基于路段夹角渐变特征的路网通行方向判别方法和系统技术方案

本发明专利技术提供基于路段夹角渐变特征的路网通行方向判别方法，包括：获取矢量路网文件的数据；依次遍历所有路段，判断路段的通行方向信息，取出所有未知路段，其他路段记为已知路段；取一条未知路段，对其构建双缓冲矩形；判断已知路段与双缓冲矩形的位置关系，得到所有与双缓冲矩形可能相交的已知通行方向的备选路段；依次判断备选路段中的每一条路段是否满足渐进夹角条件取出满足条件的连通路段；对连通路段与未知路段进行连接方式判断，得到未知路段的方向。本发明专利技术在部分已知路段的通行方向的基础上，通过路段夹角渐变特征对未知道路的相对位置进行初步判断，在大规模道路通行方向判断中较少了判断耗时，能够在复杂道路场景下进行应用。行应用。行应用。

【技术实现步骤摘要】
基于路段夹角渐变特征的路网通行方向判别方法和系统


[0001]本专利技术涉及地图信息技术处理领域，特别是涉及一种基于路段夹角渐变特征的路网通行方向判别方法和系统。

技术介绍

[0002]在路网数据中，缺乏通行方向属性的道路数据无法应用于城市交通管理与规划中。在进行交通管理与规划中，需要获取所有道路的方向。对于无分隔的双向道路，此类道路方向为双向；对于有中央分隔栏的道路，一侧道路我们称之为单行道，这类道路只能一个方向通行，需要单独标识其通行方向。目前已有的道路通行方向判定方法主要分两类，一类是借助外部数据辅助判断，而第二类则基于路网本身数据进行判定。
[0003]前者依赖于外部数据，公开号为CN111737378A的中国专利技术专利于2020年 10月2日公开了一种道路通行方向识别方法，包括：基于行驶轨迹大数据，获取最近预设时间段的各车辆的行驶轨迹数据；根据各所述行驶轨迹数据匹配道路，确定所述预设时间段道路网中各道路上车辆的行驶轨迹；根据各道路上所述行驶轨迹确定与当前道路方向相反的反方向流量值，以及与当前道路方向相同的正方向流量值；基于所述反方向流量值和反方向流量值确定的反方向流量占比，得到当前道路通行方向是否发生变化的识别结果。采用本方法虽然能够无需路测车实地采集道路路况数据，降低了确定当前道路通行方向是否发生变化的成本，但其需要多方面收集用户的出行轨迹，而轨迹的数据获取成本和难度都较高，同时还涉及到用户的隐私问题，不具有普适性。
[0004]后者需求数据少。公开号为CN107655487A的中国专利技术专利于2020年5月8 日公开了一种路段方向识别方法及装置，包括：通过从路网数据中获取一条待识别路段；从路网数据中，确定与待识别路段满足预设的对偶路条件的路段作为目标路段，若目标路段只有一条，则从路网数据中，确定与目标路段满足对偶路条件的路段，若确定的与目标路段满足对偶路条件的路段只有一条且为待识别路段，则待识别路段和目标路段构成对偶路段；依据对偶路包含的两条路段的形状点的位置坐标以及预设的交通规则，确定对偶路所包含的两条路段的通行方向。该方法虽然能够确定出对偶路段中两条单向路段的具体通行方向，为缺失通行方向属性的对偶路段补充具体的通行方向，但其只使用了路网数据，仅对偶路段(对于单行路段，往往存在两条近似平行的路段，一条道路上行，一条道路下行，这类道路称为对偶路段)的识别效果较好，对复杂路网场景(因为道路投影到平面路网，缺少高程数据导致不同高度的道路在平面相交的路网；或单行道路不存在对偶路段的情况)下识别效果不佳，方向判定正确率低。

