趙變利，周曉光，董海峰

(1.中南大學 地球科學與信息物理學院，湖南 長沙 410083；2.中南大學 有色金屬成礦預測與地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測教育部重點實驗室，湖南 長沙 410083)

互通式立交橋是指設(shè)有跨線構(gòu)造物使相交道路在垂直空間分離，上、下道路間通過匝道連接，以供轉(zhuǎn)彎車輛行駛的交叉方式[1]，通常建設(shè)于高速公路互通處、城市干道或快速路之間的交匯處，以提高行車效率、減少交通事故發(fā)生率和緩解城市交通擁堵[2]，是當前城市道路網(wǎng)的核心要素之一。立交橋的新建、修改、垮塌等變化事件時有發(fā)生，在城市交通服務(wù)中需要及時更新。目前在空間數(shù)據(jù)的更新模式方面，周曉光(2007)等分析定期更新、增量更新、多尺度聯(lián)動更新模式的優(yōu)劣及各自適用的情況；指出定期更新存在周期長、應(yīng)用不靈活等缺點；多尺度聯(lián)動更新對比例尺的關(guān)聯(lián)性要求較高；增量更新因其更新方式靈活、能更好地保證空間數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性、便于歷史回溯等特點已成為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)更新的主要模式[3-4]。在空間數(shù)據(jù)更新方法方面，周曉光等(2006)和王磊(2009)采用事件驅(qū)動、內(nèi)外業(yè)一體化方式解決簡單離散目標增量更新處理的自動化問題[5-6]；陳軍和周曉光(2008)等以地籍地塊為例提出一種拓撲聯(lián)動目標增量更新與拓撲一致性維護的自動化方法[7]；但該方法以地塊的拓撲聯(lián)動變化為基礎(chǔ)，不適用于互通式立交橋的更新處理。在道路數(shù)據(jù)更新方面，張求喜等提出道路線更新方法[8]；沙宗堯等(2019)提出利用道路網(wǎng)眼實現(xiàn)路網(wǎng)的增量式更新[9]；但這些方法沒有考慮互通式立交橋的復雜連接關(guān)系，直接用來更新互通式立交橋容易造成局部拓撲沖突。其他交通數(shù)據(jù)更新相關(guān)研究成果主要包括從增量數(shù)據(jù)獲取角度，如Wu et al等通過GPS軌跡數(shù)據(jù)更新道路網(wǎng)絡(luò)[10]和丁建勛等利用OpenStreetMap 開源數(shù)據(jù)更新專業(yè)數(shù)據(jù)庫的方法等[11]。

GIS領(lǐng)域在互通式立交橋方面的研究主要集中在復雜立交橋結(jié)構(gòu)的提取、識別和簡化等方面，如Chiang & Knoblock提出一種從柵格地圖中自動提取道路交叉口的位置、連通性和方向的方法[12]；徐柱等(2011)提出一種基于有向?qū)傩躁P(guān)系圖的典型道路交叉口識別方法[13]；Fathi & Krumm 等從GPS軌跡檢測道路交叉口[14]；王穎和艾廷華(2018)等從制圖綜合角度研究提出一種顧及空間跨越關(guān)系的復雜道路交叉口圖形簡化表達方法[15]。但目前尚未看到互通式立交橋增量更新方面的研究成果。

因此，本文針對互通式立交橋更新時存在的拓撲聯(lián)通關(guān)系維護困難問題，提出了一種顧及拓撲聯(lián)通性的互通式立交橋增量更新方法。

1 互通式立交橋增量更新特點分析

通過分析，導致互通式立交橋更新處理拓撲聯(lián)通(一致性)關(guān)系維護困難的根本原因在于互通式立交橋往往存在多條匝道，且匝道之間距離近，聯(lián)通關(guān)系錯綜復雜，在利用軌跡和眾源數(shù)據(jù)自動化更新處理時，由于受點位精度限制極易發(fā)生聯(lián)通關(guān)系連接錯誤，導致拓撲不一致問題，無法服務(wù)于導航應(yīng)用等；而人工處理，存在勞動強度大效率低易出錯等問題。眾所周知，互通式立交橋為人工構(gòu)筑物，其拓撲聯(lián)通關(guān)系在設(shè)計施工時即已確定，不同類型的立交橋存在著特定的拓撲結(jié)構(gòu)特點，因此清楚認知并自動識別互通式立交橋錯綜復雜的拓撲結(jié)構(gòu)類型是實現(xiàn)其增量更新處理及拓撲聯(lián)通關(guān)系維護自動化的前提。

