[发明专利]一种公路网拓扑结构数据模型及路径计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及公路网建模及导航相关应用技术领域，尤其是一种适用于区域公路网拓扑结构数据模型以及该模型下的拓扑结构测试方法和路径计算方法。

背景技术

公路交通网络是由若干线性实体和连接这些线性实体的接合点互连而成的复杂网络系统。由于公路网中的线路有等级、功能、设计、线形以及地理因素的区分，公路网内还包含了各种附属设施以及各种交通信息(交通事件、交通状态、交通管制措施等)，因此为方便交通管理者实施高速公路交通控制、交通网络性能分析、交通安全管理，需要基于公路网内的拓扑元素的自身特性对各组成元素进行深入细致地分析，更深刻地认识、理解公路网内部结构。

根据申请人的资料检索，和本申请技术内容相关的有以下文献：

《计算机工程与应用》期刊(2007年23期)公开了《基于交通流特性的高速公路交通网络建模与应用》论文，论文中给出了高速公路要素层的拓扑设计，没有考虑到其他公路类型的拓扑结构以及公路附属设施与公路拓扑的关系，也没有对路网进行分层次的分析讨论。

中国专利申请(申请号：200710047555.1)公开了《一种导航用道路拓扑数据模型和计算方法》，该方法提出了一种道路分析计算模型和计算方法，该方法缺少对路网拓扑结构的层次性、关联性和归属性描述，计算方法也侧重于路网中大面积、长距离下的出入最小代价算法，没有给出指定出入点之间的多条平行路径计算方法和全信息路径计算方法。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，建立一种公路网的拓扑结构数据模型，以及基于该数据模型的拓扑结构下的测试和各种应用需求下的路径计算方法。

为了实现上述任务，本发明所采取如下的技术解决方案：

一种公路网的拓扑结构数据模型，由全局路网层、全局线路层、局部线路层、转向层、要素层和桩号层组成有机的互连整体，其特征在于：

所述的全局路网层作为第一层，包含一个路网节点，管理全部全局线路；

所述的全局线路层作为第二层，包含全局区域内所有的横贯、纵贯的大线路，每个大线路都是由若干个小线路构成；

所述的局部线路层作为第三层，包含全局所有的小线路，每个小线路都是由多个转向点以及转向点之间的转向边或干道组成；

所述的转向层作为第四层，包含全局所有的交通流转向点和由连接转向点之间的干道组成的转向边；每个转向点和转向边都管理着若干个点要素和边要素；

所述的要素层作为第五层，是拓扑结构的最基础层，包含所有的点要素和边要素；以点要素作为路网节点，以边要素作为弧，构成庞大的、涵盖最全要素的路网拓扑结构；转向点内的点要素位置分三类：入口要素、出口要素和内部要素；

所述的桩号层作为第六层，包含公路网系统中所有大线路的桩号系统，公路网系统内的所有组成要素都有桩号信息，可通过桩号直接定位各个元素；

所述的全局路网层中的路网节点与全局线路层中的线路节点相连，全局线路层中的节点与小线路层中的线路节点相连，小线路层中的节点与转向层中的转向点相连，转向层中的转向点与要素层中的要素节点相连，要素层中的节点与桩号层中的桩号系统相连。

上述公路网的拓扑结构数据模型的拓扑测试方法，其特征在于，该方法主要针对公路网的要素层、转向层的连接信息、关联信息、位置信息、节点类型信息以及连通信息进行测试，测试内容包括：要素层归属测试、要素层连接测试、要素层类型测试、要素层分区测试、转向点内转向要素位置测试、转向层连接测试、转向层可视化连通性测试、路网可视化连通性测试。

上述公路网的拓扑结构数据模型的路径计算方法，其特征在于，主要包括转向层路径搜索算法、平行路径计算方法和全信息诱导路劲生成算法；其中：

所述的转向层路径搜索方法，是生成平行路径和全信息路径的基础，算法中使用栈式数据结构，即转向点节点栈作为搜索过程中的存储结构，可执行转向点的进栈和出栈操作；

所述的平行路径计算方法，是在给定起点、终点的情况下，生成多条起终点之间多条平行的诱导路径可供选择、决策；

所述的全信息诱导路径生成算法，针对路径包含起点和终点之间的全部交通信息，根据要素层起终点之间的多条平行路径，生成一一对应的全信息路径。