一种基于路网数据及向量计算的交叉口表达方法技术

本发明专利技术公开了一种基于路网数据及向量计算的交叉口表达方法，步骤依次为，读取路网数据；提取交叉口拓扑连接数据；对交叉口拓扑边排序；计算交叉口交点；对交叉口交点作平滑处理，使其更符合实际交叉口轮廓范围；计算拓扑边的交点；根据路段拓扑连接数据的拓扑点序列，按序连接拓扑边交点坐标，形成完整路网。本发明专利技术具有较高的推广应用价值，在宏微观一体化背景下，能够为TransCAD、TranStar等宏观交通仿真软件在微观维度下的交叉口表达或路网可视化提供参考方法。视化提供参考方法。视化提供参考方法。

【技术实现步骤摘要】
一种基于路网数据及向量计算的交叉口表达方法


[0001]本专利技术属于城市虚拟仿真
，特别涉及了一种交叉口表达方法。

技术介绍

[0002]城市虚拟交通仿真技术是城市道路治理与交通管控的重要决策依据。传统虚拟交通仿真技术主要分为两类，一类为宏观交通仿真，代表性产品包括TransCAD、TranStar等，另一类为微观交通仿真，代表性产品包括VISSIM、SUMO、TESS NG等。长期以来，两类仿真技术处于割裂状态，宏观交通仿真技术主要着眼于城市整体规划，以车辆整体流动或车辆群体为研究对象，微观交通仿真技术则关注于个人车辆行为，细致描述交通系统中每一时刻每一辆车的驾驶行为及其相互作用关系。近年来，随着大数据、物联网、云计算、人工智能等新兴科技的发展，以及对仿真技术精确性的要求，宏微观一体化交通仿真逐渐成为当下的热门研究话题。宏微观一体化注重宏观交通仿真与微观交通仿真的交互与影响，宏观层面以区域间的交通需求为依据，微观层面探讨每个个体的交通行为，两者相互作用，以力求模拟最真实的现实交通状态。
[0003]交叉口表达技术，在宏微观一体化背景下拥有广阔的前景和较高的推广应用价值。仿真计算内核是虚拟交通仿真技术的关键所在，但交叉口表达技术也是至关重要的。交叉口表达技术是道路网络完整呈现的基石，是仿真对象迭代、仿真结果呈现的重要载体，能够更直观、更真实地反映交通仿真的结果和状态，特别是在仿真过程中对某一路段、某一节点交通运行状态或异常情形的判断和排查。现有宏微观交通仿真产品如TranStar、TESS NG等开始针对宏微观一体化展开研究，且拥有各自维度下的路网可视化模块。但目前而言，此类产品均缺乏宏微观一体化维度下的路网可视化转换功能，特别是宏观交通仿真软件在微观维度下的交叉口表达方法。