1.1 分類與識別

互通式立交橋的相交道路在空間上立體分離，上下層道路通過匝道連接，結(jié)構(gòu)復雜。在當前的道路數(shù)據(jù)網(wǎng)中，互通式立體交叉形式多樣。在道路立交規(guī)劃與設(shè)計中，一般根據(jù)道路交匯條數(shù)將互通式立交橋分為三肢、四肢和多肢三大類[1]。三肢互通式立交橋主要包括喇叭型、子葉型、定向Y型和半定向Y型、部分互通式和交織型等，其在矢量地圖中的拓撲結(jié)構(gòu)如圖1((a)-(g))所示。四肢形式主要包括X形、苜蓿葉式、3個環(huán)圈式、菱形(圖1(h)～圖1(r))等，以及四肢部分苜蓿葉式(圖1(t))。多肢即環(huán)道式(圖1(s))。此外，隨著技術(shù)的發(fā)展，互通式立交橋還出現(xiàn)了螺旋型，見圖1(u)等。

在道路網(wǎng)空間數(shù)據(jù)庫中，圖1所示的21種互通式立交橋一般以道路方向單線弧段要素存儲，多個匝道弧段錯綜連接構(gòu)成了不同的互通式立交橋類型以及復雜的拓撲空間結(jié)構(gòu)，立交橋的空間跨越特點使得其拓撲結(jié)構(gòu)中存在眾多的平面相交點，如圖1中的圓點標識點，其中不少交點僅在平面相交，立體跨越不相交。在互通式立交橋中實質(zhì)發(fā)揮聯(lián)通作用的結(jié)點為連接主干道弧段與匝道弧段連通的拓撲連接點，本文稱之為拓撲聯(lián)通點，如圖1中的帶方框紅色標識點?；ネㄊ搅⒔粯蚋绿幚碇行枰S護這些拓撲聯(lián)通點的拓撲一致性。然而在增量數(shù)據(jù)中沒有區(qū)分平面相交和拓撲聯(lián)通點，更新處理時不能直接識別出哪些點是拓撲聯(lián)通點。仔細分析圖1所示的21種互通式立交橋，不難發(fā)現(xiàn)不同類型互通式立交橋的匝道數(shù)及其平面相交點各不相同，而拓撲聯(lián)通點數(shù)卻有可能相同，如喇叭型的匝道數(shù)為4，平面相交點數(shù)為10，拓撲聯(lián)通點數(shù)為6；而三肢部分互通式的匝道數(shù)為4，平面相交點數(shù)為9，拓撲聯(lián)通點數(shù)為6。因此，匝道數(shù)與平面相交點數(shù)組成的二元組可成為識別互通式立交橋類別的主要依據(jù)。數(shù)據(jù)更新時可該通過二元組首先識別出立交橋的拓撲結(jié)構(gòu)類型，然后拓撲結(jié)構(gòu)類型推斷出哪些點為拓撲聯(lián)通點，進而進行拓撲一致性維護。

設(shè)Ts表示互通式立交橋類型；Sr表示匝道數(shù)；Si表示平面相交點數(shù)。為了方便后續(xù)增量更新處理，需要對21種互通式立交橋類型進行編碼，本文在現(xiàn)有地理要素編碼規(guī)范[16]基礎(chǔ)上擴展相應(yīng)類型編碼(TypeCode)以唯一標識其拓撲結(jié)構(gòu)類型(如表1所示)。則Ts可表達為：

Ts=[Sr,Si].

