CN117723042A - 高精度地图路口面和道路面的生成方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高精度地图路口面和道路面的生成方法及系统，所述方法包括如下步骤：S1：获得车道线图层和打断线图层，进行线预处理；S2：使用左转算法来生成细分面；S3：人工进行面的增删；S4：使用合并算法来生成大面；S5：使用切割算法生成道路面和路口面。本发明的方法和系统能够生成与原始车道线完全一致的面，精度非常高，而且遇到复杂的路网时几乎不会生成不了面，因为不需要找各种对应的关系。另外，本发明的方法和系统对人工操作非常友好，可以单独提取某一个步骤作为工具来使用，以生成局部的一个面。

Description

高精度地图路口面和道路面的生成方法及系统

技术领域

本发明涉及高精地图技术领域，特别是一种高精度地图路口面和道路面的生成方法及系统。

背景技术

高精地图作为自动驾驶系统的基础设施，其精度和准确度对自动驾驶系统至关重要。一般情况下可以通过自动化流程加上人工修正得到准确的车道线以及车道线和路口之间的打断线图层；但是一般情况下难以界定道路尤其是辅道之间的连接关系，导致一些复杂甚至含有内环的面难以生成，这是高精度地图制图中的重难点。

在高精地图制作流程中，一般经历了自动化流程以及人工修正之后，可以得到带有属性的车道线图层，以及道路和路口之间的打断线图层，像是辅导面之间的打断线以及其他的一些复杂线也能够获得，但是想直接获得面还是非常困难的，首先要找到道路的上下两侧，其实考虑道路之间的连接关系尤其是辅道面等难以拟合，因此自动化生成道路面和路口面一直是制图的重点和难点。

发明内容

本发明为解决上述技术问题，提供了一种高精度地图路口面和道路面的生成方法及系统，能够自动生成道路面和路口面。

为达到上述目的，本发明的技术方案提供了一种高精度地图路口面和道路面的生成方法，其包括如下步骤：S1：获得车道线图层和打断线图层，进行线预处理；S2：使用左转算法来生成细分面；S3：人工进行面的增删；S4：使用合并算法来生成大面；S5：使用切割算法生成道路面和路口面。

在进一步的技术方案中，在步骤S1中，线预处理包括：将互相相交的线打断的打断处理、将重叠的线去掉重叠部分的去重处理、以及将线的端点进行对齐的端点对齐处理。

在进一步的技术方案中，所述打断处理包括：将打断的线称为break，将被打断的线称为base；遍历break的所有节点，前后两个节点生成的最小单位的子线串被称为segment1，同时对base遍历所有节点使用一样的方法生成segment2；根据segment1和segment2相交的情况判断如何生成断点。

在进一步的技术方案中，segment1与segment2的相交情况从上至下根据优先级分别列出如下：(1)segment1和segment2的距离大于一定阈值，则不产生断点；(2)segment1是segment2一部分，则在segment1的首尾两端产生断点；(3)segment2是segment1一部分，不产生任何的断点；(4)segment2某个点在segment1上，或者segment2的某个端点在segment1上面，记录该点为断点；(5)以上条件均不满足，segment2和segment1是传统意义上的相交，产生断点；其中，在遍历的过程中，判断segment1和segment2是否重合从而生成重叠区域以判断最后的断点是否需要保留。

在进一步的技术方案中，在所述去重处理中，判断两条线串是否重叠的标准如下：遍历一条线串上的每一个点，检测其到另外一条线串的距离是否小于阈值；若两条线互相能通过该检测，则认为是重叠。

在进一步的技术方案中，所述线预处理还包括：将距离小于一定阈值的所有相邻点以其中一个为基准进行坐标一致化。

在进一步的技术方案中，在步骤S2中，通过左转算法来生成多边形，在有多个线串在端点处相连时，在该节点处所有备选的线计算以该节点为出发点的射线的角度并进行排序，比当前线角度大一个顺位的就为下一条线，假如当前线已经是最大的则将角度最小的备选线加入到多边形即可。

在进一步的技术方案中，在步骤S4通过合并算法来生成大面时，(1)将面积大于一定阈值而且几何中心离组成多边形最近的边也超过一定距离的面，鉴别为既不属于道路也不是属于路口的面，并将这些面进行剔除；(2)合并多边形的前提是将相连的多边形聚类到一起，相连要排除两个多边形对角只有一个点相连的情况。

