基于道路中线的复杂道路内部通达性分析方法及系统

摘要

本发明公开了一种基于道路中线的复杂道路内部通达性分析方法，包括：A，获取原始地理图；B，对原始地理图进行栅矢转换处理，以提取原始地理图中的道路模型；C，提取道路模型中的道路中线；D，分别为起点及终点构建引线，其中，起点所对应的引线为起点引线，终点所对应的引线为终点引线；E，对道路中线进行空间拓扑处理以构建拓扑路径；F，剔除多余的拓扑路径并返回步骤E，直到仅剩一条连接起点、终点及引线的拓扑路径。本发明还公开了一种基于道路中线的复杂道路内部通达性分析系统。采用本发明，可将复杂道路解算扩展到空间拓扑分析领域，具有易于实现、高效稳定、适用性强的特点。

说明书

技术领域

本发明涉及计算机图形学与地理信息科学技术领域，尤其涉及一种基于道路中线的复杂道路内部通达性分析方法及一种基于道路中线的复杂道路内部通达性分析系统。

背景技术

迷宫路径解算自古就是数学与计算机图形学的研究热点，在现代科学应用中，迷宫路径解算多应用于复杂交通路径计算以及复杂障碍物地形中的路径计算，广泛应用于军事及民用领域；但是传统的迷宫路径解算多从图论及数学角度，其搜索效率和准确度都不尽人意，特别是当迷宫的复杂程度达到一定级别，计算机和传统算法将无能为力。

再者古人云不识庐山真面目只缘身在此山中，从另一个角度说明迷宫的内部两点之间的通达分析更为复杂，这也是迷宫解算迄今最为研究涉猎较少，未能在理论和技术上实现完美突破的核心难题。也即如此才有军事学中各种借助复杂战场环境，使得敌方难于快速抵达我方位置进而获得战斗胜利的千古传奇，因此如何在身处复杂地理环境下，快速到达目标点即成为军事学、计算机图形学、数学等领域研究的热点和技术瓶颈。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种易于实现、高效稳定、适用性强、基于道路中线的复杂道路内部通达性分析方法及系统，可将复杂道路解算扩展到空间拓扑分析领域，以求解出复杂道路。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于道路中线的复杂道路内部通达性分析方法，包括：

