一种基于AutoCAD平面交叉口工程图的拓扑数据提取方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于数据提取和计算机图形处理的技术领域，特别是涉及一种基于 AutoCAD平面交叉口工程图的拓扑数据提取方法。
【背景技术】
[0002] 交通路网是智能交通各研宄领域的基础，交通设施智能化管理、交通信息服务系 统和交通仿真都需要路网数据库的支持。城市道路交叉口是城市道路系统的重要组成部 分，是道路网络的结点所在，是管理、组织道路各类交通的控制点。道路能否畅通，在很大程 度上取决于交叉口的交通状况。在整个道路网中，交叉口成为了通行能力与交通安全上的 卡口。因此，交叉口的合理建模对道路网的形式及道路交通的影响是非常重大的。交叉口 的建模方法种类繁多，使用的数据源也多种多样。有学者从航空、遥感影像图上提取交叉口 数据，包含交叉口的位置、连接路段和路段方向等数据。有学者基于大量GPS车辆路径数据 提取、更新交叉口数据。也有学者结合道路矢量数据和数字表面模型实现立交数据模型的 构建。
[0003] 道路交通设计以及规划运用的主要设计软件是AutoCAD。AutoCAD具有丰富的 绘图指令和强大的图形编辑功能，能够详尽地描述路网元素，包括各种路面标线。另外， AutoCAD平面交叉口工程图资源丰富且容易获取。为了充分利用其来丰富交叉口建模的方 法，有必要构建平面交叉口的数据模型并从图中提取数据构建数据库。目前，从AutoCAD 工程图中提取路网数据构建路网数据库的方法包括用对象组织数据来建立CAD系统工程 数据库；提取以道路中心线为主线的集成道路并以Access作为CAD系统的核心数据库；从 DXF文件中提取数据并在仿真平台上重构路网等。然而，这些方法获取的都是路网的几何拓 扑数据，不包含逻辑拓扑数据，也不能表达交叉口处的转向规则。
【发明内容】
[0004] 本发明目的在于克服现有技术的缺点和不足，提供一种基于AutoCAD平面交叉口 工程图的拓扑数据提取方法，能够获得交叉口完整的几何拓扑、逻辑拓扑和转向规则，丰富 交叉口建模的方法。
[0005] 为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下： 一种基于AutoCAD平面交叉口工程图的拓扑数据提取方法，包含以下步骤： 51. 提取路面标线层内所有线条形路面标线，聚类生成路段数组； 52. 遍历路段数组Segment集合每一个元素Segment，提取该路段车行道边缘线、导向 箭头，判断该路段是否为双向行驶路段，当该路段为双向行驶路段，则提取对向行驶交通流 分隔设施和路段车行道分界线，当该路段为单向行驶路段，则提取路段车行道分界线；根据 提取的信息生成几何拓扑子路段Link; 53. 根据所有Link延长线的交点的平均值生成几何拓扑结点Node，计算每条Link的 北偏角NorthAngle; 54. 生成逻辑拓扑有向子路段Arc; 55. 生成逻辑拓扑车道Lane，关联车道与导向箭头； S6?生成逻辑拓扑车道连接器LaneConnector ; Link是指路网在交通组织发生变化处打断后得到的路段部分； Node是Link的端点； Arc是由不同的交通流向将Link划分而得； Lane是路网中车辆行驶所依附的最小载体，每条车道能有不同的转向； LaneConnector是记录不同路段间或路段内部每对车道之间的连通关系。
