实现逼真的三维城市道路地图的方法与流程

本发明涉及导航技术领域，具体地说更涉及一种三维道路生成系统及方法。

背景技术：

随着科学技术的进步，社会发展已经进入了以数字、网络等为标志的全方位信息化时代。与此同时，数字城市的概念应运而生。所谓数字城市，是指综合运用计算机数字化手段(GIS、遥感、遥测、网络、多媒体及虚拟仿真等技术)对城市的基础设施、功能机制进行全方位的数字采集和处理，具有城市地理、资源、生态环境、人口、经济、社会等复杂系统的数字化、网络化、优化决策的强大功能。数字城市中，城市基础设施中的道路就如一个人的血管脉络一样重要，它维系着城市活动的生机和安全。而道路导航领域的道路信息系统的生成与显示展示了一个城市信息技术的能力，同时三维道路或地图的研究也成为各大城市及相关领域厂商的研发重点。

例如，作为数字地图研究的领头公司如百度和谷歌，他们相继推出了含三维道路信息的城市地图，但从他们的实现技术来看，这些城市三维地图中的三维街景，均是借助于卫星影图的拍摄，然后利用拍摄到的影像构建三维地图。其中，对影像的模拟数据的处理和地图的构建工作量十分庞大，且显示的三维地图难以达到足够清晰和逼近现实。

还有高德的立体地图，为用户提供了类似三维的立体城市地图，其逼真程度较高，但其构成地图的数字数据为面状数据，即道路的数据信息是整面的，例如斑马线道路数据，其仅有整面斑马线的空间数据，需要人工对各种道路的空间数据进行分析和整合，最终形成生成立体道路的模型数据，因而需要大量的数据处理，工作量和成本较高。

技术实现要素：

本发明实施例的目的在于针对上述现有构建三维道路技术存在的不足，提供一种三维道路生成系统及方法，用较小的成本和较低的工作量，实现逼真的三维城市道路地图。

为了达到上述发明目的，本发明实施例提出的一种三维道路生成系统是通过以下技术方案实现的：

一种三维道路生成系统，所述系统包括：

投影模块，用于对获取的道路经纬度坐标转换为大地坐标；

数据分析模块，用于对道路的属性数据和大地坐标数据进行剪裁，形成道路的线状数据；

道路建模模块，用于对所述线状数据进行分析，判断是否可进行双数字化合并，若是，进行双数字化合并形成面状数据；

三维道路面生成模块，用于根据所述面状数据，提取道路中心线，进行三维道路面的生成。

为了实现前述发明目的，本发明实施例还提供了一种三维道路生成方法，所述方法是通过以下的技术方案实现的：

一种三维道路生成方法，所述方法包括以下步骤：

对获取的道路经纬度坐标转换为大地坐标；

对道路的属性数据和大地坐标数据进行剪裁，形成道路的线状数据；

对所述线状数据进行分析，判断是否可进行双数字化合并，若是，进行双数字化合并形成面状数据；

根据所述面状数据，提取道路中心线，进行三维道路面的生成。

本发明实施例通过提供一种三维道路生成系统及方法，通过对道路的线状数据进行分析，进行双数字化合并从而形成面状数据，简化了三维道路面生成的数据处理过程，用较小的成本和较低的工作量，实现逼真的三维城市道路地图。

附图说明

通过下面结合附图对其示例性实施例进行的描述，本发明上述特征和优点将会变得更加清楚和容易理解。

图1为本发明实施例三维道路生成系统的组成示意图；

图2为本发明实施例道路面生成模型图；

图3为本发明实施例道路中心线提取的流程图；

图4为本发明实施例三维道路面生成的流程图；

图5为本发明实施例三维道路生成系统的实施示意图；

图6为本发明实施例三维道路生成方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，为本发明实施例一种三维道路生成系统，所述系统包括：

投影模块，用于对获取的道路经纬度坐标转换为大地坐标；

数据分析模块，用于对道路的属性数据和大地坐标数据进行剪裁，形成道路的线状数据；

道路建模模块，用于对所述线状数据进行分析，判断是否可进行双数字化合并，若是，进行双数字化合并形成面状数据；

三维道路面生成模块，用于根据所述面状数据，提取道路中心线，进行三维道路面的生成。

在该系统中，以经纬度形式的GPS坐标通常称为WGS84坐标，本发明实施例的投影模块先将道路对象的WGS84坐标转化为大地坐标(以m为单位的直角坐标)，并把数据按照一定的距离(如400m)裁剪成一块块数据，这些数据均为平面数据。

道路建模模块把平面的道路数据，根据道路形状、属性等数据，生成成三维道路模型，自动化进行双数字化合并道路Link。

所谓双数字化：即用两根线表示实际中的一条道路，分别表示一条道路的两个方向。

所述属性数据和线状数据以如下表的形式存储于数据库中：

其中，三维建模后的道路模型将以文件的形式存储并输出。

三维道路面生成模块，提取出道路中心线，并做平滑处理，其中，道路面包括如下元素：

道路宽度、名称、类型、等级、铺设材质、车道、车线方向、绿化带、设施线(斑马线、黄线、双黄线等)等。

如图2所示，对于道路中心线的提取，需要对车道信息和车线方向进行预先记录，即在道路采集的时候，详细记录道路的车道数；车线方向：对每个车道精确记录着每个车道的转弯方向、提前拐弯信息，而对于中心线扩展道路面则根据车道数、道路宽度，把线扩展成道路面；在道路交叉路口，裁剪出路口，并缝合路口、道路面。