(1)

圖1 互通式立交橋的類型及其平面相交點(圓點表示)和拓撲聯(lián)通點(帶方框圓點表示)

表1 21種互通式立交橋類別的形式化表達

1.2 變化分析

時空數(shù)據(jù)庫中地理實體的增量更新過程往往涉及到多個變化處理操作，不同變化類型對應(yīng)著不同的操作。如“新出現(xiàn)”實體的更新操作僅包括在當前數(shù)據(jù)庫中插入新對象操作；而“消失”實體則不僅需要在當前基態(tài)數(shù)據(jù)庫中執(zhí)行刪除操作，還需要在歷史庫中執(zhí)行插入記錄并修改時間戳的操作。在關(guān)于實體變化類型分析方面，周曉光等歸納了9種單一實體變化類型：新建、消失、屬性變化、重現(xiàn)、移動、旋轉(zhuǎn)、擴長、縮短、位置變化等[5]。由于互通式立交橋結(jié)構(gòu)復雜、建設(shè)成本高且必須與道路聯(lián)通，是在空間位置局限且確定的情況下設(shè)計建造的，一般不存在“移動”和“旋轉(zhuǎn)”變化類型。但是由于人為或自然原因?qū)е碌摹跋А?，?jīng)過一段時間的重建維護后立交橋會發(fā)生“重現(xiàn)”的變化依然存在，如圖2所示。互通式立交橋占地面積大、匝道多，因此建設(shè)成本相當高。通常為了節(jié)約造價成本，除了整個立交橋的整體新建、廢棄(即消失)外，還存在匝道的部分新建、廢棄和修改等變化情況。這里的修改變化包括立交橋幾何和屬性信息的修改。此外，互通式立交橋還會出現(xiàn)“橋面擴寬/變窄”的變化情況，主要指路面拓寬/變窄導致車道數(shù)的增加或減少，如2車道變成4車道等。由于在目前的基礎(chǔ)地理信息國標數(shù)據(jù)規(guī)范中規(guī)定[16]，只有當橋面寬度大于12 m時才以面要素的形式存儲。交通導航系統(tǒng)中，由于受實時定位精度的影響，目前暫未精確表達車道情況，擴寬/變窄的橋梁仍以雙向帶方向的線要素形式表示，只是橋面擴寬/變窄后中心線位置發(fā)生了變化。因此這里將該空間變化類型歸為幾何位置修改類型。

綜合上述分析，互通式立交橋的空間變化主要有匝道新建或整體新建、匝道消失或整體消失、匝道延長修改、匝道縮短修改、位置修改、屬性修改和重現(xiàn)9種情況，具體見圖2。

圖2 互通式立交橋的空間變化類型示例

2 互通式立交橋增量更新方法

為了實現(xiàn)互通式立交橋增量更新處理自動化的同時，維護其更新后匝道與匝道及主干道間的拓撲一致性和上下層通達性，更新處理時必須顧及立交橋匝道與匝道及主干道弧段間的拓撲聯(lián)通關(guān)系。根據(jù)前文分析的互通式立交橋的拓撲結(jié)構(gòu)類型及變化情況，設(shè)計了一套互通式立交橋的增量更新規(guī)則。

2.1 更新規(guī)則

根據(jù)匝道與匝道之間有無拓撲聯(lián)通點又可將21種互通式立交橋分為兩大類：①匝道與匝道之間無拓撲聯(lián)通點，如圖1中的(圖1(a)、圖1(b)、圖1(i)、圖1(j)、圖1(q)、圖1(s))6種情況，更新處理時僅需要維護匝道始末端點與主干道的拓撲聯(lián)通點即可；②匝道與匝道之間有拓撲聯(lián)通點，如圖1中的(圖1(c)、圖1(d)、圖1(e)、圖1(f)、圖1(g)、圖1(h)、圖1(k)、圖1(l)、圖1(m)、圖1(n)、圖1(o)、圖1(p)、圖1(r)、圖1(t)、圖1(u))15種類型，更新處理時除了需要維護匝道始末端點與主干道存在拓撲聯(lián)通點外，還需要處理兩個匝道弧段間的拓撲聯(lián)通點并維護其聯(lián)通關(guān)系。

