一種基于AutoCAD平面交叉口工程圖的拓?fù)鋽?shù)據(jù)提取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于數(shù)據(jù)提取和計(jì)算機(jī)圖形處理的技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于 AutoCAD平面交叉口工程圖的拓?fù)鋽?shù)據(jù)提取方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 交通路網(wǎng)是智能交通各研宄領(lǐng)域的基礎(chǔ)，交通設(shè)施智能化管理、交通信息服務(wù)系 統(tǒng)和交通仿真都需要路網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)的支持。城市道路交叉口是城市道路系統(tǒng)的重要組成部 分，是道路網(wǎng)絡(luò)的結(jié)點(diǎn)所在，是管理、組織道路各類交通的控制點(diǎn)。道路能否暢通，在很大程 度上取決于交叉口的交通狀況。在整個(gè)道路網(wǎng)中，交叉口成為了通行能力與交通安全上的 卡口。因此，交叉口的合理建模對(duì)道路網(wǎng)的形式及道路交通的影響是非常重大的。交叉口 的建模方法種類繁多，使用的數(shù)據(jù)源也多種多樣。有學(xué)者從航空、遙感影像圖上提取交叉口 數(shù)據(jù)，包含交叉口的位置、連接路段和路段方向等數(shù)據(jù)。有學(xué)者基于大量GPS車輛路徑數(shù)據(jù) 提取、更新交叉口數(shù)據(jù)。也有學(xué)者結(jié)合道路矢量數(shù)據(jù)和數(shù)字表面模型實(shí)現(xiàn)立交數(shù)據(jù)模型的 構(gòu)建。
[0003] 道路交通設(shè)計(jì)以及規(guī)劃運(yùn)用的主要設(shè)計(jì)軟件是AutoCAD。AutoCAD具有豐富的 繪圖指令和強(qiáng)大的圖形編輯功能，能夠詳盡地描述路網(wǎng)元素，包括各種路面標(biāo)線。另外， AutoCAD平面交叉口工程圖資源豐富且容易獲取。為了充分利用其來(lái)豐富交叉口建模的方 法，有必要構(gòu)建平面交叉口的數(shù)據(jù)模型并從圖中提取數(shù)據(jù)構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)。目前，從AutoCAD 工程圖中提取路網(wǎng)數(shù)據(jù)構(gòu)建路網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)的方法包括用對(duì)象組織數(shù)據(jù)來(lái)建立CAD系統(tǒng)工程 數(shù)據(jù)庫(kù)；提取以道路中心線為主線的集成道路并以Access作為CAD系統(tǒng)的核心數(shù)據(jù)庫(kù)；從 DXF文件中提取數(shù)據(jù)并在仿真平臺(tái)上重構(gòu)路網(wǎng)等。然而，這些方法獲取的都是路網(wǎng)的幾何拓 撲數(shù)據(jù)，不包含邏輯拓?fù)鋽?shù)據(jù)，也不能表達(dá)交叉口處的轉(zhuǎn)向規(guī)則。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種基于AutoCAD平面交叉口 工程圖的拓?fù)鋽?shù)據(jù)提取方法，能夠獲得交叉口完整的幾何拓?fù)?、邏輯拓?fù)浜娃D(zhuǎn)向規(guī)則，豐富 交叉口建模的方法。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下： 一種基于AutoCAD平面交叉口工程圖的拓?fù)鋽?shù)據(jù)提取方法，包含以下步驟： 51. 提取路面標(biāo)線層內(nèi)所有線條形路面標(biāo)線，聚類生成路段數(shù)組； 52. 