CN108021686B - 一种快速匹配电子地图中公交线路与道路网络的方法 - Google Patents

一种快速匹配电子地图中公交线路与道路网络的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种快速匹配电子地图中公交线路与道路网络的方法，首先确定道路网络中每个交叉口节点的邻接节点集合，并根据路网交叉口节点与线路起始拓扑点的位置关系找到能和线路匹配上的起始路网交叉口节点，然后在该节点的邻接节点集合中寻找下一个能与公交线路拓扑点匹配的节点，直到搜寻到能匹配上拓扑点的最后一个交叉口节点，最后根据位置关系来确定线路终点，完成整个匹配过程，节省了人工在路网中逐个节点的确定线路走向的时间，提高了在道路网络中录入公交线路的速度与准确性，为公交网络自动化导入的运用以及后续公交客流分配提供了基础。

Description

一种快速匹配电子地图中公交线路与道路网络的方法
技术领域
本发明涉及城市交通系统计算机抽象表达快速生成技术领域，特别是涉及一种快速匹配电子地图中公交线路与道路网络的方法。
背景技术
随着经济的加速发展，人口的高度集中以及迅速增长已经对城市发展在空间、能源、环境、交通等方面构成了严峻的挑战。快速城市化、机动化给城市交通带来了巨大压力，而城市公共交通具有大运量、高效率的优点，使得优先发展公共交通成为了国内外城市的必然发展战略。通过切实可行的公交优先发展保障措施，则可以提高公交出行比例，适当减少道路使用效率低的非公交出行。而城市公共交通规划是当中极为重要的一环，通过综合调控公共交通系统的建设，实现有效的供给，使公共交通客运能力满足客流高峰的需要。
在城市公共交通规划中，根据规划目标布设完公交网络后需要验证线路是否会吸引足够的客流。这一工作就需要构建公交模型模拟公交乘客出行过程，进行公交客流分配进行公交客流预测，以计算获得评估公交运行水平的相关参数。由于在交通系统仿真平台中，道路网络和公交网络是分层独立存在的，而如果创建的公交模型忽略道路网络对公交行驶的影响，直接将公交客流在公交网上进行分配，结果会与实际相差很大。想要得到更为贴近实际的分配结果，必须要将公交网络和道路网络进行匹配，使公交客流能在道路网络上进行分配。现有的方法只能是对照电子地图中的公交线路走向，人工在虚拟道路网络中逐个点击交叉口节点，这样录入公交线路需要耗费巨大的人力物力。因此，实现公交信息的自动化导入十分重要，而利用电子地图提供的公交线路经过的拓扑点信息将公交线路与道路网络的匹配是自动化导入公交线网的关键所在。
发明内容
为了解决上述存在的问题，本发明提供一种快速匹配电子地图中公交线路与道路网络的方法，首先确定道路网络中每个交叉口节点的邻接节点集合，并根据路网交叉口节点与线路起始拓扑点的位置关系找到能和线路匹配上的起始路网交叉口节点，然后在该节点的邻接节点集合中寻找下一个能与公交线路拓扑点匹配上的节点，直到搜寻到能匹配上拓扑点的最后一个交叉口节点，最后根据位置关系来确定线路终点，完成整个匹配过程，提高了在道路网络中录入公交线路的速度与准确性，为达此目的，本发明提供一种快速匹配电子地图中公交线路与道路网络的方法，包括如下步骤：
步骤(1)提取电子地图中道路网络上的所有的交叉口节点，并将其经纬度坐标转换为 UTM平面坐标系坐标，转换后的坐标单位为米，组成集合W；设W中有n个交叉口节点，从W中随意选取节点wi，逐一判断wi到W中的其它节点之间是否存在可通行路段，若存在可通行路段，将该节点放入wi的邻接节点集合Si中，Si初始状态为空，对W中所有节点进行此操作，形成各节点的邻接节点集合S1,…,Sn；
步骤(2)将电子地图中公交线路经过的拓扑点经纬度坐标转换为UTM平面坐标系坐标，转换后的坐标单位为米，按线路经过的次序组成集合R，设集合R中有m个拓扑点，第i个拓扑点为ri，坐标为(xi,yi)；
步骤(3)设R中起始拓扑点为r1，计算r1到W中所有交叉口节点的距离，如果存在节点与r1的距离小于D，则将该节点放入集合Q，Q初始状态为空集，从R中删除点r1，进入步骤(5)；否则，找到与r1距离最近的节点wk；