如前文所述，互通式立交橋的空間變化主要包括圖2所示的9種情況。由于更新處理時匝道新建和整體新建都通過“插入”操作來實現(xiàn)，可合并為“新建”；匝道消失和整體消失都對應(yīng)于“刪除”操作，可合并為“消失”；匝道延長和縮短都是幾何變化，可合并為“修改”。因此下面按照新建、位置修改、匝道修改(延長/縮短)、消失、屬性修改和重現(xiàn)6類變化類型來設(shè)計更新處理規(guī)則。

由于目前增量信息獲取途徑(如OSM增量數(shù)據(jù))的增量文件一般只有新建、修改、刪除三種變化類型，更新時無法得到匝道的延長、縮短和位置修改情況，但是通過計算增量和基態(tài)間的拓撲關(guān)系可以確定修改參數(shù)情況，即位置修改、匝道修改(延長/縮短)。如變化類型為匝道延長時，增量與匹配到的基態(tài)之間存在重疊拓撲關(guān)系，如圖3(a)所示；位置修改變化的立交橋，其匝道橋面擴寬后的中心線位置發(fā)生變化導致增量與基態(tài)相離，如圖3(b)所示；匝道縮短變化導致增量與基態(tài)間存在覆蓋關(guān)系。這些拓撲關(guān)系可用來細化確定互通式立交橋的變化類型。因此拓撲關(guān)系也是也是更新規(guī)則的核心要素。

圖3 互通式立交橋增量與基態(tài)的拓撲關(guān)系示例

綜上分析，假設(shè)Ai為第i個基態(tài)，Ais、Aie分別表示Ai的始末端點，VAi表示Ai的屬性值；Aj′為第j條增量；Bi為第i個周邊拓撲聯(lián)通對象；Ci為第i個重構(gòu)后的幾何對象；Changetype(Ai)表示Ai的變化類型，TopoType(Aj′,Ai)表示Aj′與Ai的拓撲關(guān)系類型。TypeCode(Ai)表示Ai的互通式立交橋拓撲結(jié)構(gòu)類型唯一編碼。Insert(Ai′)表示插入增量Ai′操作; InsertHisData(Ai) 表示插入基態(tài)Ai到歷史數(shù)據(jù)庫中的操作;Delete(Ai)表示刪除基態(tài)Ai操作；Recall(Ai)表示從歷史庫中召回某個歷史目標Ai；GeoModify(Ai→Ci)表示將Ai的幾何修改為Ci；GeoModify(Bi→Bi1+Bi2) 表示將Bi的節(jié)點打斷修改為兩條弧段Bi1和Bi2；SemModify(Ai→Ai′)表示將Ai的屬性修改為Ai′；TimeModify(Ti→Ti′) 表示將Ti的時間戳修改為Ti′; Union(A1,A2,…,An)表示合并操作；MoveNode(Ai)表示移動節(jié)點操作；BreakNode(Ai)表示打斷節(jié)點操作；“&&”表示邏輯與運算；“||”表示邏輯或運算。根據(jù)4種情況設(shè)計66條互通式立交橋增量更新規(guī)則:①匝道與匝道之間無拓撲聯(lián)通點的 6種互通式立交橋，Changetype(Ai)分別為新建、位置修改、匝道修改(延長/縮短)、消失四種類型時，其更新處理拓撲一致性維護重點都是保持匝道始末端點與主干道的拓撲聯(lián)通點的一致性，每種變化類型對應(yīng)1條規(guī)則，共4條更新規(guī)則；②匝道與匝道之間有拓撲聯(lián)通點的15種互通式立交橋拓撲結(jié)構(gòu)類型的4種變化(即新建、位置修改、匝道修改(延長/縮短)、消失)各對應(yīng)1條規(guī)則，共有15×4=60條規(guī)則；③Changetype(Ai)為屬性修改時，共1條增量更新規(guī)則；④Changetype(Ai)為重現(xiàn)時，共1條增量更新規(guī)則；合計66條更新規(guī)則。下面結(jié)合21種互通式立交橋拓撲結(jié)構(gòu)與6種變化類型舉例說明更新處理規(guī)則設(shè)計方法。

