CN101859312A - 一种公路网拓扑结构数据模型及路径计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于区域公路网拓扑结构数据模型以及该拓扑结构模型下的测试方法和几种路径计算方法。公路网的拓扑结构数据模型由全局路网层、全局线路层、局部线路层、转向层、要素层和桩号层组成有机的互连整体，拓扑测试方法主要针对公路网的要素层、转向层的连接信息、关联信息、位置信息、类型信息以及连通性信息进行测试，路径生成算法包括转向层路径生成算法，平行路径生成算法和全信息诱导路径计算方法。本发明将公路网拓扑结构与公路设施、交通管制、交通状态等信息元素与公路网拓扑有机地关联起来，拓扑结构测试保证了路网建模的正确性、有效性、实用性，多条平行的备选路径和全信息诱导路径的生成提高了路径诱导的精度和准确度。

Description

一种公路网拓扑结构数据模型及路径计算方法

技术领域

本发明涉及公路网建模及导航相关应用技术领域，尤其是一种适用于区域公路网拓扑结构数据模型以及该模型下的拓扑结构测试方法和路径计算方法。

背景技术

公路交通网络是由若干线性实体和连接这些线性实体的接合点互连而成的复杂网络***。由于公路网中的线路有等级、功能、设计、线形以及地理因素的区分，公路网内还包含了各种附属设施以及各种交通信息(交通事件、交通状态、交通管制措施等)，因此为方便交通管理者实施高速公路交通控制、交通网络性能分析、交通安全管理，需要基于公路网内的拓扑元素的自身特性对各组成元素进行深入细致地分析，更深刻地认识、理解公路网内部结构。

根据申请人的资料检索，和本申请技术内容相关的有以下文献：

《计算机工程与应用》期刊(2007年23期)公开了《基于交通流特性的高速公路交通网络建模与应用》论文，论文中给出了高速公路要素层的拓扑设计，没有考虑到其他公路类型的拓扑结构以及公路附属设施与公路拓扑的关系，也没有对路网进行分层次的分析讨论。

中国专利申请(申请号：200710047555.1)公开了《一种导航用道路拓扑数据模型和计算方法》，该方法提出了一种道路分析计算模型和计算方法，该方法缺少对路网拓扑结构的层次性、关联性和归属性描述，计算方法也侧重于路网中大面积、长距离下的出入最小代价算法，没有给出指定出入点之间的多条平行路径计算方法和全信息路径计算方法。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，建立一种公路网的拓扑结构数据模型，以及基于该数据模型的拓扑结构下的测试和各种应用需求下的路径计算方法。

为了实现上述任务，本发明所采取如下的技术解决方案：

一种公路网的拓扑结构数据模型，由全局路网层、全局线路层、局部线路层、转向层、要素层和桩号层组成有机的互连整体，其特征在于：

所述的全局路网层作为第一层，包含一个路网节点，管理全部全局线路；

所述的全局线路层作为第二层，包含全局区域内所有的横贯、纵贯的大线路，每个大线路都是由若干个小线路构成；

所述的局部线路层作为第三层，包含全局所有的小线路，每个小线路都是由多个转向点以及转向点之间的转向边或干道组成；

所述的转向层作为第四层，包含全局所有的交通流转向点和由连接转向点之间的干道组成的转向边；每个转向点和转向边都管理着若干个点要素和边要素；

所述的要素层作为第五层，是拓扑结构的最基础层，包含所有的点要素和边要素；以点要素作为路网节点，以边要素作为弧，构成庞大的、涵盖最全要素的路网拓扑结构；转向点内的点要素位置分三类：入口要素、出口要素和内部要素；

所述的桩号层作为第六层，包含公路网***中所有大线路的桩号***，公路网***内的所有组成要素都有桩号信息，可通过桩号直接定位各个元素；

所述的全局路网层中的路网节点与全局线路层中的线路节点相连，全局线路层中的节点与小线路层中的线路节点相连，小线路层中的节点与转向层中的转向点相连，转向层中的转向点与要素层中的要素节点相连，要素层中的节点与桩号层中的桩号***相连。