步骤(4)设R中第二个拓扑点为r2，判断r1，r2以及W中的节点wk组成的向量
Figure BDA0001508807750000021
和
Figure BDA0001508807750000022
之间在一定精度D内是否满足共线且同向。若满足，将节点wk放入集合Q，从R中删除点r1，进入步骤(5)；否则，继续在W中寻找除了节点wk与r1距离最近的节点，逐一排除不满足条件的节点，直到找到满足条件的距离r1最近的节点，将其赋值给wk，放入集合Q中，并从R中删除点r1；
步骤(5)若集合R为空，则表示匹配完成，结束电子地图中公交线路拓扑点与路网节点的匹配；否则从点wk的邻接节点集合Sk中选取第j个节点skj，j初始值为1；
步骤(6)逐一计算集合R中的拓扑点与点skj的距离dij，如果存在拓扑点ri使得dij<D，则将点skj放入集合Q，将其定义为新的点wk，从R中删除点ri以及ri之前所有的拓扑点，并返回步骤(5)；如果不存在拓扑点ri使得dij<D且点skj为Sk中的最后一个节点，则进入步骤(7)；否则，在邻接节点集合Sk选取下一个节点，重复本步操作；
步骤(7)依次判断点skj以及Sk中各点指向R中最后一个拓扑点rm的向量和最后两个拓扑点rm-1和rm组成的向量
Figure BDA0001508807750000023
在一定精度D内是否满足共线且同向，若在点skj以及集合Sk中的点中有满足该条件的点，将其放入集合Q中，完成公交线路与路网的匹配；否则，在电子地图中显示线路最后一个拓扑点的位置，由用户确定最后一个路网节点使得该拓扑点在该节点与Q中最后一个节点组成的路段上，将用户确定的节点放入集合Q中，结束匹配；集合Q中的每前后两个节点连接起来的路径即为该条公交线路在路网中依次经过的路段。
本发明的进一步改进，所述步骤(1)和步骤(2)中，采用地图学中的统一横轴墨卡托投影方法将道路网络中所有的交叉口节点的经纬度坐标和电子地图中公交线路经过的拓扑点的经纬度坐标转换为UTM平面坐标系坐标。
本发明的进一步改进，所述步骤(3)，步骤(4)，步骤(6)和步骤(7)中，公交线路和路网匹配精度D设为10米。
本发明的进一步改进，所述步骤(4)和步骤(7)中，判断向量
Figure BDA0001508807750000024
与向量
Figure BDA0001508807750000031
在一定精度D内是否满足共线且同向的方法如下：
存在k使得
Figure BDA0001508807750000032
k＞0 (2)。
本发明公开了一种快速匹配电子地图中公交线路与道路网络的方法，与现有技术相比，本发明具有以下优点，其根据公交线路拓扑点与路网交叉口节点的位置关系自动匹配公交线路在道路网络中经过的路段，节省了人工在道路网络中逐一点击节点录入公交线路走向信息的时间，避免了人工操作造成的错误，保证了公交线路都经过了路网中可连通的路段，提高了录入信息的准确性。
附图说明
图1为本发明快速匹配电子地图中公交线路与道路网络方法的流程图；
图2为本发明一个实施例公交线路和该公交线路周边道路网络的示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
本发明提供一种快速匹配电子地图中公交线路与道路网络的方法，首先确定道路网络中每个交叉口节点的邻接节点集合，并根据路网交叉口节点与线路起始拓扑点的位置关系找到能和线路匹配上的起始路网交叉口节点，然后在该节点的邻接节点集合中寻找下一个能与公交线路拓扑点匹配上的节点，直到搜寻到能匹配上拓扑点的最后一个交叉口节点，最后根据位置关系来确定线路终点，完成整个匹配过程，提高了在道路网络中录入公交线路的速度与准确性。
本发明一种快速匹配电子地图中公交线路与道路网络的方法，其流程如图1所示。
步骤(1)提取电子地图中道路网络上的所有的交叉口节点，并将其经纬度坐标转换为 UTM平面坐标系坐标，转换后的坐标单位为米，组成集合W；设W中有n个交叉口节点，从W中随意选取节点wi，逐一判断wi到W中的其它节点之间是否存在可通行路段，若存在可通行路段，将该节点放入wi的邻接节点集合Si中，Si初始状态为空，对W中所有节点进行此操作，形成各节点的邻接节点集合S1,…,Sn；