技术实现思路

[0004]为了解决上述
技术介绍
提到的技术问题，本专利技术提出了一种基于路网数据及向量计算的交叉口表达方法。
[0005]为了实现上述技术目的，本专利技术的技术方案为：
[0006]一种基于路网数据及向量计算的交叉口表达方法，包括以下步骤：
[0007](1)读取路网数据：包含拓扑点坐标数据、路段拓扑连接数据以及路段几何要素数据；
[0008](2)提取交叉口拓扑连接数据：根据步骤(1)读取的路段拓扑连接数据，依次提取每个交叉口点的相邻交叉口编号和拓扑连接编号，并按照以该交叉口为出发点或到达点进行分类，同时判断每条拓扑边是否存在对向边，即与路段起点至路段终点方向相反的拓扑边；
[0009](3)对交叉口拓扑边排序；
[0010](4)计算交叉口交点；
[0011](5)对步骤(4)求解的交叉口交点作平滑处理，使其更符合实际交叉口轮廓范围；
[0012](6)计算拓扑边的交点；
[0013](7)根据路段拓扑连接数据的拓扑点序列，按序连接步骤(6)求解的拓扑边交点坐标，形成完整路网。
[0014]进一步地，在步骤(1)中，所述拓扑点坐标数据包括拓扑点编号、拓扑点x坐标、拓扑点y坐标；所述路段拓扑连接数据包括路段起始节点编号、路段终止节点编号、拓扑连接编号、拓扑点数量、拓扑点编号序列；所述路段几何要素数据包括路段起点、路段终点、机动车道数、机动车道宽度、非机动车道宽度、机动车道与非机动车道之间的分隔方式。
[0015]进一步地，在拓扑点坐标数据中，拓扑点x坐标、拓扑点y坐标均采用同一参考坐标系进行表示。
[0016]进一步地，在路段拓扑连接数据中，不同行车方向单独区分，即一条双向道路由两条拓扑连接边组成，两者互为对向边。
[0017]进一步地，所述步骤(3)的具体过程如下：
[0018](31)计算交叉口拓扑段角度：选择交叉口各拓扑边的首末拓扑段，其中以该交叉口为出发点的这类拓扑边选择第一个拓扑段，以该交叉口为到达点的这类拓扑边选择最后一个拓扑段；以平面笛卡尔坐标系为基准，计算各拓扑段与x轴正半轴逆时针方向所成夹角；
[0019](32)拓扑边角度排序：为每个交叉口的拓扑边进行排序，排序规则按照对应拓扑段角度从小到大，对于夹角相同的拓扑段，以该交叉口为出发点的这类拓扑边排在以该交叉口为到达点的这类拓扑边前面。
[0020]进一步地，所述步骤(4)的具体过程如下：
[0021](41)道路宽度计算：根据步骤(1)读取的路段几何要素数据，计算每个交叉口各拓扑边的道路宽度，计算式为：道路宽度＝机动车道数*机动车道宽度+非机动车道宽度+机动车道与非机动车道之间的分隔方式所占宽度；
[0022](42)根据交叉口拓扑边排序，结合拓扑边分类选择对应的首末拓扑段，以向量形式加以表示；根据是否存在对向边垂直于向量方向平移拓扑段向量，存在对向边的拓扑段向量向右侧平移对应道路宽度的距离，不存在对向边的拓扑段向量向左右两侧平移对应道路宽度一半的距离，按照交叉口拓扑边排序，两两向量相交，求解交点。
[0023]进一步地，在步骤(41)中，机动车道与非机动车道之间的分隔方式所占宽度采用默认值：有分隔带取值为1米，无分隔带取值为0米。
[0024]进一步地，在步骤(4)中，当交叉口两相邻拓扑段的角度相差接近或等于180
°
时，拓扑段平行线交点位置离交叉口较远或不存在，针对此类情形，以离交叉口点距离较近的拓扑段平行线为基准，确定交点坐标。
[0025]进一步地，在步骤(5)中，采用贝塞尔曲线拟合，作平滑处理。
[0026]进一步地，在步骤(6)中，每一拓扑边均由若干有序拓扑段构成，两两拓扑段的平行向量依次相交，平行向量的选择根据拓扑边类别决定。
[0027]采用上述技术方案带来的有益效果：
[0028]首先，本专利技术为宏微观一体化背景下宏观路网结构在微观维度下的可视化表达提供了参考，弥补了该类问题的空白；其次，本专利技术以向量计算作为解决手段，合理确定交叉
口范围和道路范围，具有普适性，适用于各大宏观交通仿真软件的交叉口可视化展示。
附图说明
[0029]图1为本专利技术的方法流程图；
[0030]图2为实施例中路网结构示意图；
[0031]图3为实施例中交叉口交点计算示意图；
[0032]图4为实施例中特殊交叉口处理示意图；
[0033]图5为实施例中交叉口平滑处理效果图；
[0034]图6为实施例中拓扑边连接过程示意图；
[0035]图7为实施例中微观维度完整路网结果图。
具体实施方式
[0036]以下将结合附图，对本专利技术的技术方案进行详细说明。
[0037]本实施例采用柬埔寨首都金边中心城区的基础路网作为研究对象，按技术方案中的数据处理步骤，实现其在微观维度下的交叉口表达。方法流程图见图1，包括以下7个步骤：
[0038](1)数据读取：本实例以柬埔寨首都金边的中心城区基础路网作为研究对象，路网结构如图2所示。读取实例中宏观路网拓扑连接关系和几何要素数据，包括拓扑点坐标数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于路网数据及向量计算的交叉口表达方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)读取路网数据：包含拓扑点坐标数据、路段拓扑连接数据以及路段几何要素数据；(2)提取交叉口拓扑连接数据：根据步骤(1)读取的路段拓扑连接数据，依次提取每个交叉口点的相邻交叉口编号和拓扑连接编号，并按照以该交叉口为出发点或到达点进行分类，同时判断每条拓扑边是否存在对向边，即与路段起点至路段终点方向相反的拓扑边；(3)对交叉口拓扑边排序；(4)计算交叉口交点；(5)对步骤(4)求解的交叉口交点作平滑处理，使其更符合实际交叉口轮廓范围；(6)计算拓扑边的交点；(7)根据路段拓扑连接数据的拓扑点序列，按序连接步骤(6)求解的拓扑边交点坐标，形成完整路网。2.根据权利要求1所述基于路网数据及向量计算的交叉口表达方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述拓扑点坐标数据包括拓扑点编号、拓扑点x坐标、拓扑点y坐标；所述路段拓扑连接数据包括路段起始节点编号、路段终止节点编号、拓扑连接编号、拓扑点数量、拓扑点编号序列；所述路段几何要素数据包括路段起点、路段终点、机动车道数、机动车道宽度、非机动车道宽度、机动车道与非机动车道之间的分隔方式。3.根据权利要求2所述基于路网数据及向量计算的交叉口表达方法，其特征在于，在拓扑点坐标数据中，拓扑点x坐标、拓扑点y坐标均采用同一参考坐标系进行表示。4.根据权利要求2所述基于路网数据及向量计算的交叉口表达方法，其特征在于，在路段拓扑连接数据中，不同行车方向单独区分，即一条双向道路由两条拓扑连接边组成，两者互为对向边。5.根据权利要求1所述基于路网数据及向量计算的交叉口表达方法，其特征在于，所述步骤(3)的具体过程如下：(31)计算交叉口拓扑段角度：选择交叉口各拓扑边的首末拓扑段，其中以该交叉口为出发点的这类拓扑边选择第一个拓扑段，以该交叉口为到达点的这类拓扑边选择最后一个拓扑段；以平面笛卡尔坐标系为基准，计算各...

【专利技术属性】
技术研发人员：王炜，陶章成，于维杰，华雪东，赵德，秦韶阳，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：