CN115424446B - 用于交通组织评估的道路网络拓扑简化方法 - Google Patents

用于交通组织评估的道路网络拓扑简化方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出用于交通组织评估的道路网络拓扑简化方法，属于道路网络拓扑简化技术领域。包括：S1.获取基础导航路网数据，对数据进行坐标转化、更新和补全处理；S2.将导航路网数据中双线单项路网转化为单线双向路网，并构建对应索引关系；S3.根据双向路网和简化路网的对应索引关系，将双向路网关联支路与简化路网进行空间拓扑连接；S4.简化交通小区内部道路，将交通小区边界线生成m米的缓冲区域，通过空间关联，选择全部落在缓冲区域以内的道路，进行删除，保留穿过边界的道路，作为交通小区的对外出入口；S5.大规模节点合并,形成用于道路交通组织评估的网络拓扑。解决交通组织评估时道路模型加剧路径搜索复杂性和仿真时长长问题。

Description

用于交通组织评估的道路网络拓扑简化方法
技术领域
本申请涉及道路网络拓扑简化方法，尤其涉及用于交通组织评估的道路网络拓扑简化方法，属于道路网络拓扑简化技术领域。
背景技术
交通组织影响评估的主要功能之一就是道路承载能力分析，该方法以道路网络为载体，通过分析交通出行需求，完成道路交通流量加载，通过提取道路运行特征评估道路承载水平，道路运行特征包括通行时间和排队长度等。
而常见的道路模型有导航路网模型，规划路网模型等。导航路网模型依托于导航车辆GPS数据绘制而成，规划路网模型具有丰富的细节和冗余信息，在交通组织评估中， 进行交通需求加载时，导航路网模型和规划路网模型会加剧路径搜索的复杂性和增加模型仿真时长；同时，针对复杂交叉口转向问题，导航路网模型无法刻画转向路径和转向惩罚设置问题。
发明内容
在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
鉴于此，为解决现有技术中存在的交通组织评估时道路模型加剧了路径搜索复杂性和仿真时长长的技术问题，本发明提供用于交通组织评估的道路网络拓扑简化方法。
方案一、用于交通组织评估的道路网络拓扑简化方法，包括以下步骤：
S1.获取基础导航路网数据，对数据进行坐标转化、更新和补全处理；
S2.将导航路网数据中的双线单项路网转化为单线双向路网，并构建双向路网和简化路网的对应索引关系；
S3.根据双向路网和简化路网的对应索引关系，利用空间坐标计算关联支路延迟线与简化路网的交点坐标，将交点坐标处打断简化路网，将双向路网关联支路与简化路网进行空间拓扑连接；
S4. 简化交通小区内部道路，将交通小区边界线生成缓冲区域，通过空间关联，选择全部落在缓冲区域以内的道路，进行删除，保留穿过边界的道路，作为交通小区的对外出入口；
S5.大规模节点合并,形成用于道路交通组织评估的网络拓扑。
优选的，S1具体方法是，包括以下步骤：
S11.将导航数据坐标系转化为WGS84坐标系；
S12.使用交通规划软件Transcad，加载OSM路网数据作为背景，查漏补缺，参考卫星地图，百度街景等互联网大数据，编辑拓扑，补全导航基础路网。
优选的，S2具体方法是：包括以下步骤：
S21.筛选简化道路，形成路网选择集；
S22.从路网选择集中选择行政区县和道路名称唯一的道路进行分组；
S23. 提取分组后的道路线段，选择首末端点作为关键控制点，对于道路线段长度＞n米的线段，将线段以n米为间距打断，打断点添加为关键控制点，根据线段首末经纬度，由线域生成面域，构建空间选择区域；
S24.根据关键控制点，生成泰森多边形，提取泰森多边形顶点，选择落在空间选择区域内部的关键控制点连接成线；
S25.采用高斯曲线平滑合并拓扑节点；
S26.经过S25步骤采用高斯曲线平滑合并拓扑节点的线段为双向路网简化后的路网，将双向路网道路属性赋值给简化后的路网，构建双向路网和简化路网的对应索引关系。
优选的，S21具体方法是：筛选条件如下：
a.低等级道路、高速路和快速路道路等级以下道路；
b.双向道路，上下行分离道路，关联道路交叉口数量多。
优选的，S3具体方法是：包括以下步骤：
S31.得到双向路网关联支路：根据双向路网和简化路网的对应索引关系，选择简化路网对应的双向路网，遍历双向路网端点连接的线段，排除双向路网的线段，得到关联的支路；
