一种基于虚拟节点的道路网络模型制造技术

一种基于虚拟节点道路网络模型，它是道路网络数字化的理论依据，其结构主要包括几何网络和道路段间的拓扑关系。几何网络的最基本元素包括虚拟节点、路心线和形状点。虚拟节点表达道路段间交点、路段起点或路段终点，它又包括虚拟路段、内点以及内点包络线；路心线表达道路段，通过内点与虚拟节点相连；形状点表达道路段上的拐弯点。虚拟路段表达路心线间的拓扑关系，穿越道路路口时的距离阻尼和时间阻尼等交通信息，以及路口的多车道和不同行驶规则；内点确定虚拟节点位置信息。本发明专利技术模型不仅克服了传统模型的缺陷，而且更真实地反映现实世界的道路网络，对于基于道路网络的地图匹配、路径规划以及动态交通网络实时分析等功能有良好的适应性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及导航电子地图中道路网络结构模型，用于陆地移动目标导航系统的地图匹 配、动态路径规划及其动态交通网络实时分析。技术背景对于陆地移动目标导航系统，导航电子地图是必不可少的一部分，而导航电子地图中 的道路网络数据是其核心单元。道路网络数据库的精度将直接影响地图匹配的精度，从而 影响导航系统的性能。另外，随着实时交通信息服务系统的不断完善，动态路径规划以及 动态交通网络实时分析已被广泛应用，因此，对导航电子地图中的道路网络数据库提出了 新的要求。在当前陆地移动目标导航电子地图中，现实世界中的道路网络是通过基于节点道路网 络模型对其进行数字化，仅用点要素和线要素来表达现实世界道路网络。其中线要素对应 了道路段的中心线，用来表达道路网络中的道路段，它是点要素中形状点的集合；点要素 包括形状点和节点，节点用来表达道路网络中道路段间的交点(路口)、道路段起始点或 道路段终止点；所以在道路网络数字化过程中主要是对点的简化，尤其重点是对道路段间 交点的简化，即节点简化。目前，在制作导航电子地图中的道路网络(即路心线)时，其方法是确定一条道路的 节点(道路段间的交点，即路口)和形状点，然后连接节点和形状点形成一条道路的路心 线，最后形成道路网络。所以节点和形状点的简化，尤其是节点简化的合理性将直接影响 电子地图道路网络的精度。如图l所示，在现实世界中，由于汇交的各个道路段101、 102、 103、 104的宽窄不一样，导致汇交的各个道路段简化后对应的路心线1011、 1022、 1033、 1044并不是交于一个点，而是交于多个点201、 202、 203、 204。而基于节点道路网络模型， 在此处仅用一个节点来简化，必然影响电子地图道路网络的精度。更甚至于，针对道路段 间的同一个交点，因节点位置的选取不同，导致制作出不同的电子地图。所以用传统基于 节点道路网络模型来表示现实世界中的道路网络不仅在模型简化上存在不可避免的缺陷， 而且道路段间交点简化后为了选取合适的节点位置，还会对电子地图制作人员提出更高的 技术要求。另外，针对现实世界道路网络中道路段的多车道表示，路口处不同车道的不同行车准则，如左转弯、直行、右转弯等的表示，以及基于道路网络的动态路径规划及动态交通网 络实时分析功能对路口处的交通信息，如信号灯阻尼信息、移动目标通过路口的距离阻尼 信息等的需求，采用目前传统的基于节点道路网络模型已无法对其进行描述。由于基于节点道路网络模型对道路段间交点(路口)处采用节点简化法存在上述缺陷， 故现有电子地图道路网络数据在路口处存在不可避免的误差，针对来源于不同厂商的电子 地图道路网络数据在路口处还会存在不同的奇异形状。另外，导致现有电子地图道路网络 数据已无法适应动态路径规划及动态交通网络实时分析功能的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服基于节点道路网络模型对道路段间交点(路口)处采用节点简化 法带来的缺陷，为制作导航电子地图中的道路网络提供一种新的道路简化模型，该模型主 要是在道路段间交点(路口)处采用虚拟节点法简化，以提高简化后的道路网络更能真实 地表达现实道路网络。本专利技术的技术解决方案是 一种基于虚拟节点的道路网络模型，它用点要素和线要素 来表达现实世界中的道路网络并可以显示，主要包括表达道路网络的几何网络和道路网络 中道路段间的拓扑关系，其特点在于所述的几何网络中最基本元素由点和线组成，主要 包括虚拟节点(4)、路心线(3)、形状点(5);路心线(3)用来表达现实世界中的道 路段，是连接两个虚拟节点(4)的线性元素，形状点(5)位于路心线(3)上用来表达非 直线道路段上的拐弯点；虚拟节点(4)用来表达现实世界道路段之间的交点路口、或路段 起点、或路段终点。