步骤(2)将电子地图中公交线路经过的拓扑点经纬度坐标转换为UTM平面坐标系坐标，转换后的坐标单位为米，按线路经过的次序组成集合R，设集合R中有m个拓扑点，第i个拓扑点为ri，坐标为(xi,yi)；
本实施例中，从电子地图网站中选取了常州市武进区阳湖大桥南侧的一块区域的道路网络，20路的一段公交线路以及该段公交线路经过的拓扑点，如图2所示。该道路网络中，一共含有10个交叉口节点，编号从w1到w10，其经纬度坐标和转换后的UTM平面坐标系坐标如表1所示。该条公交线路一共经过18个拓扑点，编号从r1到r18，获取得到的经纬度坐标和转换后的UTM平面坐标系坐标如表2所示。各节点的邻接节点集合如表3所示；
表1道路网络中各节点的经纬度坐标和对应的UTM坐标系坐标
节点 经度 纬度 UTM横坐标 UTM纵坐标
W<sub>1</sub> 119.964589 31.735170 780879.570 3514906.223
W<sub>2</sub> 119.964438 31.732562 780873.127 3514616.594
W<sub>3</sub> 119.964184 31.728178 780862.237 3514129.665
W<sub>4</sub> 119.968699 31.727277 781292.996 3514041.416
W<sub>5</sub> 119.970812 31.726854 781494.559 3514000.034
W<sub>6</sub> 119.970515 31.732688 781448.779 3514646.207
W<sub>7</sub> 119.971085 31.734615 781496.887 3514861.404
W<sub>8</sub> 119.973809 31.734754 781754.703 3514883.906
W<sub>9</sub> 119.973793 31.733013 781758.437 3514690.831
W<sub>10</sub> 119.974064 31.726426 781804.110 3513960.950
表2公交线路经过的拓扑点的经纬度坐标和对应的UTM坐标系坐标
Figure BDA0001508807750000041
Figure BDA0001508807750000051
表3路网交叉口节点的邻接节点集合
各节点的邻接节点集合 所含节点
S<sub>1</sub> w<sub>2</sub>,w<sub>7</sub>
S<sub>2</sub> w<sub>1</sub>,w<sub>3</sub>,w<sub>6</sub>
S<sub>3</sub> w<sub>2</sub>,w<sub>4</sub>
S<sub>4</sub> w<sub>3</sub>,w<sub>5</sub>
S<sub>5</sub> w<sub>4</sub>,w<sub>6</sub>,w<sub>10</sub>
S<sub>6</sub> w<sub>2</sub>,w<sub>5</sub>,w<sub>7</sub>,w<sub>9</sub>
S<sub>7</sub> w<sub>1</sub>,w<sub>6</sub>,w<sub>8</sub>
S<sub>8</sub> w<sub>7</sub>,w<sub>9</sub>
S<sub>9</sub> w<sub>6</sub>,w<sub>8</sub>,w<sub>10</sub>
S<sub>10</sub> w<sub>5</sub>,w<sub>9</sub>
步骤(3)设R中起始拓扑点为r1，计算r1到W中所有交叉口节点的距离，如果存在节点与r1的距离小于D，则将该节点放入集合Q，Q初始状态为空集，从R中删除点r1，进入步骤(5)；否则，找到与r1距离最近的节点wk；