技术实现思路

[0005]本专利技术为克服以上至少一种技术问题，提供一种基于路段夹角渐变特征的路网通行方向判别方法和系统，用于解决复杂路网通行方向判别正确率低和判定过程中耗时过多的问题。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：
[0007]基于路段夹角渐变特征的路网通行方向判别方法，包括以下步骤：
[0008]S1：获取矢量路网文件的数据；
[0009]S2：根据获取的数据依次遍历所有路段，判断路段的通行方向信息，取出所有未知通行方向的路段，记为未知路段，其他路段记为已知路段；
[0010]S3：取一条未知道路，获取其首路段和末路段，分别对首路段和末路段构建双缓冲矩形；
[0011]S4：判断已知路段与双缓冲矩形的位置关系，得到所有与双缓冲矩形可能相交的已知通行方向的路段，记为备选路段；
[0012]S5：依次判断备选路段中的每一条路段是否满足渐进夹角条件，若是，则取出满足条件的连通路段；否则，返回执行步骤S3，直至最后一条未知路段处理完毕，执行步骤S7；
[0013]S6：对连通路段与未知路段进行连接方式判断，得到未知路段的方向，返回执行执行步骤S3，直至最后一条未知路段处理完毕；
[0014]S7：输出得到方向的未知路段，完成路网通行方向的判别。
[0015]上述方案中，矢量路网文件的数据包括几何对象数据以及构成几何对象的要素数据。几何对象数据包括编号、类型，构成几何对象的要素信息包括点编号、点经纬度坐标。其中，一条道路由多条路段组成，一条路段由多线段组成，多线段由对应数量的多个顶点组成。矢量路网数据中以路段作为基本存储单元。
[0016]上述方案中，通过遍历所有已知道路，判断与双缓冲矩形是否相交，快速排出无法提供有效信息的已知道路，避免后续重复计算，从而减少耗时。再取剩下的已知道路比较与未知道路的距离，根据一个预先设置的距离(可取经验值)，进一步排除不可能连通的道路，避免后续重复计算，减少耗时。最后一句夹角渐变特征，检查路段间的夹角特征，选取与未知路段连通的已知路段，依据夹角渐变特征处理会优先选取到与未知道路连通的已知道路，避免选取未知道路邻近但实际上并不连通的道路；通过得到的已知路段与未知路段的连通方式，计算路段的斜率，最终得到未知道路的通行方向。
[0017]其中，在所述步骤S3中，取一条未知道路L
n
，道路L
n
由路段l1、路段l2Λ路段l
m
构成，称路段l1为道路L
n
的首路段，路段l
m
为道路L
n
的末路段，分别对首路段l1和末路段l
m
构建双缓冲矩形，执行以下过程：
[0018]取首路段l1的两个坐标P1(x1,y1)和P2(x2,y2)，则l1所在直线的表达式为：
[0019][0020]将首路段l1的两端伸延相同的距离d，取d构建线段AC＝nl1，n为常数，得到缓冲矩形对角线的两个顶点，记新的两个顶点为A、C：
[0021][0022][0023]根据该两顶点坐标确定首路段l1的缓冲矩形的四个顶点坐标如下：
[0024][0025][0026][0027][0028]同理，取未知道路的倒数第一个顶点和倒数第二个顶点组成的线段，记为末线段l
m
；计算末路段的表达式，得到未知路段末线段对应的缓冲矩形；
[0029]至此得到的两个缓冲矩形构成双缓冲矩形。
[0030]其中，所述步骤S5中，设置连通标识用于记录是否找到连通路段，连通标识为正时，表示已经找到连通路段，否之则未找到；设置夹角阈值并将其初始化为0
°
，用来判断线段间是否满足渐进夹角的条件；具体包括以下步骤：
[0031]取一条备选路段的每相邻两个顶点组成已知线段，依次判断已知线段是否与双缓冲矩形相交，不相交则进行下一条已知线段的判断；相交则继续判断已知线段与未知线段的距离，当距离小于设定的值时，则计算已知线段与未知线段的夹角，其中，未知线段指组成未知路段的线段；
[0032]当夹角小于夹角阈值时，则将该路段作为连通路段，连通标识为正；继续判断剩余的已知线段，直至所有已知线段判断结束；
[0033]若连通标识为正，则执行步骤S6；否则，则将夹角阈值增加n
°
，重复执行步骤S本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于路段夹角渐变特征的路网通行方向判别方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：获取矢量路网文件的数据；S2：根据获取的数据依次遍历所有路段，判断路段的通行方向信息，取出所有未知通行方向的路段，记为未知路段，其他路段记为已知路段；S3：取一条未知道路，获取其首路段和末路段，分别对首路段和末路段构建双缓冲矩形；S4：判断已知路段与双缓冲矩形的位置关系，得到所有与双缓冲矩形可能相交的已知通行方向的路段，记为备选路段；S5：依次判断备选路段中的每一条路段是否满足渐进夹角条件，若是，则取出满足条件的连通路段；否则，返回执行步骤S3，直至最后一条未知路段处理完毕，执行步骤S7；S6：对连通路段与未知路段进行连接方式判断，得到未知路段的方向，返回执行执行步骤S3，直至最后一条未知路段处理完毕；S7：输出得到方向的未知路段，完成路网通行方向的判别。2.根据权利要求1所述的基于路段夹角渐变特征的路网通行方向判别方法，其特征在于，在所述步骤S3中，取一条未知道路L
