一种构建道路交叉口等比例模型的方法

摘要

本发明公开了一种构建道路交叉口等比例模型的方法，该方法包括根据道路交叉口的空间特征，将其中的道路轮廓、车道、隔离带、导流岛、人行横道等交通要素抽象为简单的几何图形，设置各类交通要素的关键节点空间坐标并配置相应的交通属性，绘制出与实物交叉口在角度、距离和面积上相一致的模型。模型的空间和属性信息使用标准、通用的文本格式存储，可以在多种载体上查阅和修改。模型中包含了交通管理属性特征，支持交通数据分析、信号控制、运行评价等应用场景需求。

说明书

技术领域

本发明涉及道路交通技术领域，具体为一种构建道路交叉口等比例模型的方法。

背景技术

道路交叉口是道路与道路相交的地方，车辆、行人组成的交通流在这里交汇。在整个城市道路交通网络中，道路交叉口是交通拥堵和交通事故的多发点,是城市交通管理部门最为关键的管理对象。

利用计算机绘图软件可以构建道路交叉口的数字化模型，通过点、线、面、符号、文字等方式来表达道路轮廓、车道、导流岛、人行横道等交通要素。道路交叉口模型既包括交叉口的几何形状，也包括交叉口内各要素的属性信息，是交通组织设计、信号控制、交通评价等工作的必要基础资料。

简单的交叉口模型可以通过配置路口类型、方向、车道等参数，利用计算机图形开发框架自动生成，但这种模型与实际的交叉口在角度、距离和实际位置上都有很大的误差。目前，构建道路交叉口等比例模型的常用方法是通过AutoCAD、Visio等商业的计算机辅助制图软件进行绘制。

传统方法只提供通用的绘图工具，各种交通要素需要拆解成点、线、面等基本几何形状单独绘制，软件操作复杂，对操作人员的技术水平有较高要求，交叉口建模需要耗费大量时间。

传统方法偏重于工程制图，未考虑数据分析和应用需求，没有对交通属性和交通要素之间的内在关联性进行管理，无法直接应用于交通分析、控制等系统。

传统方法采用的商业软件，出于商业目的采用特定格式存储，需要在对应的制图软件内才能进行查看和编辑，无法满足网络及移动应用环境下多用户访问的需求，不利于信息共享和数据更新。

发明内容

本发明的目的在于提供一种构建道路交叉口等比例模型的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种构建道路交叉口等比例模型的方法，包括：