S32.根据双向路网关联支路，获得关联支路坐标系；
S33.根据关联支路坐标系和简化路网的空间关系，计算关联支路延长线与简化路网交点的经纬度，在交点处打断简化路网，移动双向路网关联支路节点到交点处，进行节点合并。
优选的，S5具体方法是：包括以下步骤：
S51.遍历路网所有节点，选择只连接两条道路的节点，大于2条则为交叉口，小于2条为端点；
S52.判断节点连接的两条道路的车道数和道路等级是否一致，如果一致，则消除节点，合并成一条线路，反之则不合并，形成用于道路交通组织评估的网络拓扑。
优选的，还包括S6，对用于道路交通组织评估的网络拓扑进行检查、校核和完善；
方案二、一种电子设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，所述的处理器执行所述计算机程序时实现方案一所述的用于交通组织评估的道路网络拓扑简化方法的步骤。
方案三、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现方案一所述的用于交通组织评估的道路网络拓扑简化方法。
本发明的有益效果如下：本发明基于导航路网，自动化构建简化路网，通过双向路网和简化路网的对应索引关系，利用空间坐标计算，自动将双向路网关联支路与简化路网进行拓扑连接，简化交通小区内部道路，然后对大规模节点进行合并,形成用于道路交通组织评估的网络拓扑。解决了现有技术中存在的交通组织评估时，人工编辑工作量大，交叉口拓扑空间复杂，交通路网分配时路径搜索复杂性和仿真时长长的技术问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为用于交通组织评估的道路网络拓扑简化方法流程示意图；
图2为双线单项路网示意图；
图3为空间选择区域示意图；
图4为关键控制点示意图；
图5为泰森多边形生成示意图；
图6为泰森多边形顶底选择示意图；
图7为关键点连接成线示意图；
图8为高斯曲线平滑后关键点连接成线示意图；
图9为关联支路连接线示意图，其中，a为关联支路连接前示意图，b为关联支路连接后示意图；
图10交通小区缓冲区和反选区域示意图，其中，a为交通小区缓冲区示意图，b为交通小区缓冲区反区示意图；
图11为简化后交通小区内部道路示意图；
图12为节点合并前后对比示意图，其中，a为待合并的路网示意图，b为合并后的路网示意图；
图13为导航路网交叉口优化前后示意图。
具体实施方式
为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1、参照图1-图13说明本实施方式，用于交通组织评估的道路网络拓扑简化方法，包括以下步骤：
S1.获取基础导航路网数据，对数据进行坐标转化、更新和补全处理，具体方法是：包括以下步骤：
S11.将导航数据坐标系转化为WGS84坐标系；
S12.使用交通规划软件Transcad，加载OSM路网数据作为背景，查漏补缺，参考卫星地图，百度街景等互联网大数据，编辑拓扑，补全导航基础路网。
S2.将导航路网数据中的双线单项路网转化为单线双向路网，并构建双向路网和简化路网的对应索引关系，参照图2双线单项路网示意图，具体方法是：包括以下步骤：
S21.筛选简化道路，形成路网选择集；
筛选条件如下：
a.低等级道路、高速路和快速路道路等级以下道路；
b.双向道路，上下行分离道路，关联道路交叉口数量多。
S22.从路网选择集中选择行政区县和道路名称唯一的道路进行分组；
S23. 提取分组后的道路线段，选择首末端点作为关键控制点，对于道路线段长度＞n米的线段，将线段以n米为间距打断（n越小，控制点越多，生成曲线越平滑，运算时间越长），打断点添加为关键控制点，根据线段首末经纬度，由线域生成面域，构建空间选择区域；参照图3空间选择区域示意图；
S24.参照图4-图7，根据关键控制点，泰森多边形生成示意图生成泰森多边形，提取泰森多边形顶点，选择落在空间选择区域内部的关键控制点连接成线；
S25.采用高斯曲线平滑合并拓扑节点；参照图8高斯曲线平滑后关键点连接成线示意图；
S26.经过S25步骤采用高斯曲线平滑合并拓扑节点的线段为双向路网简化后的路网，将双向路网道路属性赋值给简化后的路网，构建双向路网和简化路网的对应索引关系。
