一種基于樹結構的仿真路網(wǎng)數(shù)據(jù)管理方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及交通仿真路網(wǎng)領域，更具體地，涉及一種基于樹結構的交通仿真路網(wǎng) 的數(shù)據(jù)管理方法。
【背景技術】
[0002] 近年我國城市道路交通發(fā)展迅猛，一方面，廣大人民群眾生活水平不斷提高，私家 車數(shù)量增長迅猛，道路擁擠越來越嚴重；另一方面，城市交通管理部門為了滿足市民的出 行，新建和改造了大量的城市道路，并應用各種管制措施使得交通有序正常運行。在交通管 控措施實施前，交通管理部門通常會利用交通仿真軟件評估該措施的實施效果。在仿真過 程中，在仿真軟件中繪制仿真交通路網(wǎng)是最為耗時耗力的工作。
[0003] 現(xiàn)在國內(nèi)外在仿真路網(wǎng)數(shù)據(jù)管理方面的研究現(xiàn)狀如下：
[0004] 第一，仿真路網(wǎng)數(shù)據(jù)模型方面，楊曉毅、趙賓植等學者在GIS-T基礎上構架路網(wǎng)數(shù) 據(jù)模型，以支持微觀交通仿真。這些模型利用路網(wǎng)分層思想，抽象出不同的道路單元，并在 道路單元上添加交通規(guī)則，如趙賓植參考MITS頂和UNETRANS的分層抽象的思想，構建的實 體集包、關系集包和交通規(guī)則包，并應用于路網(wǎng)拓撲的描述。他們這些模型在某種程度上能 夠描述路網(wǎng)拓撲，但是應用于交通仿真中，路網(wǎng)上承載的交通規(guī)則表現(xiàn)力略顯不足，特別是 路面標志標線的描述。
[0005] 第二，在仿真路網(wǎng)數(shù)據(jù)管理方面：大多數(shù)的仿真軟件采用文本文件保存路網(wǎng)數(shù)據(jù) 以及仿真數(shù)據(jù)，如英國Quadstone公司開發(fā)的Paramics采用一系列文件，包括文件文本和 xml文本保存路網(wǎng)數(shù)據(jù)和仿真數(shù)據(jù)，德國PTV公司開發(fā)的Vissim用一個inp文件保存路 網(wǎng)和仿真數(shù)據(jù)。這些仿真軟件數(shù)據(jù)管理方式能夠很好的適應本地文件存儲，一份文件保存 一個仿真路網(wǎng)。這種文件保存模式確定也存在缺陷，每個路網(wǎng)都需要保存一份文件就意味 著同一個區(qū)域路網(wǎng)上實施的不同交通管制措施，就需要為不同的管制措施保存一份路網(wǎng)文 件；而不同文件之間大部分數(shù)據(jù)相同，這樣就造成存儲空間的浪費，并且不同文件沒有任何 關聯(lián)，造成路網(wǎng)數(shù)據(jù)的碎片化。
[0006] 上述所述的仿真路網(wǎng)數(shù)據(jù)模型和仿真路網(wǎng)數(shù)據(jù)管理方法，在其適用領域能夠發(fā)揮 其較好的功能。但是在當下交通規(guī)則變化多端，交通仿真對于道路信息的描述和交通規(guī)則 的表現(xiàn)性的要求逐漸增強，路網(wǎng)信息存儲數(shù)據(jù)呈現(xiàn)爆發(fā)式的增長的情況下，這些方法尚未 涉及到路網(wǎng)規(guī)則和標志標線描述，也未涉及到路網(wǎng)多次編輯后的路網(wǎng)數(shù)據(jù)的版本控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明為克服上述現(xiàn)有技術所述的至少一種缺陷（不足），提供一種基于樹結構 的仿真路網(wǎng)管理方法，該方法能夠給用戶快速、準確的提供指定版本的數(shù)據(jù)，使得路網(wǎng)數(shù)據(jù) 得到系統(tǒng)的、有序的管理。