遍歷路段數(shù)組Segment集合每一個(gè)元素Segment，提取該路段車行道邊緣線、導(dǎo)向 箭頭，判斷該路段是否為雙向行駛路段，當(dāng)該路段為雙向行駛路段，則提取對(duì)向行駛交通流 分隔設(shè)施和路段車行道分界線，當(dāng)該路段為單向行駛路段，則提取路段車行道分界線；根據(jù) 提取的信息生成幾何拓?fù)渥勇范蜭ink; 53. 根據(jù)所有Link延長(zhǎng)線的交點(diǎn)的平均值生成幾何拓?fù)浣Y(jié)點(diǎn)Node，計(jì)算每條Link的 北偏角NorthAngle; 54. 生成邏輯拓?fù)溆邢蜃勇范蜛rc; 55. 生成邏輯拓?fù)滠嚨繪ane，關(guān)聯(lián)車道與導(dǎo)向箭頭； S6?生成邏輯拓?fù)滠嚨肋B接器LaneConnector ; Link是指路網(wǎng)在交通組織發(fā)生變化處打斷后得到的路段部分； Node是Link的端點(diǎn)； Arc是由不同的交通流向?qū)ink劃分而得； Lane是路網(wǎng)中車輛行駛所依附的最小載體，每條車道能有不同的轉(zhuǎn)向； LaneConnector是記錄不同路段間或路段內(nèi)部每對(duì)車道之間的連通關(guān)系。
[0006] 優(yōu)選地，步驟S1是使用基于密度和距離的聚類算法對(duì)線條形路面標(biāo)線聚類形成 路段數(shù)組，根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)計(jì)算獲取得到輸出數(shù)據(jù)，其中： 輸入的數(shù)據(jù)是由提取的線條形路面標(biāo)線的中點(diǎn)坐標(biāo)組成的數(shù)組，數(shù)組中每個(gè)點(diǎn)的初始 狀態(tài)包括：所屬簇的編號(hào)為0,沒(méi)有被處理過(guò)，不是核心點(diǎn)； 輸出的數(shù)據(jù)是多個(gè)簇，其中每一個(gè)簇代表一條路段，每一個(gè)簇包含多個(gè)中點(diǎn)坐標(biāo)，一個(gè) 中點(diǎn)代表了該路段內(nèi)的一條標(biāo)線； 具體過(guò)程方式為： 1) 遍歷數(shù)組，以得到的第一個(gè)核心點(diǎn)作為聚類中心開(kāi)始聚類，從距離該核心點(diǎn)最近的 點(diǎn)開(kāi)始判斷是否將點(diǎn)加入該簇，若該點(diǎn)在核心點(diǎn)的E領(lǐng)域內(nèi)，則加入簇，同時(shí)修改點(diǎn)的屬性 為已被處理過(guò)，標(biāo)記上簇的標(biāo)號(hào)，否則，判斷下一個(gè)點(diǎn)，即次近的點(diǎn)； 2) 當(dāng)點(diǎn)被加入簇以后，使用遞歸的方法，判斷該點(diǎn)是否為核心點(diǎn)，若為核心點(diǎn)，以該點(diǎn) 作為新的核心點(diǎn)，重復(fù)上述判斷過(guò)程；若不是核心點(diǎn)，則判斷下一個(gè)點(diǎn)，即次近的點(diǎn)； 3) 若所有的點(diǎn)都被判斷過(guò)，則該簇的聚類完成； 4) 重新搜索一個(gè)未被加入已有簇的核心點(diǎn)，開(kāi)始新簇的聚類；直到所有的中點(diǎn)都被加 入某個(gè)簇或者不被加入任何一個(gè)簇，不被加入任何一個(gè)簇的點(diǎn)標(biāo)記為噪聲點(diǎn)，算法結(jié)束； 上述步驟中含有兩個(gè)全局變量，分別為構(gòu)成E領(lǐng)域的最小樣本點(diǎn)數(shù)MinPts和E領(lǐng)域的 半徑Eps，Eps的值由MinPts-dist圖確定； MinPts-dist圖的橫坐標(biāo)為所有的中點(diǎn)，縱坐標(biāo)為每個(gè)點(diǎn)與它的第MinPts個(gè)最鄰近的 點(diǎn)之間的距離，距離按從大到小的順序排列，上述MinPts-dist圖中的第一個(gè)凹陷，即閾值 點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的MinPts-dist的值是Eps的值。
