本發明涉及GIS路網領域，尤其是涉及一種GIS單線路網自動生成雙線路網 的方法。

背景技術：

GIS路網是將真實道路，通過GIS數據的形式可視化表達出來。目前主流的 道路網模型是單線雙屬性的節點-路段模型(簡稱單線路網模型)、雙線雙屬性的節 點-路段模型(簡稱雙線路網模型)以及車道級路網模型。其中手機導航路網一般 采用單線路網模型；車道級路網一般用于輔助駕駛、無人駕駛等場景。雙線路網模 型則一般用于表現道路場景下，兩個通行方向的不同性質，如不同的路況、不同流 量等。

目前的雙線路網模型一般基于實際測量的數據，經后期圖形編輯、加工、屬 性處理等制作工藝，形成雙線路網。這種生產工藝流程雖然精度高、信息準確，然 而制作成本高、周期長，限制了這一路網的生產效率。

技術實現要素：

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種GIS單線路 網自動生成雙線路網的方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種GIS單線路網自動生成雙線路網的方法，包括以下步驟：

1)獲取單線路網模型的GIS道路數據，包括節點圖層和路網圖層數據，并根 據交叉口位置和道路位置判斷交叉口類型和道路類型；

2)確定路網節點的偏移方向并計算偏移，形成雙線路網的道路邊界，并生成 路網節點的偏移節點；

3)對偏移節點進行曲線插值，用以表示車輛在路網節點的行駛路徑，最終生 成雙線路網。

所述的步驟1)中，當交叉口位置周邊的道路為2時，交叉口類型為一字型交 叉口；當交叉口位置周邊的道路為3時，交叉口類型為丁字型交叉口；當交叉口位 置周邊的道路為4時，交叉口類型為十字型交叉口；當交叉口位置周邊的道路超過 4時，交叉口類型為特殊交叉口；

當正向車道數和逆向車道數其中至少一個為0時，道路類型為單行道，當均不 為0時，道路類型為雙行道。

所述的步驟2)具體包括以下步驟：

21)根據節點圖層和路網圖層數據，分別對路網節點周邊道路路段進行全程正 向、半程正向、全程逆向和半程逆向偏移，偏移矢量方向與路段起點和終點間的連 線方向垂直，并確定全程偏移矢量和半程偏移矢量的長度；

22)對于每個路網節點，將相鄰路段的全程偏移線段與半程偏移線段之間的交 點作為偏移節點。

確定偏移矢量的方向具體為：

設起點到終點方向為正向，則正向偏移矢量為起點到終點方向順時針旋轉90 度，設終點到起點方向為逆向，則逆向偏移矢量為起點到終點方向逆時針旋轉90 度。

確定偏移矢量長度的具體計算式為：

其中，ρAB為AB路段的逆向偏移矢量，為AB路段的逆向半距偏移矢量， 為AB路段的逆向全距偏移矢量，(x1,y1)為路段起點A的位置坐標，(x2,y2)為 路段終點B的位置坐標，n1AB為AB路段的正向車道數，W為機動車道寬。

所述的步驟22)中，

當路網節點為一字型交叉口時，偏移節點的數量為4；

當路網節點不為一字型交叉口時，偏移節點的數量為該路網節點位置周邊的道 路數量的2倍；

并且，當路網節點周邊的路段存在單行線時，每存在一條單行線，偏移節點數 量減少一個。

所述的步驟3)中，車輛在路網節點的行駛路徑包括右轉路徑、掉頭路徑、左 轉路徑和直行路徑。

所述的步驟3)中采用三次曲線插值法進行插值，并對插值過程進行優化，防 止出現突拐現象，具體為：

31)在插值前，將待插值的節點A01和A02圍繞其中心點A00旋轉角度α1， 使A02和A03處于同一水平線上，并將節點A01和A02的原斜率分別轉換成角度 增加α1角；

32)根據旋轉后節點A01和A02的坐標采用三次插值公式，得到節點A01和 A02間的三次多項式插值曲線，并在旋轉后的節點A01和A02橫坐標之間等距取 10個點，加入起點和重點完成點組，將點組中的每個點繞中心點A00旋轉-α1角， 并將旋轉后的點組轉換為插值曲線。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：

本發明利用城市已有的單線路網模型，通過路網描述參數和自動化處理技術， 自動生成雙線路網，相比傳統方案，本方法成本低、周期短，僅需數小時就可以獲 得整個城市的雙線路網，適合用于快速生成精度要求不高的道路地圖，如手機導航 路網、交通仿真路網等，另外，本發明通過點組旋轉插值避免了插值過程中產生的 曲線一階導數斜率突變導致內插得到的曲線不光滑的情況。