[0008] 為解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案如下：
[0009] -種基于樹結構的仿真路網(wǎng)數(shù)據(jù)管理方法，包括：
[0010] 1)構建時空路網(wǎng)數(shù)據(jù)模型；
[0011] 2)基于時空路網(wǎng)數(shù)據(jù)模型對路網(wǎng)進行路網(wǎng)編輯，為用戶的每個路網(wǎng)構建一個路網(wǎng) 階段樹，提供構建用戶指定版本路網(wǎng)方法；
[0012] 3)壓縮階段樹上一條路徑到基態(tài)，構建路網(wǎng)的子路網(wǎng)，建立路網(wǎng)樹，用路網(wǎng)樹組織 路網(wǎng)間的父子關系。采用路網(wǎng)樹組織基礎路網(wǎng)間的父子關系，并提供從階段樹的分支到用 戶路網(wǎng)節(jié)點的壓縮方法，為避免路網(wǎng)階段樹深度過大，路網(wǎng)讀取效率降低提供解決方法。
[0013] 優(yōu)選的，所述步驟1)構建時空網(wǎng)數(shù)據(jù)模型，并定義時空中的路網(wǎng)元素；
[0014] 所述時空路網(wǎng)數(shù)據(jù)模型用MGp，^)表示，其中Gp表示路網(wǎng)的物理拓撲，Gi表示路 網(wǎng)的邏輯拓撲；
[0015] 路網(wǎng)的物理拓撲用有向圖Gp= (V，L)表示，其中V= {Vl}為子路段節(jié)點集，\是 子路段節(jié)點，表示交通組織中斷處；L= {1^11^= (Vl，V])}為子路段集，lx]是子路段節(jié)點 Vl和子路段節(jié)點^之間的子路段；
[0016]路網(wǎng)的邏輯拓撲用Gi= (A,La,Cu)表示，其中A= 〈V;，vplvi,v.jGV}為 有向子路段集，ai]為有向子路段，方向代表從子路段節(jié)點vjljV]的交通流向；La={lane}為車道集，lane表示車道，車道是位于有向子路段中，規(guī)定車輛運行行為的最小道路單元； Cu={c;=(lanef,lanet)|lanef,lanetGLa}表示車道連接器，c;表示車輛從車道lanef 至ljlanet的通行是允許的；
[0017] 所述路網(wǎng)元素是指交通路網(wǎng)N中某個道路單元（V，L，A，La，CJ的一個具體的要素 (V;，L，a^，lane，C;)，描述時空中的路網(wǎng)元素h在時間區(qū)間〈t。，!^〉內(nèi)的狀 態(tài)，其中h為元素在所屬的道路單元中的編號；t。為elmth狀態(tài)創(chuàng)建時刻，td為狀態(tài)消失時 亥IJ，在<t。，td>時間內(nèi)elmtjl何狀態(tài)和物理屬性保持不變；各時刻的路網(wǎng)是路網(wǎng)元素按物 理、邏輯拓撲有機組織起來的。
[0018] 優(yōu)選的，所述步驟2)基于時空路網(wǎng)數(shù)據(jù)模型對路網(wǎng)進行路網(wǎng)編輯，其中路網(wǎng) 編輯是指在某時刻由于繪制仿真路網(wǎng)的操作引起的路網(wǎng)元素變化，該變化包括新建元 素，刪除元素以及更新元素，一個路網(wǎng)操作記為〇(t)=仏(1(1(〇，(11丨(〇，111(^(〇)，其 中add(t) = {elmtj/uJltft}表示在t時刻由操作創(chuàng)建的路網(wǎng)元素集；dlt(t)= {elmth(tc，td) |td=t}表示在t時亥lj由操作刪除的路網(wǎng)元素集；mdf(t) = {elmth(tc，td) |tc =t}U |td=t}表示在t時刻由操作更新的路網(wǎng)元素集，分解為t時刻的刪 除要素集和創(chuàng)建要素集。
[0019] 優(yōu)選的，所述步驟2)中構建路網(wǎng)階段樹具體過程為：