n
，道路L
n
由路段l1、路段l2Λ路段l
m
构成，称路段l1为道路L
n
的首路段，路段l
m
为道路L
n
的末路段，分别对首路段l1和末路段l
m
构建双缓冲矩形，执行以下过程：取首路段l1的两个坐标P1(x1,y1)和P2(x2,y2)，则l1所在直线的表达式为：将首路段l1的两端伸延相同的距离d，取d构建线段AC＝nl1，n为常数，得到缓冲矩形对角线的两个顶点，记新的两个顶点为A、C：AC：根据该两顶点坐标确定首路段l1的缓冲矩形的四个顶点坐标如下：A：B：C：D：同理，取未知道路的倒数第一个顶点P
m+1
和倒数第二个顶点P
m
组成的线段，记为末线段l
m
；计算末路段的表达式，得到未知路段末线段对应的缓冲矩形；
至此得到的两个缓冲矩形构成双缓冲矩形。3.根据权利要求1所述的基于路段夹角渐变特征的路网通行方向判别方法，其特征在于，所述步骤S5中，设置连通标识用于记录是否找到连通路段，连通标识为正时，表示已经找到连通路段，否之则未找到；设置夹角阈值并将其初始化为0
°
，用来判断线段间是否满足渐进夹角的条件；具体包括以下步骤：取一条备选路段的每相邻两个顶点组成已知线段，依次判断已知线段是否与双缓冲矩形相交，不相交则进行下一条已知线段的判断；相交则继续判断已知线段与未知线段的距离，当距离小于设定的值时，则计算已知线段与未知线段的夹角，其中，未知线段指组成未知路段的线段；当夹角小于夹角阈值时，则将该路段作为连通路段，连通标识为正；继续判断剩余的已知线段，直至所有已知线段判断结束；若连通标识为正，则执行步骤S6；否则，则将夹角阈值增加n
°
，重复执行步骤S5，直至连通标识为正，或夹角阈值达到允许的最大值，则无法得到连通路段，返回执行步骤S3。4.根据权利要求3所述的基于路段夹角渐变特征的路网通行方向判别方法，其特征在于，在所述步骤S5中，所述已知线段与未知线段的夹角计算过程具体为：取未知线段的两个顶点P1和P2，分别记为(x1,y1)和(x2,y2)，同理已知线段的两个顶点为P
r1
和P
r2
，记为(x3,y3)和(x4,y4)；分别计算两条路径与X正半轴所形成的的夹角，大小分别记为α和β，当x1等于x2，记为第一夹角，即α的值为90
°
，同理当x3等于x4，记第二夹角，即β的值为90
°
；最终计算两条线段间的夹角θ为：；最终计算两条线段间的夹角θ为：θ＝|α
‑
β|θ∈[0
°
,180
°
)。5.根据权利要求3所述的基于路段夹角渐变特征的路网通行方向判别方法，其特征在于，在所述步骤S6中，对连通路段与未知路段进行连接方式判断，得到未知路段的方向的过程具体为：设未知首线段为AB，已知线段为CD，分别计算AC、AD、BC和BD的距离，取最小距离的两点，记为该两点连接；其中，每个线段由相邻两个顶点组成，分别为顶点m和顶点m+1，将顶点m定义为线段的起点，m+1记为线段的终点；在对未知路段的方向进行判断中，取出连通路段中的已知线段，如果已知线段起点与字段属性FNODE_LON、FNODE_LAT相同，记顶点顺序标识direction＝1，表示顺序记录；如果已知线段起点与字段属性TNODE_LON、TNODE_LAT相同，即顶点顺序标识direction＝0，表示逆序记录；之后按照以下方式对道路的direction属性进行标定：(1)已知线段起点与未知路段起点相连，且已知线段direction＝1，则未知路段direction＝0；已知线段direction＝0，则未知路段direction＝1；(2)已知线段起点与未知路段终点相连，且已知线段direction＝1，则未知路段direction＝1；已知线段direction＝0，则未知路段direction＝0；(3)已知线段终点与未知路段起点相连，且已知线段direction＝1，则未知路段
direction＝1；已知线段direction＝0，则未知路段direction＝0；(4)已知线段终点与未知路段终点相连，且已知线段direction＝1，则未知路段direction＝0；已知线段direction＝0，则未知路段direction＝1；接着计算未知路段的斜率k；即未知路段的起点为(x
s
,y
s
)，终点为(x
e
,y
e
)，当斜率k存在时，k计算方法为：根据k和未知路段连通标识进行判断得到未知路段的通行方向：若k大于0且绝对值大于1，direction＝1，则为由南向北；direction＝0，则为由北向南；若k小于0且绝对值大于1，direction＝1，则为由北向南；direction＝0，则为由南向北；若k大于0且绝对值小于1，direction＝1，则为由东向西；direction＝0，则为由西向东；若k小于0且绝对值小于1，direction＝1，则为由西向东；direction＝0，则为由东向西。6.基于路段...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘永红，徐锐，陈同，杨鹏史，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：