CN111435543B - 电子地图中道路的绘制方法、装置及绘制设备、存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了一种电子地图中道路的绘制方法、装置及绘制设备、存储介质,所述绘制方法包括:将采集到的道路形点数据进行线形拟合,得到所述道路对应的曲线的曲线系数及起点坐标;将得到的所述道路对应的曲线的曲线系数及起点坐标代入所述道路的缓和曲线的方程,渲染得到所述道路的缓和曲线;其中,所述道路的缓和曲线由单位回旋曲线变形得到,所述道路的缓和曲线的方程表示为单位回旋曲线与相应的变形系数的相关关系,且所述变形系数与所述道路对应的曲线的曲线系数存在预设关系。采用上述方案可以提高电子地图中道路缓和曲线的精度稳定性和线形的平滑度。
Description
技术领域
本发明实施例涉及电子地图技术领域,尤其涉及一种电子地图中道路的绘制方法、装置及绘制设备、存储介质。
背景技术
道路平面线是由一系列路线单元构成的,包括:直线、圆曲线、缓和曲线及二次抛物线等。缓和曲线是设置在直线与圆曲线之间或半径相差较大的两个转向相同的圆曲线之间的一种曲率连续变化的曲线。《公路工程技术标准》(JTG B01-2003)规定,除四级路可不设缓和曲线外,其余各级公路都应设置缓和曲线。在现代高速公路上,有时缓和曲线所占的比例超过了直线和圆曲线,成为平面线形的主要组成部分。在城市道路上,缓和曲线也被广泛地使用。
目前,电子地图的道路缓和曲线的绘制,是通过获取全球定位系统(GlobalPosition System,GPS)测量获得一系列的形点数据,然后将各形点数据对应的形点依次连接起来渲染得到。
然而,采用上述方式绘制得到的电子地图中的道路缓和曲线,存在精度不稳定及线形不够平滑的问题,尤其在将地图放大显示时,线形不够平滑的问题更加突出。
发明内容
本发明实施例提供一种电子地图中道路的绘制方法、装置及绘制设备、存储介质,以提高电子地图中道路缓和曲线的精度稳定性和线形的平滑度。
本发明实施例提供了一种电子地图中道路的绘制方法,包括:将采集到的道路形点数据进行线形拟合,得到所述道路对应的曲线的曲线系数及起点坐标;将得到的所述道路对应的曲线的曲线系数及起点坐标代入所述道路的缓和曲线的方程,渲染得到所述道路的缓和曲线;其中,所述道路的缓和曲线由单位回旋曲线变形得到,所述道路的缓和曲线的方程表示为单位回旋曲线与相应的变形系数的相关关系,且所述变形系数与所述道路对应的曲线的曲线系数存在预设关系。
可选地,所述道路对应的曲线的曲线系数包括曲率变化率、起始曲率和起始角度;所述变形系数包括平移系数、缩放系数和旋转系数。
可选地,所述单位回旋曲线采用有理数逼近方式模拟得到。
可选地,所述道路的缓和曲线的方程为:
其中,
为偏移坐标,表征平移系数;scale为缩放系数;Mat为旋转矩阵;a、b和c为所述道路对应的曲线的系数,其中,a为所述道路对应的曲线的曲率变化率的一半,b为所述道路对应的曲线的起始曲率,c为所述道路对应的曲线的起始角度。
可选地,所述将采集到的道路形点数据进行线形拟合,包括:根据采集到的道路形点数据将所述道路划分为不同的线形,分别采用划分后的线形对应的拟合函数进行拟合。
可选地,所述将采集到的道路形点数据进行线形拟合,包括:对于道路线形为回旋曲线的道路,采用多项式函数通过最小二乘法得到所述道路对应的回旋曲线的拟合函数。
本发明实施例还提供了一种电子地图中道路的绘制装置,包括:拟合单元,适于将采集到的道路形点数据进行线形拟合,得到所述道路对应的曲线的曲线系数及起点坐标;渲染单元,适于将得到的所述道路对应的曲线的曲线系数及起点坐标代入所述道路的缓和曲线的方程,渲染得到所述道路的缓和曲线,其中,所述道路的缓和曲线由单位回旋曲线变形得到,所述道路的缓和曲线的方程表示为单位回旋曲线与相应的变形系数的相关关系,所述变形系数与所述道路对应的曲线的曲线系数存在预设关系。
可选地,所述道路对应的曲线的曲线系数包括曲率变化率、起始曲率和起始角度;所述变形系数包括平移系数、缩放系数和旋转系数。