上述公路网的拓扑结构数据模型的拓扑测试方法，其特征在于，该方法主要针对公路网的要素层、转向层的连接信息、关联信息、位置信息、节点类型信息以及连通信息进行测试，测试内容包括：要素层归属测试、要素层连接测试、要素层类型测试、要素层分区测试、转向点内转向要素位置测试、转向层连接测试、转向层可视化连通性测试、路网可视化连通性测试。

上述公路网的拓扑结构数据模型的路径计算方法，其特征在于，主要包括转向层路径搜索算法、平行路径计算方法和全信息诱导路劲生成算法；其中：

所述的转向层路径搜索方法，是生成平行路径和全信息路径的基础，算法中使用栈式数据结构，即转向点节点栈作为搜索过程中的存储结构，可执行转向点的进栈和出栈操作；

所述的平行路径计算方法，是在给定起点、终点的情况下，生成多条起终点之间多条平行的诱导路径可供选择、决策；

所述的全信息诱导路径生成算法，针对路径包含起点和终点之间的全部交通信息，根据要素层起终点之间的多条平行路径，生成一一对应的全信息路径。

本发明所提出的六层公路网拓扑数据模型实现了对公路网内部基本元素的细致分类和抽象描述，通过建立归属原则将公路设施、交通信息等元素与公路网拓扑有机地关联成为一个***整体；建立了一套公路网拓扑结构转向层和要素层的拓扑测试方法，可对路网的拓扑连接信息进行全方位的测试，最大程度上确保路网正确性、有效性、实用性；提出的转向层路径的计算方法，可实现划定区域内的转向路径的快速搜索；在此基础上提出的平行路径计算方法，可在给定起点、终点的情况下，生成多条平行的诱导路径；提出了公路网环境下的“全信息诱导路径”的概念并给出了全信息诱导路径的生成算法，该路径包含起点和终点之间路径的全部信息，可提高路径诱导的精度和准确度。

附图说明

图1为本发明的公路网拓扑结构图。

图2为公路网分区图。

图3为要素层类型测试流程图。

图4为转向层路径搜索算法流程图。

图5为菱形搜索区域划分图。

图6为平行路径计算方法流程图。

图7为全信息路径生成算法流程图。

以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式

依据路网的组织形式，建立一种高等级的公路网的拓扑结构数据模型，对公路网内的基本组成元素进行细致分类和抽象描述，将公路设施、交通信息等元素无缝地和拓扑结构关联起来，使公路网、设施、交通信息成为一个有机的互连整体。

采用多级分层方式描述路网的拓扑结构，建立路网的多级索引，构建六层公路网拓扑，如附图1所示，由顶层至底层分别是全局路网层、全局线路层、局部线路层、转向层、要素层、桩号层。

第一层：全局路网层，包含一个路网节点，管理全部全局线路；

第二层：全局线路层，包含全局区域内所有的横贯、纵贯的大线路，每个大线路都是由若干个小线路构成。

第三层：局部线路层，包含全局所有的小线路，每个小线路都是由多个转向点以及转向点之间的转向边(干道)组成。

第四层：转向层，包含全局所有的交通流转向点(平面交叉口、立体交叉口等分流点)和由连接转向点之间的干道组成的转向边。每个转向点和转向边都管理着若干个点要素和边要素。

第五层：要素层，是拓扑结构的最基础层，包含所有的点要素和边要素。以点要素作为路网节点，以边要素作为弧，构成庞大的、涵盖最全要素的路网拓扑结构。转向点内的点要素位置分三类：入口要素、出口要素、内部要素。

第六层：桩号层，包含了公路网***中所有大线路的桩号***，公路网***内的所有组成要素都有桩号信息，可通过桩号直接定位各个元素。

路网层中的路网节点与全局线路层中的全局线路节点相连，大线路层中的节点与小线路层中的线路节点相连，小线路层中的节点与转向层中的转向点(转向边)相连，转向层中的转向点与要素层中的要素节点(点要素边要素)相连，要素层中的节点与桩号层中的桩号***相连。