[0006] 优选地，步骤S1是使用基于密度和距离的聚类算法对线条形路面标线聚类形成 路段数组，根据输入的数据计算获取得到输出数据，其中： 输入的数据是由提取的线条形路面标线的中点坐标组成的数组，数组中每个点的初始 状态包括：所属簇的编号为0,没有被处理过，不是核心点； 输出的数据是多个簇，其中每一个簇代表一条路段，每一个簇包含多个中点坐标，一个 中点代表了该路段内的一条标线； 具体过程方式为： 1) 遍历数组，以得到的第一个核心点作为聚类中心开始聚类，从距离该核心点最近的 点开始判断是否将点加入该簇，若该点在核心点的E领域内，则加入簇，同时修改点的属性 为已被处理过，标记上簇的标号，否则，判断下一个点，即次近的点； 2) 当点被加入簇以后，使用递归的方法，判断该点是否为核心点，若为核心点，以该点 作为新的核心点，重复上述判断过程；若不是核心点，则判断下一个点，即次近的点； 3) 若所有的点都被判断过，则该簇的聚类完成； 4) 重新搜索一个未被加入已有簇的核心点，开始新簇的聚类；直到所有的中点都被加 入某个簇或者不被加入任何一个簇，不被加入任何一个簇的点标记为噪声点，算法结束； 上述步骤中含有两个全局变量，分别为构成E领域的最小样本点数MinPts和E领域的 半径Eps，Eps的值由MinPts-dist图确定； MinPts-dist图的横坐标为所有的中点，纵坐标为每个点与它的第MinPts个最邻近的 点之间的距离，距离按从大到小的顺序排列，上述MinPts-dist图中的第一个凹陷，即阈值 点所对应的MinPts-dist的值是Eps的值。
[0007] 优选地，步骤S2中，路段的车行道边缘线为路段中所有纵向线条形路面标线中的 最外侧的标线，通过将路段内纵向线条形路面标线的横坐标或者纵坐标按照升序或者降序 排列提取出最外侧的车行道边缘线； 根据提取的车行道边缘线构建多边形，提取多边形内的导向箭头，计算导向箭头的类 型和数字化方向； 通过路段编号将导向箭头与路段进行关联，判断路段是否双向行驶； 当该路段为双向行驶路段，则提取对向行驶交通流分隔设施和路段车行道分界线；当 该路段为单向行驶路段，则提取路段车行道分界线；根据提取的信息生成几何拓扑子路段 Link〇
[0008] 优选地，步骤S2中，根据导向箭头的类型为填充Hatch这一特性提取导向箭头，计 算导向箭头的类型和数字化方向的过程如下： 读取填充环线上所有凸点的坐标，使用基于堆栈的扫描法构建最小凸包； 构建凸包的外接矩形，以凸包的最短边作为凸包外接矩形的下侧边； 判断外接矩形边上的凸点是否是尖点；计算导向箭头的编码和数字化方向； 其中，尖点定义为：若凸点前后相邻4个点在同一条直线上，则该凸点是一个尖点； 导向箭头的编码是包含〇和1的四位数字，每一个位置上的数字1或〇代表边上有或 者没有尖点；四条边的排列依次为上侧边、下侧边、左侧边、右侧边； 根据导向箭头外接矩形的长边的矢量方向计算导向箭头的数字化方向；如果外接矩形 的长边构成的向量点乘路段的正方向向量结果大于0,说明导向箭头指向进入交叉口的方 向，即导向箭头的数字化方向的数值为1，反之，为-1 ; 通过路段编号将导向箭头关联到路段。
[0009] 优选地，上述路段内存在数字化方向值为-1的导向箭头的路段为双向行驶路段； 两条车行道边缘线之间的距离为一条车道宽度的路段为仅有一条车道的单向行驶路 段； 路段中最左侧的导向箭头到左侧的车行道边缘线的距离小于一条车道宽度的路段为 有多条车道的单向行驶路段； 路段中最左侧的导向箭头到左侧的车行道边缘线的距离大于一条车道宽度的路段为 双向行驶路段。
[0010] 优选地，对于双向行驶路段，对向行驶交通流分隔设施的提取依据为路面交通标 线，包括线条形路面交通标线和路面导向箭头，距离最左侧的数字化方向为1的导向箭头 最近或次近的标线即为对向行驶交通流分隔设施； 对于单向行驶路段，提取由车行道边缘线构建的多边形内的标线，根据坐标及相互之 间的位置关系提取车行道边缘线； 对于双向行驶路段，提取由车行道边缘线和对向行驶交通流分隔设施构建的两个多边 形内的标线，根据坐标和相互之间的位置关系提取车行道边缘线。
[0011] 优选地，几何拓扑子路段Link的生成依赖于车行道边缘线或者对向行驶交通流 分隔设施； 若路段单向行驶，则以两条车行道边缘线的中心线作为Link， 若路段双向行驶，则以对向行驶交通流分隔设施或者其中心线作为Link; 优选地，步骤S3中，Node的生成依赖于Link，结点Node的坐标为所有任意两条子路段Link之间交点坐标的平均值，连接Node和每条Link的终点形成线段；从正北向开始，按照 顺时针的顺序记