可选地,所述单位回旋曲线采用有理数逼近方式模拟得到。
可选地,所述道路的缓和曲线的方程为:
其中,
为偏移坐标,表征平移系数;scale为缩放系数;Mat为旋转矩阵;a、b和c为所述道路对应的曲线的曲线系数,其中,a为所述道路对应的曲线的曲率变化率的一半,b为所述道路对应的曲线的起始曲率,c为所述道路对应的曲线的起始角度。
可选地,所述拟合单元包括:分段子单元,适于根据采集到的道路形点数据将所述道路划分为不同的线形;拟合子单元,适于采用划分后的线形对应的拟合函数进行拟合。
可选地,所述拟合子单元包括:回旋曲线拟合模块,对于道路线形为回旋曲线的道路,采用多项式通过最小二乘法得到所述道路对应的回旋曲线的拟合函数。
本发明实施例还提供了一种电子地图绘制设备,包括存储器和处理器,所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机指令,所述处理器运行所述计算机指令时执行上述任一实施例所述方法的步骤。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机指令,所述计算机指令运行时执行上述任一实施例所述方法的步骤。
采用本发明实施例,一方面,通过线形拟合得到所述道路对应的曲线的曲线系数及起点坐标,可以避免某些道路形点数据不精确导致的精度不稳定问题,提高道路缓和曲线绘制的精度稳定性。另一方面,通过将采集到的道路形点数据进行线形拟合,得到所述道路对应的曲线的曲线系数及起点坐标,进而将得到的所述道路对应的曲线的曲线系数及起点坐标代入所述道路的回旋曲线的方程,渲染得到所述道路的回旋曲线,由于通过将所述道路对应的曲线的曲线系数及起点坐标代入所述道路的缓和曲线的方程,渲染得到所述道路的缓和曲线,而非简单地将道路形点数据对应的形点连接起来得到,因而可以提高所述道路线形的平滑度。
并且,由于道路设计施工阶段道路缓和曲线多采用回旋曲线表示,因而本发明实施例的道路线形模型采用由单位回旋曲线变形得到所述道路的缓和曲线,可以更加接近所述道路的实际线形,故采用本发明实施例所绘制的电子地图中的道路缓和曲线线形具有更高的精度。
由于所述道路对应的曲线的曲线系数包括曲率变化率、起始曲率和起始角度,所述变形系数包括平移系数、缩放系数和旋转系数,所述变形系数与所述道路对应的曲线的曲线系数存在预设关系,故能全面而真实地呈现所述道路缓和曲线与单位回旋曲线的变形关系,从而可以进一步提高渲染得到的所述道路缓和曲线的精度。
采用有理数逼近方式模拟得到所述单位回旋曲线,可以简化单位回旋曲线的表达,进而可以减少运算量,非常方便地计算所述缓和曲线上每个点的曲率和弧长信息。
进一步地,根据采集到的道路形点数据将所述道路划分为不同的线形,分别采用划分后的线形对应的拟合函数进行拟合,可以提高拟合精度。
附图说明
图1是本发明实施例中一种电子地图中道路的绘制方法的流程图;
图2是本发明实施例中一种电子地图中道路的绘制装置的结构示意图。
具体实施方式
如前所述,目前道路缓和曲线的绘制存在精度不稳定及线形不够平滑的问题,针对这一问题,本发明实施例通过将采集到的道路形点数据进行线形拟合,得到所述道路对应的回旋曲线的实际系数及起点坐标,将所述得到的回旋曲线的实际系数及起点坐标代入所述道路的回旋曲线的方程,渲染得到所述道路的缓和曲线,即可完成绘制。
为使本领域技术人员更好地理解和实现本发明实施例,以下参照附图,通过具体步骤进行详细说明。
参照图1所示的电子地图中道路的绘制方法的流程图,在本发明一实施例中,对于电子地图中道路的绘制方法,可以包括如下步骤:
S11,将采集到的道路形点数据进行线形拟合,得到所述道路对应的曲线的曲线系数及起点坐标。
在具体实施中,所述道路对应的曲线的曲线系数可以包括曲率变化率、起始曲率和起始角度等反映曲线特征的系数。
在本发明一实施例中,通过步骤S11的曲线拟合,可以得到所述道路对应的曲线的曲线系数a、b、c及回旋曲线的起点坐标x0y0,其中,a为所述道路对应的曲线的曲率变化率的一半,b为所述道路对应的曲线的起始曲率,c为所述道路对应的曲线的起始角度。
