表，节点数据表和链接数据表包括宏观节点数据表、中观节点数据表和微观节点数据表，在不同粒度水平的表结构通过主键连接。

进一步，基于TLPTSD设计多分辨率交通网络数据结构，表结构中的字段与程序数据结构中的变量相对应，类型也保持一致，对于不同分辨率的宏观表结构、中观表结构和微观表结构通过面向对象的继承机制来实现。

进一步，类结构设计包括：

(1)车辆类，用来描述仿真中车辆实体的属性，车辆类的私有属性包括车辆标号、长度、宽度、类型、车辆存在状态车辆位置、速度、最大速度、期望速度、平均速度、加速度、最大加速度、最大减速度、前车标号、后车标号、转弯方向、以及驾驶员对环境的熟练程度和冒险倾向；

(2)路段类，在路网图上路段是连接两个交叉口或2个节点间的有方向的线段，主要成员变量包括私有属性和公有属性，私有变量主要包括路段标号、路段长度、车道，通行能力、自由流车速、下游节点标号和上游节点标号，成员函数用来设置、确定当前路段标号及其在网络中的属性，主要的函数为:set current link ( ) ,gel current link()，set dowt} link()和geldowt} link( )；

(3)车道类，车道作为一个单独的类其成员变量包括车道宽度、转弯方向、车辆排队长、最大排队长和车道控制类型；

(4)交叉口类的每个成员变量分别描述交叉口不同方面的属性，包括交叉口标号、交叉口上下游节点、与各方向相连的进出口路段标号和各个进口的属性；

(5)信号灯类用来描述信号配时参数中的红绿灯时长属性，成员变量主要包括信号灯标号、信号周期时长当前的信号灯色、红灯时长、绿灯时长、黄灯时长、相序、绿信比以及从模拟开始到当前时钟信号灯已经过的周期数；

(6)时钟类主要是为了控制仿真中当前时钟的推进而设置的，时钟类的成员变量主要包括当前时间值、仿真时间步长仿真时间。

本发明的有益效果如下：

1、实际应用中，不同分辨下的数据需求不同，不同目的的需求不同。如公共交通网络、物流网络、加油站分布网络等，本发明能够适应不同的实际需求。

2、本发明提出在原始数据节点-链接模型拓扑结构基础上，抽象出一层，根据实际需要，建立符合需要的虚拟网络，不仅提高了数据的利用率，节省的大量的数据调查输入维护成本，同时提高了系统的适应性及可维护性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的多分辨率交通仿真的数据模型结构图示；

图2是本发明实施例提供的基于TLPTSD的数据库表结构模型结构图示；

图3是本发明实施例提供的内存数据结构模型图示。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

本发明采用两层结构来实现，底层是物理数据模型层，表示了数据持久化的结构，包括宏观模型、中观模型和微观模型，每一种模型由基本的节点表和链接表构成；上层是逻辑数据层，提供了数据访问的逻辑结构和统一接口，逻辑结构保持了底层数据结构的映射，并在此基础上提供了方便统一使用的逻辑访问接口。

请参阅图1至图3：

一种多分辨率交通系统面向对象三级页表数据结构建模方法，包括：

(1) 数据存储:

城市信息(包括城市名、代码)、交通信息(包括城市间的里程、交叉口位置、距离等)存储于数据库，把城市信息存于文件前面，交通信息存于文件的后面，用SQL（Structured Query Language，结构化查询语言）语句函数操作。

(2) 数据的逻辑结构:

面向对象程序设计的本质是把数据和处理数据的过程当成一个整体，增加软件可扩容性和可重用性，改善并提高程序编写的效率，控制维护软件的复杂性和开销。面向对象程序设计吸取了结构化程序设计的一切优点，它支持将数据和对数据的操作作为一个相互依存，不可分割的整体来处理，并采用数据抽象与信息隐藏技术，将对象及对对象的操作抽象成一种新的数据类型——类，通过类的成员函数来访问其成员变量。

采用封装、数据隐藏、继承和多态G+语言充分支持面向对象程序设计，将交通网络系统抽象成交叉口类(tintersection)，路段类(tlink)，车道类(tlane)，车辆类(tvehicle )，信号灯类(tsignal)。

(3) 数据的存储结构采用面向对象的数据结构作为数据的存储结构，当交通网络结构比较复杂时，宜采用面向对象建模方法，以提高空间的存储效率和降低映射的复杂性。

进一步，采用三级页表结构模型来设计多分辨率交通道路网络的数据表结构和程序的数据结构。如图1所示，多分辨率交通仿真的数据模型可以分为物理数据模型和逻辑数据模型，物理数据模型是相互关联的真实表的集合，相互之间的关联关系通过箭线表示；逻辑数据模型是对物理数据模型逻辑关系的描述，如第一级是宏观节点和由宏观节点构成的宏观链接组成的，其它以此类推。本质上多分辨率交通仿真的不同粒度数据是一个树结构，在数据库中可以通过定义编码或者外键来实现。

