• 智能交通道路模型浅析---单线模型VS双线模型
    2014-10-08 09:11:35   来源:易华录中央研究院   评论:0 点击:

    随着智能交通系统的应用越来越广泛,客户对于平台的功能要求也越来越多,而道路作为整个系统的基础,为系统的应用提供定位、检索等基础服务,被要求具有的功能也越来越多了。

    在ATMS平台中,所有的设备的显示都需要以道路地理数据为基准进行,交通流需要以道路为基础进行制作,特勤路线需要以道路为基础进行规划,路径寻优更是完全的道路应用。随着智能交通领域技术的不断更新,业务的不断拓展,道路地理数据的应用会越来越多。

    但是作为基础应用的道路数据,我们之前一直采用单线模型来表达,所有的应用和工具都是围绕单线模型来开发的,但是单线模型由于自身存在的不足,已经不能满足智能交通业务的发展需要,所以我们的道路数据模型将逐步由单线模型向双线模型进行升级。

    一、单线道路模型和双线道路模型

    在对单线模型和双线模型进行比较之前,先解释什么是单线道路模型和双线道路模型,这两种模型到底是如何对表达现实世界的道路的。

    1)单线模型

    顾名思义,就是所有的道路都用一条道路中心线来表达,而不考虑道路的行车方向、有无隔离带、是否存在高架、辅路、立交等,如下图所示:

    上图中:廊坊爱民东道是有隔离带道路,与之交叉的迎春路是无隔离带道路,但最终的数据都是单线表示的,没有区分是否存在隔离带。当然也就没有主路、辅路、高架这些道路要素的区分了。

    2)双线模型

    双线模型是相对于单线模型给出的一个概念,并不是所有的道路都要用双线来表示,而是将有物理隔离带(铁栅栏、水泥墩、绿化带等)和双黄线隔离带的道路用双线来表达,普通无隔离或单白线隔离的道路依然用单线表达。

    下左图是北京丽泽路及周边的连接道路,可以看出双线是如何对道路进行表达的(下右图):

    丽泽路存在主路和辅路,并且道路之间都有物理隔离带进行隔离,用4条线进行表达,分别表示两个方向的主辅路;与丽泽路交叉的道路没有隔离带,用单线表达,表示双向。这就是“双线模型”,不是所有道路都用双线,只是存在物理隔离的道路才用双线,一切以实际的道路情况为准进行线化表达。

    二、单线道路模型和双线道路模型在物理特性上的区别

    对两种道路模型的概念进行了解之后,继续从物理特性上对两种模型的特点及区别进行一下分析。还是用一张图例来进行说明:下面这张图是北京的四环路,这条路的主路是有绿化地隔离,两侧分别有辅路。

    将上面的道路进行线化,两种模型的处理方式如下:

    单线模型

    双线模型

    通过上面的图可以很直观的看出单线和双线的区别:

    1)单线模型所有道路都处理成单线,无论道路有无隔离带、有无主辅路区分,都统一绘制成一条道路中心线。

    双线模型根据现实道路的情况进行绘制,有隔离带的道路单独进行绘制,道路内容更加丰富,对于现实道路的表达更加准确。

    2)单线模型中所有平面交叉的路口一律默认为“全通”,如上图中与四环路相交的道路,都是连接到四环辅路上的,但是由于单线模型中没有辅路,默认所有道路都连接到了四环的主路上。

    双线模型中对于路口连接关系的表达更接近现实世界,区分出来“单通”、“全通”、“辅单通”、“辅全通”等连接关系,将路口的连接情况真实的表达了出来。

    3)单线模型没有“行车方向”的区分,所有道路都是默认“双向行驶”,如果有单向行驶的道路需要单独提取做图层进行区分。

    双线模型中对于行车方向进行了严格的区分,单向行驶、双向行驶、禁止通行在属性信息中一目了然。

    3、单线道路模型和双线道路模型在业务应用上的分析比较

    道路数据制作的目的是为了在业务中进行应用,哪个和业务系统结合的更紧密、更符合实际业务的需要,哪个才能继续发展下去。下面就从业务应用的角度来简单的分析一下两者的区别。

