城市道路骨架层次划分方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种城市道路骨架层次划分方法及系统，该方法首先采用基于密度的聚类方法将道路网中的多条路段进行聚类，得到的每个聚类中心为一条stroke；然后根据生成的stroke采用对偶法是将stroke道路网中的交叉点抽象为图论中的节点，将路段抽象为边，构建stroke网络拓扑结构图；接着计算每条stroke的道路度中心性、道路接近中心性、道路中介中心性和道路长度指标，并加权融合后得到道路骨架性综合指数；最后根据道路骨架性综合指数将道路网stroke划分为三个等级，提取出道路骨架的层次结构。本发明专利技术能够更科学、稳定地反映城市道路等级以及每条道路在整个路网中的结构性特征，有助于进一步分析城市道路网络的空间结构和城市规划实施的评估。

【技术实现步骤摘要】
城市道路骨架层次划分方法及系统
本专利技术涉及到交通地理信息和城市规划
，具体涉及一种基于城市道路网数据、结合改进的Stroke模型和复杂网络分析方法的城市道路骨架层次划分方法及系统。
技术介绍
城市道路网络系统是组织城市各种功能的“骨架”，而道路网络骨架系统的规划布局形式直接引导着城市的发展形态，进一步影响城市地域功能结构的变化。现有的城市道路骨架划分主要包括基于语义的方法，基于智能模型的方法以及基于结构特征的方法。基于语义的道路骨架划分方法主要是通过道路本身的使用功能和物理特性对城市道路进行分级。这类方法本质上是道路的语义等级信息与道路在实际中的功能性的对应关系，但国内对道路的语义等级信息标准不一样这就会导致道路分级标准的差异性；另外，在语义信息缺省的情况下难以完成划分工作。基于智能模型的方法主要是以道路的空间多特性为依据，采用数理统计和机器学习的方法对道路进行划分，但此类方法对语义的依赖性过高。基于结构特征的方法主要是集中于对道路几何特征、拓扑关系等特征的分析，通过空间句法、图论以及Stroke模型等建立道路重要性评价体系，并确定权值计算出道路骨架系统。这类方法较前两种划分方法更稳定，能够描述道路间的相对关系和道路在整个路网的结构性地位。相比语义划分和和智能模型划分方法，基于结构特征的道路骨架划分更加稳定，比较有代表性的方法有基于复杂网络分析的方法、基于空间句法的方法以及基于Stroke模型的划分方法。基于Stroke的方法在保持道路几何连续性和道路目标纵向层次特性上要优于空间句法和复杂网络分析方法。但现有研究采取的是一种对整个道路网络进行全局评价、排序和选取的策略，没有体现出其与其他各层级道路之间的依存关系，对Stroke生成过程中路段合并顺序也缺乏有序性，这会导致道路骨架划分结果的多样性，同时合并过程对若干孤立路段应该具有一定的敏感性。
技术实现思路
专利技术目的：针对现有技术中存在的问题，本专利技术目的在于提出一种城市道路骨架层次划分方法及系统，该方法基于密度聚类思想的改进道路网Stroke生成，并利用图论模型建立道路重要性评估指标体系，从而提取出现状或规划的城市道路骨架，能够更科学、稳定地反映城市道路等级以及每条道路在整个路网中的结构性特征，有助于进一步分析城市道路网络的空间结构和城市规划实施的评估。技术方案：为实现上述专利技术目的，本专利技术所述的一种城市道路骨架划分方法，包括如下步骤：(1)采用基于密度的聚类方法将道路网中的多条路段进行聚类，得到的每个聚类中心为一条stroke，在聚类过程中通过计算两条路段之间的夹角进行方向相似性度量，将符合夹角阈值的路段进行聚类合并；(2)根据生成的stroke采用对偶法是将stroke道路网中的交叉点抽象为图论中的节点，将路段抽象为边，构建stroke网络拓扑结构图；(3)计算每条stroke的道路度中心性、道路接近中心性、道路中介中心性和道路长度指标，并加权融合后得到每条stroke的道路骨架性综合指数；(4)根据每条stroke的道路骨架性综合指数将道路网stroke划分为三个等级，从而提取出道路骨架的层次结构。在优选的实施方案中，所述步骤(1)中采用聚类方法生成stroke的步骤具体包括：(1.1)选取密度指数最大值的道路交叉点作为初始聚类中心；(1.2)计算该点连接的路段方向相似性，将符合夹角阈值的路段聚类合并，并标识为已聚类；(1.3)按照广度优先搜索方法遍历该点的直接邻居和间接邻居，向外不断扩散，将符合阈值的路段加入到已知簇中，直到没有新的路段加入，一个stroke即形成；(1.4)对于未标识的聚类路段，迭代步骤(1.1)-(1.3)，遍历完所有对象，聚类结束，没有被标识到任何一个stroke的对象单独成为一个stroke，视为孤立路段。在优选的实施方案中，道路交叉点的密度指数的计算公式为：Density(Pi)＝Ns(Pi)+Ns(Pi)/|N(Pi)|式中，Ns(Pi)表示与交叉点Pi直接连接的路段相似性度量满足夹角阈值的匹配个数；|N(Pi)|表示连接Pi的路段个数。在优选的实施方案中，所述步骤(3)中道路度中心性指标为stroke网络拓扑结构图中某一节点与其他网络边节点直接相连的数量。在优选的实施方案中，所述步骤(3)中道路度接近中心性指标为stroke网络拓扑结构图中某一个节点到其他节点的最短路径之和的倒数。在优选的实施方案中，所述步骤(3)中中介中心性指标为stroke网络拓扑结构图中某节点位于网络中其他任何两个节点间最短路径上的概率值。