用于交通导航系统和交通仿真系统的路网模型构建方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于交通导航系统和交通仿真系统的路网模型构建方法，其可用于交通导航系统存储电子地图以及交通仿真系统中定义虚拟路网。该方法为采用“道路－车道”为基本单位，以有向图为抽象数据结构，且包括对路网中实体进行描述的方法、对车道连通性进行描述的方法、对道路交叉口处的交通规则进行描述的方法和采用ＸＭＬ格式对路网数据文件进行存储的方法。本发明专利技术优点在于构建的路网模型可实现对道路的形状方位特征、道路中间的连通关系，车道间连通关系、邻接关系、转向限制、属性信息和道路交叉口的交通规则等内容的描述及组织和管理数量巨大的属性、连通性等信息。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种城市交通路网描述模型的构建方法，特别是涉及 一种模型的形式化描述及其模型的数据存储方法。
技术介绍
路网模型用来描述路网拓扑结构和路网实体的信息，是交通导航 系统和交通仿真系统的基础组成部分。对于前者，路网模型主要用来 表示公路交通网(电子地图)，规划旅客出行路线并实施可视化的实 时交通导航。对于后者，交通仿真通常是在路网模型上建立车辆的运 动模拟模型和数据分析模型，进而执行车辆的运动仿真，并获取和分 析运动结果。路网模型所描述的信息量的大小、组织结构和数据存储 方式等都直接影响系统的功能和性能，如路径规划的速度和交通仿真 的规模等指标。因此， 一个设计合理的路网模型是非常重要的，也是 相当有必要的。目前，在多数应用系统中，分别使用以下两种类型的路网模型。 一种以"道路交叉口 (抽象为有向图的结点)"和"道路(抽象为有 向图的边)"为基本单位，用有向图这种数据结构来建模，也就是"道 路一道路"路网模型。使用这种模型，难以描述道路的多车道属性、 车道的相关属性(如允许行驶车辆类型、优先级、限速、转向限制等)、 不同车道的连通性及道路交叉口处的交通规则。例如，在北京奥运会期间，某些道路上的车道仅供奥运特种车辆行驶， 一般民用车辆禁止 行驶。上述模型无法直接描述这种场景。另一种以"车道交叉口 (抽象为有向图的结点)"和"车道(抽 象为有向图的边)"为基本单位，用有向图建模，也就是"车道一车 道"路网模型。使用这种模型，可以解决"道路一道路"路网模型的 缺陷。但是它无法表示车道之间的邻接特性，也就无法引导(或仿真)车辆行驶过程中的换车道行为；更无法有效地组织和管理数量巨大的 道路属性、车道属性、车道连通性等数据。鉴于上述问题，可以将两种模型的特点进行合并，设计一种"道 路"和"车道"相结合的路网模型。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种以"道路一车道"为基本单位，用有 向图建模的路网模型构建方法。该方法构建的模型可对多车道属性、 车道连通性及道路交叉口处的交通规则进行描述。为了达到上述目 的，本专利技术采用了下述技术方案。本专利技术所述方法构建的路网模型可对道路的形状方位特征、道路 间连通关系，车道间连通关系、邻接关系、转向限制、属性信息和道 路交叉口的交通规则等内容进行描述。该方法包括如下步骤(1) 对路网中的实体进行描述。即对路网出现的道路、车道、 道路的交叉口 、道路分流和合流路口以及车道的起始和终止位置点等 实体进行定义，并对实体的属性赋值。(2) 对道路及车道的连通性进行描述。显式地在模型中说明"车道一车道"的连接属性，以描述不同车道之间的连通性。而对同一道 路上的平行车道间的横向连通性不加限制，也就是说允许车辆在行驶 过程中变换车道，这也符合现实情况。(3)对道路各交叉口处的交通规则进行描述，主要考虑对交叉 口处信号灯不同相位周期性变化的规则建模。且根据步骤l、 2和3项便可构建出"道路一车道"相结合的城 市交通路网。此外，本专利技术还包括对路网数据进行保存的步骤，其中，为采用 XML格式的文件存储路网模型中的数据。由于传统的方法是将路网 数据以二进制编码形式保存在数据库中，需要通过专用的工具才能够 读取、显示和编辑，因而应用系统的开发成本高，灵活性差，产品性 能低。而使用XML格式保存的数据，可以用常见的文本编辑器直接 打开和编辑，也可以自己定制开发专用的编辑器；并且数据有良好的 语义特征、逻辑结构和可读性，便于快速进行二次开发。