一种集成线、面模式的道路网选取方法技术

一种集成线、面模式的道路网选取方法，包括步骤：对原始路网数据进行拓扑预处理；Stroke生成，对其重要度进行评价，计算四度；加权vomoni图生成，确定道路密度阈值；确定选取长度；按照Stroke重要度大小进行排序；选取重要度最大的Stroke；判断道路密度是否小于阈值，若否，进入队列Q，若是，进行道路选取；判断Stroke集合是否为空：若是，判断Stroke总长度是否小于LS，若否，进行道路连通性处理；若Stroke总长度小于LS，从队列Q中按照重要度大小选择Stroke，直到满足确定选取长度，之后，进行道路连通性处理；选取结束后对结果进行评价。

A Road Network Selection Method for Integrated Line and Surface Patterns

【技术实现步骤摘要】
一种集成线、面模式的道路网选取方法
本专利技术涉及路网的制图综合
，尤其涉及一种集成线、面模式的道路网选取方法。
技术介绍
道路网是地图概括重点关注的地理要素之一。对道路网路段进行选取是道路网综合中最重要的步骤之一，也是影响道路网综合效果的先决条件。路网选取是路网综合的前提，如何提升路网选取的准确率是目前研究的关键技术之一。按照路网的表达模式，路网综合选取的方法可以分为基于线模式的方法和基于面模式的方法。前者把道路看作“街道”，直接选取线状道路要素，后者把道路作为“街区”，对道路合围形成的面状要素进行合并，间接对路网进行选取。基于线表达的方法虽易于与图论相关的信息结合，但很难整合全局的统计信息，这将会造成不同地区选取的结果出现较大的偏差。而基于面表达的方法虽能较好的整合路网的全局统计信息，但其对道路网选取时，容易导致选取后路网不连通，且选取结果的准确度依赖于道路属性信息的完整度以及路网划分方法的合理性。从具体方法来看，基于线模式的道路选取方法可分为图论方法和Stroke方法。Stroke方法在保持道路几何连续性和纵向层次特性上要优于图论方法。目前改进的Stroke生成方法如下：Stroke是依据感知分组原理中的良好连续性原则，其定义为，一条自然延伸的不被割断的道路。基于Stroke方法进行路网选取的方法主要包括Stroke的生成与Stroke排序。Stroke的生成是基于Stroke方法进行路网选择的前提。但现有的随机选取路段且仅考虑局部偏转角的生成算法，在一定程度上降低了道路选取的精度，进而阻碍了基于Stroke道路选取方法的应用。顾及整体的Stroke连接规则如下：Stroke的生成计算方法包括Stroke连接规则和连接策略。连接规则是连接策略的前提，连接规则判断路段能否连接，而连接策略规定路段如何连接。Stroke连接规则可分为几何规则，专题规则以及混合规则。由于实际工作中，很难搜集完整的道路等级、道路名称等专题属性，因此大多数研究都利用几何规则对生成Stroke进行约束。几何规则主要考虑了Gestalt提出的“好的延续性”原则。该原则主要从人的视觉层面出发，具体很难量化。现有的几何连接规则主要考虑连接处路段的偏转角，偏转角在阈值范围内的路段可以进行连接。路段的偏转角是指待连接路段偏离初始路段的角度，其范围为0°到180°。如图1，路段Si和Si+1的偏向角为α。但偏转角只能表达连接路段的局部信息，并未顾及连接路段之间整体的关联关系。实际上，在进行路段连接时，不仅要考虑路段临近的偏转角，还要兼顾后续连接路段与初始路段的关系，即从整体上对后续连接路段进行约束，使得后续连接路段与初始路段在整体上的“偏差”尽可能最小。但基于Stroke的方法存在以下问题：(1)Stroke生成时，连接规则为两条待连接路段的转折角需要小于阈值。但转折角仅从路段局部考虑了连接规则，未能顾及路段在整体上的连接规则，即缺乏约束后续连接路段与初始路段关系的规则。这在一定程度上无法满足生成的Stroke要具有整体连续性的要求。(2)对于不同的Stroke生成策略而言，不能同时生成全局最优的Stroke和确定结果的Stroke，如每对最大适合策略虽然生成确定的Stroke，但往往会陷入局部最优；自身最大匹配策略虽可以在全局上生成较好的Stroke，但其依赖于每次初始路段的选取，且生成的Stroke往往是不确定的，需要经过多次才能生成较为满意的结果。而道路网综合与分析是基于确定的Stroke生成结果来进行的，不确定的Stroke生成结果会影响最终的道路选择精度，从而阻碍了Stroke方法在综合道路选取中的应用。