道路拓扑关系数据的自动更新方法和装置与流程

本公开涉及高精度地图数据处理的技术领域，特别涉及道路拓扑关系数据的自动更新方法和装置。

背景技术：

高精度地图相比于传统电子地图具有精度更高、数据信息维度覆盖范围更广的特点。由于道路情况的复杂性与现实道路不断地变动，目前没有任何一项技术能保证在单次数据采集生成过程中达到对现实情况的100％还原，所以按照一定频率的进行数据采集与地图更新，可以更好地保障高精度地图的完整性、实时性、精度可靠性。

目前对高精度地图数据处理的技术改进点，大部分集中在第一次数据生成高精度地图的整体采集生产系统和基于高精度地图进行路径规划与应用方面，而针对已生成的高精度地图实现进行数据更新，仍有较多环节采用人工方式进行手动操作，欠缺效率及精准度。

技术实现要素：

为解决前述的至少一个技术问题，本公开在一个方面提出了一种道路拓扑关系数据的自动更新方法。其主要技术方案如下：道路拓扑关系数据的自动更新方法，包括以下步骤：获取新采集的道路数据并与数据库中的原有道路数据进行匹配；根据所述匹配的结果，得到包括具有出入流动关系的第一路段数据以及第二路段数据；执行预设判断操作以确定待更新拓扑关系的更新类型；根据所述更新类型执行对应的更新操作；所述预设判断操作包括：根据所述匹配的结果，获得所述第一路段的id以及所述第二路段的id，随后判断二者是否一致，若一致，则确定所述更新类型为版本更新；对应地，所述更新操作包括版本更新操作：用所述第一路段数据以及第二路段数据替换数据库中对应的地图区域的原有道路数据。

优选地，所述预设判断操作还包括以下步骤：根据所述匹配的结果，获取第二路段数据的更新起点的坐标；判断所述更新起点到第一路段的第一距离是否大于设定的第一阈值；若是，则确定所述更新类型为所述版本更新；若否，则确定所述更新起点相对于第一路段以及第二路段的相对位置，并计算得到下列两个切方向形成的第一角度差：所述第一路段与所述更新起点最近的点的切方向、所述第二路段与所述更新起点最近的点的切方向；根据所述相对位置、所述第一距离以及所述第一角度差的信息确定所述更新类型。

优选地，所述相对位置包括：所述更新起点位于第一路段的后方且位于所述第二路段的前部；对应地，当符合下列条件之一时，确定所述更新类型为新增更新：条件1：检测到所述第一路段具有停止线；条件2：检测到所述第一路段的后方紧跟有路节点；条件3：检测到所述第二路段的前方紧跟有路节点；条件4：所述第一距离小于第二阈值且所述第一角度差在第三阈值范围内；对应地，所述更新操作还包括新增更新操作，即对与所述第一路段或所述第二路段相关的路节点数据进行更新。

优选地，所述相对位置包括：所述更新起点位于第一路段的后方且位于所述第二路段的前部；对应地，当符合条件5——所述第一距离小于第四阈值且所述第一角度差在第五阈值范围内时，确定所述更新类型为顺接合并更新；对应地，所述更新操作还包括顺接合并操作，即将所述第一路段的后部与所述第二路段的前部进行接合。

优选地，所述相对位置包括：所述更新起点位于第一路段的中部且位于所述第二路段的中部；对应地，所述更新类型为交叉打断更新；对应地，所述更新操作还包括交叉打断更新操作，即在所述更新起点处打断所述第一路段以及所述第二路段，并建立新的路节点，用于记录被打断后形成的四个路段的出入流动关系。

优选地，所述相对位置包括：所述更新起点位于第一路段的后部且位于所述第二路段的中部；从所述第一路段的起始点和所述第二路段的起始点中选取离所述更新起点最近的作为第一比较点；以所述第一比较点投影到所述第一路段中心线上的点作为第二比较点，以所述第一比较点投影到所述第二路段中心线上的点作为第三比较点，以所述第二比较点与所述第三比较点的距离作为第二距离；以所述第二比较点的切方向与所述第三比较点的切方向之间的角度差为第二角度差；若符合条件6——所述第二距离小于第六阈值且所述第一角度差在第七阈值范围内、所述第二角度在第八阈值范围内时，则确定所述更新类型为融合合并更新；对应地，所述更新操作还包括融合合并操作，即将所述第一路段与所述第二路段重叠的部分进行融合。

