一种基于透视图原理的道路线形相似度评价方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于透视图原理的道路线形相似度评价方法及装置。在建立道路透视图模型的基础上，利用二维相似度计算方法，分别计算点相似度、线相似度以及综合相似度，以量化评价道路线形诱导效果的相似性。依据发明的方法所设计的装置包括：线形要素提取模块、参数设置模块、数据导入模块、点相似度计算模块、线相似度计算模块、综合相似度计算模块、数据存储模块和数据输出模块八部分。其中，点相似度计算模块、线相似度计算模块和综合相似度计算模块是核心所在。基于所发明的装置，便于应用所发明的方法实施不同道路线形相似度的评价，提高了线形诱导效果计算的便捷性和精确性。
【专利说明】一种基于透视图原理的道路线形相似度评价方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于透视图原理的道路线形相似度评价方法及装置，属于道路交通、数据识别【技术领域】。
【背景技术】
[0002]道路线形设计是确保道路安全运行的重要因素，不同的道路线形条件或不同环境下相同道路线形条件，对驾驶员驾驶行为的诱导作用存在差异。在既有的相关标准规范中，主要是针对地面道路线形的设计指标进行了相关的规定，从客观的设计指标角度，对于不同线形指标所引起的诱导效果差异，没有开展系统性的量化研究。随着道路设计精细化理念的逐渐深入，在一定道路空间尺度下，哪种线形的诱导效果更为理想，将成为设计者们关注的焦点。在解答该问题时，首先需要明确的是不同线形条件存在何种量化差异。此外，随着城市化和机动车化水平的提高，我国许多城市都出现了城市交通拥堵问题，并且这一现象在特大城市尤为突出，例如北京、上海、广州等地。在这一背景下，建设地下道路成为城市交通发展的必然趋势。然而由于地下道路的特殊性，原有的地面道路设计的相关指标在应用到地下道路设计时，并不一定完全适用，且对驾驶员将产生不一样的诱导效果。目前从道路设计指标的客观角度，针对该方面尚无系统性的量化研究。因此，科学、合理的量化道路线形的差异，即研究道路线形的相似度，对于提高道路精细化设计水平以及地下道路设计的安全性具有非常重要的意义。
[0003]目前关于道路线形的研究成果主要出现在既有的规范标准中，例如《城市道路工程设计规范》CJJ37-2012、《城市道路路线设计规范》CJJ193-2012、《公路工程技术标准》JTGB01-2003、《公路路线设计规范》JTG D20-2006等，涉及的主要指标包括:道路平面设计指标(圆曲线、缓和曲线、最大超高横坡度等)、纵断面设计指标(最大纵坡、坡长、合成坡度、竖曲线等)以及线形组合设计原则等方面。然而，针对不同线形间的差异尚无量化研究。关于相似度的计算，相关研究主要集中在:文本检索、图像检索、图像对比、图像匹配、通信等领域，还未系统性应用于道路设计领域。综上所述，从客观的设计指标角度，目前尚无针对道路线形相似度评价的指标及方法。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种基于透视图原理的道路线形相似度评价方法及装置，以解决道路线形评价的客观性、系统性、通用性和效率性等技术问题。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0006]一种基于透视图原理的道路线形相似度评价方法，其步骤如下:
[0007]步骤一:建立道路透视图模型；基于道路三维场景模型，按照道路设计尺寸，在相同的比例尺以及视角条件下，构建所研究道路的透视图；
[0008]步骤二:线形要素提取；基于构建的道路透视图模型，重点对道路线形的X、Y轴坐标进行计算提取；此处所指的道路线形是广义线形的概念，是由诱导元素构成的线形，简称诱导线；其中，诱导元素包括道路标线、道路空间范围内的路灯、绿化设施等可以为驾驶员提供诱导作用的元素；
[0009]步骤三:参数设置；所设置的参数包括道路线形的单位间距值、选取某个道路线形作为基本诱导线、针对基本诱导线选取对比的起始节点、X轴相似度的权重和Y轴相似度的权重；其中，基本诱导线的选取原则是:选取Y值最大的作为基本诱导线；
[0010]步骤四:相似度计算；