虚拟节点又包括虚拟路段(2)、内点(1)以及表达交点路口形状的 内点包络线(7)，内点为虚拟路段(2)的起始点和终止点，虚拟路段(2)通过内点与虚 拟节点(4)上的路心线(3)相连接，并表达虚拟节点(4)上的两条路心线(3)间的拓 扑关系，即两条路心线(3)间的相互穿越(6)，同时表达路心线(3)穿越(6)交点路 口过程中的距离阻尼或信号灯的时间阻尼；内点包络线(7)仅是构成虚拟节点(4)的所 有内点(1)顺序连线形成的一个闭合图形，在道路网络显示过程中用来表达交点路口的形 状。所述的虚拟节点(4)是由l个或3-50个内点(I)元素、3-50个虚拟路段(2)组成， 内点包络线(7)所菌成的虚拟节点(4)形状相似于虚拟节点(4)所表达交点路口的真实 形状。所述的虚拟节点(4)仅包含l个内点(1)时，它主要表达路段起点或路段终点。 当所述的虚拟节点(4)表示的道路段与道路段间交点路口的最小包络圆半径小于用户 定制电子地图道路网络精度时，采用1个内点(i)表示；所述的内点(l)等同于虚拟节 点(4)，所述的内点(1)可以连接多条路心线(3)，连接到该内点(1)上的路心线(3) 两两之间相互穿越(6)。当所述的虚拟节点(4)由3-50个内点(1)组成时，每个内点(1)均连接唯一一条路 心线(3)，路心线(3)通过所述的内点(1)与虚拟节点(4)相连。所述的虚拟路段(2)的起始点和终止点分别为两个内点(1)，只有连接在虚拟节点 (4)上某两条路心线具有拓扑关系时，两条路心线(3)连接在虚拟节点(4)上的两内点 (1)间对应一条虚拟路段，虚拟路段不是真实的道路段，其形状由两条具有拓扑关系道路 段的反向延长线汇交于一点后形成的折线或者两个内点(1)的连线来表示。本专利技术模型与传统的基于节点道路网络模型相比的优点在于本专利技术采用虚拟节点对 现实世界中道路段间的交点(路口)进行简化，虚拟节点不再是一个点元素，而是由内点 包络线形成的具有与简化实体相似形状的面，不会给道路网络引入模型简化误差。另外， 虚拟节点由一个或若干个内点的位置信息决定其形状，其内点在现实世界中很容易找到参 考点，给电子地图制作过程中带来便利。本专利技术的另一个优点是路心线通过唯一的内点与虚拟节点相连，而虚拟路段通过2 个不同的内点与虚拟节点上的2条路心线相连，表达了这2条路心线具有拓扑关系，即两 条路心线间可以相互穿越，这样虚拟节点内的每一条虚拟路段就表达了交点路口处的一条 行驶规则。所以用虚拟路段来表达连接在虚拟节点上的各个路心线间的拓扑关系，更易表 达现实世界道路网络中道路段的多车道以及路口处不同车道不同行驶规则(如左转弯、直 行、右转弯等)的表示；另外，对于在交点路口处不同车道的行驶规则意味着不同的距离 阻尼和信号灯时间信息阻尼，而每条虚拟路段对应着一条行驶规则，这样可以用虚拟路段 长度以及附加的时间属性很容易表达路口处的距离阻尼信息、信号灯时间阻尼信息等交通 信息，使得电子地图道路网络更好的适应动态路径规划及动态交通网络实时分析功能的要 求。附图说明图1为现实世界道路网络真实简化示意图；图2为本专利技术中的基于虚拟节点道路网络模型中的基本几何元素示意图；图3仅含1个内点的虚拟节点示意窗;其中图3a为仅有一条车道的十字路口，图3b 为盲道路段，即道路段的起始点或终止点，图3c为仅有一条车道的丁字路口；图4为本专利技术的虚拟路段表达道路网络拓扑关系示意图；图5为本专利技术的虚拟路段表达多车道及车道本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于虚拟节点的道路网络模型，它用点要素和线要素来表达现实世界中的道路网络并可以显示，主要包括表达道路网络的几何网络和道路网络中道路段间的拓扑关系，其特征在于：所述的几何网络中最基本元素由点和线组成，主要包括虚拟节点（４）、路心线（３）、形状点（５）；路心线（３）用来表达现实世界中的道路段，是连接两个虚拟节点（４）的线性元素，形状点（５）位于路心线（３）上用来表达非直线道路段上的拐弯点；虚拟节点（４）用来表达现实世界道路段之间的交点路口、或路段起点、或路段终点。虚拟节点又包括虚拟路段（２）、内点（１）以及表达交点路口形状的内点包络线（７）；所述的内点为虚拟路段（２）的起始点和终止点，虚拟路段（２）通过内点与虚拟节点（４）上的路心线（３）相连接，并表达虚拟节点（４）上的两条路心线（３）间的拓扑关系，即两条路心线（３）间的相互穿越（６），同时表达路心线（３）穿越（６）交点路口过程中的距离阻尼或信号灯的时间阻尼；内点包络线（７）仅是构成虚拟节点（４）的所有内点（１）顺序连线形成的一个闭合图形，在道路网络显示过程中用来表达交点路口的形状。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱庄生，房建成，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]