在具体实施中,为了提高线形拟合的精度,可以根据采集到的道路形点数据将所述道路划分为不同的线形,分别采用划分后的线形对应的拟合函数进行拟合。例如,可以采用最短路径法或动态规划法对所述道路进行分段。其中,最短路径法是指,每两个形点间计算一个权值,采用最短路径计算不同的分段组合。动态规划法是一种分段最优化方法,通过将采集到的道路形点数据按照时间或空间顺序分为若干段,然后给每一步作出“决策”(或控制),以使整个过程取得最优的效果。
可以理解的是,在具体实施中,还可以采用其他的方法对所述道路划分为不同的线形,如分为直线、圆曲线、回旋曲线等。
在具体实施中,可以采用多种方法对道路线形为回旋曲线的道路进行线形拟合,例如,可以采用多项式函数通过最小二乘法得到所述道路对应的回旋曲线的拟合函数,进而将所述道路形点数据代入对应的拟合函数,得到所述道路对应的回旋曲线的曲线系数a、b、c及起点坐标x0y0。
S12,将得到的所述道路对应的曲线的曲线系数及起点坐标代入所述道路的缓和曲线的方程,渲染得到所述道路的缓和曲线。
缓和曲线包括多种曲线,如贝塞尔曲线、三次曲线、回旋曲线等。其中回旋曲线是《公路工程技术标准》(JTG B01-2003)等国家道路施工标准推荐使用的。回旋曲线,又称为羊角螺线,是一种曲率随着弧长线性变化的曲线。
在具体实施中,所述道路的缓和曲线可以由单位回旋曲线变形得到,所述道路的缓和曲线的方程可以表示为单位回旋曲线与相应的变形系数的相关关系,且所述变形系数与所述道路对应的曲线的曲线系数存在预设关系。
为全面而准确地反映所述道路的缓和曲线与单位回旋曲线之间的关系,在本发明一实施例中,所述变形系数包括平移系数、缩放系数和旋转系数,分别可以表达所述道路的缓和曲线相对于所述单位回旋曲线的旋转角度关系、大小缩放关系及起始坐标平移量关系。
在本发明一实施例中,所述道路的缓和曲线的方程可以采用公式(1)表示:
其中,
为偏移坐标,表征平移系数;scale为缩放系数;Mat为旋转矩阵;a和b为所述道路对应的回旋曲线的实际系数,其中,a为所述道路对应的曲线是曲率变化率的一半,b为所述道路对应的曲线的起始曲率,c为所述道路对应的曲线的起始角度。
为使本领域技术人员更好地理解和实现本发明实施例,以下首先对回旋曲线介绍如下:
回旋曲线曲率随着弧长线性变换,线性公式如公式(2)所示:
k(s)=2*a*s+b (2)
其中,k(s)表示在曲线弧长s处的曲率;b为所述曲线的起始曲率;2*a表示曲线的曲率变化率,之所以采用2*a是为了后面积分方便;c为所述曲线的起始角度。
曲率表示曲线在某一点的弯曲程度,用曲率圆半径的倒数表示,根据曲率定义,对曲率做关于弧长的积分,就可以得到曲线切角公式,即公式(3):
θ(s)=a*s2+b*s+c (3)
其中,θ(s)表示在曲线弧长为s处的切角,a为所述曲线的曲率变化率的一半b为所述曲线的起始曲率,c为所述曲线的起始角度。
根据回旋曲线的定义,对cos(θ)和sin(θ)做关于弧长的积分,就可以得到回旋曲线x y坐标,如公式(4)所示:
其中,C(L)S(L)表示回旋曲线的在弧长为L处的x y坐标,x0y0表示回旋曲线起点的x y坐标,a为所述曲线的曲率变化率的一半,b为所述曲线的起始曲率,c为所述曲线的起始角度。
在具体实施中,采用公式(4)所对应的回旋曲线进行渲染,由于需要积分,运算量较大,为减少运算量,可以采用有理数逼近方式模拟得到所述单位回旋曲线,以简化单位回旋曲线的表达,进而可以非常方便地计算所述缓和曲线上每个点的曲率和弧长信息。
在本发明一实施例中,采用有理数逼近方式得到的单位回旋曲线可以采用公式(5)表示:
其中:L为弧长;
在具体实施中,公式(5)及具体系数仅用于说明本发明实施例所采用的一种单位回旋曲线的表达形式,公式(5)中的具体系数可以根据精度要求进行设置。可以理解的是,公式(5)并非本发明实施例单位回旋曲线的唯一表达形式。单位回旋曲线还可以采用其他的函数关系进行表达,相应系数也可以根据精度要求进行设置。