在进一步的技术方案中，在步骤S5中，将路网形成的大面用打断线切割开来，变成独立的道路面和路口面，其中，(1)在用打断线切割多边形时，先用打断线将多边形的内外环打断成线，然后再使用左转算法生成分割好的面；(2)输入的所有多边形凭借环的方向来确定内外环，打断的过程照常，但是会把内环单独输入到左转算法进行判断；(3)在判断两个面的包含关系时，利用闵可夫斯基和求两个多边形的交集，用交集的面积去与两个面对比来判断包含还是被包含关系。

本发明的技术方案还提供了一种高精度地图路口面和道路面的生成系统，其用于执行如上所述的方法，所述系统包括如下模块：线预处理模块，用于获得车道线图层和打断线图层，并进行线预处理；细分面生成模块，用于使用左转算法来生成细分面；人工增删模块，用于人工进行面的增删；大面生成模块，用于使用合并算法来生成大面；道路面和路口面生成模块，用于使用切割算法生成道路面和路口面。

本发明的方法和系统能够生成与原始车道线完全一致的面，精度非常高，而且遇到复杂的路网时几乎不会生成不了面，因为不需要找各种对应的关系。另外，本发明的方法和系统对人工操作非常友好，可以单独提取某一个步骤作为工具来使用，以生成局部的一个面。

附图说明

图1是本发明的高精度地图路口面和道路面的生成方法的总体流程图；

图2是从线到细分面的示意图；

图3是几种情况打断的示例图；

图4是左转算法的在节点处选择顺序的示意图；

图5是合并算法的示意图；

图6是需要删除的既不属于道路也不属于路口的面的示意图；

图7是切割算法的示意图；

图8是因无法行驶而被剔除从而成为合并后的内环的道路示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

本发明提供了一种高精度地图路口面和道路面的生成方法及系统，能够自动生成道路面和路口面。本发明的总体流程如图1所示。

建立细分面

由于本发明采取的方案是先合并后切割的方案，所以一开始就要先生成由所有车道线以及打断线生成的细分面，才有后面合并的输入数据。细分面的定义就是最小单位的，内部不能再含有其他面或者车道线以及打断线的面。可以看出在这一步所有的车道线和打断线都只看几何特征，其他的属性暂时都不考虑。由线生成面的算法被称为左转算法。但是在左转算法之前，首先要将互相相交的线(指的是形成面的车道线和打断线)打断以及重叠的线去掉重叠的部分，不然就会影响左转算法拓扑关系的生成。同时由于很多线是人工生成或者调整的，端点不一定在浮点精度级别与下一条线严格相连，只是视觉层面看起来一致，所以这里还需要一个将端点对其的过程。以上的这些步骤就是车道线和打断线的预处理步骤。

打断算法

打断算法在本发明当中的应用非常多，从去重到左转算法生成面都需要将原本完整的车道线或者打断线在交点处打断，不然也没有办法生成最小单位的面。虽然市面上有很多开源库提供了打断算法，但是这些不一定符合本专利的要求，因为实际上哪怕是算法生成的线也不能严格保证打断线的断点就在车道线上面，因为有数值误差，更何况地图自动化的流程还需要手工的介入，人眼能保证的精度也就在毫米级别左右。此处设计的打断算法必须要考虑容差而且在重叠的区域，只保留区域的头尾两个断点，忽略中间的所有端断点。具体如下：

此处将打断的线称为break，将被打断的线称为base。遍历break的所有节点，前后两个节点生成的最小单位的子线串被称为segment1，同时对base遍历所有节点使用一样的方法生成segment2。根据segment1和segment2相交(由于该算法是考虑容差的，所以距离小于一定阈值就符合)的情况判断如何生成断点，此时segment1与segment2有多种情况，从上至下根据优先级的，分别列出：(0)segment1和segment2的距离大于一定阈值(比如0.001)，那就不产生断点。

(1)segment1是segment2一部分(首尾到segment2的距离均小于一定阈值)，那就在segment1的首尾两端产生断点。

(2)segment2是segment1一部分，不产生任何的断点。

(3)segment2某个点(其实也就两个点之一)在segment1上(就是距离小于一定的阈值)，或者segment2的某个端点在segment1上面，记录该点为断点。