S3.S3.根据双向路网和简化路网的对应索引关系，利用空间坐标位置计算关联支路延迟线与简化路网的交点坐标，于交点坐标打断简化路网，实现双向路网关联支路与简化路网的空间拓扑连接（参照图9），具体方法是：包括以下步骤：
S31.得到双向路网关联支路：根据双向路网和简化路网的对应索引关系，选择简化路网对应的双向路网，遍历双向路网端点连接的线段，排除双向路网的线段，得到关联的支路；
S32.根据双向路网关联支路，获得关联支路坐标系；
S33.根据关联支路坐标系和简化路网的空间关系，计算关联支路延长线与简化路网交点的经纬度，在交点处打断简化路网，移动双向路网关联支路节点到交点处，进行节点合并。
S4. 简化交通小区内部道路，将交通小区边界线生成缓冲区域（缓冲区域为m米），通过空间关联，选择全部落在缓冲区域以内的道路，进行删除，保留穿过边界的道路，作为交通小区的对外出入口；参照图10-图11；
S5.大规模节点合并,形成用于道路交通组织评估的网络拓扑，参照图12，具体方法是：包括以下步骤：
S51.遍历路网所有节点，选择只连接两条道路的节点，大于2条则为交叉口，小于2条为端点；
S52.判断节点连接的两条道路的车道数和道路等级是否一致，如果一致，则消除节点，合并成一条线路，反之则不合并，形成用于道路交通组织评估的网络拓扑。
S6.对用于道路交通组织评估的网络拓扑进行检查、校核和完善；完成道路简化以后，采用人工的方式对用于道路交通组织评估的网络拓扑进行检查，校核，完善，最终形成一份可用于道路交通组织评估或交通需求模拟分析的网络拓扑。
互联网导航路网大部分道路空间都是双线单向表达，即同一条道路分为上下行，这样原本一条道路可由两个节点，一条线段来表示，而在导航路网中变成了四个节点，两条线段，节点和线段数量增加了一倍，因此，将导航路网数据中的双线单项路网转化为单线双向路网，减少节点和线段数量。
对于道路交叉口，导航路网参照图13所示，普通道路交叉口由28条线段，16个节点构成，当车辆发生转向时，以从图中157918号线路左转为例，导航路网在模型中的路径如下：157918-158256-158257-158237。路径中会经历3个节点，而正常情况下，一个节点表示一个交叉口，这样多个节点难以刻画道路交叉口的转向控制和延误惩罚。
简化后的道路交叉口，由8条线段，5个节点就能完整表达，相较于导航路网，大大降低了存储空间和检索效率。同时对于道路交叉口渠化，可以通过修改道路车道数来完成。简化后的交叉口在描述转向时，将变得更加简单，参照表1交叉口转向逻辑表示方法表：
表1交叉口转向逻辑表示方法表
方向 表示方法
直行 6-9-8
左转 6-9-5
右转 6-9-7
实施例2、本发明的计算机装置可以是包括有处理器以及存储器等装置，例如包含中央处理器的单片机等。并且，处理器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现上述的基于CREO软件的可修改由关系驱动的推荐数据的推荐方法的步骤。
所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器 (Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列 (Field-Programmable Gate Array，FPGA) 或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序（比如声音播放功能、图像播放功能等）等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据（比如音频数据、电话本等）等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡（Smart Media Card, SMC），安全数字（Secure Digital, SD）卡，闪存卡（Flash Card）、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
实施例3、计算机可读存储介质实施例
