CN109101682B - 一种路网对偶拓扑结构的建立方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种路网对偶拓扑结构的建立方法，其中建立过程包括节点数据预处理及道路元全局搜索，所述节点预处理包括7个道路连接线连续性判别准则，其中与各道路节点相连的连接线集合均被分类为不同的子集；经过全局搜索，属于同一道路元的所有道路节点及连接线均将被统一编号，连接线的道路元编号满足唯一性，判断过程是收敛的，不会产生逻辑矛盾、重复、冗余、遗漏判断等情况，且简单有效。

Description

一种路网对偶拓扑结构的建立方法
技术领域
本发明属于交通技术领域，具体涉及一种路网对偶拓扑结构的建立方法。
背景技术
城市道路网络就其直接的空间二维结构而言,可能具有规则网络的某些特性，但是从网络拓扑结构角度出发，根据不同的研究范围和目的，则可以根据不同的拓扑建模规则对城市路网进行抽象，并在此基础上分析挖掘其系统结构性特征。
所谓路网对偶拓扑，其基本思路是“以交通系统对象(包括出行端如小区、学校等一般出行发生吸引点，服务端如某段支路、次干路、主干路、快速路等)为网络拓扑节点，以节点间的连通关系为网络拓扑边(如路网与路段的交叉关系)”进行路网抽象，而不再拘泥于空间连接关系的限制，如一个交叉口在空间上仅能表现“相邻路段”的交叉连接，而其在拓扑结构上则反映了不同等级不同功能的道路之间的连通关系。
对偶拓扑方法一般有空间语义法、路名法、道路连续性判别法等，各有优缺点。而现有各类对偶拓扑方法由于仅考虑满足理论研究需要，设计采用的路网抽象程度均较高，如相同走向多条路段仅抽象为单条路段等。但在增加了GPS轨迹精确匹配需求后，则对路网抽象精细程度提出了更高的要求，现有对偶方法已难以直接满足使用需要。
其中，“普通连续”：即处于执行中的连续搜索道路连接线；
“分岔”：即备选搜索连接线，当有多条连接线均满足搜索条件时，除普通连续连接线外的其他连接线；
“触角”：满足一定规则约束的特殊搜索连接线，如各类匝道，当搜索进行到此类连接线是，终止搜索过程并转入“分岔”。
“平行集”：满足平行判定规则的搜索连接线，由于平行路段可能之间不直接相连，故需要采用平行规则单独对其进行识别。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种大规模精细化路网对偶拓扑结构的建立方法，解决现有的对偶拓扑结果建立算法过于简单，只能服务于理论研究，无法应用于精细化路网抽象中的问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：
一种路网对偶拓扑结构的建立方法，包括以下步骤：
步骤1，初始化路网数据信息，获得路网各节点与连接该节点的道路连接线的关系；
步骤2，根据路网各节点与连接该节点的道路连接线的关系，通过预设的优先级规则将路网中各节点上的道路连接线进行连续性判别分类，得到多个对象集；
所述预设的优先级规则为：
优先级0：将具有相同路名的道路连接线组合划分为一个对象集；
优先级1：将具有相同等级，角度和方向的道路连接线组合划分为一个对象集；
优先级2：将具有分岔路段长度相同的道路连接线组合划分为一个对象集，将该对象集定义为分岔对象集；
优先级3：将属于优先级2分岔路段的合拢路段道路连接线划分为所述分岔对象集；
优先级4：将具有相同角度的道路连接线组合划分为一个对象集；
优先级5：将仅具有相同角度和方向的道路连接线划分为一个对象集；
优先级6：将剩余单向驶出的道路连接线划分为一个对象集，将该对象集定义为触角对象集；
优先级7：剩余情况下的道路连接线组合均划分为不同对象集，即表示不连续；
步骤3，通过预设的道路搜索规则将属于同一道路单元的对象集进行串联，获得具有对偶拓扑特征的对偶拓扑网络；
包括：
步骤31，从路网节点中任选一个节点作为当前节点，从当前节点的多个对象集中任选一个对象集作为当前对象集，从属于该当前对象集的连接线出发，搜索所有路网节点，找到与当前对象集属于同一条道路的所有路网节点和对象集，得到当前道路元，并对属于当前道路元的连接线集合进行拓扑编号；
步骤32，重复步骤31，直至路网中所有路网节点均被作为当前节点，所有连接线均被赋予道路元编号，若将道路元抽象为节点，道路元之间的连接关系抽象为边，该拓扑网络即为原路网的对偶拓扑网络。
进一步地，搜索所有路网节点，找到与当前对象集属于同一条道路的所有路网节点和对象集时，按照普通连续、分岔、触角、平行集的顺序进行搜索。
本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
(1)本发明灵活调整不同优先级或增加新的判别准则，由于可根据实际问题不断优化完善的判别准则，且追加准则由于优先级的限制不会干扰已有准则，保证了算法的持续优化特性，因而对复杂路网具有较高的判别可靠性；
(2)本发明既能在路名信息缺失时严格按照对偶拓扑规则进行连续性判断(如在路名信息缺失时也能根据路段等级、角度、方向等信息判断道路走向)，也能充分利用已有路名信息进行判别。
附图说明
图1为本发明的流程示意图；
图2为从城市道路网络抽象到其对偶网络的转换过程示意图；
图3中 (a)为具有50个交叉口连接数及以上的道路元组成的网络结构；图3中 (b)为图3中 (a)的对偶拓扑结果。
以下结合附图对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
实施例：
本实施例提供了一种路网对偶拓扑结构的建立方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤1，初始化路网数据信息，获得路网各节点与连接该节点的道路连接线的关系；
步骤2，根据路网各节点与连接该节点的道路连接线的关系，通过预设的优先级规则将路网中各节点上的道路连接线进行连续性判别分类，得到多个对象集；
所述预设的优先级规则为：
优先级0：将具有相同路名的道路连接线组合划分为一个对象集；
优先级1：将具有相同等级，角度和方向的道路连接线组合划分为一个对象集；
优先级2：将具有分岔路段长度相同的道路连接线组合划分为一个对象集，将该对象集定义为分岔对象集；
优先级3：将属于优先级2分岔路段的合拢路段道路连接线划分为所述分岔对象集；
优先级4：将具有相同角度的道路连接线组合划分为一个对象集；
优先级5：将仅具有相同角度和方向的道路连接线划分为一个对象集；
优先级6：将剩余单向驶出的道路连接线划分为一个对象集，将该对象集定义为触角对象集；
优先级7：剩余情况下的道路连接线组合均划分为不同对象集，即表示不连续；
步骤3，通过预设的道路搜索规则将属于同一道路单元的对象集进行串联，获得具有对偶拓扑特征的对偶拓扑网络；
包括：
步骤31，从路网节点中任选一个节点作为当前节点，从当前节点的多个对象集中任选一个对象集作为当前对象集，从属于该当前对象集的连接线出发，搜索所有路网节点，找到与当前对象集属于同一条道路的所有路网节点和对象集，得到当前道路元，并对属于当前道路元的连接线集合进行拓扑编号；
本实施例中一条连接线有且仅有一个道路元编号，但一个道路节点则可能属于多个道路元的多条连接线；
本实施例中的连接线集合为遍历多个路网节点搜索得到，与单个节点上经步骤2获得的对象集概念不同，步骤2确定的只是在每一个路网节点n(a) 上，当外部节点n(i)搜索延伸至n(a)某连接线l(a,i)时，若存在一条l(a,j)或多条连接线{l(a,j1),...,l(a,jk)}与l(a,i)同属n(a)的某一对象集，则搜索继续延伸至节点n(j)或多个节点{n(j1),...,n(jk)},若不存在，如l(a,i)在节点n(a)上通过了优先级7的判断，则搜索在l(a,i)停止前进。
步骤32，重复步骤31，直至路网中所有路网节点均被作为当前节点，所有连接线均被赋予道路元编号，若将道路元抽象为节点，道路元之间的连接关系抽象为边，该拓扑网络即为原路网的对偶拓扑网络。
本实施例中搜索所有路网节点，找到与当前对象集属于同一条道路的所有路网节点和对象集时，按照普通连续、分岔、触角、平行集的顺序进行搜索。
图2所示为从城市道路网络抽象到其对偶网络的转换过程示意，其中，左侧为初始路网抽象，拓扑方式为“主方法拓扑”，右侧为其对偶路网抽象，对偶路网在筛除了道路网络部分地理信息的同时，保留了重要的网络结构信息，揭示了以道路元为拓扑单元的城市道路网络连接关系，该对偶网络为进一步车载GPS轨迹匹配及数据分析垫定了网络数据基础。
通过对偶拓扑，深圳市道路网络抽象为2千余条道路元对象，不同的道路元具有完全不同规模的交叉口连接及路段数量(一般主干路及快速路交叉口连接数量多，覆盖范围大，支路、次干路交叉口连接数量较少)，如图 3所示，图3中 (a)为具有50个交叉口连接数及以上的道路元组成的网络结构，可以比较清晰直观的看出整体网络骨架结构；图3中 (b)为其对偶拓扑结果，一定程度上展示了道路元间交叉连接的疏密分布状态。