(4)以上条件均不满足，segment2和segment1最传统意义上的相交，产生断点。

在遍历的过程中，判断segment1和segment2是否重合从而生成重叠区域以判断最后的断点是否需要保留。

如图3所示，其示出了几种情况打断的示例，(a)、(b)、(c)中的break和base距离均小于阈值，为便于查看人为放大显示。

重叠判断

去掉重叠的线也是很多几何运算建立拓扑关系的前提条件之一，两根线如果部分重叠的话首先会各自根据上述打断处理进行打断然后重叠的部分只保留一份即可，当然判断重叠也是要允许容差的存在的。判断两条线串是否重叠的标准也非常的简单，遍历一条线串上的每一个点，看其到另外一条线串的距离是否小于一个阈值。若两条线互相能通过该检测，则可以认为是重叠。

左转算法

左转算法是GIS里面根据首尾相连的线生成多边形的一个算法，本质就是从一条线出发，沿着首尾两个端点找到其他线，最终形成一个闭合的环路。而左转就是有多个线串在端点处相连时对于下一条线的选择标准。主要有两个作用，一个是防止重复选择某条线，另外一个是不遗漏潜在的多边形。在该节点处所有备选的线计算以该节点为出发点的射线的角度并进行排序，比当前线角度大一个顺位的就为下一条线，假如当前线已经是最大的则将角度最小的备选线加入到多边形即可。当然在本专利中还根据道路面和路口面的特殊情况加入了新功能，比如对于左转出来内环怎么处理了，后面会在合并算法和切割算法部分当中详细介绍。

如图4所示，其示出了左转算法的在节点(圆点)处选择顺序，从1出发，选择下一顺位的2，假如从4出发，由于4角度最大，选择1作为下一条边。

容差问题

本发明很大的一部分都在讨论容差的问题，毕竟像是左转算法都已经开源了，包括后面的合并算法和切割算法本质上没有任何理论上面的问题。但是这个都建立在理想的情况下，事实上就如同上文说述，经历了自动化和人工补充之后，会产生毫米级别的误差，两个多边形的相邻边并不是数值意义上的完美重合，导致最后合并算法的时候会出现问题。所以左转算法之前，也就是预处理步骤的最后一步当中，要将所有的相邻点(距离小于一定阈值)以其中一个为基准坐标一致化，以确保后期的合并以及切割操作不会受到数值精度问题的困扰。

合并算法

前面左转算法产生的细分面首先在合并算法之前会经过制图员的人工处理，主要的目的就是删除一些算法不太好识别的属于内环的面，这些面基本上既不属于道路，也不属于路口，没有办法驶入。

图5示出了合并算法的示意图。合并算法的本质就是将多个相连的细分面取并集，形成一个道路面和路口面连接在一起的一个路网。网上有很多的开源算法可以完成该操作，其核心算法都是闵可夫斯基和的变种，不论是交集、差集还是并集。但在合并时还需补充一些细节：

(1)如图6所示，一些既不属于道路也不是属于路口的面会被检索出来并剔除，可以粗略地将这些面理解成为被路网圈起来的那些不能行驶的区域，鉴别的标准也很简单，就是面积大于一定阈值而且几何中心离组成多边形最近的边也超过一定距离的面。

(2)合并多边形的前提还是将相连的多边形聚类到一起，相连要排除两个多边形对角只有一个点相连的情况。一种方法判断是使用闵可夫斯基和求交集，假如只有对角交点的话交集的周长就会小于一个阈值。而且闵可夫斯基和是支持多个多边形同时求和的，所以首先完成聚类最后再求和而不是找到一个相邻的就运算并集，一方面可以节省时间，一方面也避免累积的数值误差。

经过上述流程，可以得到路口内车道的几何要素，再对其添加属性值，就可以得到路口内的虚拟车道。

切割算法

算法的最后一个流程就是将路网形成的大面(合并后)用打断线切割开来，变成独立的道路面和路口面，由于人工会扣掉一些类似于花坛的内环面，而且路口内部的分割情况非常复杂，往往涉及到辅道面，所以这里就依赖于人工给予打断线某些属性来使得切割顺利，比如只使用道路和路口的打断线以及辅道面的打断线两种打断线来打断合并的结果。图7是切割算法的示意图，以下是算法的细节：