优选地，若不符合所述条件6时，则确定所述更新类型为汇入打断更新；对应地，所述更新操作还包括汇入打断操作，即在所述更新起点处打断所述第二路段，并建立新的路节点，用于记录被打断后形成的三个路段的出入流动关系。

优选地，所述相对位置包括：所述更新起点位于第一路段的中部且位于所述第二路段的前部；从所述第一路段的终止点和所述第二路段的终止点中选取离所述更新起点最近的作为第四比较点；以所述第四比较点投影到所述第一路段中心线上的点作为第五比较点，以所述第四比较点投影到所述第二路段中心线上的点作为第六比较点，以所述第五比较点与所述第六比较点的距离作为第三距离；以所述第五比较点的切方向与所述第六比较点的切方向之间的角度差为第三角度差；若符合条件7——所述第三距离小于第九阈值且所述第一角度差在第十阈值范围内、所述第三角度在第十一阈值范围内时，则确定所述更新类型为融合合并更新；对应地，所述更新操作还包括融合合并操作，即将所述第一路段与所述第二路段重叠的部分进行融合。

优选地，若不符合所述条件7时，则确定所述更新类型为流出打断更新；对应地，所述更新操作还包括流出打断操作，即在所述更新起点处打断所述第一路段，并建立新的路节点，用于记录被打断后形成的三个路段的出入流动关系。

在另一些方面，本公开还提出了一种道路拓扑关系数据的自动更新装置，包括：数据匹配模块，用于获取新采集的道路数据并与数据库中的原有道路数据进行匹配；根据所述匹配的结果，得到包括具有出入流动关系的第一路段数据以及第二路段数据；判断操作模块，用于执行预设判断操作以确定待更新拓扑关系的更新类型；所述预设判断操作包括：根据所述匹配的结果，获得所述第一路段的id以及所述第二路段的id，随后判断二者是否一致，若一致，则确定所述更新类型为版本更新；更新操作模块，用于根据所述更新类型执行对应的更新操作；所述更新操作包括版本更新操作：用所述第一路段数据以及第二路段数据替换数据库中对应的地图区域的原有道路数据。

本公开的一些技术效果在于：通过采用特定的方式对新采集的道路数据并与数据库中的原有道路数据进行比较，确定道路拓扑关系的更新类型并进行自动化更新，提高了高精度地图数据维护和更新的效率和准确度。

附图说明

为更好地理解本公开的技术方案，可参考下列的、用于对现有技术或实施例进行辅助说明的附图。这些附图将对现有技术或本公开部分实施例中，涉及到的产品或方法有选择地进行展示。这些附图的基本信息如下：

图1为一个实施例中，第一路段和第二路段的位置示意图；

图2为一个实施例中，某路段的相对位置示意图；

图3为一个实施例中，切方向y1与切方向y2的示意图；

图4为一个实施例中，新增更新操作前后的道路拓扑关系示意图；

图5为一个实施例中，流出打断更新操作前后的道路拓扑关系示意图；

图6为一个实施例中，汇入打断更新操作前后的道路拓扑关系示意图；

图7为一个实施例中，融合合并更新操作前后的道路拓扑关系示意图。

上述附图中，附图标记及其所对应的技术特征如下：

1-第一路段；2-第二路段；21-更新起点；

3-原有道路；

41-前方；42-前部；43-中部；44-后部；45-后方；

51-第一路线；52-第二路线；61-第一最近点；62-第二最近点；

7-路节点。

具体实施方式

下文将对本公开涉及的技术手段或技术效果作进一步的展开描述，显然，所提供的实施例(或实施方式)仅是本公开意旨涵盖的部分实施方式，而并非全部。基于本公开中的实施例以及图文的明示或暗示，本领域技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所能获得的所有其他实施例，都将在本公开保护的范围之内。