点要素共定义了56种类型，分别是：高速公路起点收费站位置点、匝道起点(高速至高速)、匝道终点(高速至高速)、匝道起点(高速至服务区)、高速服务区位置点、匝道终点(服务区至高速)、匝道起点(高速至二级)、匝道收费站位置点、匝道终点(高速至二级)、匝道起点(二级至高速)、匝道终点(二级至高速)、匝道起点(高速至一级)、匝道终点(高速至一级)、匝道起点(一级至高速)、匝道终点(一级至高速)、高速公路终点收费站位置点、一级公路起点、非高速公路收费站位置点、匝道起点(一级至一级)、匝道终点(一级至一级)、平交口转向起点(一级至一级)、平交口转向终点(一级至一级)、匝道起点(一级至二级)、匝道终点(一级至二级)、匝道起点(二级至一级)、匝道终点(二级至一级)、匝道起点(一级至服务区)、一级公路服务区位置点、匝道终点(服务区至一级)、一级公路终点、二级公路起点、平交口转向起点(二级至一级)、平交口转向终点(二级至一级)、平交口转向起点(一级至二级)、平交口转向终点(一级至二级)、平交口转向起点(二级至二级)、平交口转向终点(二级至二级)、二级公路终点、中央分隔带位置点、匝道起点(高速至低等级)、匝道终点(低等级至高速)、高速主线收费站、高速公路起点、高速公路终点、平交口转向起点(一级至低等级)、平交口转向终点(一级至低等级)、平交口转向起点(低等级至一级)，平交口转向终点(低等级至一级)、平交口转向起点(二级至低等级)、平交口转向终点(二级至低等级)、平交口转向起点(低等级至二级)、平交口转向终点(低等级至二级)、匝道终点(高速至低等级)、匝道起点(低等级-高速)、一级公路干线收费站、二级公路干线收费站。

边要素共定义了60种类型，分别是：高速全线上下行基本段、一级全线上下行基本段、部分二级上下行基本段、匝道段(高速至高速)：两条高速公路相连时的匝道连接段、匝道段(高速至服务区)、匝道段(服务区至高速)、匝道段(高速至一级收费站)、匝道段(一级收费站至高速)、匝道段(高速至二级收费站)、匝道段(二级收费站至高速)、匝道段(一级至高速收费站)、匝道段(高速收费站至一级)、匝道段(二级至高速收费站)、匝道段(高速收费站至二级)、匝道段(一级至服务区)、匝道段(服务区至一级)、匝道段(一级至一级)、匝道段(一级至二级)、匝道段(二级至一级)、交叉口(非环交)转向连接段(二级至二级)、交叉口(非环交)直行连接段(二级至二级)、环形交叉***织段(二级至二级)、环形交叉***织连接段(二级至二级)、低等级公路基本路段、匝道段(高速至低等级收费站)、匝道段(低等级收费站至高速)、匝道段(高速至高速收费站)、匝道段(高速收费站至高速)、高速公路起终点连接段、匝道段(低等级-高速收费站)、匝道段(高速收费站-低等级)、交叉口(非环交)转向连接段(二级至低等级)、交叉口(非环交)直行连接段(二级至低等级)、环形交叉***织段(二级至低等级)、环形交叉***织连接段(二级至低等级)、交叉口(非环交)转向连接段(二级至一级)、交叉口(非环交)直行连接段(二级至一级)、环形交叉***织段(二级至一级)、环形交叉***织连接段(二级至一级)、交叉口(非环交)转向连接段(一级至一级)、交叉口(非环交)直行连接段(一级至一级)、环形交叉***织段(一级至一级)、环形交叉***织连接段(一级至一级)、交叉口(非环交)转向连接段(一级至二级)、交叉口(非环交)直行连接段(一级至二级)、环形交叉***织段(一级至二级)、环形交叉***织连接段(一级至二级)、交叉口(非环交)转向连接段(一级-低等级)、交叉口(非环交)直行连接段(一级至低等级)、环形交叉***织段(一级至低等级)、环形交叉***织连接段(一级至低等级)、交叉口(非环交)转向连接段(低等级至一级)、交叉口(非环交)直行连接段(低等级至一级)、环形交叉***织段(低等级至一级)、环形交叉***织连接段(低等级至一级)、交叉口(非环交)转向连接段(低等级至二级)、交叉口(非环交)直行连接段(低等级至二级)、环形交叉***织段(低等级至二级)、环形交叉***织连接段(低等级至二级)。