本发明的计算机可读存储介质可以是被计算机装置的处理器所读取的任何形式的存储介质，包括但不限于非易失性存储器、易失性存储器、铁电存储器等，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，当计算机装置的处理器读取并执行存储器中所存储的计算机程序时，可以实现上述的基于CREO软件的可修改由关系驱动的建模数据的建模方法的步骤。
所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围，对本发明所做的公开是说明性的，而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。

Claims (5)

1.用于交通组织评估的道路网络拓扑简化方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.获取基础导航路网数据，对数据进行坐标转化、更新和补全处理；
S2.将导航路网数据中的双线单向路网转化为单线双向路网，并构建双向路网和简化路网的对应索引关系，方法是：包括以下步骤：
S21.筛选简化道路，形成路网选择集，方法是：筛选条件如下：
a.筛选出高速路和快速路道路等级以下道路；
b.筛选出关联道路交叉口数量多的双向道路和上下行分离道路；
S22.从路网选择集中选择行政区县和道路名称唯一的道路进行分组；
S23.提取分组后的道路线段，选择首末端点作为关键控制点，对于长度＞n米的线段，将线段以n米为间距打断，打断点添加为关键控制点，根据线段首末经纬度，由线域生成面域，构建空间选择区域；
S24.根据关键控制点，生成泰森多边形，提取泰森多边形顶点，选择落在空间选择区域内部的关键控制点连接成线；
S25.采用高斯曲线平滑合并拓扑节点；
S26.经过S25步骤采用高斯曲线平滑合并拓扑节点的线段为双向路网简化后的路网，将双向路网道路属性赋值给简化后的路网，构建双向路网和简化路网的对应索引关系；
S3.根据双向路网和简化路网的对应索引关系，利用空间坐标计算关联支路延迟线与简化路网的交点坐标，将交点坐标处打断简化路网，将双向路网关联支路与简化路网进行空间拓扑连接，方法是：包括以下步骤：
S31.得到双向路网关联支路：根据双向路网和简化路网的对应索引关系，选择简化路网对应的双向路网，遍历双向路网端点连接的线段，排除双向路网的线段，得到关联的支路；
S32.根据双向路网关联支路，获得关联支路坐标系；
S33.根据关联支路坐标系和简化路网的空间关系，计算关联支路延长线与简化路网交点的经纬度，在交点处打断简化路网，移动双向路网关联支路节点到交点处，进行节点合并；
S4.简化交通小区内部道路，将交通小区边界线生成m米的缓冲区域，通过空间关联，选择全部落在缓冲区域以内的道路，进行删除，保留穿过边界的道路，作为交通小区的对外出入口；
S5.大规模节点合并,形成用于道路交通组织评估的网络拓扑，方法是：包括以下步骤：
S51.遍历路网所有节点，选择只连接两条道路的节点，大于2条则为交叉口，小于2条为端点；
S52.判断节点连接的两条道路的车道数和道路等级是否一致，如果一致，则消除节点，合并成一条线路，反之则不合并，形成用于道路交通组织评估的网络拓扑。
2.根据权利要求1所述的用于交通组织评估的道路网络拓扑简化方法，其特征在于，S1具体方法包括以下步骤：
S11.将导航数据坐标系转化为WGS84坐标系；
S12.使用交通规划软件Transcad，加载OSM路网数据作为背景，参考卫星地图和百度街景，编辑拓扑，补全导航基础路网。
3.根据权利要求2所述的用于交通组织评估的道路网络拓扑简化方法，其特征在于，还包括S6，对用于道路交通组织评估的网络拓扑进行检查、校核和完善。
4.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，所述的处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-3任一项所述的用于交通组织评估的道路网络拓扑简化方法的步骤。
5.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-3任一项所述的用于交通组织评估的道路网络拓扑简化方法。
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