一种基于导航路径数据生成矢量化拓扑路网的方法

本发明涉及道路路网构建，尤其是涉及一种基于导航路径数据生成矢量化拓扑路网的方法。

背景技术：

1、拓扑化矢量道路网络是分析道路交通情况、测试交通方案、流量预测、可达性分析等项目、研究必不可少的条件。非矢量路网缺少必要的定位信息，而常规规划所绘制的矢量路网一般不含路段、节点属性信息，且并未进行的拓扑检查，路网存在的零短线、出头线、或路段的不连通的情况。在实际项目过程中，拓扑路网的生成往往需要专业技术人员花费较长时间进行重新绘制整理，大大拖累了项目进度。osm(open street map)提供了共享开放的矢量道路网系统，但是由于该路网的是由用户自行分享上传的，存在与实际不匹配的问题，且osm路网仍有拓扑不连续的问题，应用于实际项目中的难度也较大。

2、同时，现有人工绘制的矢量路网，是根据路段的属性计算道路最大通行能力和车辆自由流车速，虽然该算法得到了交通专业人员的广泛认可和应用，但是在城市常规道路中，自由流车速仅跟道路通行条件相关，例如在次干路或是主干路自由行驶的车辆并不会因为该道路为主干路而提速或是次干路而减速，交叉口间距更长的次干路自由流行驶速度往往高于间距较短的主干路。这类指标与实际不符往往会导致交通模型在测算上出现误差。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于导航路径数据生成矢量化拓扑路网的方法，不仅能大大提高现有拓扑路网的生成效率，同时还可以对路段的赋以常规手段不能获得的属性数据，在交通规划领域具有重要的意义。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、一种基于导航路径数据生成矢量化拓扑路网的方法，包括以下步骤：

4、s1：获取待研究区域的osm路网，将该osm路网中的交叉点打断，获取交叉点集，在所述osm路网中选取信息点或从交叉点集中选取节点作为路径规划的起点和终点，构建od对数据集；

5、s2：根据所述od对数据集通过路径规划接口，获取路径规划结果，生成基础路网；

6、s3：对基础路网进行重复路段处理、路段端点纠偏、道路覆盖处理和连接中间路段，最终得到拓扑正确的路网图；

7、s4：将所述拓扑正确的路网图与osm路网对比，判断是否存在未覆盖区域，若存在，则根据未覆盖区域的osm路段的起终点生成od对，并执行步骤s2-s3，对路网图进行补充，直至获取完全覆盖后的路网图。

8、进一步地，获取的所述路径规划结果包括多个表示从起点到终点完整导航路径的route列表，每个route列表均包含多个导航分段，每个导航分段包括多个tmc路段；各个导航分段的属性包括当前分段的道路名称、距离和预计用时，各个tmc路段的属性包括路段的拥堵情况、长度以及轨迹点。

9、所述生成基础路网的过程包括：

10、以tmc路段为最小路段单位，将相邻两个tmc路段首尾相连，对于首尾点不相同的tmc路段进行路段补充，使拓扑连续，生成连续路网；根据所述导航分段的预计用时，按照对应的各个tmc路段的长度以及拥堵情况作为权重，将预计用时分配到各个tmc路段上，计算各个tmc路段的速度；最终得到具有道路名称、速度和拥堵情况属性的连续的基础路网。

11、进一步地，所述重复路段处理的过程具体为：

12、根据tmc路段对应的图形属性及路名属性生成hash值，将重复hash的路段进行属性合并，删除重复路段。

13、进一步地，所述路段端点纠偏处理的过程具体为：

14、将所述基础路网中距离小于预设的接近阈值的不同路段的起点或终点，合并到同一点上，进行端点纠偏，然后再进行所述重复路段处理。

15、进一步地，所述道路覆盖处理的过程具体为：

16、在所述基础路网中，通过拓扑比较，获取存在覆盖关系的路段组合，将路段组合中较长的路段进行裁剪，去除覆盖的重复部分。

17、进一步地，所述连接中间路段的过程为：

18、若相邻两个路口之间的两个路段头尾连线，且不存在分支，则将两个路段连接，作为一个新的路段。

19、进一步地，所述连接中间路段的过程具体为：

20、建立所述基础路网中各个路段端点的索引表，记录各个路段端点连接的头尾路段，当存在路段端点连接的头尾路段数量都为1且两条路段的路名相同时，则将两条路段进行连接生成新的路段，并更新索引表；

