[发明专利]一种集成线、面模式的道路网选取方法

摘要

一种集成线、面模式的道路网选取方法，包括步骤：对原始路网数据进行拓扑预处理；Stroke生成，对其重要度进行评价，计算四度；加权vomoni图生成，确定道路密度阈值；确定选取长度；按照Stroke重要度大小进行排序；选取重要度最大的Stroke；判断道路密度是否小于阈值，若否，进入队列Q，若是，进行道路选取；判断Stroke集合是否为空：若是，判断Stroke总长度是否小于L_S，若否，进行道路连通性处理；若Stroke总长度小于L_S，从队列Q中按照重要度大小选择Stroke，直到满足确定选取长度，之后，进行道路连通性处理；选取结束后对结果进行评价。

主权项

1.一种集成线、面模式的道路网选取方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1)、获取原始路网数据，进行拓扑预处理，原始路网数据中包括路段、结点，进行拓扑预处理后的结点和路段之间建立了拓扑联通关系；之后，利用OLS模型，对待连接路段的倾斜率进行计算，并结合连接处的夹角，设计顾及整体的Stroke连接规则；Stroke可看作是由数条连续路段组成的路径；由OLS模型得到的路径的倾斜率，实质上是由路径上的结点模拟得到的斜率，该倾斜率的值可以表征后续连接路段与初始路段的关系；利用倾斜率从整体上对Stroke连接规则进行约束的过程如下：n个分散的结点N_i和n‑1条路段构成路径R_i，i＝1、2、...、n，路段用S_i‑1表示，所述n‑1个路段是由前述的n个分散的结点间隔分开形成，第i个结点的坐标为(x_i，y_i)，则路径R_i的倾斜率m的公式如下：式(1)中，为n个结点N_i的横坐标的均值，为n个结点N_i的纵坐标的均值；之后，同时进入步骤2)和步骤3)；步骤2)、Stroke生成包括连接规则和连接策略；进行Stroke生成的处理过程包括：21)、设置Stroke生成时路段的连接规则如下：规则一)、从局部角度考虑，待连接路段在连接处的转向角要小于偏转角阈值θ，偏转角阈值θ一般小于60°；规则二)、从整体角度考虑，引入OLS模型计算路径的倾斜率，如上述公式(1)，选择与初始路段倾斜率差值最小的路段作为后续连接路段，从而使得连接后形成的Stroke在整体上具有较好的连续性，具体计算方法如下：若判断路段S₀两端各有一结点FN₀和TN₀，计算方法如下：从结点FN₀进行连接，在结点FN₀处满足规则一)的路段数为n；由OLS模型计算初始路段的倾斜率为m₀，n条可选路段连接后所形成的路径倾斜率为m_i(i＝1，2，…，n)，令Δm＝min|m_i‑m₀|，则Δm对应的路段S_i‑1则为与S₀连接的路段；在进行下一次连接时，把新生成的路径倾斜率作为起始倾斜率，即令m₀＝m_i；以新连接的路段的一个结点按照规则一)和规则二)继续对路段进行连接，直至找不到满足规则一)的路段结点，生成一条新的Stroke，对该Stroke进行标记；用同样的方法对结点TN₀进行处理，则可以生成结点TN₀在另一方向的另一条新的Stroke，对该Stroke也进行标记；若判断一结点SN₀同时连接三个路段S₀、S₁和S₂，三个路段S₀、S₁和S₂另一端的结点分别为SN₁、SN₂、SN₃，计算方法如下：设从路段S₀开始进行Stroke连接，计算路段S₁、S₂与路段S₀的偏向角，利用OLS模型计算得到路径(SN₁，SN₀)、路径(SN₁，SN₀，SN₂)和路径(SN₁，SN₀，SN₃)的倾斜率m₀、m₁和m₂；所述的倾斜率m₀指的是结点SN₁与结点SN₀之间路径(SN₁，SN₀)的斜率，此时，结点SN₁与结点SN₀之间是直线段连接，因此此处，倾斜率m₀既是所连直线的倾斜率，也是实际路径的倾斜率；路径(SN₁，SN₀，SN₂)是由两个直线路段(SN₁，SN₀)和(SN₀，SN₂)连接而成的折线段，其倾斜率m₁由上述式(1)求得；路径(SN₁，SN₀，SN₃)是由两个直线路段(SN₁，SN₀)和(SN₀，SN₃)连接而成的折线段，其倾斜率m₂由上述式(1)求得；在结点SN₀进行Stroke连接时，会出现以下三种情况：①若偏转角均小于或者等于阈值θ，计算m₁与m₀之间的差值、m₂与m₀之间的差值，设|m₁‑m₀|＜|m₂‑m₀|，则选择路段S₁与S₀进行连接生成Stroke，并令m₁的值为初始倾斜率，对结点为SN₃的路段进行Stroke连接；②若偏转角均大于阈值θ，则在结点SN₀处终止连接；③若只有一个路段的偏转角小于或者等于阈值，则该路段直接与路段S₀进行连接；22)、设置基于路段重要度的连接策略：从道路几何特征和拓扑关系上，选择道路的长度及其连接的路段数作为计算路段重要度的指标；道路的长度越大，连接路段的数量越多，路段的重要性就越大，路段重要度的计算方法如下：公式(2)中，l_i为路段i的长度，l_max为路段最大长度，d_i为路段i连接的路段数，d_max为路段i连接的最大路段数，a为d_i的权重，b为d_max的权重；在获得路段重要度排序的基础上，根据路段的重要度确定起始路段和生成一条新Stroke后新的起始路段，从而生成确定的Stroke结果，处理过程如下：221)、遍历经拓扑预处理后的路网中的所有路段，n为路段数；222)、计算路段的重要度；223)、对路段重要性进行排序；224)、选择重要度最大的路段作为初始路段；225)、标记被选取的初始路段；226)、判断初始路段是否连接；227)、获取初始路段的邻接路段；228)、建立新的Stroke，k代表邻接的路段数，计算邻接路段的偏转角，如果偏转角小于或等于偏转角阈值θ，则Δm＝|m_segment‑m_{Initialsegment}|，m_segment指当前正在参与计算的路段的倾斜率，道路网中的每一条路段均需要计算其倾斜率，因此需遍历路网中的每一条路段，m_{Initialsegment}指初始路段的倾斜率，此处指代步骤224中得到的重要度最大的路段的倾斜率，m_segment、m_{Initialsegment}均由前述计算倾斜率m的公式(1)得到；否则，如果偏转角大于偏转角阈值θ，返回步骤224)；229)、标记被连接的路段；2210)、更新路网数据；Stroke重要度的计算公式如下：公式(3)中，t_i代表Stroke；权重p₁、p₂、p₃和p₄由CRITIC方法求取；L_max为Stroke长度的最大值、D_max为Stroke度的最大值、B_max为Stroke中介度的最大值，C_max为Stroke接近度的最大值；Stroke评价指标包括：Stroke长度L，为组成Stroke各路段的长度之和，其中，l_ik为第i个Stroke中第k个路段的长度；Stroke度D，为组成Stroke的路段数，其中，路段v_k若是Stroket_i的组成部分，则r(t_i，v_k)＝1，否则为r(t_i，v_k)＝0；Stroke中介度B，为度量本Stroke处于其它Stroke之间的概率值，其中，j≠k；j≠i，k≠i，NT是网络结点数，这里的网络指的是原始的道路网所形成的网络；n_jk为结点j与结点k之间的最短路径数量；n_jk(i)是结点j与结点k之间包含了结点i的最短路径数量；Stroke接近度C，为该Stroke到所有其它Stroke的最少连接数量，反映了其它Stroke聚集于该Stroke的可能，其中，d(t_i，v_k)表示Stroke t_i和Stroke v_k之间的最短距离；之后，进入步骤4)；步骤3)基于加权Voronoi图区划的道路密度：对道路网进行分区并结合分区道路密度进行道路选取可保持路网空间结构，因此，需要在路网区划的基础上，依据区划内道路密度对道路选取进行约束，使选取后的路网结构在空间结构上的分布与选取前的差异尽可能最小；因此需要依照路段的重要度进行加权，生成加权的Voronoi图对路网进行区划：路段的重要度利用公式(2)求取；以Stroke为选取单元，定义Stroke的道路密度为组成Stroke路段的总长度与分区总面积之比；在路网区划的基础上，Stroke道路密度计算公式如下：式(4)中，DS_i为Stroke道路的密度，A_i为基于Voronoi图分区下组成Stroke路段的面积之和，L_i为Stroke道路长度；利用基于自然法则理论中最小可视单元确定道路密度阈值；之后，进入步骤4)；步骤4)根据方根模型确定路网应选取路段总长度L_s；之后进入步骤5)；步骤5)按照Stroke重要度大小进行排序；之后进入步骤6)；步骤6)选取重要度最大的Stroke；之后进入步骤7)；步骤7)判断道路密度是否小于阈值？若否，进入步骤8)，若是，进入步骤9)；步骤8)进入队列Q，并按照顺序排队进入步骤10)；步骤9)进行道路选取；之后进入步骤10)；步骤10)判断Stroke集合是否为空？若是，进入步骤11)，若否，返回步骤6)；步骤11)判断Stroke总长度是否小于L_S，若是，进入步骤12)，若否，进入步骤13)；若小于道路密度阈值的Stroke总长度大于或等于L_s，则小于道路密度阈值的Stroke保留，即组成该Stroke的路段保留；若小于道路密度阈值的Stroke长度小于L_s，则小于道路密度阈值的Stroke首先被选取，之后进入步骤12)；步骤12)从队列Q中按照重要度大小选择Stroke，直到满足确定选取长度；队列Q中按重要性由大到小将Stroke排列，处于第n个排序位置的stroke是否被选取，根据以下条件判断：计算前n个Stroke的总长度，如果该总长度小于根据方根模型确定的路网应选取路段总长度L_s，则处于第n个排序位置的该stroke被选取，即组成该Stroke的路段被保留；如果该总长度小于L_s，则处于第n个排序位置的该stroke被舍弃，即组成该Stroke的路段不被选取；之后，进入步骤d13)；步骤13)、进行道路连通性处理；若选取后的路网出现不连通的情形，则采用最小生成树(MST)方法，增加最小数目的结点对选取后的网络进行连接，选取最短路径使得悬挂结点与新增的结点进行连接，直至处理完所有悬挂结点以保证路网整体的连通性；之后，进入步骤d14)；步骤14)、选取结束；之后，进入步骤15)；步骤15)、对结果进行评价。