本专利技术所述的一种城市道路骨架层次划分系统，包括：道路网stroke生成模块，用于采用基于密度的聚类方法将道路网中的多条路段进行聚类，得到的每个聚类中心为一条stroke，在聚类过程中通过计算两条路段之间的夹角进行方向相似性度量，将符合夹角阈值的路段进行聚类合并；网络拓扑图生成模块，用于根据生成的stroke采用对偶法是将stroke道路网中的交叉点抽象为图论中的节点，将路段抽象为边，构建stroke网络拓扑结构图；道路骨架指数计算模块，用于计算每条stroke的道路度中心性、道路接近中心性、道路中介中心性和道路长度指标，并加权融合后得到每条stroke的道路骨架性综合指数；以及，道路骨架层次划分模块，用于根据每条stroke的道路骨架性综合指数将道路网stroke划分为三个等级，从而提取出道路骨架的层次结构。本专利技术所述的一种城市道路骨架层次划分系统，至少包括一台计算机设备，所述计算机设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被加载至处理器时实现所述的城市道路骨架层次划分方法。有益效果：本专利技术充分利用路段与道路交叉点的邻域关系，以道路交叉点为对象，对在交叉点汇集的路段进行匹配，直到所有交叉点全部遍历结束，stroke全部生成；相似性度量关系采用夹角关系能够满足方向的连续性。并且基于道路交叉点的密度指数和广度优先遍历方式，相比于其它stroke生成方法，有序的遍历方式可以生成唯一的stroke结果，直接邻域和间接邻域的有序遍历也正符合人类识别路段的连续性过程。本专利技术可以在语义缺省的情况下对道路骨架进行层次划分，并且与基于语义的层级划分相比，能够发现道路网络中具有重要功能的道路。与现有的其它方法相比，本专利技术可以生成唯一的道路骨架划分结果且可以识别孤立路段。附图说明图1是本专利技术实施例的方法流程示意图。图2是本专利技术实施例中基于密度聚类的stroke生成示意图。其中(a)为原始数据，(b)为stroke聚类结果。图3是依据图2结果生成的Stroke网络拓扑结构图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术的技术方案做进一步说明。如图1所示，本专利技术实施例公开的一种城市道路骨架层次划分方法，主要包括道路网stroke的生成、stroke网络拓扑结构图的构建、道路骨架性综合指数的计算以及道路骨架层次的划分。具体步骤如下：(1)基于密度聚类思想生成道路网stroke道路网stroke的生成是将原始道路网络中存在的m条路段综合为n条stroke的过程(m之n)，综合后的道路网内还可能存在路段(这种情况下stroke即为路段)。本专利技术将这一过程定义为多条路段的聚类过程，生成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种城市道路骨架层次划分方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)采用基于密度的聚类方法将道路网中的多条路段进行聚类，得到的每个聚类中心为一条stroke，在聚类过程中通过计算两条路段之间的夹角进行方向相似性度量，将符合夹角阈值的路段进行聚类合并；(2)根据生成的stroke采用对偶法是将stroke道路网中的交叉点抽象为图论中的节点，将路段抽象为边，构建stroke网络拓扑结构图；(3)计算每条stroke的道路度中心性、道路接近中心性、道路中介中心性和道路长度指标，并加权融合后得到每条stroke的道路骨架性综合指数；(4)根据每条stroke的道路骨架性综合指数将道路网stroke划分为三个等级，从而提取出道路骨架的层次结构。

【技术特征摘要】
1.一种城市道路骨架层次划分方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)采用基于密度的聚类方法将道路网中的多条路段进行聚类，得到的每个聚类中心为一条stroke，在聚类过程中通过计算两条路段之间的夹角进行方向相似性度量，将符合夹角阈值的路段进行聚类合并；(2)根据生成的stroke采用对偶法是将stroke道路网中的交叉点抽象为图论中的节点，将路段抽象为边，构建stroke网络拓扑结构图；(3)计算每条stroke的道路度中心性、道路接近中心性、道路中介中心性和道路长度指标，并加权融合后得到每条stroke的道路骨架性综合指数；(4)根据每条stroke的道路骨架性综合指数将道路网stroke划分为三个等级，从而提取出道路骨架的层次结构。2.根据权利要求1所述的城市道路骨架层次划分方法，其特征在于，所述步骤(1)中采用聚类方法生成stroke的步骤具体包括：(1.1)选取密度指数最大值的道路交叉点作为初始聚类中心；(1.2)计算该点连接的路段方向相似性，将符合夹角阈值的路段聚类合并，并标识为已聚类；(1.3)按照广度优先搜索方法遍历该点的直接邻居和间接邻居，向外不断扩散，将符合阈值的路段加入到已知簇中，直到没有新的路段加入，一个stroke即形成；(1.4)对于未标识的聚类路段，迭代步骤(1.1)-(1.3)，遍历完所有对象，聚类结束，没有被标识到任何一个stroke的对象单独成为一个stroke，视为孤立路段。3.根据权利要求2所述的城市道路骨架层次划分方法，其特征在于，道路交叉点的密度指数的计算公式为：Density(Pi)＝Ns(Pi)+Ns(Pi)/|N(Pi)|式中，Ns(Pi)表示与交叉点Pi直接连接的路段相似性度量满足夹角阈值的匹配个数；|N(Pi)|表示连...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨静，薛宁，
申请(专利权)人：南京图申图信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32