A，获取原始地理图；

B，对原始地理图进行栅矢转换处理，以提取原始地理图中的道路模型；

C，提取道路模型中的道路中线；

D，分别为起点及终点构建引线，其中，起点所对应的引线为起点引线，终点所对应的引线为终点引线；

E，对道路中线进行空间拓扑处理以构建拓扑路径；

F，剔除多余的拓扑路径并返回步骤E，直到仅剩一条连接起点、终点及引线的拓扑路径。

作为上述方案的改进，所述步骤D包括：

D1，分别将起点及终点偏移至道路中线上；

D2，分别以起点及终点为基准构建垂线段且都不与其他道路中线相交，其中，所述起点所对应的垂线段为起点引线，所述终点所对应的垂线段为终点引线；

D3，分别以起点及终点为基准切断对应道路中线。

作为上述方案的改进，所述步骤F包括：

F1，判断步骤E中是否存在错误的拓扑路径；

F2，若存在错误的拓扑路径，删除错误的拓扑路径，返回步骤E；

F3，若不存在错误的拓扑路径，删除长度较长的拓扑路径，并返回步骤E，直到仅剩一条连接起点、终点及引线的拓扑路径。

作为上述方案的改进，所述步骤F3包括：

F31，判断拓扑路径中是否存在分支结点，其中，所述分支结点为除起点及终点以外的拓扑路径交点；

F32，若存在分支结点，检查拓扑路径中分支结点的连接线，删除长度较长的连接线，返回步骤E；

F33，若不存在分支结点，且拓扑路径唯一并包含起点及终点时，则拓扑路径为起点与终点之间的通达道路。

作为上述方案的改进，所述步骤F32包括：

F321，若存在两相邻的分支结点，则删除两相邻的分支结点的连接线中较长的连接线，返回步骤E；

F322，若存在唯一的分支结点，且拓扑路径中包含起点及终点，则删除分支结点与起点或终点的连线中较长的连接线，返回步骤E；

F323，若存在唯一的分支结点，且拓扑路径中不包含起点或终点，则删除拓扑路径，返回步骤E。

相应地，本发明还提供了一种基于道路中线的复杂道路内部通达性分析系统，包括：获取模块，用于获取原始地理图；栅矢转换模块，用于对原始地理图进行栅矢转换处理，以提取原始地理图中的道路模型；中线提取模块，用于提取道路模型中的道路中线；引线构建模块，用于分别为起点及终点构建引线，其中，起点所对应的引线为起点引线，终点所对应的引线为终点引线；拓扑构建模块，用于对道路中线进行空间拓扑处理以构建拓扑路径；路径剔除模块，用于剔除多余的拓扑路径，直到仅剩一条连接起点、终点及引线的拓扑路径。

作为上述方案的改进，所述引线构建模块包括：偏移单元，用于分别将起点及终点偏移至道路中线上；垂线段单元，用于分别以起点及终点为基准构建垂线段，其中，所述起点所对应的垂线段为起点引线，所述终点所对应的垂线段为终点引线；切断单元，用于分别以起点及终点为基准切断道路中线。

作为上述方案的改进，所述路径剔除模块包括：错误判断单元，用于判断是否存在错误的拓扑路径；第一删除单元，用于存在错误的拓扑路径时，删除错误的拓扑路径，；第二删除单元，用于不存在错误的拓扑路径时，删除长度较长的拓扑路径，直到仅剩一条连接起点、终点及引线的拓扑路径。

作为上述方案的改进，所述第二删除单元包括：结点判断单元，用于判断拓扑路径中是否存在分支结点，其中，所述分支结点为除起点及终点以外的拓扑路径交点；第一分支处理单元，用于存在分支结点时，检查拓扑路径中分支结点的连接线，删除长度较长的连接线；第二分支处理单元，用于不存在分支结点，且拓扑路径唯一并包含起点及终点时，则设置拓扑路径为起点与终点之间的通达道路。

作为上述方案的改进，所述第一分支处理单元包括：第一删除子单元，用于存在两相邻的分支结点时，则删除两相邻的分支结点的连接线中较长的连接线；第二删除子单元，用于存在唯一的分支结点时，且拓扑路径中包含起点及终点，则删除分支结点与起点或终点的连线中较长的连接线；第三删除子单元，用于存在唯一的分支结点，且拓扑路径中不包含起点或终点时，则删除拓扑路径。

实施本发明，具有如下有益效果：

本发明通过将复杂道路解算扩展到空间拓扑分析领域，通过点线关系，线拓扑错误理论及定义，求解出复杂道路，因此本发明尤其适用于平面道路的通达性求解；与传统算法相比，本发明具有原理简单，易于实现，高效稳定的特点，可有效克服现有技术运算效率低、准确度低的缺陷，大大节约数据处理的难度、成本和时间，在民用及军用领域都具有巨大应用潜力。

附图说明

图1是本发明基于道路中线的复杂道路内部通达性分析方法的第一实施流程图；

图2是本发明基于道路中线的复杂道路内部通达性分析方法的第二实施流程图；

图3是本发明基于道路中线的复杂道路内部通达性分析方法的第三实施流程图；

图4是本发明中的原始地理图；

图5是本发明中的道路模型图；

图6是本发明中的道路中线图；

图7是本发明中的引线示意图；

图8是本发明中的拓扑路径图；

图9是本发明中的另一拓扑路径图；

图10是本发明中的又一拓扑路径图；

图11是本发明中的通达路径图；

图12是本发明基于道路中线的复杂道路内部通达性分析系统的结构示意图；

图13是本发明中引线构建模块的结构示意图；

图14是本发明中路径剔除模块的结构示意图；

图15是本发明中第一删除模块的结构示意图；

图16是本发明中第一分支处理单元的结构示意图；

图中各部分序号如下：

点A为起点，点B为终点，引线C为起点引线，引线D为终点引线，虚线E为错误的拓扑路径，实线F即为通达路径。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。仅此声明，本发明在文中出现或即将出现的上、下、左、右、前、后、内、外等方位用词，仅以本发明的附图为基准，其并不是对本发明的具体限定。