2.1.1 6種互通式立交橋增量更新設(shè)計

匝道與匝道之間無拓撲聯(lián)通點的6種互通式立交橋增量更新規(guī)則設(shè)計。該情況最關(guān)鍵的操作是打斷匝道始末端點處與主干道連接的拓撲聯(lián)通結(jié)點，重構(gòu)與匝道始末端點相連的主干道聯(lián)通基態(tài)，下面以Changetype(Ai)為新建和位置修改為例進行說明。

1)當Changetype(Ai)為新建時，以喇叭型互通式立交橋(圖1(a))的匝道新建增量更新情況為例。首先插入增量Aj′到當前基態(tài)庫；然后打斷Aj′始末端點處的拓撲聯(lián)通結(jié)點，重構(gòu)周邊聯(lián)通基態(tài)Bi為Bi1和Bi2；最后將原始基態(tài)Bi插入歷史庫，修改Bi時間戳的截止時間為當前更新時間TBi′。具體規(guī)則表達式：

Rule1: If (Changetype(Ai) = rampCreate && TypeCode(Aj′) = 450 308) Then (Insert (Aj′);

BreakNode(Aj′s);BreakNode(Aj′e);GeoModify(Bi→Bi1+Bi2);InsertHisData(Bi);

TimeModify(TBi→TBi′);)

2)當Changetype(Ai)為位置修改時，以圖4所示京珠高速與快速路的互通式立交橋匝道(變窄)位置修改為例說明四肢苜蓿葉式互通式立交橋(圖1(i))的增量更新情況。圖4(a)為增量更新前的立交橋，原匝道Ai經(jīng)變窄后其中心位置變?yōu)锳j(圖4(a)中紅色虛線表示)，Aj為增量對象。增量更新處理時，首先將原有基態(tài)Ai插入歷史庫，修改時間戳的截至時間為當前更新時間TAi′；在當前基態(tài)中用Aj更新Ai的幾何數(shù)據(jù)，修改時間戳的起始時間為當前更新時間TAj′；然后打斷Aj的始末端點(圖4(b)中方框圓點表示)，修改Bi的幾何結(jié)點重構(gòu)Bi的幾何為Bi′，拓撲聯(lián)通點的更新從圖4(a)中的方框圓點處(圖4(a)中紅框部分為局部放大圖)修改為圖4(b)中方框圓點處；最后將原有對象Bi插入歷史庫，修改Bi的時間戳的截至時間為當前更新時間TBi′，具體規(guī)則表達式如下。

Rule2: If (Changetype(Ai)=locModify &&TypeCode(Aj′)=450 316) Then(GeoModify(Ai→Aj′); TimeModify(TAj→TAj′);InsertHisData(Ai);TimeModify(TAi→TAi′);BreakNode(Ais);BreakNode(Aie);GeoModify(Bi→Bi′);InsertHisData(Bi);TimeModify(TBi→TBi′);)

圖4 四肢苜蓿葉型互通式立交橋的匝道(變窄)位置修改增量更新情況

2.1.2 15種互通式立交橋的增量更新設(shè)計

匝道與匝道之間有拓撲聯(lián)通點的15種互通式立交橋的增量更新規(guī)則設(shè)計。該情況最關(guān)鍵的操作是找到匝道與匝道間的相交點，以便在更新維護拓撲聯(lián)通性時，進行打斷、移動結(jié)點等操作，下面以Changetype(Ai)為位置修改和匝道修改為例進行說明。