(1)用打断线切割多边形的算法没有选择常见的开源算法，而是先用打断线将多边形的内外环打断成线，然后再使用左转算法生成分割好的面。主要有两个原因，一个是主流的开源算法不支持容差，切割也是有容差的，可能部分重叠，也有可能没有严格的切开；第二个原因是切割多边形算法对于内环大部分不支持，所以只能改良左转算法来规避。

(2)输入的所有多边形凭借环的方向来确定内外环，打断的过程照常，但是会把内环单独输入到左转算法进行判断,方法也很简单，每生成一个闭合的面都判断其是否包含于内环，若是，说明内环被切开了，该面也无需保存，如果该面刚好与内环重合，说明内环完整地被保留了，刚好可以加入到最后的结果中去。

(3)左转算法里面经常会判断两个面的包含关系以及是否重叠来排除或者保留某个面，此处选择的还是闵可夫斯基和求两个多边形的交集，用交集的面积去与两个面对比就可以方便地判断包含还是被包含关系了。

图8示出了某些在道路内部的区域因为无法行驶而被剔除从而成为合并后的内环，在切割算法时也要对其特殊处理。

在本发明的实施方式中，一种高精度地图路口面和道路面的生成方法包括如下步骤：S1：获得车道线图层和打断线图层，进行线预处理；S2：使用左转算法来生成细分面；S3：人工进行面的增删；S4：使用合并算法来生成大面；S5：使用切割算法生成道路面和路口面。

在进一步的技术方案中，在步骤S1中，线预处理包括：将互相相交的线打断的打断处理、将重叠的线去掉重叠部分的去重处理、以及将线的端点进行对齐的端点对齐处理。

在进一步的技术方案中，所述打断处理包括：将打断的线称为break，将被打断的线称为base；遍历break的所有节点，前后两个节点生成的最小单位的子线串被称为segment1，同时对base遍历所有节点使用一样的方法生成segment2；根据segment1和segment2相交的情况判断如何生成断点。

在进一步的技术方案中，segment1与segment2的相交情况从上至下根据优先级分别列出如下：(1)segment1和segment2的距离大于一定阈值，则不产生断点；(2)segment1是segment2一部分，则在segment1的首尾两端产生断点；(3)segment2是segment1一部分，不产生任何的断点；(4)segment2某个点在segment1上，或者segment2的某个端点在segment1上面，记录该点为断点；(5)以上条件均不满足，segment2和segment1是传统意义上的相交，产生断点；其中，在遍历的过程中，判断segment1和segment2是否重合从而生成重叠区域以判断最后的断点是否需要保留。

在进一步的技术方案中，在所述去重处理中，判断两条线串是否重叠的标准如下：遍历一条线串上的每一个点，检测其到另外一条线串的距离是否小于阈值；若两条线互相能通过该检测，则认为是重叠。

在进一步的技术方案中，所述线预处理还包括：将距离小于一定阈值的所有相邻点以其中一个为基准进行坐标一致化。

在进一步的技术方案中，在步骤S2中，通过左转算法来生成多边形，在有多个线串在端点处相连时，在该节点处所有备选的线计算以该节点为出发点的射线的角度并进行排序，比当前线角度大一个顺位的就为下一条线，假如当前线已经是最大的则将角度最小的备选线加入到多边形即可。

在进一步的技术方案中，在步骤S4通过合并算法来生成大面时，(1)将面积大于一定阈值而且几何中心离组成多边形最近的边也超过一定距离的面，鉴别为既不属于道路也不是属于路口的面，并将这些面进行剔除；(2)合并多边形的前提是将相连的多边形聚类到一起，相连要排除两个多边形对角只有一个点相连的情况。

在进一步的技术方案中，在步骤S5中，将路网形成的大面用打断线切割开来，变成独立的道路面和路口面，其中，(1)在用打断线切割多边形时，先用打断线将多边形的内外环打断成线，然后再使用左转算法生成分割好的面；(2)输入的所有多边形凭借环的方向来确定内外环，打断的过程照常，但是会把内环单独输入到左转算法进行判断；(3)在判断两个面的包含关系时，利用闵可夫斯基和求两个多边形的交集，用交集的面积去与两个面对比来判断包含还是被包含关系。