[0011](I)点相似度计算；以起始节点为相似度对比的第一个节点，按照设置的单位间距值，结合初始获得的道路线形X、Y轴坐标，基于线性插值法分别计算得到基本诱导线上所有对比节点的X、Y轴坐标；针对基本诱导线上的某一节点，其到比较诱导线的直线距离，将是该节点与比较诱导线上所有节点距离的最小值；若距离最小值的节点在比较诱导线的线形范围内，则计算获得比较诱导线上该节点的X、Y轴坐标，并根据二维相似度计算公式得到点相似度；否则，该节点不存在，无法获取X、Y坐标，则该节点的点相似度为O ;
[0012](2)线相似度计算；在获得所有的点相似度值后，利用算数平均法计算得到线相似度值；
[0013](3)综合相似度计算；在获得所有线相似度值后，利用算数平均法计算得到综合相似度值，可以用于两条道路线形相似度或多条道路线形相似度的评估。
[0014]一种基于透视图原理的道路线形相似度评价装置，包括:线形要素提取模块、参数设置模块、数据导入模块、点相似度计算模块、线相似度计算模块、综合相似度计算模块、数据存储模块和数据输出模块；
[0015]线形要素提取模块，基于构建的道路透视图，在相同比例、相同视角下提取道路线形的X、Y轴坐标；
[0016]参数设置模块，根据用户需求设置道路线形的单位间距值、选取某个道路线形作为基本诱导线、针对基本诱导线选取对比的起始节点、设置X轴相似度的权重和Y轴相似度的权重；
[0017]数据导入模块，导入道路线形的X、Y轴坐标、道路线形的单位间距值、基本诱导线、基本诱导线的起始节点、X轴相似度的权重和Y轴相似度的权重；
[0018]点相似度计算模块，以基本诱导线的起始节点为基准，结合线形要素提取的X、Y轴坐标，按照设置的道路线形的单位间距值，计算得到基本诱导线上所有需要对比节点的X、Y轴坐标；基于此，针对基本诱导线的单个节点，寻找比较诱导线上是否存在直线距离最短的节点，并获得比较诱导线上节点的X、Y轴坐标，按照二维相似度计算方法计算点相似度；
[0019]线相似度计算模块，基于所有节点相似度的结果计算两条诱导线或多条诱导线的相似度；
[0020]综合相似度计算模块，基于所有诱导线相似度的结果计算两条道路或多条道路的综合相似度；
[0021]数据存储模块，实现每个数据处理阶段数据保存；
[0022]数据输出模块，根据用户需求输出节点X、Y轴坐标、道路线形的单位间距值、点相似度计算值、线相似度计算值或综合相似度计算值；
[0023]上述模块是按照评价数据流的处理方向相互关联的；其中，线形要素提取模块是开展评价的第一模块，它为下一阶段相似度计算提供了数据基础，其直接流向了数据导入模块；在参数设置模块里，根据用户需求设置相似度计算所必须的参数，其直接流向了数据导入模块；在数据导入模块里，对用于相似度计算的数据进行导入，其数据流向了点相似度计算模块；在点相似度计算模块里，基于二维相似度计算方法，获得每个节点的相似度值，并存入数据存储装置，是下一阶段开展线相似度计算和综合相似度计算的基础，并直接流向线相似度计算模块；在线相似度计算模块里，基于每个节点的相似度计算值，集成为线相似度值，并存入数据存储装置，并直接流向了综合相似度计算模块；在综合相似度计算模块里，获得综合相似度值，经由数据存储模块和数据输出模块分别实现保存及输出。
[0024]本发明的优点如下:
[0025]由于目前尚缺乏针对道路线形相似度评价的指标及方法，为了准确地对比两条道路线形或多条道路线形的差异，为今后道路线形设计提供量化对比依据，发明了本发明所述的一种基于透视图原理的道路线形相似度评价方法及装置。该方法及装置的用户根据需求对比不同的道路线形的诱导效果差异或不同环境下相同道路线形的诱导效果差异，基于透视图提取线形的X、Y轴坐标，结合参数设置，分别计算点相似度、线相似度和综合相似度，作为量化线形差异的数值指标。本发明的有益效果是从面向应用的角度出发，相似度指标具有易量化、易对比等特性，提高了计算效率，增强了评价工作的便捷性；相似度计算涵盖了点、线以及综合三个层面，系统性强；此外，本发明的通用性强，适用于不同的道路线形相似度或者不同环境下相同线形相似度的评价。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1是本发明的装置结构图。
[0027]图2是本发明的装置流程图。
[0028]图3_a是本发明的透视简图。