所述路网划分首先将路网分为几个大区(编号A、B、C、D、...)，每个大区又分为多个方格小区(编号a，b，c，d，...，8，9，...)，在附图2中给出了大区、小区的结构示意图。每个小区的都有明确的坐标，当给定要查找的坐标时，可方便快速实现定位。

所述公路网内元素的归属原则是通过建立层级元素间的归属关系实现层与层之间的关联，确保路网层互连准确性。公路网内要素的归属信息一律为所归属实体的编号。

桩号信息、分区信息和归属信息可共同作用定位路网内实体的位置。

(1)要素层归属于：

①转向层：转向点或转向边，但只能有一项；

②线路层：可归属于多条不同的小线路。

(2)转向层归属于小线路。

(3)小线路归属于大线路。

(4)大线路归属于路网节点。

(5)道路设施信息(构造物、服务设施、交通标志)归属于边要素；如果设施是连接两个边要素点要素，那么该设施即归属于进入该设施的边要素。

(6)交通状态信息归属于要素层。具体是：路段交通状态的归属可为边要素、转向边、小线路；通道交通状态的归属可为小线路、大线路；路网交通状态的归属可为局部路网或全局路网。

(7)交通事件可归属于要素层、转向层、小线路。

(8)交通管制措施可归属于要素层、转向层、小线路。

(9)气象信息归属于小线路。

(10)交通检测设备信息归属于边要素。

为了方便、快速、准确地实现路网定位并确保路网层互连准确性，对公路网实行分区管理，制定公路网内组成元素的归属原则；基于公路网的拓扑结构数据模型，构建了一套针对本公路网拓扑结构数据模型的拓扑测试方法，可对路网的拓扑连接信息全方位的测试，最大程度上确保路网正确性、有效性和实用性。

基于上述公路网拓扑结构，本发明提出了三种路径的计算方法，分别是转向层路径搜索算法、平行路径计算方法、全信息诱导路劲生成算法。本发明提出的转向层路径的搜索方法，实现划定区域内的转向路径的快速搜索；在转向层路径的搜索方法的基础上，提出了平行路径计算方法，在给定起点、终点的情况下，生成多条起终点之间多条平行的诱导路径可供选择、决策；提出了公路网环境下的“全信息诱导路径”的概念，并基于平行路径搜索算法给出了全信息诱导路径的生成算法。

公路网拓扑结构转向层和要素层的拓扑测试方法主要针对公路网的要素层、转向层的连接信息、关联信息、位置信息、类型信息以及连通性信息进行测试，测试内容包括：要素层归属测试、要素层连接测试、要素类型测试、要素分区测试、转向点内转向要素位置测试、转向层连接测试、转向层可视化连通性测试、路网可视化连通性测试。其中：

要素层归属测试：测试点要素的归属转向点是否正确，测试规则为：转向点中的每一个点要素的归属信息应为转向点的编号。如果转向点内有一个点要素的归属信息与转向点编号不符则报错，只有全部相符时该转向点内的点要素才测试通过。