步骤100：设置各条交叉口道路边线的关键节点空间坐标，用直线和曲线绘制道路边线；

步骤200：遍历各条道路边线，用面状填充绘制交叉口的轮廓；

步骤300：设置各个方向的进口、出口车道渠化段的空间范围坐标，配置车道属性并生成交通标线及导向箭头；

步骤400：设置各个导流岛的关键节点空间坐标，用面状填充绘制导流岛；

步骤500：设置各个人行横道的空间范围坐标，用多个面状填充绘制人行横道；

步骤600：保存各类交通要素的空间和属性信息。

优选的，所述的步骤100中设置各条交叉口道路边线的关键节点空间坐标，用直线和曲线绘制道路边线，具体步骤为：

步骤110：按照顺时针方向依次设置交叉口道路边线的起点、拐点1、拐点2、终点共4个关键节点的空间坐标；

步骤120：通过步骤110中4个关键节点的空间坐标计算出道路边线中转弯部分弧线的控制点坐标；

步骤130：将步骤110中起点、拐点1、拐点2、终点用直线和贝塞尔曲线依次连接，完成道路边线的绘制。

优选的，所述的步骤200中遍历各条道路边线，用面状填充绘制交叉口的轮廓，具体步骤为：

步骤210：提取步骤100中绘制完成的所有道路边线，从其中任意选择一条作为当前边线，加入边线队列；

步骤220：遍历剩余边线，计算边线起点与步骤210中当前边线的终点之间的距离，将距离最近的边线设为当前边线，加入边线队列，并从剩余边线中移除；

步骤230：重复步骤220，直至剩余边线数为1，将最后1条边线加入边线队列；

步骤240：从边线队列中顺序提取道路边线，将道路边线用直线依次相连，构成一个闭合图形，用颜色填充后绘制成交叉口轮廓。

优选的，所述的步骤300中设置各个方向的进口、出口车道渠化段的空间范围坐标，配置车道属性并生成交通标线及导向箭头，具体步骤为：

步骤310：设置三个关键节点坐标来标定渠化段的空间范围，以平行四边形规则计算第四个点的空间坐标；

步骤320：计算渠化段的长度、宽度,设置车道数量、车道类型、车道宽度、中央分隔带类型等属性；

步骤330：绘制停止线，依次计算各条交通标线空间坐标，计算导向箭头空间坐标及角度，用直线绘制车道交通标线，用标准符号绘制车道内的导向箭头。

优选的，所述的步骤400中设置各个导流岛的关键节点空间坐标，用面状填充绘制导流岛，具体步骤为：

步骤410：按照顺时针方向依次设置导流岛起点、拐点1、拐点2、终点、弧度控制点共5个关键节点；

步骤420：通过步骤410中前4个关键节点的空间坐标计算出导流岛圆角部分贝塞尔曲线的控制点坐标；

步骤430：将步骤410中起点、拐点1、拐点2、终点用直线和贝塞尔曲线依次连接，构成一个闭合图形，用颜色填充后形成导流岛。

优选的，所述的步骤500中设置各个人行横道的空间范围坐标，用多个面状填充绘制人行横道，具体步骤为：

步骤510：设置三个关键节点坐标来标定人行横道的空间范围，以平行四边形规则计算第四个点的空间坐标；

步骤520：计算人行横道的长度，根据斑马线宽度和间隔计算需要绘制的填充区域数量；

步骤530：按照步骤520中计算的数量，依次计算填充区域的空间坐标，用面状填充绘制人行横道。

优选的，所述的步骤600中保存各类交通要素的空间和属性信息，包括：交叉口模型中交通要素的空间信息包括了关键节点的坐标，属性信息包括了交通属性信息，通过标准、通用的文本格式将空间信息和属性信息组合成数据包，数据包可以通过文件或数据库存储到相应介质上，能够在多种载体上查阅和修改，支持交通数据分析、信号控制、运行评价等应用场景需求。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.简化建模工作的复杂度，根据道路交叉口中复杂的交通要素抽象为简单的几何图形，通过设置关键节点空间坐标及交通属性，自动绘制与实物交叉口在角度、距离和面积上相一致的模型。

2.交叉口模型的空间和属性信息使用标准、通用的文本格式存储，可以在多种载体上查阅和修改。

3.模型中包含了交通管理属性特征，支持交通数据分析、信号控制、运行评价等应用场景需求。

附图说明

图1是本发明方法的总体流程图；

图2是本发明实施例中道路边线绘制的示意图；

图3是本发明实施例中交叉口轮廓绘制的示意图；

图4是本发明实施例中进口车道绘制的示意图；

图5是本发明实施例中导流岛绘制的示意图；

图6是本发明实施例中人行横道的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-6，本发明提供一种技术方案：一种构建道路交叉口等比例模型的方法，包括：

步骤100：设置各条交叉口道路边线的关键节点空间坐标，用直线和曲线绘制道路边线；

步骤200：遍历各条道路边线，用面状填充绘制交叉口的轮廓；

步骤300：设置各个方向的进口、出口车道渠化段的空间范围坐标，配置车道属性并生成交通标线及导向箭头；

步骤400：设置各个导流岛的关键节点空间坐标，用面状填充绘制导流岛；

步骤500：设置各个人行横道的空间范围坐标，用多个面状填充绘制人行横道；

步骤600：保存各类交通要素的空间和属性信息。

根据交叉口各个交通要素的抽象几何特征，设置关键节点的空间坐标，配置交通属性信息，实现交叉口模型的快速构建，同时在空间特征上保证了角度、距离和面积等参数上与实物的一致性，利用开放的数据存储方式，满足其他系统的模型应用需求。

