[发明专利]用于交通导航系统和交通仿真系统的路网模型构建方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种城市交通路网描述模型的构建方法，特别是涉及一种模型的形式化描述及其模型的数据存储方法。

背景技术

路网模型用来描述路网拓扑结构和路网实体的信息，是交通导航系统和交通仿真系统的基础组成部分。对于前者，路网模型主要用来表示公路交通网(电子地图)，规划旅客出行路线并实施可视化的实时交通导航。对于后者，交通仿真通常是在路网模型上建立车辆的运动模拟模型和数据分析模型，进而执行车辆的运动仿真，并获取和分析运动结果。路网模型所描述的信息量的大小、组织结构和数据存储方式等都直接影响系统的功能和性能，如路径规划的速度和交通仿真的规模等指标。因此，一个设计合理的路网模型是非常重要的，也是相当有必要的。

目前，在多数应用系统中，分别使用以下两种类型的路网模型。一种以“道路交叉口(抽象为有向图的结点)”和“道路(抽象为有向图的边)”为基本单位，用有向图这种数据结构来建模，也就是“道路—道路”路网模型。使用这种模型，难以描述道路的多车道属性、车道的相关属性(如允许行驶车辆类型、优先级、限速、转向限制等)、不同车道的连通性及道路交叉口处的交通规则。例如，在北京奥运会期间，某些道路上的车道仅供奥运特种车辆行驶，一般民用车辆禁止行驶。上述模型无法直接描述这种场景。

另一种以“车道交叉口(抽象为有向图的结点)”和“车道(抽象为有向图的边)”为基本单位，用有向图建模，也就是“车道—车道”路网模型。使用这种模型，可以解决“道路—道路”路网模型的缺陷。但是它无法表示车道之间的邻接特性，也就无法引导(或仿真)车辆行驶过程中的换车道行为；更无法有效地组织和管理数量巨大的道路属性、车道属性、车道连通性等数据。

鉴于上述问题，可以将两种模型的特点进行合并，设计一种“道路”和“车道”相结合的路网模型。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以“道路—车道”为基本单位，用有向图建模的路网模型构建方法。该方法构建的模型可对多车道属性、车道连通性及道路交叉口处的交通规则进行描述。为了达到上述目的，本发明采用了下述技术方案。

本发明所述方法构建的路网模型可对道路的形状方位特征、道路间连通关系，车道间连通关系、邻接关系、转向限制、属性信息和道路交叉口的交通规则等内容进行描述。该方法包括如下步骤：

(1)对路网中的实体进行描述。即对路网出现的道路、车道、道路的交叉口、道路分流和合流路口以及车道的起始和终止位置点等实体进行定义，并对实体的属性赋值。

(2)对道路及车道的连通性进行描述。显式地在模型中说明“车道—车道”的连接属性，以描述不同车道之间的连通性。而对同一道路上的平行车道间的横向连通性不加限制，也就是说允许车辆在行驶过程中变换车道，这也符合现实情况。

(3)对道路各交叉口处的交通规则进行描述，主要考虑对交叉口处信号灯不同相位周期性变化的规则建模。

且根据步骤1、2和3项便可构建出“道路—车道”相结合的城市交通路网。

此外，本发明还包括对路网数据进行保存的步骤，其中，为采用XML格式的文件存储路网模型中的数据。由于传统的方法是将路网数据以二进制编码形式保存在数据库中，需要通过专用的工具才能够读取、显示和编辑，因而应用系统的开发成本高，灵活性差，产品性能低。而使用XML格式保存的数据，可以用常见的文本编辑器直接打开和编辑，也可以自己定制开发专用的编辑器；并且数据有良好的语义特征、逻辑结构和可读性，便于快速进行二次开发。

通过本发明所介绍的方法构建的城市交通路网可对多车道属性、连通性以及道路交叉口的交通规则进行描述，并且以XML格式的文件对路网数据文件进行存储，能够有效地组织和管理城市数据量巨大道路信息，因而具有较高的实用价值。

附图说明

图1为本发明所述路网模型之逻辑架构示意图；

图2为本发明所述路网模型形式化描述示意图；

图3为本发明所述路网模型构建步骤流程图；

图4为本发明所述路网模型之道路交叉口实例的示意图；

图5a为本发明所述路网模型之车道连通性实例的示意图之一；

图5b为本发明所述路网模型之车道连通性实例的示意图之二；

图6a为本发明所述路网模型之自动计算车道连通性的方法示意图之一；

图6b为本发明所述路网模型之自动计算车道连通性的方法示意图之二；

图6c为本发明所述路网模型之自动计算车道连通性的方法示意图之三；