1)當Changetype(Ai)為位置修改時，以圖5所示長韶婁高速與赤江的互通式立交橋匝道(拓寬)位置修改為例說明三個環(huán)圈式互通式立交橋(圖1(m))的增量更新情況。圖5 (a)為增量更新前的立交橋，原匝道Ai經(jīng)拓寬后其中心位置變?yōu)锳j(圖5(a)中紅色虛線表示)，Aj為增量對象。增量更新處理時，首先將原有基態(tài)Ai插入歷史庫，修改時間戳的截至時間為當前更新時間TAi′；在當前基態(tài)中用Aj替換Ai的幾何位置數(shù)據(jù)，修改時間戳的起始時間為當前更新時間TAj′；然后移動Bi的原有拓撲聯(lián)通結(jié)點(圖5(a)中方框圓點表示，圖5(a)中紅框部分為局部放大圖)，移動后圖5(b)中方框圓點表示，修改Bi的幾何結(jié)點，拓撲聯(lián)通點的更新從圖4(a)中的方框圓點處修改為圖4(b)中方框圓點處；最后將Bi插入歷史庫，修改Bi的時間戳的截至時間為當前更新時間TBi′，具體規(guī)則表達式如下。

Rule3: If (Changetype(Ai)=locModify &&TypeCode(Aj′)= 450 320) Then (InsertHisData(Ai);

TimeModify(TAi→TAi′);GeoModify(Ai→Aj′);TimeModify(TAj→TAj′);MoveNode(Bi);

GeoModify(Bi→Bi′);InsertHisData(Bi); TimeModify(TBi→TBi′);)

圖5 3個環(huán)圈型互通式立交橋的匝道(拓寬)位置修改增量更新情況

2)當Changetype(Ai)為匝道修改(延長/縮短)時，以四肢交織環(huán)形(圖1(r))的匝道縮短增量更新情況為例，首先修改基態(tài)Ai的幾何位置為Aj′(Aj′表示增量)；然后移動周邊聯(lián)通基態(tài)Bi的拓撲聯(lián)通結(jié)點，修改Bi的幾何位置，最后將修改前的基態(tài)Ai和Bi插入歷史庫，修改時間戳的截至時間為Ti′。具體規(guī)則表達式如Rule4。

Rule4: If (Changetype(Ai)=shModify &&TypeCode(Aj′)= 450325) Then (GeoModify(Ai→Aj′);

MoveNode(Bi);GeoModify(Bi→Bi′);InsertHisData(Ai); InsertHisData(Bi);TimeModify(Ti→Ti′);)

2.1.3 Changetype(Ai)屬性修改

當Changetype(Ai)為屬性修改時，該種情況只需要修改增量Aj′匹配到的基態(tài)Ai的語義信息即可。因此不需要考慮21種互通式立交橋的拓撲結(jié)構(gòu)。共1條規(guī)則，具體規(guī)則表達如Rule5。

Rule5: If (Changetype(Ai)= semModify) Then(SemModify(Ai→Aj′);)

2.1.4 Changetype(Ai)重現(xiàn)

當Changetype(Ai)為重現(xiàn)時，進行歷史庫中召回對應(yīng)的歷史目標Ai，插入數(shù)據(jù)庫操作；然后修改時間戳為Ti′。同樣也不需要考慮21種互通式立交橋的拓撲結(jié)構(gòu)。共1條規(guī)則，具體規(guī)則表達如Rule6。

Rule6: If(Changetype(Ai)= reAppear) Then(Recall(Ai);Insert (Ai);TimeModify(Ti→Ti′);)

2.2 更新流程

本文顧及拓撲聯(lián)通性的互通式立交橋增量更新流程如下：

1)第一步首先進行數(shù)據(jù)(專業(yè)矢量數(shù)據(jù)“.shp”或OSM數(shù)據(jù)“.xml”)入庫，并對其進行預處理操作。

2)第二步利用基于較短線中值Hausdorff距離(SMDH)、加權(quán)余弦相似度(aCS)等匹配方法[17]對預處理后的增量和基態(tài)數(shù)據(jù)進行匹配。

3)第三步對匹配成功的基態(tài)計算其Ts值，根據(jù)Ts值進行互通式立交橋類別的唯一標識。

4)第四步計算增量與基態(tài)的拓撲關(guān)系，判斷互通式立交橋的具體變化類型及拓撲關(guān)系。

5)最后根據(jù)設(shè)計的66條增量更新規(guī)則對互通式立交橋進行自動化批量更新處理。具體更新流程圖如圖6所示。

圖6 互通式立交橋增量更新流程

3 實驗驗證

3.1 實驗數(shù)據(jù)