    1)设备应用

    v设备定位:目前的设备定位都是在单线的基础上实施的,遇到四环这类主辅路上都存在设备的时候,就无法将设备精准的进行定位,设备标上去了,但是无法区分这个设备是为主路服务的,还是为辅路服务的。但如果将道路模型改为双线模型,则很容易的就将上面的问题解决掉了

    v设备统计:因为是单线,所有的设备都是在这条路上的,当分别统计“上下行道路设备/主辅路道路设备”的时候,因为没有相应的道路,所以根本无法实现。

    v设备功能:由于单线道路的局限性,有些设备的功能无法实现。举一个很简答的例子,电子警察监测的道路都是有规定的,有的是监测两个方向的车辆,有的是监测一个方向的,但是目前我们的业务中默认都是两个方向,这样在实际的应用中就会出问题。如果遇到对电子警察的应用很精细的项目,要求每个电子警察都要准确的标出监控的道路、方向、角度,和道路做精确的关联的时候,只有双线模型可以实现这些功能。

    2)交通流应用

    交通流是智能交通应用的一个很重要的部分,所以道路模型对这部分业务的影响也是很大的。目前交通流都是在单线模型的基础上,通过工具生成交通流量的上下行线段,这样就存在了一个问题,如果我们要做四环主辅路的交通流,我们要如何生成。因为我们的工具只能生成两条线,但是四环需要四条线,另外的两条线如何来做?另外高架桥的情况,也无法区分桥上桥下。

    而且单线道路模型中无论实际道路是怎么样的,都只有一条中心线,在所有的路口都默认打断,即使工具可以生成四条线,那如何判断中间的主路在什么地方断开?两侧的辅路又在什么地方断开呢?

    将道路模型改为双线之后,主路、辅路这些道路要素在数据中已经都进行了线化,并且在属性中进行了严格的区分,通过工具很容易就可以将需要的交通流线段画出来。交通流实现之后,我们就可以依据业主的需要,分别制作高速、高架、地面道路等不同情况的交通流量;并且在交通流统计的时候依据不同道路等级、不同情况分别进行统计。

    3)路径寻优

    路径寻优是导航电子地图的一个基本功能,目前我们的做法就是在单线的基础上,根据道路的等级,直接计算道路长度来实现的。但实际中的道路存在很多复杂的情况,道路存在单向行驶、双向行驶,路口存在单通、全通、是否可以左转、掉头等等。

    还是用一张图来进行说明:

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    这是用腾讯地图做的一个路径规划路线,说明如下:

    东西两侧的靛厂路不能直接连通,在四环那分别连接到四环的辅路上。靛厂路到梅市口路中间的道路都是连接到四环辅路上,都不能直接通到四环的东侧。

    看完上面的图,问题就出来了:

    单线模型:所有的道路都是直接连通,路口都是断开的,路线就变成了:起点--西侧靛厂路--东侧靛厂路--终点。

    双线模型:因为路口不能直接连通,需要绕路,绕到可以通过的路口,路线就是上图中所示起点--西侧靛厂路---西侧四环辅路---岳各庄北桥路口---东侧四环辅路---终点。

    如果按照单线模型来进行路径的规划,那么就会出现很惊悚的一幕:我们的车从四环的西侧直接飞到了四环的东侧......

    上边的例子只是一个很简单、普通的例子,现实中的道路连接是相当错综复杂的,如通过立交桥连通的道路、从主路通过辅路右转的道路、只能单向通行的道路等等。这些都是路径寻优中必须要考虑的要素,直接影响着规划结果是不是正确、准确。

    4)其他业务应用

    前面几项只是将目前的业务应用影响较大的进行了列举,还有其他的业务也是会受到影响的。如特勤路线的规划、应急指挥调度业务等等,这些都需要在地图上进行线路的绘制,同理,路口连接关系及道路通行能力对于线路的准确性也起着至关重要的作用。

    无论是道路模型本身的优越性,还是业务应用的需要,道路模型从单线模型升级为双线模型都是一个必然的趋势。虽然目前PGIS系统中的道路还是单线模型,但是很多客户已经对于这个模型不认可了,因为很多功能在单线的基础上无法实现,有的客户甚至用了两套系统,一套PGIS的用来做业务,一套导航电子地图用来做检索、路径规划。作为智能交通行业的领军企业,要做这个行业的标杆,那么就由我们来开启这个新的应用模式,将两套应用融合在一起。


    责任编辑:白小嵩

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