进一步，基于TLPTSD设计数据库结构，包括节点数据表和链接数据表，节点数据表和链接数据表包括宏观节点数据表、中观节点数据表和微观节点数据表。具体而言，macro_node是宏观级的表结构，MACRO_NODE_CODE是其主键；meso_node是中观一级的表结构，MACRO_NODE_CODE和MESO_NODE_CODE是其主键；micro_node是微观级的表结构。 MACRO_NODE_CODE，MESO_NODE_CODE和MICRO_NODE_CODE是其主键。在不同粒度水平（即不同分辨率）的表结构通过主键连接。

道路网络的空间信息包括点，线，面等通过空间数据库中的内部类型来创建。例如，字段MACRO_NODE_LOCATION的类型是点，包含的是x，y位置坐标。根据OpenGIS的标准，空间数据库只支持两维的空间结构类型，所以可以在macro_node表中添加一个字段MACRO_NODE_Z来存储高度的位值置，这样表macro_node就可以支持三维数据的存储功能。空间数据和属性数据存储到同一个表中，方便了数据操作，减少了数据不一致性。DM-MRTM在空间数据库中的ER（Entity-Relationship，ER）关系如图2所示。

进一步，基于TLPTSD设计多分辨率交通网络数据结构，并利用C++进行了实现。为了保持程序数据结构与数据库表结构相互映射的一致性，本发明采取一一映射对应原则。即表结构中的字段与程序数据结构中的变量相对应，类型也保持一致。具体的类型对应关系参见表1，如对于表结构中特殊的空间类型如位置信息(x,y)采用STRUCT来定义，可表示为struct point {double x, y;}。对于不同分辨率的宏观表结构、中观表结构和微观表结构通过面向对象的继承机制来实现。具体而言，中观类继承于宏观类，微观类继承于中观类，这样的类关系设计符合多分辨率的思维方式，体现了多分辨率交通仿真的运行机制。图3为利用统一建模语言（Unified Modeling Language，UML）表示的程序数据结构关系示意图。

表1 内存数据结构与数据库表结构一致性关系对照表

序号	内存数据结构	数据库表结构
			1	Macronode	macro_node
2	Macrolink	macro_link
			3	Mesonode	meso_node
4	Mesolink	meso_link
			5	Micronode	micro_node
6	Microlink	micro_link
			7	Unsigned int	INT
8	string	VARchar(255)
			9	Char	char
10	double	double
			11	Object point	point

进一步，类结构设计包括：

(1)车辆类，用来描述仿真中车辆实体的属性，它的不断产生可以保证仿真的持续进低车辆类的各个成员变量和成员函数均从不同角度反映车辆在网络中运行时的动态特性定义的车辆属性可区分为私有、保护和公有属性，不同的属性界定了该类对其它类的开放程度为了对路网中车辆的运行行为进行较为深入细致的微观描述，笔者对车辆类的私有属性包括车辆标号、长度、宽度、类型、车辆存在状态车辆位置、速度、最大速度、期望速度、平均速度、加速度、最大加速度、最大减速度、前车标号、后车标号、转弯方向、以及驾驶员对环境的熟练程度和冒险倾向；

(2)路段类，在路网图上路段是连接两个交叉口或2个节点间的有方向的线段，是组成道路网的基本要素其类结构的定义与车辆类相似，主要成员变量包括私有属性和公有属性，私有变量主要包括路段标号、路段长度、车道,通行能力、自由流车速、下游节点标号和上游节点标号，成员函数用来设置、确定当前路段标号及其在网络中的属性，主要的函数为:set current link ( ) ,gel current link()，set dowt} link()和geldowt} link( )等路段类是路网面向对象模拟中必不可少的，不仅用来描述各个单独路段的属性，而且也描述网络内部各节点、各路段之间的链接关系。

(3)车道类，车辆的运行是在车道上，研究车道上的车辆队列非常重要，车道作为一个单独的类其成员变量包括车道宽度、转弯方向、车辆排队长、最大排队长和车道控制类型等车道类是微观仿真的基本单元。

(4)交叉口类的每个成员变量分别描述交叉口不同方面的属性，包括交叉口标号、交叉口上下游节点、与各方向相连的进出口路段标号和各个进口的属性。交叉口类是交通网络仿真的一个基本单元，交叉口类对象定义为例来描述交叉口类的基本结构，如图2所示。