参见图1，图1显示了本发明基于道路中线的复杂道路内部通达性分析方法的第一实施例流程图，其包括：

S101，获取原始地理图(参见图4)；

S102，对原始地理图进行栅矢转换处理，以提取原始地理图中的道路模型(参见图5)；

需要说明的是，对原始地理图进行栅矢转换处理后，可快速地隐藏原始地理图中的无关信息(如，植被、建筑物等)，从而提取出准确的道路模型。

S103，提取道路模型中的道路中线(参见图6)；

需要说明的是，步骤S102中所提取的道路模型具有宽度信息，可直接反应道路的实际宽度；但是，在构建路径时不需要掌握道路的实际宽度，因此，本本方法通过提取道路模型中各道路中线的方式，将含宽度信息的道路模型简化为不含宽度信息的线段。

S104，分别为起点及终点构建引线(参见图7)；

其中，起点所对应的引线为起点引线，终点所对应的引线为终点引线；

具体地，所述步骤S104包括：

(1)分别将起点及终点偏移至道路中线上。

例如，当起点不在道路中线上时，查找出道路中线上与起点距离最近的点，并把该点设置为起点，从而实现起点的偏移；当起点在道路中线上时，则不需要进行偏移处理。

(2)分别以起点及终点为基准构建垂线段。

需要说明的是，所述起点所对应的垂线段为起点引线，所述终点所对应的垂线段为终点引线。同时，所述垂线段仅与起点或终点相交，但不与其他道路中线相交。

(3)分别以起点及终点为基准切断道路中线。

S105，对道路中线进行空间拓扑处理以构建拓扑路径；

S106，剔除多余的拓扑路径并返回步骤S105，直到仅剩一条连接起点、终点及引线的拓扑路径(参见图8～11)。

需要说明的是，所述多余的拓扑路径包括错误的拓扑路径及重复的拓扑路径等，但不以此为限制，只要不是起点与终点之间的最短路径即为多余的拓扑路径。经步骤S101～S106处理后，剩下的唯一一条拓扑路径即为起点与终点之间的通达路径(参见图11)。

参见图2，图2显示了本发明基于道路中线的复杂道路内部通达性分析方法的第二实施例流程图，其包括：

S201，获取原始地理图(参见图4)；

S202，对原始地理图进行栅矢转换处理，以提取原始地理图中的道路模型(参见图5)；

S203，提取道路模型中的道路中线(参见图6)；

S204，分别为起点及终点构建引线(参见图7)；其中，起点所对应的引线为起点引线，终点所对应的引线为终点引线；

具体地，所述步骤S204包括：

(1)分别将起点及终点偏移至道路中线上。

(2)分别以起点及终点为基准构建垂线段。

(3)分别以起点及终点为基准切断道路中线。

S205，对道路中线进行空间拓扑处理以构建拓扑路径(参见图8)；

S206，判断步骤S205中是否存在错误的拓扑路径；

需要说明的是，步骤S205中在构建拓扑路径时，可记录错误的拓扑路径(参见图8中的虚线)，所述错误的拓扑路径是指无法连通起点及终点路径。

S207，若存在错误的拓扑路径，删除错误的拓扑路径(参见图8、9)，返回步骤S205；

S208，若不存在错误的拓扑路径，删除长度较长的拓扑路径(参见图10)，并返回步骤S205，直到仅剩一条连接起点、终点及引线的拓扑路径(参见图11)。

需要说明的是，长度较长的拓扑路径是指当两条路径均能连接起点及终点时，长度较长的一条路径即为长度较长的拓扑路径。相应地，经步骤S201～S208处理后，剩下的唯一一条拓扑路径即为起点与终点之间的通达路径。