采用本发明实施例中的电子地图中道路的绘制方法,一方面,通过线形拟合得到所述道路对应的曲线的曲线系数及起点坐标,可以避免某些道路形点数据不精确导致的精度不稳定问题,提高道路缓和曲线绘制的精度稳定性。另一方面,通过将采集到的道路形点数据进行线形拟合,得到所述道路对应的曲线的曲线系数及起点坐标,进而将得到的所述道路对应的曲线的曲线系数及起点坐标代入所述道路的缓和曲线的方程,渲染得到所述道路的缓和曲线,由于通过将得到的所述道路对应的曲线的曲线系数及起点坐标代入所述道路的缓和曲线的方程,渲染得到所述道路的缓和曲线,而非简单地将道路形点数据对应的形点连接起来得到,因而可以提高所述道路线形的平滑度。
并且,由于道路设计施工阶段道路缓和曲线多采用回旋曲线表示,因而本发明实施例的道路线形模型采用由单位回旋曲线变形得到所述道路的缓和曲线,可以更加接近所述道路的实际线形,故采用本发明实施例所绘制的电子地图中的道路缓和曲线线形具有更高的精度。
综上可知,采用上述方法绘制的电子地图中的道路,具有更高的精度稳定性和线形平滑度,进而可以为道路导航提供更加准确地电子地图。
为使本领域技术人员更好地理解和实现,本发明实施例还提供了可以实现上述电子地图中道路缓和曲线绘制的绘制装置。
参照图2所示的电子地图中道路的绘制装置的结构示意图,本法实施例提供了一种电子地图中道路的绘制装置20,所述电子地图中道路的绘制装置20可以包括:
拟合单元21,适于将采集到的道路形点数据进行线形拟合,得到所述道路对应的曲线的曲线系数及起点坐标;
渲染单元22,适于将得到的所述道路对应的曲线的曲线系数及起点坐标代入所述道路的缓和曲线的方程,渲染得到所述道路的缓和曲线,其中,所述道路的缓和曲线由单位回旋曲线变形得到,所述道路的缓和曲线的方程表示为单位回旋曲线与相应的变形系数的相关关系,所述变形系数与所述道路对应的曲线的曲线系数存在预设关系。
在具体实施中,所述道路对应的曲线的曲线系数包括曲率变化率、起始曲率和起始角度;所述变形系数可以包括平移系数、缩放系数和旋转系数。
在具体实施中,所述单位回旋曲线可以采用有理数逼近方式模拟得到。
在本发明一实施例中,所述道路的缓和曲线的方程可以采用公式(6)表示:
其中,
为偏移坐标,表征平移系数;scale为缩放系数;Mat为旋转矩阵;a、b和c为所述道路对应的曲线的曲线系数,其中,a为所述道路对应的曲线的曲率变化率的一半,b为所述道路对应的曲线的起始曲率,c为所述道路对应的曲线的起始角度。
在本发明一实施例中,所述单位回旋曲线可以表示为公式(7):
其中:L为弧长;
在具体实施中,所述拟合单元21可以包括:分段子单元211和拟合子单元212,其中:所述分段子单元211,适于根据采集到的道路形点数据将所述道路划分为不同的线形;所述拟合子单元212,适于采用划分后的线形对应的拟合函数进行拟合。
在具体实施中,所述拟合子单元212可以包括:回旋曲线拟合模块2121,对于道路线形为回旋曲线的道路,回旋曲线拟合模块2121可以采用多项式通过最小二乘法得到所述道路对应的回旋曲线的拟合函数。
在具体实施中,所述拟合子单元212根据所待拟合的线形还可以设置其他相应线形的拟合模块,此处不再详述。
本发明实施例还提供了一种电子地图绘制设备,包括存储器和处理器,所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机指令,所述处理器运行所述计算机指令时执行上述各实施例中所述电子地图中道路的绘制方法的步骤,可以参照前述实施例描述,此处不再赘述。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机指令,所述计算机指令运行时执行上述各实施例中所述电子地图中道路的绘制方法的步骤,可以参照前述实施例描述,此处不再赘述。
在具体实施中,所述计算机可读存储介质可以包括:ROM、RAM、磁盘或光盘等。