所述的步骤100中设置各条交叉口道路边线的关键节点空间坐标，用直线和曲线绘制道路边线，具体步骤为：

步骤110：按照顺时针方向依次设置交叉口道路边线的起点、拐点1、拐点2、终点共4个关键节点的空间坐标；

如图2所示，4个关键节点分别为：

S:起点,空间坐标值[Sx,Sy]；

A:拐点1,空间坐标值[Ax,Ay]；

B:拐点2,空间坐标值[Bx,By]；

E:终点,空间坐标值[Ex,Ey]。

步骤120：通过步骤110中4个关键节点的空间坐标计算出道路边线中转弯部分弧线的控制点坐标；

如图2所示，道路边线中转弯部分需要用二阶贝塞尔曲线来构建，贝塞尔曲线的控制点为C点。

C点为S点与A点构成线段的延伸线与E点和B点构成的延伸线的交汇点，通过公式可计算C点的空间坐标[Cx,Cy]。

K＝(Bx-Ex)×(Sy-Ey)-(By-Ey)×(Sx-Ex)；

U＝(By-Ey)×(Ax-Sx)-(Bx-Ex)×(Ay-Sy)；

Cx＝Sx+K×(Ax-Sx)÷U；

Cy＝Sy+K×(Ay-Sy)÷U。

步骤130：将步骤110中起点、拐点1、拐点2、终点用直线和贝塞尔曲线依次连接，完成道路边线的绘制。

如图2所示，道路边线的绘制方法如下：

1、S点与A点用直线连接；

2、A点与B点用贝塞尔曲线连接，贝塞尔曲线的控制点为C点；

3、B点与E点用直线连接。

所述的步骤200中遍历各条道路边线，用面状填充绘制交叉口的轮廓，具体步骤为：

步骤210：提取步骤100中绘制完成的所有道路边线，从其中任意选择一条作为当前边线，加入边线队列；

如图3所示，例中共计有4条道路边线{L1,L2,L3,L4}，从中选择L2作为当前边线,加入边线队列。

此时边线队列为{L2},剩余边线为{L1,L3,L4}。

步骤220：遍历剩余边线，计算边线起点与步骤210中当前边线的终点之间的距离，将距离最近的边线设为当前边线，加入边线队列，并从剩余边线中移除；

提取当前边线L2的终点S2的空间坐标，计算与剩余边线队列{L1,L3,L4}中的各条边线的起点{S1,S3,S4}间的距离，计算结果为{D1,D3,D4}，其中的最小值为D3,将对应的L3设为当前边线，将其加入边线队列，并从剩余边线中移除。

此时边线队列为{L2,L3},剩余边线为{L1,L4}。

步骤230：重复步骤220，直至剩余边线数为1，将最后1条边线加入边线队列；

完成本步骤之后，可以得到正确顺序的边线队列。

此时边线队列的值为{L2,L3,L4,L1}。

步骤240：从边线队列中顺序提取道路边线，将道路边线用直线依次相连，构成一个闭合图形，用颜色填充后绘制成交叉口轮廓。

从边线队列{L2,L3,L4,L1}中依次提取道路边线，前一条边线的终点与后一条边线的起点用直线连接，最后一条边线的终点与第一条边线的起点相连，构成闭合图形后，用颜色(#222222)填充该区域，完成交叉口轮廓的绘制，如图3。