要素层连接测试要进行以下连接测试，以确保连接的正确性，分别是：

①如果点要素的前边的后点中存在该点要素，那么测试通过，否则出现前边连接问题；

②如果点要素的后边的前点中存在该点要素，那么测试通过，否则出现后边连接问题；

③如果边要素的前点的后边中存在该边要素，那么测试通过，否则出现前点连接问题；

④如果边要素的后点的前边中存在该边要素，那么测试通过，否则出现后点连接问题；

⑤对于点要素，每条边要素只能在所有点要素的前边和后边中出现一次；

⑥对于边要素，每个点要素只能在所有边要素的前点集合中出现点要素的后边个数次；

⑦对于边要素，每个点要素只能在所有边要素的后点集合中出现点要素的前边个数次；

⑧两个点要素之间只存在同向边一条。

要素层类型测试：以边要素为单位，根据边要素的类型，判断每条边要素的前、后点要素的类型是否对应，如果不对应，则可能存在问题是：

①边要素类型错误；

②该边的前点要素类型错误；

③该边的后点要素类型错误。

要素类型判别过程如附图3所示：

步骤301：初始化；

步骤302：判断边要素集合为空，如果是，转入步骤308，否则转入步骤303；

步骤303：从边要素数据集合中获取一个边要素，转入步骤304；

步骤304：启动要素层类型测试规则库，转入步骤305；

步骤305：利用规则库中对应的边要素类型的判断规则进行规则判断，返回判断结果给步骤306；

步骤306：判断是否通过测试，若是则转入步骤302，否则转入步骤307；

步骤307：本次测试失败，返回问题要素编号，转入步骤308；

步骤308：测试结束。

在判别的过程中，用到了要素类型测试规则库，该规则库共有60条判别规则(与边要素的数量相等)，每条规则的格式是：

规则：N-边要素名称——边要素内涵：前点要素应属于“点要素名称-编号”，后集合要素应属于“点要素名称-编号”。

以匝道段(高速——服务区)为例，介绍规则如下：

规则：5-匝道段(高速——服务区)——车辆由高速公路驶入服务区时所经过的匝道连接段：前点要素应属于“匝道起点(高速——服务区)-ConC Rstart HS”，后点要素应属于“高速服务区位置点-ConC Service H”。

要素层分区测试：要分别测试点要素分区和边要素分区，具体测试方法是：点要素和边要素的编号第一位是大区信息，第二位是小区信息，因此只要将大区信息和小区信息分别与要素类中的大区编号ZoneNumber和小区编号PlotNumber两个属性相对比，即可测出分区的正确性。

转向层连接测试：需要进行以下连接测试以确保连接的正确性，分别是：

①如果转向点的前边的后点中存在该转向点，那么测试通过，否则出现前边连接问题；

②如果转向点的后边的前点中存在该转向点，那么测试通过，否则出现后边连接问题；

③如果转向边的前点的后边中存在该转向边，那么测试通过，否则出现前点连接问题；

④如果转向边的后点的前边中存在该转向边，那么测试通过，否则出现后点连接问题；

⑤对于转向点，每条转向边只能在所有转向点的前边和后边中出现一次；

⑥对于转向边，每个转向点只能在所有转向边的前点集合中出现转向点的后边个数次；

⑦对于转向边，每个转向点只能在所有转向边的后点集合中出现转向点的前边个数次；

⑧两个转向点之间只存在同向边一条。

转向点的组成要素的位置测试方法为：

(1)出口要素判定法

如果一个点要素的后边要素所连接的点要素所在归属与当前节点的归属不同，那么该接要素为出口要素，且满足如下条件：

①该点要素的后边数为1

②该点要素的前边数大于等于1

③该点要素的前边应为入口要素或内部要素

(2)入口要素判定法

如果一个点要素的前边要素所连接的点要素所在归属与当前节点的归属不同，那么该要素为入口要素，且满足如下条件：

①该点要素的后边数大于等于1

②该点要素的前边数为1

③该点要素的后边要素应为出口要素或内部要素

(3)内部要素判定法

如果一个点要素的前后边要素所连接的点要素所在归属与当前节点的归属相同，那么该要素为内部要素，且满足如下条件：

①该点要素的后边数应大于等于1

②该点要素的前边数应大于等于1

③该点要素的后边要素应为出口要素，前边要素应为入口要素转向层可视化连通性测试的具体方法为：

将组成转向点的所有点要素和边要素看做成一个有向图，采用有向图的深度优先遍历算法计算入口要素和出口要素之间的路径，并将路径显示在GIS界面上，这样就可以可视化的方式观察转向点内部入口要素和出口要素之间的路径是否连通来判断转向点内要素连接的正确性。同理，也可将转向边看成一个有向连通图，同样采用图的深度优先遍历算法计算转向边内的起点点要素和终点点要素之间的路径并在GIS界面上显示，通过路径显示即可判断出转向点内的要素连接是否正确。

路网可视化连通性测试；是将整个路网看做是一个有向连通图，通过后续要介绍的平行路径计算方法，任意输入起点、终点，并将所有计算得出的路径在GIS界面上显示，以观察所有路径的连通性。