对于高精度地图数据的维护或更新而言，其中一个重要环节是对道路拓扑关系的更新，由于同一位置的道路情况在时间推移下可能发生改变(例如在空白地带新增道路、在原有道路上新增车道、原有道路与其他道路产生新连接等)，本公开提出的自动更新方法，以计算机对数据进行自动处理为基础，大幅降低人工操作的工作量。在总体思路上，自动更新方法包括以下步骤：获取新采集的道路数据并与数据库中的原有道路数据进行匹配；根据所述匹配的结果，得到包括具有出入流动关系的第一路段数据以及第二路段数据；执行预设判断操作以确定待更新拓扑关系的更新类型；根据所述更新类型执行对应的更新操作；所述预设判断操作包括：根据所述匹配的结果，获得所述第一路段的id以及所述第二路段的id，随后判断二者是否一致，若一致，则确定所述更新类型为版本更新；对应地，所述更新操作包括版本更新操作：用所述第一路段数据以及第二路段数据替换数据库中对应的地图区域的原有道路数据。

本领域技术人员可以理解的是，所述新采集的道路数据可以源于多种传感设备，例如激光雷达、视觉相机、卫星定位设备等，道路数据的种类、格式(例如shapefile)可以参阅地图数据采集的诸多现有技术记载，由于并非发明点，在此不作展开。同理，数据库(例如postgis)的原有道路数据的获取、生成也可以参阅现有技术进行理解。

将新采集的道路数据与数据库中的原有道路数据进行匹配，主要是将二者的特征、位置进行对比，然后可以得到一系列的已更新了的道路数据，其中包括了具有出入流动关系的第一路段数据以及第二路段数据。由于新采集到的道路数据可能是全新的，也可能与原有道路数据部分重叠，因此第一路段或第二路段可能是新增的路段，也可能是原有的路段。

第一路段数据包括了第一路段的边界及边界内的点的坐标数据；同理，

第二路段数据包括了第二路段的边界及边界内的点的坐标数据。将两个路段统一到同一坐标系下以供后续数据处理，是一些实施例中，前述的匹配的结果之一。

在此需要指出的是，“出入流动关系”可以理解为两个路段在时间上存在出入的先后关系。例如，第一路段与第二路段具有出入流动关系，可以指车辆经过第一路段与第二路段的时间上的先后关系，例如，采集人员在进行道路数据采集时，(通过驾驶采集车辆或步行，主要是驾驶采集车辆)先进入第一路段然后再进入第二路段。

匹配的结果还包括了第一路段的id以及第二路段的id，id的常见形式为编号，当第一路段的id与第二路段的id一致时，说明两个路段属于同一条道路，且这条道路已有相关的数据在数据库中(即这条道路有原有道路数据)，此时可以直接用第一路段以及第二路段对应的新采集的道路数据替换数据库中对应的地图区域的原有道路数据。

如图1所示，方向x示意一个实施例下驾驶采集车辆进入第一路段1和第二路段2的方向。图1示出了一种情况，即第一路段1和第二路段2都属于原有道路3，第一路段1与第二路段2中间有空隙，可能是受硬件或外界环境影响，导致数据采集不完整。这种情况下，第一路段1与第二路段2都将具有相同的id。在进行道路数据更新时(即将新采集的道路数据与原有道路数据进行匹配，将新的数据替换了对应位置上的旧的数据)，对于第二路段而言，更新起点21并不在第二路段的起点，这是常见的，因为第二路段的起点会受数据库原有道路数据的相应路段的加载范围的影响，加载范围比较大时，更新起点21则相对远离第二路段的起点。需要理解的是，第二路段是新的数据和旧的数据所代表的路段进行合并后得到的。同理，第一路段的相关内容也可以这样理解。

下文将提出更多的更新类型以及对应的更新操作，这些更新类型的判断方式以地理空间、数学计算逻辑为基础，通过相关参数的选取、比较，能较为客观地反映出真实的地理情况，并有助于提高计算机的数据处理效率。

在一个实施例中，所述预设判断操作还包括以下步骤：根据所述匹配的结果，获取第二路段数据的更新起点的坐标；判断所述更新起点到第一路段的第一距离是否大于设定的第一阈值；若是，则确定所述更新类型为所述版本更新；若否，则确定所述更新起点相对于第一路段以及第二路段的相对位置，并计算得到下列两个切方向形成的第一角度差：所述第一路段与所述更新起点最近的点的切方向、所述第二路段与所述更新起点最近的点的切方向；根据所述相对位置、所述第一距离以及所述第一角度差的信息确定所述更新类型。