所述的步骤300中设置各个方向的进口、出口车道渠化段的空间范围坐标，配置车道属性并生成交通标线及导向箭头，具体步骤为：

步骤310：设置三个关键节点坐标来标定渠化段的空间范围，以平行四边形规则计算第四个点的空间坐标；

如图4所示，进口车道的三个关键节点位置分别为：

A:停止线靠道路侧边的端点，空间坐标值[Ax,Ay]；

B:停止线靠道路中心的端点，空间坐标值[Bx,By]；

C:道路中心渠化段结束位置，空间坐标值[Cx,Cy]；

渠化段空间范围可通过平行四边形来标定，构成平行四边形的第四个点D可通过公式计算其空间坐标[Dx,Dy]。

Dx＝Ax+Cx-Bx；

Dy＝Ay+Cy-By；

步骤320：计算渠化段的长度、宽度,设置车道数量、车道类型、车道宽度、中央分隔带类型等属性；

渠化段的宽度通过A点到B点的距离计算，渠化段的长度通过B点到C点的距离计算，通过属性的设置，得到以下参数：

W:渠化段宽度；

L:渠化段长度；

N:车道数量；

{T

{D

车道的类型包括：掉头,左转,直行,右转,左直,左直右,直右,左右,左转掉头,直行掉头,左弯,右弯、非机动车道。

中央分隔带的类型包括：绿化带、双黄实线、单黄实线、白实线、单黄虚线。

步骤330：绘制停止线，依次计算各条交通标线空间坐标，计算导向箭头空间坐标及角度，用直线绘制车道交通标线，用标准符号绘制车道内的导向箭头。

如图4所示，将A点与B点用直线连接，绘制交叉口的停止线。

根据车道数量1～N，计算车道宽度之和M，再依次计算各个车道的交通边线的空间坐标和导向箭头的空间坐标及角度。

车道序号为j的车道，其交通标线端点的空间坐标S点[Sx,Sy]、E点[Ex,Ey]可通过以下公式进行计算。

M＝ΣDi，其中i＝1,2,...,j；

Sx＝Bx+(Ax-Bx)×M÷W；

Sy＝By+(Ay-By)×M÷W；

Ex＝Cx+(Dx-Cx)×M÷W；

Ey＝Cy+(Dy-Cy)×M÷W；

车道序号为j的车道，其导向箭头的空间坐标G点[Gx,Gy]可通过以下公式进行计算。

Gx＝Sx+((Ex-Sx)×5÷L-(Ax-Bx)×Dj÷W)÷2；

Gy＝Sy+((Ey-Sy)×5÷L-(Ay-By)×Dj÷W)÷2；

根据上述计算结果，依次用直线绘制车道交通标线，用标准符号绘制车道内的导向箭头,以及导向箭头的方向与E点同S点构成的线段方向一致。

所述的步骤400中设置各个导流岛的关键节点空间坐标，用面状填充绘制导流岛，具体步骤为：

步骤410：按照顺时针方向依次设置导流岛起点、拐点1、拐点2、终点、弧度控制点共5个关键节点；

如图5所示，5个关键节点分别为：

S:起点,空间坐标值[Sx,Sy]；

A:拐点1,空间坐标值[Ax,Ay]；

B:拐点2,空间坐标值[Bx,By]；

E:终点,空间坐标值[Ex,Ey]；

D:弧度控制点,空间坐标值[Dx,Dy]。

步骤420：通过步骤410中前4个关键节点的空间坐标计算出导流岛圆角部分贝塞尔曲线的控制点坐标；

如图5所示，导流岛圆角部分需要用二阶贝塞尔曲线来构建，贝塞尔曲线的控制点为C点。

C点为S点与A点构成线段的延伸线与E点和B点构成的延伸线的交汇点，通过公式可计算C点的空间坐标[Cx,Cy]。

K＝(Bx-Ex)×(Sy-Ey)-(By-Ey)×(Sx-Ex)；

U＝(By-Ey)×(Ax-Sx)-(Bx-Ex)×(Ay-Sy)；

Cx＝Sx+K×(Ax-Sx)÷U；

Cy＝Sy+K×(Ay-Sy)÷U。

步骤430：将步骤410中起点、拐点1、拐点2、终点用直线和贝塞尔曲线依次连接，构成一个闭合图形，用颜色填充后形成导流岛。

如图5所示，导流岛的绘制方法如下：

1、S点与A点用直线连接；

2、A点与B点用贝塞尔曲线连接，贝塞尔曲线的控制点为C点；

3、B点与E点用直线连接；

4、E点与S点用贝塞尔曲线连接，贝塞尔曲线的控制点为D点；

5、构成闭合图形后，用颜色(#666666)填充该区域，完成导流岛的绘制。

所述的步骤500中设置各个人行横道的空间范围坐标，用多个面状填充绘制人行横道，具体步骤为：

步骤510：设置三个关键节点坐标来标定人行横道的空间范围，以平行四边形规则计算第四个点的空间坐标；

如图6所示，人行横道的三个关键节点位置分别为：

A:人行横道一侧端点，空间坐标值[Ax,Ay]；

B:人行横道另一侧端点，空间坐标值[Bx,By]；

C:人行横道宽度位置，空间坐标值[Cx,Cy]；

人行横道空间范围可通过平行四边形来标定，构成平行四边形的第四个点D可通过公式计算其空间坐标[Dx,Dy]。

Dx＝Ax+Cx-Bx；

Dy＝Ay+Cy-By。

步骤520：计算人行横道的长度，根据斑马线宽度和间隔计算需要绘制的填充区域数量；

人行横道的长度L为A点到B点的距离，每条斑马线的宽度设为0.5米，斑马线之间的间隔设为0.8米，可计算得到填充区域数量N。

序号为j的填充区域，其节点E的坐标[Ex,Ey]、F的坐标[Fx,Fy]、G的坐标[Gx,Gy]、H的坐标[Hx,Hy]可通过以下公式进行计算。

Ex＝Bx+(Ax-Bx)×(j×1.3-0.5)÷L；

Ey＝By+(Ay-By)×(j×1.3-0.5)÷L；

Fx＝Bx+(Ax-Bx)×(j×1.3)÷L；

Fy＝By+(Ay-By)×(j×1.3)÷L；

Gx＝Cx+(Dx-Cx)×(j×1.3)÷L；

Gy＝Cy+(Dy-Cy)×(j×1.3)÷L；

Hx＝Cx+(Dx-Cx)×(j×1.3-0.5)÷L；

Hy＝Cy+(Dy-Cy)×(j×1.3-0.5)÷L；

根据上述计算结果，用颜色(#ffffff)填充绘制面状区域。

步骤530：按照步骤520中计算的数量N，从1到N按照上述方法依次绘制填充区域，完成人行横道的绘制。

步骤600中所述保存各类交通要素的空间和属性信息，包括：交叉口模型中交通要素的空间信息包括了关键节点的坐标，属性信息包括了交通属性信息，通过标准、通用的文本格式将空间信息和属性信息组合成数据包，数据包可以通过文件或数据库存储到相应介质上，能够在多种载体上查阅和修改，支持交通数据分析、信号控制、运行评价等应用场景需求。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“节点”、“拐点”、“端点”、“起点”、“终点”、“延伸”、“闭合”、“交汇点”、“控制点”、“轮廓”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的要素必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“绘制”、“设置”、“生成”、“填充”、“连接”、“构建”等术语应做广义理解，例如，可以是颜色填充，也可以是图形填充，或是符号填充，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。