本实施例中，r1坐标为(780880.620,3514845.742)，计算r1与路网中10个节点的距离，不存在节点与r1的距离小于10米。路网中与r1距离最近的节点为点w1，坐标为(780879.570, 3514906.223)；
步骤(4)设R中第二个拓扑点为r2，判断r1，r2以及W中的节点wk组成的向量
Figure BDA0001508807750000052
和
Figure BDA0001508807750000053
之间在一定精度D内是否满足共线且同向。若满足，将节点wk放入集合Q，从R中删除点r1，进入步骤(5)；否则，继续在W中寻找除了节点wk与r1距离最近的节点，逐一排除不满足条件的节点，直到找到满足条件的距离r1最近的节点，将其赋值给wk，放入集合Q中，并从R中删除点r1；
步骤(5)若集合R为空，则表示匹配完成，结束电子地图中公交线路拓扑点与路网节点的匹配；否则从点wk的邻接节点集合Sk中选取第j个节点skj，j初始值为1；
本实施例中，r2坐标为(780877.807,3514760.982)，故有
Figure BDA0001508807750000054
Figure BDA0001508807750000055
解以下方程
Figure BDA0001508807750000056
可求得当0.5989<k<0.8266时，该等式成立，即存在正数k使得上式成立。所以可认为一定精度内
Figure BDA0001508807750000057
和
Figure BDA0001508807750000058
满足共线且同向
故将节点w1放入集合Q中，并从R中删除点r1，从w1点的邻接节点集合S1中选取第一个节点sk1，即为点w2；
步骤(6)逐一计算集合R中的拓扑点与点skj的距离dij，如果存在拓扑点ri使得dij<D，则将点skj放入集合Q，将其定义为新的点wk，从R中删除点ri以及ri之前所有的拓扑点，并返回步骤(5)；如果不存在拓扑点ri使得dij<D且点skj为Sk中的最后一个节点，则进入步骤(7)；否则，在邻接节点集合Sk选取下一个节点，重复本步操作；
本实施例中，从拓扑点r2开始逐一计算与点w2的距离，存在拓扑点r4与点w2的距离为 1.56米，小于10米，故将点w2放入集合Q中，从R中删除点r2,r3和r4；从w2点的邻接节点集合S2中选取第一个个节点，为点w1，并从拓扑点r5开始逐一计算与点w1的距离，不存在拓扑点与点w1的距离小于10米；在集合S2选取下一个节点，为点w3，从拓扑点r5开始逐一计算与点w3的距离，不存在拓扑点与点w3的距离小于10米；在集合S2选取下一个节点w6，拓扑点r5开始逐一计算与点c的距离，存在拓扑点r11与点w6的距离为2.52米，小于 10米，故将点w6放入集合Q中，从R中删除点r5到r11。重复上述操作，在点w6的邻接节点集合S6中找到点w9，使得存在拓扑点r13与该点的距离为8.32米，小于10米，故将点w9放入集合Q中，从R中删除点r12和r13。在点w9的邻接节点集合S9中未找到任何一个点与R 中的任意拓扑点距离小于10米；
步骤(7)依次判断点skj以及Sk中各点指向R中最后一个拓扑点rm的向量和最后两个拓扑点rm-1和rm组成的向量
Figure BDA0001508807750000061
在一定精度D内是否满足共线且同向，若在点skj以及集合Sk中的点中有满足该条件的点，将其放入集合Q中，完成公交线路与路网的匹配；否则，在电子地图中显示线路最后一个拓扑点的位置，由用户确定最后一个路网节点使得该拓扑点在该节点与Q中最后一个节点组成的路段上，将用户确定的节点放入集合Q中，结束匹配；集合 Q中的每前后两个节点连接起来的路径即为该条公交线路在路网中依次经过的路段；
本实施例中，Q中最后一个点为点w9，点w9的邻接节点集合S9中含有点w6，w8和w10，R中最后两个拓扑点为r17和r18，
Figure BDA0001508807750000062
在点w9，w6，w8和w10中，点w10符合指向r18的向量
Figure BDA0001508807750000063