附圖說明

圖1為單線路網的輸入數據圖。

圖2為偏移節點的計算過程圖。

圖3為計算出的偏移節點圖。

圖4為偏移節點的連接插值曲線。

圖5為偏移節點三次曲線插值前旋轉示意圖。

圖6為一字路口的轉換效果圖。

圖7為丁字路口的轉換效果圖。

圖8為十字路口的轉換效果圖。

圖9為單行道的轉換效果圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。

實施例

本發明采用單線路網模型的GIS道路數據，通過一定的數據處理，完成雙線 道路數據的自動生產。

單線雙屬性的道路數據，主要包括單線路網的節點圖層(Point類型)和路網 圖層(Polyline)，節點圖層需包含節點ID字段和坐標字段，id字段用于標示不同 節點之間的編號差別。坐標字段標識節點的位置；見圖1中的A、B、C、D節點， 路網圖層需包含正向車道數(CDS)、逆向車道數(RCDS)、起點節點ID、終點節 點ID等四個字段。其中起點節點ID、終點節點ID與節點圖層的ID字段存在關聯 關系。見圖1中的AB、AC、AD、AE路段。

本發明的具體方法包括一下步驟：

1、判斷交叉口類型和道路類型：

根據輸入的交叉口位置和道路位置，進行GIS空間疊置分析。當交叉口位置 周邊的道路為2時，交叉口為一字型交叉口；為3時為丁字型交叉口；為4時為十 字型交叉口；超過4為特殊交叉口。

當CDS和RCDS中，有一個0的時候，表明道路為單行道；當不存在0時， 表明為雙行道；

2、計算交叉口節點偏移方向和偏移量

根據輸入的節點圖層和路網圖層，對路網分別左向/右向偏移。偏移方向選擇 和路段起點終點連線方向垂直。正向(起點到終點方向)偏移矢量為起點到終點矢 量順時針旋轉90度，逆向(終點到起點方向)偏移矢量為起點到終點矢量逆時針 旋轉90度。

偏移矢量長度取決于該方向道路車道數。以路口A為例，路段AB起點、終 點分別是A(x1,y1),B(x2,y2)，車道數分別是CDS和R-CDS，分別記為符號 n1AB,n2AB。路段AE起點、終點分別是A(x1,y1),E(x5,y5)，車道數為符號n1AE,n2AE。 每條機動車道寬為W，一般城市道路取3.5米，高速公路取3.75米。

則AB路段向E方向的偏移矢量可用以下公式計算：

半距偏移矢量：

全距偏移矢量：

路段AE向B方向的偏移矢量可以通過下面的式子計算

半距偏移矢量：

全距偏移矢量：

分別是某條路段的正向車道偏移向量和逆向車道偏移向量。根據該向量， 可以實現路段AB、AE向外側平移后的矢量，半距偏移后為L1、L3，全距偏移后 為L2和L4。然后分別計算L1和L4，L2和L3的交點，記為A0和A1。

因此，同理可以計算得到A路口的其他偏移點和偏移矢量，如A04、A05等 等。一個路口的完整節點偏移效果如圖3所示。虛線為單線路網，虛線端點A01-A08 為生成的偏移節點。

3、偏移節點曲線插值

在兩個偏移節點之間構建連接曲線，用來表示車輛在該路口的行駛路徑，如圖 4所示，A02-A03表示右轉路徑，A02-A01表示車輛掉頭路徑，A02-A07代表左轉 路徑，A02-A05代表直行路徑。

在傳統的三次曲線插值法基礎上，對插值過程進行優化，避免插值曲線的突拐 現象。

如圖5所示，插值前，將待插值的節點A02和A03圍繞它們的中心點A00旋 轉α1角，使得A02和A03處于同一水平線上。A02和A03處記錄的斜率k1和k2， 也分別轉換成角度增加α1角，連同旋轉后的A02和A03坐標，代入式(5)，得到一 組a′b′c′d′，算出三次多項式插值曲線。

y＝ax3+bx2+cx+d (6)

然后在旋轉后的A02和A03橫坐標之間等距取10個值，算出縱坐標，加上起 點終點，點組計算完成。然后將點組里的每個點繞A00旋轉-α1角。將旋轉后的點 組轉為線，即為連接節點的插值曲線。

4、不同交叉口的處理方法

按照不同的道路交叉口類型，進行分別處理。

4.1一字路口

如圖6所示，一字路口表示中間節點只有兩根連接路段。中間節點偏移為4 個節點。

4.2丁字路口

如圖7所示，丁字路口代表中間節點存在三個路段交叉情況。偏移節點為6 個。

4.3十字路口

如圖8所示，十字路口代表存在四個路段交叉情況。偏移節點為8個。

4.4單行道的處理

如圖9所示，當交叉口節點周邊的路段存在單行線時，每存在一條單行線，偏 移節點數量減少一個。

總結

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