在此模型基础上提出了几种需求下的路径计算方法，包括转向层路径计算方法、平行路径计算方法和全信息路径计算方法；其中：

转向层路径搜索算法，它是生成平行路径和全信息路径的基础，算法中使用栈式数据结构——转向点节点栈(以下简称节点栈)作为搜索过程中的存储结构，可执行转向点的进栈和出栈操作。

图4是发明人给出的一种实现转向层路径搜索算法具体的例子，其执行步骤是：

步骤401：开始；

步骤402：初始化节栈并令开始节点入栈；

步骤403：获取与开始节点连接的下一个未被访问过的节点NextNode；

步骤404：让当前节点CurNode指向NextNode4；

步骤405：判断节点栈非空，若是，转入步骤406，否则结束；

步骤406：判断NextNode指针不空并且不是终点，如果是，转入步骤407，否则转入步骤409；

步骤407：当前节点CurNode进入节点栈，转入步骤408；

步骤408：寻找CurNode的尚未被访问的第一个可行后续节点NextNode，转入步骤406；

步骤409：判断NextNode指针为空，如果是，转入步骤410；否则转入步骤411；

步骤410：栈顶节点循环出栈直到栈顶节点的下一个可行的访问节点非空，否则转入步骤405；

步骤411：判断NextNode为终点，如果是转入步骤412，否则转入步骤405；

步骤412：将路径加入到当前的路径集合中，转入步骤413；

步骤413：栈顶节点出栈并获取该节点的下一个未被访问的节点，转入步骤405；

步骤414：结束。

在转向层路径的搜索方法的基础上，提出了平行路径计算方法，在给定起点、终点的情况下，生成多条起终点之间多条平行的诱导路径可供选择、决策；

图6所示的是发明人给出的平行路径生成算法实现的具体例子，其工作步骤是：

步骤601：开始；

步骤602：根据输入的点要素起点、终点确定转向点起点、终点，转入步骤603；

步骤603：启动菱形搜索区域划分方法确定路径搜索范围，具体过程是：以起点、终点分别作为菱形的尖角，确定一个尖角为60度的菱形并获取菱形另外两个大角的点的坐标，菱形的范围划定了搜索空间，因此菱形尖角需根据情况适当选取，在路网比较稠密的公路网中，尖角可取40度到60度，在路网比较稀疏的公路网中，尖角可适当放大到90度；此外，当起点和终点距离较近时，可选取较大的尖角，当起点和终点距离较远时，需选取较小的尖角；

步骤604：基于分区坐标确定菱形搜索范围内所有分区编号，转入步骤605；

步骤605：在分区范围内执行转向点路径搜索算法得出多条转向层路径，转入步骤606；

步骤606：去除转向点路径中的干扰路径(频繁变更道路等级、长距离回转等)，得到多条起终点之间的平行转向层路径，转入步骤607；

步骤607：根据转向点路径确定一一对应的要素层路径，转入步骤608；

步骤608：对所有要素层路径进行类别划分，得到几种类别的路径集合，分析每条要素路径的全部组成要素的类型，对所有要素路径进行类别划分，实行分类管理，得到几种类别的路径集合(多个路径集合中可能存在非空交集)，划分类别为：最短路径、效用最佳路径、高速优先、国道优先、省道优先。转入步骤609；

步骤609：结束。

全信息路径是由多条小线路的详细交通信息组合而成，下面给出一个最完整的全信息路径中一条小线路信息的格式定义：

小线路A的名称：线路的基本描述信息，如路径长度、道路等级、路面宽度；线路中服务区、收费站、加油站、停车场的情况；线路中桥梁、隧道、立交的情况；线路中个别路段的交通管制情况；线路中的交通事件情况；线路中的拥堵路段情况；线路气象信息。

为了实现路径诱导的精度和准确度，为公路出行提供有力保障，特定义了一种全信息诱导路径生成算法，该方法针对路径包含起点和终点之间的全部交通信息，例如，公路线路信息、道路结构物、道路设施、交通状态、交通管制、气象等所有与出行有关的信息，根据要素层起终点之间的多条平行路径，生成一一对应的全信息路径。