参见图3，图3显示了本发明基于道路中线的复杂道路内部通达性分析方法的第三实施例流程图，其包括：

S301，获取原始地理图(参见图4)；

S302，对原始地理图进行栅矢转换处理，以提取原始地理图中的道路模型(参见图5)；

S303，提取道路模型中的道路中线(参见图6)；

S304，分别为起点及终点构建引线(参见图7)；其中，起点所对应的引线为起点引线，终点所对应的引线为终点引线；

具体地，所述步骤S304包括：

(1)分别将起点及终点偏移至道路中线上。

(2)分别以起点及终点为基准构建垂线段。

(3)分别以起点及终点为基准切断道路中线。

S305，对道路中线进行空间拓扑处理以构建拓扑路径(参见图8)；

S306，判断步骤S305中是否存在错误的拓扑路径；

需要说明的是，步骤S305中在构建拓扑路径时，可记录错误的拓扑路径，所述错误的拓扑路径是指无法连通起点及终点路径。

S307，若存在错误的拓扑路径，删除错误的拓扑路径(参见图8、9中的虚线)，返回步骤S305；

S308，若不存在错误的拓扑路径，则判断拓扑路径中是否存在分支结点。

其中，所述分支结点为除起点及终点以外的拓扑路径交点；

S309，若存在分支结点，检查拓扑路径中分支结点的连接线，删除长度较长的连接线(参见图10)，返回步骤S305；

具体地，所述步骤S309包括：

(1)若存在两相邻的分支结点(参见图10中的点m及点n)，则删除两相邻的分支结点的连接线中较长的连接线，返回步骤S305；

(2)若存在唯一的分支结点(即拓扑路径中存在闭合道路，参见图10中的点o)，且拓扑路径中包含起点及终点，则删除分支结点与起点或终点的连线中较长的连接线(参见图10中的点o右侧的闭合路径)，返回步骤S305；

(3)若存在唯一的分支结点，且拓扑路径中不包含起点或终点，则删除拓扑路径(即删除闭合道路)，返回步骤S305。

S310，若不存在分支结点，且拓扑路径唯一并包含起点及终点时，则拓扑路径为起点与终点之间的通达道路。

由上可知，本发明通过将复杂道路解算扩展到空间拓扑分析领域，通过点线关系，线拓扑错误理论及定义，求解出复杂道路，因此本发明尤其适用于平面道路的通达性求解；与传统算法相比，本发明具有原理简单，易于实现，高效稳定的特点，可有效克服现有技术运算效率低、准确度低的缺陷，大大节约数据处理的难度、成本和时间，在民用及军用领域都具有巨大应用潜力。

参见图12，图12显示了本发明基于道路中线的复杂道路内部通达性分析系统100的具体结构，其包括：

获取模块1，用于获取原始地理图；

栅矢转换模块2，用于对原始地理图进行栅矢转换处理，以提取原始地理图中的道路模型；

中线提取模块3，用于提取道路模型中的道路中线；

引线构建模块4，用于分别为起点及终点构建引线。其中，起点所对应的引线为起点引线，终点所对应的引线为终点引线。

拓扑构建模块5，用于对道路中线进行空间拓扑处理以构建拓扑路径；

路径剔除模块6，用于剔除多余的拓扑路径，直到仅剩一条连接起点、终点及引线的拓扑路径。

工作时，获取模块1获取原始地理图；栅矢转换模块2对原始地理图进行栅矢转换处理，以提取原始地理图中的道路模型；中线提取模块3提取道路模型中的道路中线；引线构建模块4分别为起点及终点构建引线。拓扑构建模块5对道路中线进行空间拓扑处理以构建拓扑路径；路径剔除模块6剔除多余的拓扑路径后，通过拓扑构建模块5再次对道路中线进行空间拓扑处理以构建拓扑路径，直到仅剩一条连接起点、终点及引线的拓扑路径。