第一距离大于设定的第一阈值则表示第一路段与第二路段之间不存在路节点(路节点——junction——是车道级定位精度的高精度地图中的基本单元，用于表示实际物理上的两条以上的道路的交汇区域)。第一阈值可以根据实际情况或需求(不同地区的道路设计的情况有所不同，有些交汇区域的长度较大有些较小)进行取值，例如第一阈值的取值与真实物理空间中的50米-60米相对应。当第一距离大于设定的第一阈值，则执行版本更新操作。

关于相对位置。更新起点相对于第一路段以及第二路段的位置可以参照图2进行理解。图2示出了某一个路段的相关位置，包括前方41、前部42、中部43、后部44、后方45。文中采用前方、前部、中部、后部、后方等方位词进行表述，主要目的是突出位置的相对性，每一个方位词所覆盖的真实范围的大小，可以根据实际情况进行相适应的理解。

关于切方向。切方向可以理解为某一点所在的线路上的切线(向前)所指的方向。如图3所示，第一路线51(图中为虚线)为第一路段中的某条线路(例如车道线)，第一最近点61为第一路段距离更新起点最近的点，由此可以得到切方向y1。而第二路线52(图中为虚线)为第二路段中的某条线路(例如车道线)，第二最近点62为第二路段距离更新起点最近的点，由此可以得到切方向y2。两个切方向形成的第一角度差，就是切方向y1与切方向y2在延伸后相交点处的夹角(图3中的情况为锐角)。根据第一角度差可以判断出第一路段与第二路段的相交或平行关系，能从一个方面反映出第一路段和第二路段的拓扑关系。

本公开提出，根据所述相对位置、所述第一距离以及所述第一角度差的信息可以确定所述更新类型，也即可以确定第一路段和第二路段的拓扑关系。

在一个实施例中，所述相对位置包括：所述更新起点位于第一路段的后方且位于所述第二路段的前部；对应地，当符合下列条件之一时，确定所述更新类型为新增更新：条件1：检测到所述第一路段具有停止线；条件2：检测到所述第一路段的后方紧跟有路节点；条件3：检测到所述第二路段的前方紧跟有节点；条件4：所述第一距离小于第二阈值且所述第一角度差在第三阈值范围内；对应地，所述更新操作还包括新增更新操作，即对与所述第一路段或所述第二路段相关的路节点数据进行更新。

条件1、条件2、条件3、条件4均用于判断第一路段与第二路段是否是真实断开的，当符合这些条件时，可以判断第一路段与第二路段是断开的，这两个路段之间应该有路节点，路节点处应该有路连接。

条件4主要用于判断这样的情况：采集新的道路数据时，采集车辆是否在经过第一路段后，调头转向进入第二路段。类似于第一阈值，第二阈值的取值可以根据实际情况进行设置；一般来说，采集车辆进行调头的两个路段之间的距离都不大，一些实施例中，第二阈值的取值与真实物理空间中的10米-15米相对应，第三阈值范围可以设为大于160度或170度。

在一些实施例中，根据第一路段与第二路段的不同断开的情形，新增更新操作包括以下可选的操作：

(1)当第一路段的后方及第二路段的前方无路节点时(本文描述路节点在路段的前方或后方时，一般指与该路段相邻/紧接的前方或后方，并不指远处的前方或远处的后方)，则在该区域新建路节点及该路节点的路连接(路连接——connection——可以理解为路段与路段之间的连接关系，用于描述实际物理上两个路段之间存在直接的出入流动关系)；

(2)当第二路段的前方有路节点，且该路节点记录了第二路段的前部与其他路段的路连接时，在该路节点上新增路连接，即第一路段的后部与第二路段的前部的路连接；

(3)当第一路段的后方以及第二路段的前方均分别有路节点时，将这两个路节点合并为一个路节点，并新增路连接，即第一路段的后部与第二路段的前部的路连接。

在一个实施例中，所述相对位置包括：所述更新起点位于第一路段的后方且位于所述第二路段的前部；对应地，当符合条件5——所述第一距离小于第四阈值且所述第一角度差在第五阈值范围内时，确定所述更新类型为顺接合并更新；对应地，所述更新操作还包括顺接合并操作，即将所述第一路段的后部与所述第二路段的前部进行接合。条件5主要用于通过另外一种方式判断第一路段与第二路段是否属于同一条道路，当第一路段的后部与第二路段的前部距离足够小(即第一距离小于第四阈值)，且采集车辆从第一路段后部进入第二路段前部的过程中驾驶方向发生极小的偏移(即前述的“两个切方向形成的第一角度差”足够小)时，可判断为第一路段与第二路段属于同一条道路，且为相邻的两个路段。第四阈值、第五阈值范围可以根据实际情况进行设置。一些实施例中，第四阈值对应于真实物理空间中的10米，而第五阈值范围为0到20度。