在一定精度D内满足共线且同向，即存在正数k (解不等式可得k＝0.2809)使得
Figure BDA0001508807750000064
故将点w10放入集合Q中，完成公交线路与路网的匹配。最终，集合Q＝{w1,w2,w6,w9,w10}为该条公交线路转换到道路网络中依次经过的交叉口节点，每前后两节点之间的路段即为该条公交线路所经过的路网中对应的路段。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。

Claims (3)

1.一种快速匹配电子地图中公交线路与道路网络的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤(1)提取电子地图中道路网络上的所有的交叉口节点，并将其经纬度坐标转换为UTM平面坐标系坐标，转换后的坐标单位为米，组成集合W；设W中有n个交叉口节点，从W中随意选取节点wi，逐一判断wi到W中的其它节点之间是否存在可通行路段，若存在可通行路段，将该节点放入wi的邻接节点集合Si中，Si初始状态为空，对W中所有节点进行此操作，形成各节点的邻接节点集合S1,…,Sn；
步骤(2)将电子地图中公交线路经过的拓扑点经纬度坐标转换为UTM平面坐标系坐标，转换后的坐标单位为米，按线路经过的次序组成集合R，设集合R中有m个拓扑点，第i个拓扑点为ri，坐标为(xi,yi)；
步骤(3)设R中起始拓扑点为r1，计算r1到W中所有交叉口节点的距离，如果存在节点与r1的距离小于D，则将该节点放入集合Q，Q初始状态为空集，从R中删除点r1，进入步骤(5)；否则，找到与r1距离最近的节点wk；
步骤(4)设R中第二个拓扑点为r2，判断r1，r2以及W中的节点wk组成的向量
Figure FDA0002714429460000012
和
Figure FDA0002714429460000013
之间在一定精度内是否满足共线且同向，若满足，将节点wk放入集合Q，从R中删除点r1，进入步骤(5)；否则，继续在W中寻找除了节点wk与r1距离最近的节点，逐一排除不满足条件的节点，直到找到满足条件的距离r1最近的节点，将其赋值给wk，放入集合Q中，并从R中删除点r1；
步骤(5)若集合R为空，则表示匹配完成，结束电子地图中公交线路拓扑点与路网节点的匹配；否则从点wk的邻接节点集合Sk中选取第j个节点skj，j初始值为1；
步骤(6)逐一计算集合R中的拓扑点与点skj的距离dij，如果存在拓扑点ri使得dij<D，则将点skj放入集合Q，将其定义为新的点wk，从R中删除点ri以及ri之前所有的拓扑点，并返回步骤(5)；如果不存在拓扑点ri使得dij<D且点skj为Sk中的最后一个节点，则进入步骤(7)；否则，在邻接节点集合Sk选取下一个节点，重复本步操作；
步骤(7)依次判断点skj以及Sk中各点指向R中最后一个拓扑点rm的向量和最后两个拓扑点rm-1和rm组成的向量
Figure FDA0002714429460000011
在一定精度内是否满足共线且同向，若在点skj以及集合Sk中的点中有满足该条件的点，将其放入集合Q中，完成公交线路与路网的匹配；否则，在电子地图中显示线路最后一个拓扑点的位置，由用户确定最后一个路网节点使得该拓扑点在该节点与Q中最后一个节点组成的路段上，将用户确定的节点放入集合Q中，结束匹配；集合Q中的每前后两个节点连接起来的路径即为该条公交线路在路网中依次经过的路段。
2.根据权利要求1所述的一种快速匹配电子地图中公交线路与道路网络的方法，其特征在于：所述步骤(1)和步骤(2)中，采用地图学中的统一横轴墨卡托投影方法将道路网络中所有的交叉口节点的经纬度坐标和电子地图中公交线路经过的拓扑点的经纬度坐标转换为UTM平面坐标系坐标。
3.根据权利要求1所述的一种快速匹配电子地图中公交线路与道路网络的方法，其特征在于：所述步骤(3)，步骤(4)，步骤(6)和步骤(7)中，公交线路和路网匹配精度设为10米。
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