Claims (1)

1.一种路网对偶拓扑结构的建立方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，初始化路网数据信息，获得路网各节点与连接该节点的道路连接线的关系；
步骤2，根据路网各节点与连接该节点的道路连接线的关系，通过预设的优先级规则将路网中各节点上的道路连接线进行连续性判别分类，得到多个对象集；
所述预设的优先级规则为：
优先级0：将具有相同路名的道路连接线组合划分为一个对象集；
优先级1：将具有相同等级，角度和方向的道路连接线组合划分为一个对象集；
优先级2：将具有分岔路段长度相同的道路连接线组合划分为一个对象集，将该对象集定义为分岔对象集；
优先级3：将属于优先级2分岔路段的合拢路段道路连接线划分为所述分岔对象集；
优先级4：将具有相同角度的道路连接线组合划分为一个对象集；
优先级5：将仅具有相同角度和方向的道路连接线划分为一个对象集；
优先级6：将剩余单向驶出的道路连接线划分为一个对象集，将该对象集定义为触角对象集；
优先级7：剩余情况下的道路连接线组合均划分为不同对象集，即表示不连续；
步骤3，通过预设的道路搜索规则将属于同一道路单元的对象集进行串联，获得具有对偶拓扑特征的对偶拓扑网络；
包括：
步骤31，从路网节点中任选一个节点作为当前节点，从当前节点的多个对象集中任选一个对象集作为当前对象集，从属于该当前对象集的连接线出发，搜索所有路网节点，找到与当前对象集属于同一条道路的所有路网节点和对象集，得到当前道路元，并对属于当前道路元的连接线集合进行拓扑编号；
步骤32，重复步骤31，直至路网中所有路网节点均被作为当前节点，所有连接线均被赋予道路元编号，若将道路元抽象为节点，道路元之间的连接关系抽象为边，该拓扑网络即为原路网的对偶拓扑网络；
搜索所有路网节点，找到与当前对象集属于同一条道路的所有路网节点和对象集时，按照普通连续、分岔、触角、平行集的顺序进行搜索。
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