[0020] 定義路網(wǎng)階段是在一次連續(xù)的路網(wǎng)編輯中，從開始編輯到結束編輯組成的一系列 路網(wǎng)操作，因此路網(wǎng)階段表示SSk(ts，tf) = {0(t) |ts<t〈tf}，其含義為路網(wǎng)k階段在時間 段<ts，tf>內(nèi)所有操作集；
[0021] 用戶在進行路網(wǎng)編輯前，需要選擇路網(wǎng)的某一階段&作為編輯的路網(wǎng)，在此基礎 上編輯的路網(wǎng)為新的路網(wǎng)階段Sk+1，稱&為Sk+1的父階段；如此，一系列的路網(wǎng)階段及其父 階段就構成一個階段樹，用Tr(Sk)表示，階段樹上的每一個階段呈現(xiàn)出來的路網(wǎng)為其父階 段呈現(xiàn)的路網(wǎng)與在該階段所有編輯操作引起的路網(wǎng)元素的變化疊加所得到的結果，即Nk+1 =Nk ?Sk+1，其中Nk+1為在Sk+1階段編輯結束后呈現(xiàn)出來的路網(wǎng)形態(tài)，N,為Sk+1階段編輯前 選擇的Sk呈現(xiàn)出來的路網(wǎng)；進一步可得Nk+1=N。?S#S2?…?Sk?Sk+1，N。為基態(tài)路 網(wǎng)，由外部數(shù)據(jù)導入或通過階段樹分支壓縮而來。
[0022] 當一個路網(wǎng)由于反復多次編輯后，將會造成階段節(jié)點過多，進而影響路網(wǎng)讀取和 保存速度。優(yōu)選的，所述步驟3)構建路網(wǎng)樹結構，提供從階段樹的分支到用戶路網(wǎng)節(jié)點的 壓縮方法；
[0023] 具體是將當前路網(wǎng)階段樹上部分階段節(jié)點對應的路網(wǎng)增量和刪量數(shù)據(jù)壓縮至路 網(wǎng)基態(tài)數(shù)據(jù)中，并把壓縮后的路網(wǎng)數(shù)據(jù)作為壓縮前路網(wǎng)的子路網(wǎng)；如此，通過不同階段分支 的路網(wǎng)數(shù)據(jù)壓縮，就構成了一個路網(wǎng)樹，路網(wǎng)樹的引入，大大提高了路網(wǎng)讀取和保存效率。 最終呈現(xiàn)給客戶的路網(wǎng)為用戶在路網(wǎng)階段樹上選定的路網(wǎng)階段節(jié)點到初始路網(wǎng)分支上所 有階段節(jié)點疊加而成。
[0024] 本發(fā)明所述方法包括提供一種時空路網(wǎng)的數(shù)據(jù)模型：構建交通仿真中的路網(wǎng)數(shù)據(jù) 模型，從仿真路網(wǎng)編輯過程中抽象出路網(wǎng)編輯操作；由一系列編輯操作形成路網(wǎng)階段節(jié)點， 構建一個以基態(tài)路網(wǎng)為根結點的路網(wǎng)階段樹，提供構建用戶指定版本路網(wǎng)數(shù)據(jù)方法；定義 用于組織同一個路網(wǎng)衍生出的不同基態(tài)路網(wǎng)的路網(wǎng)樹，路網(wǎng)樹上的每一個路網(wǎng)結點唯一對 應一棵路網(wǎng)階段樹，并提供路網(wǎng)階段樹上的階段分支到路網(wǎng)樹節(jié)點的壓縮方法，以降低由 于路網(wǎng)階段樹的深度過大帶來效率損失。進一步以時空路網(wǎng)為例，探討時空數(shù)據(jù)的版本控 制方法：從數(shù)據(jù)模型入手，給出了數(shù)據(jù)版本控制的數(shù)據(jù)庫存儲結構，并為用戶提供數(shù)據(jù)編輯 的階段節(jié)點，保存用戶修改、添加以及刪除記錄。該方法能夠給用戶快速、準確的提供指定 版本的數(shù)據(jù)，使得路網(wǎng)數(shù)據(jù)得到系統(tǒng)的、有序的管理。
[0025] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明技術方案的有益效果是：
[0026] (1)本發(fā)明提