图7是全信息路径的生成算法具体实现的例子，其具体工作步骤是：

步骤701：开始；

步骤702：根据路径起终点确定转向层路径集合FRBTSet，转入步骤703；

步骤703：判断FRBTSet中存在未被访问的路径703，如果是，转入步骤704，否则转入步骤708；

步骤704：从FRBTSet中获取一条路径FRBTSet(i)，创建一条新全信息路径PIGR(i)，转入步骤705；

步骤705：利用FRBT(i)中的要素、转向信息生成PIGR(i)的小线路PIGRE集合，转入步骤706；

步骤6：根判断PIGR(i)的PIGRE集合访问完毕，如果是，转入步骤703，否则转入步骤707；

步骤707：依次遍历各类信息的数据表，根据信息的归属描述确定信息所应归属的线路，最终生成小线路PIGRE(j)的全信息，转入步骤706；

步骤708：已生成全信息路径PIGR集合，转入步骤709；

步骤709：结束。

Claims (10)

1.一种公路网的拓扑结构数据模型，由全局路网层、全局线路层、局部线路层、转向层、要素层和桩号层组成有机的互连整体，其特征在于：

所述的全局路网层作为第一层，包含路网节点管理的局部路网节点；

所述的全局线路层作为第二层，包含全局区域内所有的横贯、纵贯的大线路，每个大线路都是由若干个小线路构成；

所述的局部线路层作为第三层，包含全局所有的小线路，每个小线路都是由多个转向点以及转向点之间的转向边或干道组成；

所述的转向层作为第四层，包含全局所有的交通流转向点和由连接转向点之间的干道组成的转向边；每个转向点和转向边都管理着若干个点要素和边要素；

所述的要素层作为第五层，是拓扑结构的最基础层，包含所有的点要素和边要素；以点要素作为路网节点，以边要素作为弧，构成庞大的、涵盖最全要素的路网拓扑结构；转向点内的点要素位置分三类：入口要素、出口要素和内部要素；

所述的桩号层作为第六层，包含了公路网***中所有大线路的桩号***，公路网***内的所有组成要素都有桩号信息，可通过桩号直接定位各个元素；

所述的全局路网层中的路网节点与全局线路层中的线路节点相连，全局线路层中的节点与小线路层中的线路节点相连，小线路层中的节点与转向层中的转向点相连，转向层中的转向点与要素层中的要素节点相连，要素层中的节点与桩号层中的桩号***相连。

2.权利要求1所述的公路网的拓扑结构数据模型的拓扑测试方法，其特征在于，该方法主要针对公路网的要素层、转向层的连接信息、关联信息、位置信息、类型信息以及连通性信息进行测试，测试内容包括：要素层归属测试、要素层连接测试、要素层类型测试、要素层分区测试、转向点内转向要素位置测试、转向层连接测试、转向层可视化连通性测试、路网可视化连通性测试。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述要素层归属测试是测试点要素的归属转向点是否正确，测试规则为：转向点中的每一个点要素的归属信息应为转向点的编号；如果转向点内有一个点要素的归属信息与转向点编号不符则报错，只有全部相符时该转向点内的点要素才测试通过。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述要素层连接测试要进行以下连接测试，以确保连接的正确性，分别是：

①如果点要素的前边的后点中存在该点要素，那么测试通过，否则出现前边连接问题；

②如果点要素的后边的前点中存在该点要素，那么测试通过，否则出现后边连接问题；

③如果边要素的前点的后边中存在该边要素，那么测试通过，否则出现前点连接问题；

④如果边要素的后点的前边中存在该边要素，那么测试通过，否则出现后点连接问题；

⑤对于点要素，每条边要素只能在所有点要素的前边和后边中出现一次；

⑥对于边要素，每个点要素只能在所有边要素的前点集合中出现点要素的后边个数次；

⑦对于边要素，每个点要素只能在所有边要素的后点集合中出现点要素的前边个数次；

⑧两个点要素之间只存在同向边一条。

5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述要素层类型测试以边要素为单位，根据边要素的类型，判断每条边要素的前、后点要素的类型是否对应，如果不对应，则可能存在问题是：