為了驗證本文互通式立交橋增量更新方法的有效性，在Visual Studio 2010和ArcGIS Engine 10.1的開發(fā)環(huán)境下，采用Oracle11g數(shù)據(jù)庫，開發(fā)了一套1∶10 000全球典型要素增量更新原型系統(tǒng)，實現(xiàn)了互通式立交橋的增量更新功能。本文以長沙市的OSM交通線數(shù)據(jù)(范圍：112.8214E, 113.1430E; 28.0535N, 28.2890N)，2019年06月OSM官網(wǎng)的基態(tài)數(shù)據(jù)，2019年06-12月(格式為*.osc” )的XML增量數(shù)據(jù)開展試驗。實驗數(shù)據(jù)采用課題組歸納的1∶1萬OSM模型轉(zhuǎn)換規(guī)則，通過OSM模型轉(zhuǎn)換規(guī)則[18]和信譽度計算模塊[19]進行預處理得到長沙市1∶1萬的OSM道路網(wǎng)數(shù)據(jù)，包括3 108條道路線基態(tài)數(shù)據(jù)如圖7(a)所示和632條增量數(shù)據(jù)如圖7(b)所示。

圖7 基態(tài)和增量實驗數(shù)據(jù)

3.2 實驗結(jié)果分析

實驗數(shù)據(jù)中共識別出48座互通式立交橋，其中包含21座喇叭型、5座子葉型、3座苜蓿葉型、2座3個環(huán)圈式、4座環(huán)道式、3座6匝道苜蓿葉式、6座4匝道苜蓿葉式立交橋及交織型、半定向Y型、螺旋型、無環(huán)圈型各1座?；ネㄊ搅⒔粯蜃詣踊隽扛陆Y(jié)果如圖8(a)所示。局部更新細節(jié)如圖8(b)和(c)所示中的喇叭型互通式立交橋(圖中紅色表示增量數(shù)據(jù)，灰色是更新前的基態(tài)數(shù)據(jù))，該立交橋位于長沙西三環(huán)新天地商圈附近，增量是喇叭型立交橋匝道即西三環(huán)輔道。圖中采用規(guī)則2對修改的匝道增量進行了拓撲聯(lián)通點處的結(jié)點打斷和幾何位置修改的更新處理。

圖8 增量更新實驗結(jié)果

4 結(jié)束語

互通式立交橋作為城市道路網(wǎng)的主干架構(gòu)，其數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性及更新質(zhì)量將直接影響道路網(wǎng)的導航、制圖等應(yīng)用服務(wù)。本文針對互通式立交橋更新時存在的拓撲聯(lián)通關(guān)系維護困難問題，提出了一種顧及拓撲聯(lián)通性的互通式立交橋增量更新方法。該方法以21種互通式立交橋類型為基礎(chǔ)，通過分析互通式立交橋的拓撲結(jié)構(gòu)特點及增量更新要求，用計算匝道數(shù)及平面相交點數(shù)組成的二元組值來確定21種互通式立交橋拓撲結(jié)構(gòu)類型；然后根據(jù)其拓撲結(jié)構(gòu)和空間變化類型，設(shè)計了66條互通式立交橋增量更新規(guī)則，實現(xiàn)互通式立交橋拓撲聯(lián)通關(guān)系維護及增量更新處理的自動化。最后在課題組1∶1萬全球典型要素增量更新原型系統(tǒng)中，開發(fā)立交橋增量更新模塊，并以長沙市的OSM道路網(wǎng)數(shù)據(jù)為試驗數(shù)據(jù)，驗證了本文方法的有效性。

但本文對互通式立交橋增量更新方法有效性的評價主要依據(jù)人工目視判斷，尚未完成更新效果驗證的自動化，且在更新處理過程中為了維護匝道與主干道及匝道間的拓撲關(guān)系，需要在容差內(nèi)調(diào)整相關(guān)結(jié)點空間位置，本文方法尚不能自動評價其調(diào)整精度。