通过本专利技术所介绍的方法构建的城市交通路网可对多车道属性、 连通性以及道路交叉口的交通规则进行描述，并且以XML格式的文 件对路网数据文件进行存储，能够有效地组织和管理城市数据量巨大 道路信息，因而具有较高的实用价值。附图说明图1为本专利技术所述路网模型之逻辑架构示意图； 图2为本专利技术所述路网模型形式化描述示意图；图3为本专利技术所述路网模型构建步骤流程图4为本专利技术所述路网模型之道路交叉口实例的示意图； 图5a为本专利技术所述路网模型之车道连通性实例的示意图之一； 图5b为本专利技术所述路网模型之车道连通性实例的示意图之二； 图6a为本专利技术所述路网模型之自动计算车道连通性的方法示意 图之一；图6b为本专利技术所述路网模型之自动计算车道连通性的方法示意 图之二；图6c为本专利技术所述路网模型之自动计算车道连通性的方法示意 图之三；图6d为本专利技术所述路网模型之自动计算车道连通性的方法示意 图之四；图7为路网模型所模拟的某城市路网。 具体实施例方式下面结合附图以及具体实施过程对本专利技术所述路网模型及构建 方法作详细说明。参照图1中所示，本专利技术所述方法构建路网模型之逻辑架构，其 包括对路网中实体描述方法1，路网连通性描述方法2，道路交叉口 处交通规则描述方法3和路网数据存储方法4。结合图2和图3中所示，本专利技术所述方法构建的是以"道路一车 道"为基本单位，且采用有向图建模的路网模型。其中，有向图中的 结点表示路网中的交叉点实体，有向图的边表示路网中的道路实体。 由于车道是依附于道路而存在，并且是单向通行的，因此，实际道路的交叉口、道路分流和合流路口，以及车道的起始和终止位置点等都 抽象为交叉点实体，只是分配不同的属性值以区别其类型。在实际应 用中，所述交叉点可采用多边形绘制。本路网模型采用二元组iW-(G，C)来形式化描述。其中，G为描 述路网基本实体结构的有向图，由二元组G-(i ，J)表示；C为路网中 道路连通性及交叉点连通逻辑结构的集合，由二元组C = (A， Je)表示。在二元组G-(i ,J)中，W为路网中道路的集合；J是路网中交叉 点的集合。在二元组C-(A，^)中，A表示道路连通性，^表示交叉点连通 逻辑。下面分别解释三元组G-(i ，J)和二元组C-(A,力)的含义。1. 二元组G-(及，力——路网模型中实体建模方法二元组G-(/ ，J)对应路网实体建模方法1，用以对路网中出现的 各个实体进行描述定义(步骤ll)。该实体可为道路、车道、道路交 叉口、道路分流和合流路口、车道的起始和终止位置点、以及公交车 站台、车道限速标记等等。1)道路描述R表示路网中道路的集合化，"2力，...^}，抽象为有向图中的边。及 的每个元素r均是由三元组<formula>formula see original document page 7</formula>组成。是一个八元组，用以描述道路的基本属性，各个元素的意义可参照表<table>table see original document page 8</column></row><table>/^。Aj"e =(丄a"eiV菌，丄af"e，eadM fife)是一个二元组，用以描述当前道路上车道的相关属性。丄""^V"附表示道路包含的车道数量；丄aw0S，e^/Mofife表示车道在道路上的展开模式。丄。^^^>是当前道路上车道的集合{/1，/2，/3，...，/ }，它的每个元素/表示一条具体的车道，依附于具体的道路存在。/ = (70,幼^^,2^/ 。时，^/0>^/^7>;^)是一个四元组。其中，/D是车 道的唯一标识号，按照道路的方向，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于交通导航系统和交通仿真系统的路网模型构建方法，其特征在于，包括如下步骤：　（１）对路网中的实体进行描述，且对该实体的属性赋值；　（２）对道路及车道的连通性进行描述，其显式地在模型中说明“车道－车道”的连接属性，且以描述不同车道之间的连通性，而对同一道路上的平行车道间的横向连通性不加限制，允许车辆在行驶过程中变换车道；　（３）对道路各交叉口处的交通规则进行描述，其为基于对交叉口处信号灯不同相位周期性变化的规则建模；　（４）使用ＸＭＬ格式的文件存储路网模型中的数据。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：覃征，徐文华，侯晓东，陈旸，郭亚飞，
申请(专利权)人：覃征，徐文华，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]