在一个实施例中，所述相对位置包括：所述更新起点位于第一路段的中部且位于所述第二路段的中部(即进行道路数据采集时，采集车辆从第一路段的中部进入第二路段的中部)；对应地，所述更新类型为交叉打断更新；对应地，所述更新操作还包括交叉打断更新操作，即在所述更新起点处打断所述第一路段以及所述第二路段，并建立新的路节点，用于记录被打断后形成的四个路段的出入流动关系。该实施例要解决的问题是通过对相关数据的判断准确识别出真实状态下的道路拓扑关系(即存在十字路口交汇的关系)。对于类似的道路拓扑关系的判断，现有技术一般通过人工观看采集视频的方式，进行人工识别，确定更新类型以及手动进行更新操作，该实施例能有助于通过自动化进行数据处理的方式实现该目的。

在一个实施例中，所述相对位置包括：所述更新起点位于第一路段的后部且位于所述第二路段的中部；从所述第一路段的起始点和所述第二路段的起始点中选取离所述更新起点最近的作为第一比较点；以所述第一比较点投影到所述第一路段中心线上的点作为第二比较点，以所述第一比较点投影到所述第二路段中心线上的点作为第三比较点，以所述第二比较点与所述第三比较点的距离作为第二距离；以所述第二比较点的切方向与所述第三比较点的切方向之间的角度差为第二角度差；若符合条件6——所述第二距离小于第六阈值且所述第一角度差在第七阈值范围内、所述第二角度在第八阈值范围内时，则确定所述更新类型为融合合并更新；对应地，所述更新操作还包括融合合并操作，即将所述第一路段与所述第二路段重叠的部分进行融合。

条件6主要用于判断是否存在该情形——第一路段与第二路段存在重叠区域，且在重叠区域内两个路段的道路中心线是基本重叠的。若符合条件6，则表示存在该情形，则可以执行融合合并操作。第六阈值、第七阈值范围可以根据实际需要进行设置，一些实施例中，第六阈值对应于真实物理空间中的10米，而第七阈值范围、第八阈值范围均为0到20度。这说明，本公开某个实施例里提到的一些阈值或阈值范围，可以与其他一些实施例的阈值或阈值范围取值相同。

在一个实施例中，若不符合所述条件6时，则确定所述更新类型为汇入打断更新；对应地，所述更新操作还包括汇入打断操作，即在所述更新起点处打断所述第二路段，并建立新的路节点，用于记录被打断后形成的三个路段的出入流动关系。不符合条件6的常见的情况是，第一路段的道路中心线与第二路段的道路中心线形成的夹角较大，即说明第一路段的后方存在路节点，而第二路段的中部也存在该路节点，所以进行更新操作时需要将第二路段进行打断。

在一个实施例中，所述相对位置包括：所述更新起点位于第一路段的中部且位于所述第二路段的前部(即采集车辆在第一路段的中部进入了第二路段的前部)；从所述第一路段的终止点和所述第二路段的终止点中选取离所述更新起点最近的作为第四比较点；以所述第四比较点投影到所述第一路段中心线上的点作为第五比较点，以所述第四比较点投影到所述第二路段中心线上的点作为第六比较点，以所述第五比较点与所述第六比较点的距离作为第三距离；以所述第五比较点的切方向与所述第六比较点的切方向之间的角度差为第三角度差；若符合条件7——所述第三距离小于第九阈值且所述第一角度差在第十阈值范围内、所述第三角度在第十一阈值范围内时，则确定所述更新类型为融合合并更新；对应地，所述更新操作还包括融合合并操作，即将所述第一路段与所述第二路段重叠的部分进行融合。条件7用于判断第一路段的后部是否与第二路段的前部存在重叠区域，以及是否需要执行融合合并操作。。第九阈值、第十阈值范围可以根据实际需要进行设置，一些实施例中，第九阈值对应于真实物理空间中的10米，而第十阈值范围为0到20度。