虽然本发明披露如上,但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,均可作各种更动与修改,因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (14)
1.一种电子地图中道路的绘制方法,其特征在于,包括:
将采集到的道路形点数据进行线形拟合,得到所述道路对应的曲线的曲线系数及起点坐标;
将得到的所述道路对应的曲线的曲线系数及起点坐标代入所述道路的缓和曲线的方程,渲染得到所述道路的缓和曲线;
其中,所述道路的缓和曲线由单位回旋曲线变形得到,所述道路的缓和曲线的方程表示为单位回旋曲线与相应的变形系数的相关关系,且所述变形系数与所述道路对应的曲线的曲线系数存在预设关系,所述变形系数包括表达所述道路的缓和曲线相对于所述单位回旋曲线的起始坐标平移量关系的平移系数、表达所述道路的缓和曲线相对于所述单位回旋曲线的大小缩放关系的缩放系数和表达所述道路的缓和曲线相对于所述单位回旋曲线的旋转角度关系的旋转系数。
2.根据权利要求1所述的电子地图中道路的绘制方法,其特征在于,所述道路对应的曲线的曲线系数包括曲率变化率、起始曲率和起始角度。
3.根据权利要求2所述的电子地图中道路的绘制方法,其特征在于,所述单位回旋曲线采用有理数逼近方式模拟得到。
5.根据权利要求1所述的电子地图中道路的绘制方法,其特征在于,所述将采集到的道路形点数据进行线形拟合,包括:
根据采集到的道路形点数据将所述道路划分为不同的线形,分别采用划分后的线形对应的拟合函数进行拟合。
6.根据权利要求5所述的电子地图中道路的绘制方法,其特征在于,所述将采集到的道路形点数据进行线形拟合,包括:
对于道路线形为回旋曲线的道路,采用多项式函数通过最小二乘法得到所述道路对应的回旋曲线的拟合函数。
7.一种电子地图中道路的绘制装置,其特征在于,包括:
拟合单元,适于将采集到的道路形点数据进行线形拟合,得到所述道路对应的曲线的曲线系数及起点坐标;
渲染单元,适于将得到的所述道路对应的曲线的曲线系数及起点坐标代入所述道路的缓和曲线的方程,渲染得到所述道路的缓和曲线,其中,所述道路的缓和曲线由单位回旋曲线变形得到,所述道路的缓和曲线的方程表示为单位回旋曲线与相应的变形系数的相关关系,所述变形系数与所述道路对应的曲线的曲线系数存在预设关系,所述变形系数包括表达所述道路的缓和曲线相对于所述单位回旋曲线的起始坐标平移量关系的平移系数、表达所述道路的缓和曲线相对于所述单位回旋曲线的大小缩放关系的缩放系数和表达所述道路的缓和曲线相对于所述单位回旋曲线的旋转角度关系的旋转系数。
8.根据权利要求7所述的电子地图中道路的绘制装置,其特征在于,所述道路对应的曲线的曲线系数包括曲率变化率、起始曲率和起始角度。
9.根据权利要求8所述的电子地图中道路的绘制装置,其特征在于,所述单位回旋曲线采用有理数逼近方式模拟得到。
11.根据权利要求7所述的电子地图中道路的绘制装置,其特征在于,所述拟合单元包括:
分段子单元,适于根据采集到的道路形点数据将所述道路划分为不同的线形;拟合子单元,适于采用划分后的线形对应的拟合函数进行拟合。
12.根据权利要求11所述的电子地图中道路的绘制装置,其特征在于,所述拟合子单元包括:回旋曲线拟合模块,对于道路线形为回旋曲线的道路,采用多项式通过最小二乘法得到所述道路对应的回旋曲线的拟合函数。
13.一种电子地图绘制设备,包括存储器和处理器,所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机指令,其特征在于,所述处理器运行所述计算机指令时执行权利要求1至6任一项所述方法的步骤。
14.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机指令,其特征在于,所述计算机指令运行时执行权利要求1至6任一项所述方法的步骤。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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