[0029]图3_b是本发明的诱导元素图。
【具体实施方式】
[0030]下文将给出实施例来说明发明的【具体实施方式】:
[0031]本发明所述一种基于透视图原理的道路线形相似度评价方法，具体包括:建立道路透视图模型；提取道路线形的χ、Y轴坐标；设置参数，明确线形单位间距值、基本诱导线、基本诱导线的起始节点、X轴相似度的权重和Y轴相似度的权重；提出了二维相似度计算方法，计算点相似度；基于此，计算线相似度和综合相似度，从量化的角度评价两条道路或多条道路的线形相似性，便于设计者了解不同道路线形在诱导效果方面的差异，可用于今后地面道路的精细化设计以及为地下道路线形指标的选取提供参考。本发明主要包括以下步骤:
[0032]1、建立道路透视图模型。
[0033] 道路透视图包括三种透视图:透视效果图、透视简图和透视元素图。利用常用的三维虚拟仿真建模软件，例如UC-WinRoad、Creator等，建立道路三维场景模型，按照道路设计尺寸，在相同的比例尺以及视角条件下，从道路三维场景中截取图像，形成透视效果图；利用Adobe illustrator对透视效果图进行图形矢量化处理,形成透视简图；针对透视简图进行非诱导元素的剥离，重点保留道路线形要素获得诱导元素图。以诱导元素图为基础，进行相似度的量化分析和判别。此处所指的诱导元素包括道路标线、道路空间范围内的路灯、绿化设施等可以为驾驶员提供诱导作用的元素。
[0034]2、道路线形X、Y轴坐标的提取。
[0035]基于构建的道路透视图模型，重点对道路线形的X、Y轴坐标进行计算提取。基于图形矢量化后的诱导元素图，得到道路线形的X、Y轴坐标。此处所指的道路线形是广义线形的概念，是由诱导元素构成的线形，简称诱导线。
[0036]3、参数设置。
[0037]所设置的参数包括道路线形的单位间距值、选取某个道路线形作为基本诱导线、针对基本诱导线选取对比的起始节点、X轴相似度的权重和Y轴相似度的权重。其中，基本诱导线的选取原则是:选取Y值最大的作为基本诱导线。
[0038]主要设置五项参数:
[0039]1)道路线形的单位间距值Λ d:该数值与比例尺大小相关，且数值越小，获得的对比节点就越多。
[0040]2)基本诱导线:对比两条道路或多条道路在道路同一侧诱导线的Y轴坐标，选取诱导线Y值最大的为基本诱导线，其余为比较诱导线。假设参加对比的多条道路为R(a)、R(b)、……、1?(11)，它们对应的某一侧诱导线分别是1^)^(队、……、R(n)i，它们的线形长度分别是(Hah、cKbh、……'dOOi。为了便于计算方法的说明，假设诱导线1?(&\为基本诱导线，R (WiS比较诱导线。
[0041]3)起始节点:针对基本诱导线R(B)i，选取某一点作为起始节点P(a)n用于相似度的对比。
[0042]4) X轴相似度的权重P x, 一般建议取值0.5。
[0043]5) Y轴相似度的权重P Y，一般建议取值0.5。
[0044]P χ+ P Y=1
[0045]4、点相似度计算
[0046]利用二维相似度计算方法计算点相似度。
[0047]I)以起始节点为相似度对比的第一个节点P (a) η，按照设置的单位间距值Λ d，结合初始获得的道路线形X、Y轴坐标，分别计算得到基本诱导线上所有对比节点的X、Y轴坐
标。假设基本诱导线R(a) i上对比节点的个数为:W =取整数则基本诱导线上所有
对比节点的坐标是{X(a)n，Y(a)n}，{X(a)i2，Y(a)i2}，……，{X (a) iw，Y (a) iw}。
[0048]2)以第i条基本诱导线R(a)i上的第w个节点P(a)iw{X(a)iw，Y (a) J为研究对象，假设节点P (a) iw到比较诱导线R (b) i的直线距离为DZ (a-b) iw，若该距离对应的节点坐标P(b)ih{X(b)ih，Y(b)ih} e {X(b)i; Y (b) J，则利用二维相似度计算方法得到第i条基本诱导线上第w个节点的点相似度:
[0049]SPiw= PxXSP (X) iw+ P YX SP (Y) iw
[0050]式中，SPiw为第i条基本诱导线上第w个节点的点相似度；SP(X) iw为第i条基本诱导线上第w个节点在X轴的点相似度；SP (Y) iw为第i条基本诱导线上第w个节点在Y轴的点相似度；P χ为基本诱导线X轴相似度的权重；P Y为基本诱导线Y轴相似度的权重。