在本发明的其他实施方式中，一种高精度地图路口面和道路面的生成系统，其用于执行如上所述的方法，所述系统包括如下模块：线预处理模块，用于获得车道线图层和打断线图层，并进行线预处理；细分面生成模块，用于使用左转算法来生成细分面；人工增删模块，用于人工进行面的增删；大面生成模块，用于使用合并算法来生成大面；道路面和路口面生成模块，用于使用切割算法生成道路面和路口面。

本发明的有益技术效果

(1)能够生成与原始车道线完全一致的面，精度非常高，而且遇到复杂的路网时几乎不会生成不了面，因为不需要找各种对应的关系。

(2)对人工操作非常友好，可以单独提取某一个步骤作为工具来使用，以生成局部的一个面。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高精度地图路口面和道路面的生成方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：获得车道线图层和打断线图层，进行线预处理；

S2：使用左转算法来生成细分面；

S3：人工进行面的增删；

S4：使用合并算法来生成大面；

S5：使用切割算法生成道路面和路口面。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S1中，线预处理包括：将互相相交的线打断的打断处理、将重叠的线去掉重叠部分的去重处理、以及将线的端点进行对齐的端点对齐处理。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述打断处理包括：

将打断的线称为break，将被打断的线称为base；

遍历break的所有节点，前后两个节点生成的最小单位的子线串被称为segment1，同时对base遍历所有节点使用一样的方法生成segment2；

根据segment1和segment2相交的情况判断如何生成断点。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，segment1与segment2的相交情况从上至下根据优先级分别列出如下：

(1)segment1和segment2的距离大于一定阈值，则不产生断点；

(2)segment1是segment2一部分，则在segment1的首尾两端产生断点；

(3)segment2是segment1一部分，不产生任何的断点；

(4)segment2某个点在segment1上，或者segment2的某个端点在segment1上面，记录该点为断点；

(5)以上条件均不满足，segment2和segment1是传统意义上的相交，产生断点；

其中，在遍历的过程中，判断segment1和segment2是否重合从而生成重叠区域以判断最后的断点是否需要保留。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述去重处理中，判断两条线串是否重叠的标准如下：

遍历一条线串上的每一个点，检测其到另外一条线串的距离是否小于阈值；

若两条线互相能通过该检测，则认为是重叠。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述线预处理还包括：将距离小于一定阈值的所有相邻点以其中一个为基准进行坐标一致化。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S2中，通过左转算法来生成多边形，在有多个线串在端点处相连时，在该节点处所有备选的线计算以该节点为出发点的射线的角度并进行排序，比当前线角度大一个顺位的就为下一条线，假如当前线已经是最大的，则将角度最小的备选线加入到多边形即可。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在步骤S4通过合并算法来生成大面时，

(1)将面积大于一定阈值而且几何中心离组成多边形最近的边也超过一定距离的面，鉴别为既不属于道路也不是属于路口的面，并将这些面进行剔除；

(2)合并多边形的前提是将相连的多边形聚类到一起，相连要排除两个多边形对角只有一个点相连的情况。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在步骤S5中，将路网形成的大面用打断线切割开来，变成独立的道路面和路口面，其中，

(1)在用打断线切割多边形时，先用打断线将多边形的内外环打断成线，然后再使用左转算法生成分割好的面；

(2)输入的所有多边形凭借环的方向来确定内外环，打断的过程照常，但是会把内环单独输入到左转算法进行判断；

(3)在判断两个面的包含关系时，利用闵可夫斯基和求两个多边形的交集，用交集的面积去与两个面对比来判断包含还是被包含关系。

10.一种高精度地图路口面和道路面的生成系统，其特征在于，用于执行如权利要求1-9中任一项所述的方法，所述系统包括如下模块：

线预处理模块，用于获得车道线图层和打断线图层，并进行线预处理；

细分面生成模块，用于使用左转算法来生成细分面；

人工增删模块，用于人工进行面的增删；

大面生成模块，用于使用合并算法来生成大面；

道路面和路口面生成模块，用于使用切割算法生成道路面和路口面。