在一个实施例中，若不符合所述条件7时，则确定所述更新类型为流出打断更新；对应地，所述更新操作还包括流出打断操作，即在所述更新起点处打断所述第一路段，并建立新的路节点，用于记录被打断后形成的三个路段的出入流动关系。不符合条件7的常见的情况是，第一路段的道路中心线与第二路段的道路中心线形成的夹角较大，即说明第二路段的前方存在路节点，而第一路段的中部也存在该路节点，所以进行更新操作时需要将第一路段进行打断。

为了更直观地理解道路更新前和更新后的情形，下面对部分的更新操作以图示和说明的形式进行阐述。

图4展示了一个实施例中，新增更新操作前后的道路拓扑关系变化的情况；执行新增更新操作前，如图4(a)所示，采集车辆从第一路段1的后方进入第二路段2的前部，但第二路段2的前方原本已有路节点7，路节点7(的路连接)记录了第二路段2与其他路段的连接关系。执行新增更新操作后，如图4(b)所示，路节点7记录的范围进行了扩大，相应增加的路连接则记录了第一路段1与第二路段2的连接关系。

图5展示了一个实施例中，流出打断更新操作前后的道路拓扑关系变化的情况；执行流出打断更新操作前，如图5(a)所示，第一路段1是连贯的；执行流出打断更新操作后，如图5(b)所示，增加了路节点7以用于记录被打断后形成的三个路段的出入流动关系。

图6展示了一个实施例中，汇入打断更新操作前后的道路拓扑关系变化的情况；执行汇入打断更新操作前，如图6(a)所示，第二路段2是连贯的；执行汇入打断更新操作后，如图6(b)所示，增加了路节点7以用于记录被打断后形成的三个路段的出入流动关系。

图7展示了一个实施例中，融合合并更新操作前后的道路拓扑关系变化的情况；执行融合合并更新操作前，如图7(a)所示，第一路段1与第二路段2存在重叠区域；执行融合合并更新操作后，如图7(b)所示，第二路段2因融合而被延长了。

在另一些方面，本公开还提出了一种道路拓扑关系数据的自动更新装置，包括：数据匹配模块，用于获取新采集的道路数据并与数据库中的原有道路数据进行匹配；根据所述匹配的结果，得到包括具有出入流动关系的第一路段数据以及第二路段数据；判断操作模块，用于执行预设判断操作以确定待更新拓扑关系的更新类型；所述预设判断操作包括：根据所述匹配的结果，获得所述第一路段的id以及所述第二路段的id，随后判断二者是否一致，若一致，则确定所述更新类型为版本更新；更新操作模块，用于根据所述更新类型执行对应的更新操作；所述更新操作包括版本更新操作：用所述第一路段数据以及第二路段数据替换数据库中对应的地图区域的原有道路数据。

显然地，该装置还可以执行上文所述的各种类型的更新操作。该装置对应的硬件可以是一个处理器或多个处理单元。

本领域技术人员可以理解的是，实施例中的全部或部分步骤，可以通过计算机程序来指令相关的硬件实现，该程序可以存储于计算机可读介质中，可读介质可以包括闪存盘、移动硬盘、只读存储器、随机存取器、磁盘或光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在符合本领域技术人员的知识和能力水平范围内，本文提及的各种实施例或者技术特征在不冲突的情况下，可以相互组合而作为另外一些可选实施例，这些并未被一一罗列出来的、由有限数量的技术特征组合形成的有限数量的可选实施例，仍属于本公开揭露的技术范围内，亦是本领域技术人员结合附图和上文所能理解或推断而得出的。

另外，多数实施例的描述是基于不同的重点而展开的，未详述之处，可参见现有技术的内容或本文的其他相关描述进行理解。

再次强调，上文所列举的实施例，为本公开较为典型的、较佳实施例，仅用于详细说明、解释本公开的技术方案，以便于读者理解，并不用以限制本公开的保护范围或者应用。在本公开的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等而获得的技术方案，都应被涵盖在本公开的保护范围之内。