[发明专利]一种可实时交互的三维微观公路网生成方法

说明书

本发明公开了一种可实时交互的三维微观公路网生成方法，主要包括前端交互部分和框架部分，框架的原理是一个由节点、路段和车道结合形成的有向图，节点部分表示道路的端点，具有道路衔接处和交叉路口的处理功能；路段部分是定义在两个节点之间的贝塞尔曲线，以控制该路段下车道的整体形状；车道则分为两种，一是在节点中用于衔接两个路段的车道，二是在路段中用来衔接两个节点的车道。本发明是较为精确的路网自动生成框架，借助相关实时开发平台，能够清晰地表现路网的几何形状，方便开发或规划人员迅速建立并调整道路形状与位置、车道数量与方向等属性，并且能够根据节点处的道路连接情况自动生成交叉路口的通行逻辑。

技术领域

本发明涉及城市交通运维的领域，具体涉及一种可实时交互的三维微观公路网生成方法。

背景技术

随着城市化进程的不断推进，交通治理的难度日益凸显，交通运维的概念应运而生。交通运维系统是目前城市交通规划和科学管理的重要参考。交通运维是一项对交通运动在时空维度上的改变进行跟踪描述、并用于指导城市交通规划的技术，根据其关注的粒度，可大体分为宏观和微观两个层次。宏观交通运维主要根据交通承载量研究更合理的资源配置，通常不需要建立精细的道路模型。微观交通运维需要借助道路监控，依据车与车之间、车与环境之间的作用关系，建立精确可控的道路模型，并生成结构化数据以指导分析；其关注的角度多种多样，从路口通行规则到弯道曲率等不尽相同。交通部门通过在系统中的监视和调控，可以详细了解交通状况并建立完善的运输体系，进而缓解交通拥堵并充分发挥交通设施的效益。真实可靠的路网正是交通运维系统的基石，然而现有的路网自动生成工具关注的粒度较大，难以精确表现每一条道路的形状和其中的车道排布，对微观级别的交通要素(比如路口和匝道)束手无策，无法对道路上运行的单个车辆进行全方位的监控，因此往往只能用于规划阶段的宏观指导和运作阶段的承载量运维调控。因此，建立几何形状更精确、车道位置关系更拟真的微观路网是焦点。微观路网可以在运维监控中准确反映出车辆的外部运行状况和在道路上的位置变化，从而将运维监控的视觉信息和处理后的结构化信息之间的误差最小化，提供更可靠的运维监测数据，这对城市路网监控有着重要的意义。

在交通运维领域，现有的路网生成方法普遍存在如下缺点：道路几何形状是二维平面的直线段，并且使用多段线段(Polyline)来拟合曲线道路，没有提供弯道的生成方法。这样虽然可以快速建立交通语义和减小计算量，但此种策略的缺点也显而易见，一是牺牲了几何计算的精度，真实道路和拟合的道路相比，长度等属性可能相差较大，最终导致监控的视觉信息和结构化数据之间的转化误差较大；二是对于有高度变化的道路模块(如立交桥和隧道)来说，表示也不够直观。为了和以线段为基本单元的生成模式相适应，一旦路网建立完毕，形状和位置的微调就会变得繁琐；加上可视化操作和运行效果多在二维空间中呈现，对用户而言不够直观，上手难度较高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种可实时交互的三维微观公路网生成方法。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的：这种可实时交互的三维微观公路网生成方法，主要包括前端交互部分和框架部分，框架的原理是一个由节点、路段和车道结合形成的有向图，节点部分表示道路的端点，具有道路衔接处和交叉路口的处理功能；路段部分是定义在两个节点之间的贝塞尔曲线，以控制该路段下车道的整体形状；车道则分为两种，一是在节点中用于衔接两个路段的车道，二是在路段中用来衔接两个节点的车道；框架主要包含以下内容：

(1)路段生成：路段形状由三阶贝塞尔曲线控制，四个控制点顺次表示为A、B、C、D，端点位置即为节点位置，把AB延长线和DC延长线的交点E作为新的控制点，只需控制E的位置，根据比例k在AE和DE上求出新的BC的位置，生成平滑合理的曲线形状，在需要得到直线时，则直接设置E为AD的中点；

(2)路段中车道的生成：采用直接获取近似曲线的策略，方法为：