而基于面模式的道路选取主要采用道路网密度的方法：道路密度的计算方法可分为格网、分形、道路网眼等，但这些方法均存在一定的局限性，如格网方法容易造成路段的分裂，分形方法初始格网大小很难判断，道路网眼方法依赖于拓扑构面等。为此，目前有文献提出了一种基于Voronoi图划分区域计算道路密度的方法，该方法克服以往道路密度计算的不足，能够较好的在整体上保持路网密度信息。但是该方法进行路网区划时，未考虑道路的权重，这可能会导致在进行路网选择时，重要的道路会被删除。现有的文献，大都是单独采用线模式或者面模式进行研究，而未考虑将两种表达模式结合起来进行道路网选取。如何解决目前道路网选取中线模式和面模式单独使用时存在的选取结果精度不高和结构选取不合理的问题，而提出一种顾及线、面模式对路网选择的方法，是目前的研究方向。
技术实现思路
为解决现有技术中道路网选取中线模式和面模式单独使用时存在的选取结果精度不高和结构选取不合理的问题，本专利技术提供了一种集成线、面模式的道路网选取方法。一种集成线、面模式的道路网选取方法，其中包括如下步骤：步骤1)、获取原始路网数据，进行拓扑预处理，原始路网数据包括路段、结点，进行拓扑预处理后的结点和路段之间建立了拓扑联通关系；之后，利用OLS模型，对待连接路段的倾斜率进行计算，并结合连接处的夹角，设计顾及整体的Stroke连接规则；Stroke可看作是由数条连续路段组成的路径；由OLS模型得到的路径的倾斜率，实质上是由路径上的结点模拟得到的斜率，该倾斜率的值可以表征后续连接路段与初始路段的关系；利用倾斜率从整体上对Stroke连接规则进行约束的过程如下：n个分散的结点Ni和n-1条路段构成路径Ri，i＝1、2、...、n，路段用Si-1表示，所述n-1个路段是由前述的n个分散的结点间隔分开形成，第i个结点的坐标为(xi，yi)，则路径Ri的倾斜率m的公式如下：式(1)中，为n个结点Ni的横坐标的均值，为n个结点Ni的纵坐标的均值；之后，同时进入步骤2)和步骤3)；步骤2)、Stroke生成包括连接规则和连接策略；进行Stroke生成的处理过程包括：21)、设置Stroke生成时路段的连接规则如下：规则一)、从局部角度考虑，待连接路段在连接处的转向角要小于偏转角阈值θ，偏转角阈值θ一般小于60°；规则二)、从整体角度考虑，引入OLS模型计算路径的倾斜率，如上述公式(1)，选择与初始路段倾斜率差值最小的路段作为后续连接路段，从而使得连接后形成的Stroke在整体上具有较好的连续性，具体计算方法如下：若判断路段S0两端各有一结点FN0和TN0，计算方法如下：从结点FN0进行连接，在结点FN0处满足规则一)的路段数为n；由OLS模型计算初始路段的倾斜率为m0，n条可选路段连接后所形成的路径倾斜率为mi(i＝1，2，…，n)，令Δm＝min|mi-m0|，则Δm对应的路段Si-1则为与S0连接的路段；在进行下一次连接时，把新生成的路径倾斜率作为起始倾斜率，即令m0＝mi；以新连接的路段的一个结点按照规则一)和规则二)继续对路段进行连接，直至找不到满足规则一)的路段结点，生成一条新的Stroke，对该Stroke进行标记；用同样的方法对结点TN0进行处理，则可以生成结点TN0在另一方向的另一条新的Stroke，对该Stroke也进行标记；若判断一结点SN0同时连接三个路段S0、S1和S2，三个路段S0、S1和S2另一端的结点分别为SN1、SN2、SN3，计算方法如下：设从路段S0开始进行Stroke连接，计算路段S1、S2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种集成线、面模式的道路网选取方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1)、获取原始路网数据，进行拓扑预处理，原始路网数据中包括路段、结点，进行拓扑预处理后的结点和路段之间建立了拓扑联通关系；之后，利用OLS模型，对待连接路段的倾斜率进行计算，并结合连接处的夹角，设计顾及整体的Stroke连接规则；Stroke可看作是由数条连续路段组成的路径；由OLS模型得到的路径的倾斜率，实质上是由路径上的结点模拟得到的斜率，该倾斜率的值可以表征后续连接路段与初始路段的关系；利用倾斜率从整体上对Stroke连接规则进行约束的过程如下：n个分散的结点Ni和n‑1条路段构成路径Ri，i＝1、2、...、n，路段用Si‑1表示，所述n‑1个路段是由前述的n个分散的结点间隔分开形成，第i个结点的坐标为(xi，yi)，则路径Ri的倾斜率m的公式如下：