(5)信号灯类用来描述信号配时参数中的红绿灯时长属性，成员变量主要包括信号灯标号、信号周期时长当前的信号灯色、红灯时长、绿灯时长、黄灯时长、相序、绿信比以及从模拟开始到当前时钟信号灯已经过的周期数；

(6)时钟类主要是为了控制仿真中当前时钟的推进而设置的，它随事件的推进而推进，可以控制仿真的进程，多用在定时模块中。时钟类的成员变量主要包括当前时间值、仿真时间步长仿真时间。

本发明的有益效果如下：

1、实际应用中，不同分辨下的数据需求不同，不同目的的需求不同。如公共交通网络、物流网络、加油站分布网络等，本发明能够适应不同的实际需求。

2、根据不同的目的在“节点-链接模型拓扑结构基础上建立符合实际需要的虚拟网络，能够符合多分辨仿真的要求以及实际应用的需要。宏观模型需要建立宏观的交通网络，中观与微观模型也需要建立相应的交通网络，同时公交分析需要建立公共交通网络，物流分析需要建立物流运输交通网络，总之，不同分辨率模型需要建立不同精度的交通的网络，不同的应用也需要建立相应的不同的交通网络。为了减少重复的数据调查、数据输入以及数据建模，提高数据的利用率，本发明提出在原始数据节点-链接模型拓扑结构基础上，抽象出一层，根据实际需要，建立符合需要的虚拟网络。这样不仅提高了数据的利用率，节省的大量的数据调查输入维护成本，同时提高了系统的适应性及可维护性。

以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种多分辨率交通系统面向对象三级页表数据结构，其特征在于，所述多分辨率交通系统面向对象三级页表数据结构采用底层和上层两层结构；

所述底层是物理数据模型层，表示数据持久化的结构，包括宏观模型、中观模型和微观模型，宏观模型、中观模型和微观模型由基本的节点表和链接表构成；

所述上层是逻辑数据层，提供数据访问的逻辑结构和统一接口，逻辑结构是底层数据结构的映射，提供统一使用的逻辑访问接口。

2.一种如权利要求1所述多分辨率交通系统面向对象三级页表数据结构的建模方法，其特征在于，所述建模方法包括：

城市信息、交通信息存储于数据库，用SQL语句函数操作；把城市信息存于文件前面，交通信息存于文件的后面；

采用数据抽象与信息隐藏方法，将对象及对对象的操作抽象成一种新的数据类型——类，通过类的成员函数来访问其成员变量；

采用封装、数据隐藏、继承和多态G+语言充分支持面向对象程序设计，将交通网络系统抽象成交叉口类，路段类，车道类，车辆类，信号灯类；

数据的存储采用面向对象的数据结构作为数据的存储结构，当交通网络结构比较复杂时，采用面向对象建模方法。

3.如权利要求2所述的建模方法，其特征在于，所述车辆类，用于描述仿真中车辆实体的属性，不断产生保证仿真的持续进低车辆类的各个成员变量和成员函数均从不同角度反映车辆在网络中运行时的动态特性定义的车辆属性可区分为私有、保护和公有属性。

4.如权利要求2所述的建模方法，其特征在于，所述路段类，用于描述各个单独路段的属性和网络内部各节点、各路段之间的链接关系；变量包括私有属性和公有属性，私有变量包括路段标号、路段长度、车道、通行能力、自由流车速、下游节点标号和上游节点标号，成员函数用来设置、确定当前路段标号及其在网络中的属性，函数为:set current link ( ) ,gel current link()，set dowt} link()和geldowt} link( )。

5.如权利要求2所述的建模方法，其特征在于，所述车道类，包括车道宽度、转弯方向、车辆排队长、最大排队长和车道控制类型。

6.如权利要求2所述的建模方法，其特征在于，所述交叉口类，用于描述交叉口不同方面的属性，包括交叉口标号、交叉口上下游节点、与各方向相连的进出口路段标号和各个进口的属性。

7.如权利要求2所述的建模方法，其特征在于，所述信号灯类，用于描述信号配时参数中的红绿灯时长属性，成员变量包括信号灯标号、信号周期时长当前的信号灯色、红灯时长、绿灯时长、黄灯时长、相序、绿信比以及从模拟开始到当前时钟信号灯已经过的周期数。

8.如权利要求2所述的建模方法，其特征在于，所述时钟类，用于控制仿真中当前时钟的推进而设置的，随事件的推进而推进，控制仿真的进程，多用在定时模块中；时钟类的成员变量包括当前时间值、仿真时间步长仿真时间。