21、重复连接中间路段直至索引表中不存在头尾路段数量都为1且两条路段的路名相同的情况。

22、进一步地，步骤s4中，判断是否存在未覆盖区域的过程具体为：

23、根据得到的所述拓扑正确的路网图生成路网缓冲区面，根据osm路网生成osm缓冲区面，将所述osm缓冲区面与路网缓冲区面相减，得到所述未覆盖区域。

24、进一步地，步骤s1中，获取交叉点集后，还将所述交叉点集中间距小于预设的距离阈值的两个交叉点进行合并处理。

25、进一步地，所述路径规划接口为百度地图或高德地图的路径规划接口。

26、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

27、(1)地图导航服务商如百度地图、高德地图等均提供了路径规划api供用户使用，可以实现任意两点间的导航并返回每个路段的起终点、通行时间、拥堵指数等数据，该数据由于要满足导航需求，通过大量浮动车、或是使用app导航的车辆不断经过修正，精度相对较高，因此若是能实现通过导航服务商提供的路径规划api实现矢量路网的自动获取，则一方面能解决高效生成矢量路网的需求，另一方面能够在矢量路网中叠加导航的实际行驶时间、实际车速、拥堵指数等信息，根据拥堵指数和实际车速，可以计算该路段的自由流车速。

28、本发明提供了一种通过路径规划api，结合osm路网数据自动生成满足交通模型需要的矢量化拓扑路网的方法。该方法不仅能大大提高现有拓扑路网的生成效率，同时还可以对路段赋以常规手段不能获得的属性数据，在交通规划领域具有重要的意义。

29、(2)本发明通过路径规划api返回的路径数据可以生成含完整拓扑关系的矢量路网。

30、(3)本发明能实现自动化的拓扑矢量路网生成，不局限于城市与时间段。

31、(4)本发明生成的矢量路网包含路段车速、拥堵等信息，可以用于城市规划、交通、环境污染等领域的分析研究。

32、(5)本发明生成的路网可以与交通流量模型无缝衔接。

技术特征：

1.一种基于导航路径数据生成矢量化拓扑路网的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于导航路径数据生成矢量化拓扑路网的方法，其特征在于，获取的所述路径规划结果包括多个表示从起点到终点完整导航路径的route列表，每个route列表均包含多个导航分段，每个导航分段包括多个tmc路段；各个导航分段的属性包括当前分段的道路名称、距离和预计用时，各个tmc路段的属性包括路段的拥堵情况、长度以及轨迹点；

3.根据权利要求2所述的一种基于导航路径数据生成矢量化拓扑路网的方法，其特征在于，所述重复路段处理的过程具体为：

4.根据权利要求2所述的一种基于导航路径数据生成矢量化拓扑路网的方法，其特征在于，所述路段端点纠偏处理的过程具体为：

5.根据权利要求2所述的一种基于导航路径数据生成矢量化拓扑路网的方法，其特征在于，所述道路覆盖处理的过程具体为：

6.根据权利要求2所述的一种基于导航路径数据生成矢量化拓扑路网的方法，其特征在于，所述连接中间路段的过程为：

7.根据权利要求6所述的一种基于导航路径数据生成矢量化拓扑路网的方法，其特征在于，所述连接中间路段的过程具体为：

8.根据权利要求1所述的一种基于导航路径数据生成矢量化拓扑路网的方法，其特征在于，步骤s4中，判断是否存在未覆盖区域的过程具体为：

9.根据权利要求1所述的一种基于导航路径数据生成矢量化拓扑路网的方法，其特征在于，步骤s1中，获取交叉点集后，还将所述交叉点集中间距小于预设的距离阈值的两个交叉点进行合并处理。

10.根据权利要求1所述的一种基于导航路径数据生成矢量化拓扑路网的方法，其特征在于，所述路径规划接口为百度地图或高德地图的路径规划接口。

技术总结
本发明涉及一种基于导航路径数据生成矢量化拓扑路网的方法，包括：获取待研究区域的OSM路网，从中选取路径规划的起点和终点，构建OD对数据集；根据OD对数据集通过路径规划接口，获取路径规划结果，生成基础路网；对基础路网进行重复路段处理、路段端点纠偏、道路覆盖处理和连接中间路段，最终得到拓扑正确的路网图；将拓扑正确的路网图与OSM路网对比，判断是否存在未覆盖区域，对未覆盖区域进行路网补充，直至获取完全覆盖后的路网图。与现有技术相比，本发明不仅能大大提高现有拓扑路网的生成效率，同时还可以对路段赋以常规手段不能获得的属性数据，在交通规划领域具有重要的意义。

技术研发人员：刘冰,朱俊宇,张祥,张涵双
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13