【技术特征摘要】
1.一种集成线、面模式的道路网选取方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1)、获取原始路网数据，进行拓扑预处理，原始路网数据中包括路段、结点，进行拓扑预处理后的结点和路段之间建立了拓扑联通关系；之后，利用OLS模型，对待连接路段的倾斜率进行计算，并结合连接处的夹角，设计顾及整体的Stroke连接规则；Stroke可看作是由数条连续路段组成的路径；由OLS模型得到的路径的倾斜率，实质上是由路径上的结点模拟得到的斜率，该倾斜率的值可以表征后续连接路段与初始路段的关系；利用倾斜率从整体上对Stroke连接规则进行约束的过程如下：n个分散的结点Ni和n-1条路段构成路径Ri，i＝1、2、...、n，路段用Si-1表示，所述n-1个路段是由前述的n个分散的结点间隔分开形成，第i个结点的坐标为(xi，yi)，则路径Ri的倾斜率m的公式如下：式(1)中，为n个结点Ni的横坐标的均值，为n个结点Ni的纵坐标的均值；之后，同时进入步骤2)和步骤3)；步骤2)、Stroke生成包括连接规则和连接策略；进行Stroke生成的处理过程包括：21)、设置Stroke生成时路段的连接规则如下：规则一)、从局部角度考虑，待连接路段在连接处的转向角要小于偏转角阈值θ，偏转角阈值θ一般小于60°；规则二)、从整体角度考虑，引入OLS模型计算路径的倾斜率，如上述公式(1)，选择与初始路段倾斜率差值最小的路段作为后续连接路段，从而使得连接后形成的Stroke在整体上具有较好的连续性，具体计算方法如下：若判断路段S0两端各有一结点FN0和TN0，计算方法如下：从结点FN0进行连接，在结点FN0处满足规则一)的路段数为n；由OLS模型计算初始路段的倾斜率为m0，n条可选路段连接后所形成的路径倾斜率为mi(i＝1，2，…，n)，令Δm＝min|mi-m0|，则Δm对应的路段Si-1则为与S0连接的路段；在进行下一次连接时，把新生成的路径倾斜率作为起始倾斜率，即令m0＝mi；以新连接的路段的一个结点按照规则一)和规则二)继续对路段进行连接，直至找不到满足规则一)的路段结点，生成一条新的Stroke，对该Stroke进行标记；用同样的方法对结点TN0进行处理，则可以生成结点TN0在另一方向的另一条新的Stroke，对该Stroke也进行标记；若判断一结点SN0同时连接三个路段S0、S1和S2，三个路段S0、S1和S2另一端的结点分别为SN1、SN2、SN3，计算方法如下：设从路段S0开始进行Stroke连接，计算路段S1、S2与路段S0的偏向角，利用OLS模型计算得到路径(SN1，SN0)、路径(SN1，SN0，SN2)和路径(SN1，SN0，SN3)的倾斜率m0、m1和m2；所述的倾斜率m0指的是结点SN1与结点SN0之间路径(SN1，SN0)的斜率，此时，结点SN1与结点SN0之间是直线段连接，因此此处，倾斜率m0既是所连直线的倾斜率，也是实际路径的倾斜率；路径(SN1，SN0，SN2)是由两个直线路段(SN1，SN0)和(SN0，SN2)连接而成的折线段，其倾斜率m1由上述式(1)求得；路径(SN1，SN0，SN3)是由两个直线路段(SN1，SN0)和(SN0，SN3)连接而成的折线段，其倾斜率m2由上述式(1)求得；在结点SN0进行Stroke连接时，会出现以下三种情况：①若偏转角均小于或者等于阈值θ，计算m1与m0之间的差值、m2与m0之间的差值，设|m1-m0|＜|m2-m0|，则选择路段S1与S0进行连接生成Stroke，并令m1的值为初始倾斜率，对结点为SN3的路段进行Stroke连接；②若偏转角均大于阈值θ，则在结点SN0处终止连接；③若只有一个路段的偏转角小于或者等于阈值，则该路段直接与路段S0进行连接；22)、设置基于路段重要度的连接策略：从道路几何特征和拓扑关系上，选择道路的长度及其连接的路段数作为计算路段重要度的指标；道路的长度越大，连接路段的数量越多，路段的重要性就越大，路段重要度的计算方法如下：公式(2)中，li为路段i的长度，lmax为路段最大长度，di为路段i连接的路段数，dmax为路段i连接的最大路段数，a为di的权重，b为dmax的权重；在获得路段重要度排序的基础上，根据路段的重要度确定起始路段和生成一条新Stroke后新的起始路段，从而生成确定的Stroke结果，处理过程如下：221)、遍历经拓扑预处理后的路网中的所有路段，n为路段数；222)、计算路段的重要度；223)、对路段重要性进行排序；224)、选择重要度最大的路段作为初始路段；225)、标记被选取的初始路段；226)、判断初始路段是否连接；227)、获取初始路段的邻接路段...

【专利技术属性】
技术研发人员：王艳慧，赵文吉，张建辰，
申请(专利权)人：首都师范大学，
类型：发明
国别省市：北京,11