【权利要求】
1.一种基于透视图原理的道路线形相似度评价方法，其步骤如下: 步骤一:建立道路透视图模型；基于道路三维场景模型，按照道路设计尺寸，在相同的比例尺以及视角条件下，构建所研究道路的透视图； 步骤二:线形要素提取；基于构建的道路透视图模型，重点对道路线形的x、Y轴坐标进行计算提取；此处所指的道路线形是广义线形的概念，是由诱导元素构成的线形，简称诱导线；其中，诱导元素包括道路标线、道路空间范围内的路灯、绿化设施等可以为驾驶员提供诱导作用的元素； 步骤三:参数设置；所设置的参数包括道路线形的单位间距值、选取某个道路线形作为基本诱导线、针对基本诱导线选取对比的起始节点、X轴相似度的权重和Y轴相似度的权重；其中，基本诱导线的选取原则是:选取Y值最大的作为基本诱导线； 步骤四:相似度计算； (1)点相似度计算；以起始节点为相似度对比的第一个节点，按照设置的单位间距值，结合初始获得的道路线形X、Y轴坐标，基于线性插值法分别计算得到基本诱导线上所有对比节点的X、Y轴坐标；针对基本诱导线上的某一节点，其到比较诱导线的直线距离，将是该节点与比较诱导线上所有节点距离的最小值；若距离最小值的节点在比较诱导线的线形范围内，则计算获得比较诱导线上该节点的X、Y轴坐标，并根据二维相似度计算公式得到点相似度；否则，该节点不存在，无法获取χ、y坐标，则该节点的点相似度为O; (2)线相似度计算；在 获得所有的点相似度值后，利用算数平均法计算得到线相似度值； (3)综合相似度计算；在获得所有线相似度值后，利用算数平均法计算得到综合相似度值，可以用于两条道路线形相似度或多条道路线形相似度的评估。
2.一种基于透视图原理的道路线形相似度评价装置，其特征在于，包括:线形要素提取模块、参数设置模块、数据导入模块、点相似度计算模块、线相似度计算模块、综合相似度计算模块、数据存储模块和数据输出模块； 线形要素提取模块，基于构建的道路透视图，在相同比例、相同视角下提取道路线形的X、Y轴坐标； 参数设置模块，根据用户需求设置道路线形的单位间距值、选取某个道路线形作为基本诱导线、针对基本诱导线选取对比的起始节点、设置X轴相似度的权重和Y轴相似度的权重； 数据导入模块，导入道路线形的X、Y轴坐标、道路线形的单位间距值、基本诱导线、基本诱导线的起始节点、X轴相似度的权重和Y轴相似度的权重； 点相似度计算模块，以基本诱导线的起始节点为基准，结合线形要素提取的X、Y轴坐标，按照设置的道路线形的单位间距值，计算得到基本诱导线上所有需要对比节点的X、Y轴坐标；基于此，针对基本诱导线的单个节点，寻找比较诱导线上是否存在直线距离最短的节点，并获得比较诱导线上节点的X、Y轴坐标，按照二维相似度计算方法计算点相似度； 线相似度计算模块，基于所有节点相似度的结果计算两条诱导线或多条诱导线的相似度； 综合相似度计算模块，基于所有诱导线相似度的结果计算两条道路或多条道路的综合相似度；数据存储模块，实现每个数据处理阶段数据保存； 数据输出模块，根据用户需求输出节点X、Y轴坐标、道路线形的单位间距值、点相似度计算值、线相似度计算值或综合相似度计算值； 上述模块是按照评价数据流的处理方向相互关联的；其中，线形要素提取模块是开展评价的第一模块，它为下一阶段相似度计算提供了数据基础，其直接流向了数据导入模块；在参数设置模块里，根据用户需求设置相似度计算所必须的参数，其直接流向了数据导入模块；在数据导入模块里，对用于相似度计算的数据进行导入，其数据流向了点相似度计算模块；在点相似度计算模块里，基于二维相似度计算方法，获得每个节点的相似度值，并存入数据存储装置，是下一阶段开展线相似度计算和综合相似度计算的基础，并直接流向线相似度计算模块；在线相似度计算模块里，基于每个节点的相似度计算值，集成为线相似度值，并存入数据存储装置，并直接流向了综合相似度计算模块；在综合相似度计算模块里，获得综合相似度值，经由数据存储模块和数据输出模块分别实现保存及输出。
【文档编号】G06F17/50GK103914600SQ201410165776
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年4月23日 优先权日:2014年4月23日
【发明者】段铁铮, 赵慧, 吴楠, 姜恒 申请人:北京市市政工程设计研究总院有限公司