[0007] 優(yōu)選地，步驟S2中，路段的車行道邊緣線為路段中所有縱向線條形路面標(biāo)線中的 最外側(cè)的標(biāo)線，通過(guò)將路段內(nèi)縱向線條形路面標(biāo)線的橫坐標(biāo)或者縱坐標(biāo)按照升序或者降序 排列提取出最外側(cè)的車行道邊緣線； 根據(jù)提取的車行道邊緣線構(gòu)建多邊形，提取多邊形內(nèi)的導(dǎo)向箭頭，計(jì)算導(dǎo)向箭頭的類 型和數(shù)字化方向； 通過(guò)路段編號(hào)將導(dǎo)向箭頭與路段進(jìn)行關(guān)聯(lián)，判斷路段是否雙向行駛； 當(dāng)該路段為雙向行駛路段，則提取對(duì)向行駛交通流分隔設(shè)施和路段車行道分界線；當(dāng) 該路段為單向行駛路段，則提取路段車行道分界線；根據(jù)提取的信息生成幾何拓?fù)渥勇范?Link〇
[0008] 優(yōu)選地，步驟S2中，根據(jù)導(dǎo)向箭頭的類型為填充Hatch這一特性提取導(dǎo)向箭頭，計(jì) 算導(dǎo)向箭頭的類型和數(shù)字化方向的過(guò)程如下： 讀取填充環(huán)線上所有凸點(diǎn)的坐標(biāo)，使用基于堆棧的掃描法構(gòu)建最小凸包； 構(gòu)建凸包的外接矩形，以凸包的最短邊作為凸包外接矩形的下側(cè)邊； 判斷外接矩形邊上的凸點(diǎn)是否是尖點(diǎn)；計(jì)算導(dǎo)向箭頭的編碼和數(shù)字化方向； 其中，尖點(diǎn)定義為：若凸點(diǎn)前后相鄰4個(gè)點(diǎn)在同一條直線上，則該凸點(diǎn)是一個(gè)尖點(diǎn)； 導(dǎo)向箭頭的編碼是包含〇和1的四位數(shù)字，每一個(gè)位置上的數(shù)字1或〇代表邊上有或 者沒(méi)有尖點(diǎn)；四條邊的排列依次為上側(cè)邊、下側(cè)邊、左側(cè)邊、右側(cè)邊； 根據(jù)導(dǎo)向箭頭外接矩形的長(zhǎng)邊的矢量方向計(jì)算導(dǎo)向箭頭的數(shù)字化方向；如果外接矩形 的長(zhǎng)邊構(gòu)成的向量點(diǎn)乘路段的正方向向量結(jié)果大于0,說(shuō)明導(dǎo)向箭頭指向進(jìn)入交叉口的方 向，即導(dǎo)向箭頭的數(shù)字化方向的數(shù)值為1，反之，為-1 ; 通過(guò)路段編號(hào)將導(dǎo)向箭頭關(guān)聯(lián)到路段。
[0009] 優(yōu)選地，上述路段內(nèi)存在數(shù)字化方向值為-1的導(dǎo)向箭頭的路段為雙向行駛路段； 兩條車行道邊緣線之間的距離為一條車道寬度的路段為僅有一條車道的單向行駛路 段； 路段中最左側(cè)的導(dǎo)向箭頭到左側(cè)的車行道邊緣線的距離小于一條車道寬度的路段為 有多條車道的單向行駛路段； 路段中最左側(cè)的導(dǎo)向箭頭到左側(cè)的車行道邊緣線的距離大于一條車道寬度的路段為 雙向行駛路段。
[0010] 優(yōu)選地，對(duì)于雙向行駛路段，對(duì)向行駛交通流分隔設(shè)施的提取依據(jù)為路面交通標(biāo) 線，包括線條形路面交通標(biāo)線和路面導(dǎo)向箭頭，距離最左側(cè)的數(shù)字化方向?yàn)?的導(dǎo)向箭頭 最近或次近的標(biāo)線即為對(duì)向行駛交通流分隔設(shè)施； 對(duì)于單向行駛路段，提取由車行道邊緣線構(gòu)建的多邊形內(nèi)的標(biāo)線，根據(jù)坐標(biāo)及相互之 間的位置關(guān)系提取車行道邊緣線； 對(duì)于雙向行駛路段，提取由車行道邊緣線和對(duì)向行駛交通流分隔設(shè)施構(gòu)建的兩個(gè)多邊 形內(nèi)的標(biāo)線，根據(jù)坐標(biāo)和相互之間的位置關(guān)系提取車行道邊緣線。
[0011] 優(yōu)選地，幾何拓?fù)渥勇范蜭ink的生成依賴于車行道邊緣線或者對(duì)向行駛交通流 分隔設(shè)施； 若路段單向行駛，則以兩條車行道邊緣線的中心線作為L(zhǎng)ink， 若路段雙向行駛，則以對(duì)向行駛交通流分隔設(shè)施或者其中心線作為L(zhǎng)ink; 優(yōu)選地，步驟S3中，Node的生成依賴于Link，結(jié)點(diǎn)Node的坐標(biāo)為所有任意兩條子路段Link之間交點(diǎn)坐標(biāo)的平均值，連接Node和每條Link的終點(diǎn)形成線段；從正北向開(kāi)始，按照 順時(shí)針的順序記