如图3所示，三维道路面生成模块对道路中心线的提取包括如下：

提取道路数据，分析道路属性，根据道路属性数据判断道路形状是否一致，若一致，则提取中心位置为中心线，若不一致，则先进行道路切割，然后对切割后的道路段属性数据进行分析，逐段设置中心线。其中，如下概念的含义表示如下：

道路形状：道路是由一个个形状点构成的折线段；

道路属性：道路名称、类型、等级等；

道路切割：把一条道路切割成儿段，使得道路形状一致的道路合并。

如图4所示，三维道路面生成模块的三维道路面制作包括：

读取道路车道，根据道路中心线扩展道路面，制作道路车道、车线方向，制作道路设施线、绿化带：

1、根据道路宽度、车道等属性，拓展出道路面；

2、根据道路车道信息，裁剪出道路路口信息；

3、缝合道路交叉路口，生成道路交叉路口面；

4、根据车道数量，生成车道线；

5、根据车道转弯信息，生成车道方向；

6、根据道路设施信息，生成双黄线、绿化带等信息；

7、纹理映射出道路面、车道信息、设施线等信息。

如图5所示，为本发明实施例三维道路生成系统的实施示意图，其中，支撑三维道路生成系统运行的操作系统OS可以为windows，linux，ios等操作系统，即本发明实施例的三维道路生成系统可运行于多种操作系统平台上。在系统架构上，本发明实施例的三维道路生成系统实施架构需要实现以下核心模块：

投影模块，实现道路属性数据的投影变化，的对获取的道路经纬度坐标转换为大地坐标；

三维道路生成系统的数据分析模块：实现对道路的属性数据和大地坐标数据进行剪裁，形成道路的线状数据；

道路建模：实现把数字化的道路建立三维的道路模型，即对所述线状数据进行分析，判断是否可进行双数字化合并，若是，进行双数字化合并形成面状数据；

文件读写和内存管理：实现常规的文件读写和内存分配释放等操作；

三维道路面生成及显示：根据所述面状数据，提取道路中心线，进行三维道路面的生成，然后利用opengl引擎显示三维道路图形；

业务逻辑接口：围绕核心模块，实现多个业务功能模块，并提供API接口给UI层调用；

页面展示：主要显示出三维道路系统的用户界面。

通过以上系统架构，进行三维道路的生成及图形显示，并给用户实现系统调用的接口，从而实现三维道路的运用，为用户提供全新的、逼真的三维城市道路地图，有利于道路的显示和导航。

为了实现本发明的发明目的，如图6所示，本发明实施例还提供了一种三维道路生成方法，所述方法包括如下步骤：

S101.将获取的道路经纬度坐标转换为大地坐标；

S102.对道路的属性数据和大地坐标数据进行剪裁，形成道路的线状数据；

S103.对所述线状数据进行分析，判断是否可进行双数字化合并，若是，进行双数字化合并形成面状数据；

S104.根据所述面状数据，提取道路中心线，进行三维道路面的生成。

在该方法中，以经纬度形式的GPS坐标通常称为WGS84坐标，本发明实施例先将道路对象的WGS84坐标转化为大地坐标(以m为单位的直角坐标)，并把数据按照一定的距离(如400m)裁剪成一块块数据，这些数据均为平面数据。

步骤S103即把平面的道路数据，根据道路形状、属性等数据，生成成三维道路模型，自动化进行双数字化合并道路Link。

所述属性数据和线状数据以如下表的形式存储于数据库中：

其中，三维建模后的道路模型将以文件的形式存储并输出。

S104中，提取出道路中心线，并做平滑处理，其中，道路面包括如下元素：

道路宽度、名称、类型、等级、铺设材质、车道、车线方向、绿化带、设施线(斑马线、黄线、双黄线等)等。

如图2所示，对于道路中心线的提取，需要对车道信息和车线方向进行预先记录，即在道路采集的时候，详细记录道路的车道数；车线方向：对每个车道精确记录着每个车道的转弯方向、提前拐弯信息，而对于中心线扩展道路面则根据车道数、道路宽度，把线扩展成道路面；在道路交叉路口，裁剪出路口，并缝合路口、道路面。

如图3所示，对道路中心线的提取步骤包括如下：

提取道路数据，分析道路属性，根据道路属性数据判断道路形状是否一致，若一致，则提取中心位置为中心线，若不一致，则先进行道路切割，然后对切割后的道路段属性数据进行分析，逐段设置中心线。

如图4所示，三维道路面生成包括：

读取道路车道，根据道路中心线扩展道路面，制作道路车道、车线方向，制作道路设施线、绿化带：

1、根据道路宽度、车道等属性，拓展出道路面；

2、根据道路车道信息，裁剪出道路路口信息；

3、缝合道路交叉路口，生成道路交叉路口面；

4、根据车道数量，生成车道线；

5、根据车道转弯信息，生成车道方向；

6、根据道路设施信息，生成双黄线、绿化带等信息。

同时，纹理映射出道路面、车道信息、设施线等信息。

本发明实施例通过提供一种三维道路生成系统及方法，通过对道路的线状数据进行分析，进行双数字化合并从而形成面状数据，简化了三维道路面生成的数据处理过程，用较小的成本和较低的工作量，实现逼真的三维城市道路地图。

本发明所属领域的一般技术人员可以理解，本发明以上实施例仅为本发明的优选实施例之一，为篇幅限制，这里不能逐一列举所有实施方式，任何可以体现本发明权利要求技术方案的实施，都在本发明的保护范围内。

需要注意的是，以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，在本发明的上述指导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进或者变形落在本发明的保护范围内。