如图13所示，所述引线构建模块4包括：

偏移单元41，用于分别将起点及终点偏移至道路中线上；

垂线段单元42，用于分别以起点及终点为基准构建垂线段。其中，所述起点所对应的垂线段为起点引线，所述终点所对应的垂线段为终点引线。

切断单元43，用于分别以起点及终点为基准切断道路中线。

需说明的是，引线构建模块4为起点及终点构建引线过程中，首先通过该偏移单元41分别将起点及终点偏移至道路中线上，其次通过垂线段单元42分别以起点及终点为基准构建垂线段，最后通过切断单元43分别以起点及终点为基准切断道路中线。

如图14所示，所述路径剔除模块6包括：

错误判断单元61，用于判断是否存在错误的拓扑路径；

第一删除单元62，用于存在错误的拓扑路径时，删除错误的拓扑路径，；

第二删除单元63，用于不存在错误的拓扑路径时，删除长度较长的拓扑路径，直到仅剩一条连接起点、终点及引线的拓扑路径。

需要说明的是，路径剔除模块6剔除多余的拓扑路径，直到仅剩一条连接起点、终点及引线的拓扑路径的过程包括：通过错误判断单元61判断是否存在错误的拓扑路径；若存在错误的拓扑路径时，则通过第一删除单元62删除错误的拓扑路径，并通过拓扑构建模块5再次对道路中线进行空间拓扑处理以构建拓扑路径；若不存在错误的拓扑路径时，则通过第二删除单元63删除长度较长的拓扑路径，并通过拓扑构建模块5再次对道路中线进行空间拓扑处理以构建拓扑路径，直到仅剩一条连接起点、终点及引线的拓扑路径。

如图15所示，所述第二删除单元63包括：

结点判断单元631，用于判断拓扑路径中是否存在分支结点，其中，所述分支结点为除起点及终点以外的拓扑路径交点；

第一分支处理单元632，用于存在分支结点时，检查拓扑路径中分支结点的连接线，删除长度较长的连接线；

第二分支处理单元633，用于不存在分支结点，且拓扑路径唯一并包含起点及终点时，则设置拓扑路径为起点与终点之间的通达道路。

需要说明的是，第二删除单元63删除长度较长的拓扑路径的过程包括：通过结点判断单元631判断拓扑路径中是否存在分支结点；若存在分支结点时，第一分支处理单元632检查拓扑路径中分支结点的连接线，删除长度较长的连接线，并通过拓扑构建模块5再次对道路中线进行空间拓扑处理以构建拓扑路径；若不存在分支结点且拓扑路径唯一并包含起点及终点时，第二分支处理单元633将该拓扑路径设置为起点与终点之间的通达道路。

如图16所示，所述第一分支处理单元632包括：

第一删除子单元6321，用于存在两相邻的分支结点时，则删除两相邻的分支结点的连接线中较长的连接线；

第二删除子单元6322，用于存在唯一的分支结点时，且拓扑路径中包含起点及终点，则删除分支结点与起点或终点的连线中较长的连接线；

第三删除子单元6323，用于存在唯一的分支结点，且拓扑路径中不包含起点或终点时，则删除拓扑路径。

具体地，第一分支处理单元632的处理过程包括：若存在两相邻的分支结点时，第一删除子单元6321删除两相邻的分支结点的连接线中较长的连接线；若存在唯一的分支结点时且拓扑路径中包含起点及终点时，第二删除子单元6322删除分支结点与起点或终点的连线中较长的连接线；若存在唯一的分支结点，且拓扑路径中不包含起点或终点时，第三删除子单元6323删除拓扑路径。

需要说明的是，本发明可运行于Windows 7操作系统上，具有原理简单，易于实现，高效稳定的特点，可有效克服现有技术运算效率低、准确度低的缺陷，大大节约数据处理的难度、成本和时间，在民用及军用领域都具有巨大应用潜力。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。