①边要素类型错误；

②该边的前点要素类型错误；

③该边的后点要素类型错误；

要素类型判别过程是：

步骤1：初始化；

步骤2：判断边要素集合为空，如果是，转入步骤8，否则转入步骤3；

步骤3：从边要素数据集合中获取一个边要素，转入步骤4；

步骤4：启动要素层类型测试规则库，转入步骤5；

步骤5：利用规则库中对应的边要素类型的判断规则进行规则判断，返回判断结果给步骤6；

步骤6：判断是否通过测试，若是则转入步骤2，否则转入步骤7；

步骤7：本次测试失败，返回问题要素编号，转入步骤8；

步骤8：测试结束。

6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述要素层分区测试要分别测试点要素分区和边要素分区，具体测试方法是：点要素和边要素的编号第一位是大区信息，第二位是小区信息，因此只要将大区信息和小区信息分别与要素类中的大区编号ZoneNumber和小区编号PlotNumber两个属性相对比，即可测出分区的正确性。

7.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述转向点内转向要素的位置测试方法为：

(1)出口要素判定法

如果一个点要素的后边要素所连接的点要素所在归属与当前节点的归属不同，那么该接要素为出口要素，且满足如下条件：

①该点要素的后边数为1

②该点要素的前边数大于等于1

③该点要素的前边应为入口要素或内部要素

(2)入口要素判定法

如果一个点要素的前边要素所连接的点要素所在归属与当前节点的归属不同，那么该要素为入口要素，且满足如下条件：

①该点要素的后边数大于等于1；

②该点要素的前边数为1；

③该点要素的后边要素应为出口要素或内部要素；

(3)内部要素判定法

如果一个点要素的前后边要素所连接的点要素所在归属与当前节点的归属相同，那么该要素为内部要素，且满足如下条件：

①该点要素的后边数应大于等于1；

②该点要素的前边数应大于等于1；

③该点要素的后边要素应为出口要素，前边要素应为入口要素。

8.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述转向层连接测试需要进行以下连接测试以确保连接的正确性，分别是：

①如果转向点的前边的后点中存在该转向点，那么测试通过，否则出现前边连接问题；

②如果转向点的后边的前点中存在该转向点，那么测试通过，否则出现后边连接问题；

③如果转向边的前点的后边中存在该转向边，那么测试通过，否则出现前点连接问题；

④如果转向边的后点的前边中存在该转向边，那么测试通过，否则出现后点连接问题；

⑤对于转向点，每条转向边只能在所有转向点的前边和后边中出现一次；

⑥对于转向边，每个转向点只能在所有转向边的前点集合中出现转向点的后边个数次；

⑦对于转向边，每个转向点只能在所有转向边的后点集合中出现转向点的前边个数次；

⑧两个转向点之间只存在同向边一条。

9.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述转向层可视化连通性测试的具体方法为：

将组成转向点的所有点要素和边要素看做成一个有向图，采用有向图的深度优先遍历算法计算入口要素和出口要素之间的路径，并将路径显示在GIS界面上，这样就以可视化的方式观察转向点内部入口要素和出口要素之间的路径是否连通来判断转向点内要素连接的正确性；同理，或者将转向边看成一个有向连通图，同样采用图的深度优先遍历算法计算转向边内的起点点要素和终点点要素之间的路径并在GIS界面上显示，通过路径显示即可判断出转向点内的要素连接是否正确；

所述路网可视化连通性测试是将整个路网看做是一个有向连通图，通过平行路径计算方法，任意输入起点、终点，并将所有计算得出的路径在GIS界面上显示，以观察所有路径的连通性。

10.权利要求1所述的公路网的拓扑结构数据模型的路径计算方法，其特征在于，主要包括转向层路径搜索算法、平行路径计算方法和全信息诱导路径生成算法；其中：

所述的转向层路径搜索方法，是生成平行路径和全信息路径的基础，算法中使用栈式数据结构，即转向点节点栈作为搜索过程中的存储结构，可执行转向点的进栈和出栈操作；

所述的平行路径计算方法，是在给定起点、终点的情况下，生成多条起终点之间多条平行的诱导路径可供选择、决策；

所述的全信息诱导路径生成算法，针对路径包含起点和终点之间的全部交通信息，根据要素层起终点之间的多条平行路径，生成一一对应的全信息路径。

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