城市双线道路增量更新中单⁃双线道路拓扑冲突检测与处理方法

张浩; 武芳; 行瑞星; 何正兴

doi:10.13203/j.whugis20220161

城市双线道路增量更新中单⁃双线道路拓扑冲突检测与处理方法

张浩^1,,
武芳^2, ,,
行瑞星²,
何正兴^{1, 3}

1.
园测信息科技股份有限公司,江苏苏州,215027
2.
信息工程大学地理空间信息学院,河南郑州,450052
3.
同济大学测绘与地理信息学院,上海,200092

基金项目:

国家自然科学基金 41801396

河南省杰出青年科学基金 212300410014

详细信息

作者简介:
张浩,硕士,主要从事空间数据库更新与应用研究。zhanghaogis@163.com

通讯作者:
武芳,博士,教授。wufang_630@126.com

计量
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出版历程
- 收稿日期: 2023-11-09
- 网络出版日期: 2023-03-02
- 刊出日期: 2025-03-04

Topological Conflict Detection and Processing Between Single- and Dual-Carriageway Roads in Incremental Updating of Urban Dual-Carriageway Roads

1.
Sipsg Information Technology Co. Ltd, Suzhou215027, China
2.
Institute of Geographical Spatial Information, Information Engineering University, Zhengzhou450052, China
3.
College of Surveying and Geoinformatics, Tongji University, Shanghai200092, China

摘要

摘要:
在城市双线道路增量更新中,拓扑关系容易出现不一致现象。针对双线道路增量更新中单、双线道路拓扑冲突检测与处理的问题,提出了基于线-面关系扩展四交模型的拓扑冲突检测与处理方法。首先讨论了单、双线道路可能存在的拓扑关系类型与表达方式；然后设计了包含线-面关系、公共交点个数、是否是双线道路顶点的空间关系表达模型；最后通过计算更新前后单、双线道路拓扑关系矩阵差判定拓扑冲突的类型,并构建了对应的拓扑冲突处理规则。结果表明,所提方法能够有效表达单、双线道路的拓扑关系,并能够实现拓扑冲突自动化检测与处理,针对性强,准确率高。
- 城市双线道路 /
- 增量更新 /
- 拓扑关系矩阵 /
- 拓扑冲突检测 /
- 拓扑冲突处理
Abstract:
Objectives
The topological relationship is prone to appear inconsistent phenomenon in the incremental updating of urban dual-carriageway roads.
Methods
Aiming at the problem of topological conflict detection and processing between single- and dual-carriageway roads, this paper proposes a topological conflict detection and processing method based on the extended polyline-polygon four-intersection model. First, we discuss possible topological relation types and expression between single- and double-carriageway roads. Then, a spatial relation expression model including the relation between polyline and polygon, the number of common intersections and whether it is the vertex of dual-carriageway roads is designed. Finally, the topological conflict types are determined by calculating the matrix difference between the correct topological relation and the updated topological relation of single- and carriageway-roads, and the corresponding topological conflict processing rules are constructed.
Results
The experiment results show that the proposed method can effectively express the topological relationship between single- and dual-carriageway roads and finish the topological conflict detection and processing very well.
Conclusions
The proposed method have the advantages of good pertinence and high precision.
- urban dual-carriageway roads /
- incremental updating /
- topological relation matrix /
- topological conflict detection /
- topological conflict processing
http://ch.whu.edu.cn/cn/article/doi/10.13203/j.whugis20220161

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http://ch.whu.edu.cn/cn/article/doi/10.13203/j.whugis20220161

图 1 城市双线道路更新流程

Figure 1. The Proposed Updating Process of Urban Dual-Carriageway Roads

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图 2 道路更新后单⁃双线道路可能存在的拓扑关系

Figure 2. Possible Topological Relation Types Between Single- and Dual-Carriageway Roads After Road Updating

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图 3 单⁃双线道路关系点示意图

Figure 3. Diagram of Relation Points Between Single- and Dual-Carriageway Roads

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图 4 单⁃双线道路拓扑冲突检测试验数据

Figure 4. Experimental Data of Topological Conflict Detection Between Single- and Dual-Carriageway Roads

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图 5 单⁃双线道路拓扑冲突检测与处理实例

Figure 5. Examples of Topological Conflict Detection and Processing Between Single- and Dual–Carriageway Roads

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表 1 a1与a2更新后可能的拓扑关系

Table 1 Possible Topological Relation Types of a1 and a2 After Road Updating

关系类型	a1	a2	a3	a4	a5
a1(a2)→
关系矩阵（T⁴）	$[\begin{matrix} 1 & 0 \\ 1 & 1 \end{matrix}]$	$[\begin{matrix} 0 & 0 \\ 0 & 1 \end{matrix}]$	$[\begin{matrix} 0 & 0 \\ 0 & 0 \end{matrix}]$	$[\begin{matrix} 1 & 1 \\ 1 & 0 \end{matrix}]$	$[\begin{matrix} 1 & 0 \\ 1 & 0 \end{matrix}]$

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表 2 b1更新后可能的拓扑关系

Table 2 Possible Topological Relation Types of b1 After Road Updating

关系类型	b1	b2	b3	b4	b5
b1→
关系矩阵（T⁴）	$[\begin{matrix} 0 & 0 \\ 0 & 1 \end{matrix}]$	$[\begin{matrix} 0 & 0 \\ 0 & 0 \end{matrix}]$	$[\begin{matrix} 1 & 1 \\ 1 & 0 \end{matrix}]$	$[\begin{matrix} 0 & 0 \\ 0 & 1 \end{matrix}]$	$[\begin{matrix} 1 & 1 \\ 1 & 0 \end{matrix}]$

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表 3 c1更新后可能的拓扑关系

Table 3 Possible Topological Relation Types of c1 After Road Updating

关系类型	c1	c2	c3	c4	c5	c6	c7
c1→
关系矩阵（T⁴）	$[\begin{matrix} 0 & 0 \\ 0 & 1 \end{matrix}]$	$[\begin{matrix} 0 & 0 \\ 0 & 0 \end{matrix}]$	$[\begin{matrix} 0 & 0 \\ 1 & 0 \end{matrix}]$	$[\begin{matrix} 0 & 0 \\ 0 & 1 \end{matrix}]$	$[\begin{matrix} 1 & 1 \\ 1 & 0 \end{matrix}]$	$[\begin{matrix} 1 & 0 \\ 1 & 1 \end{matrix}]$	$[\begin{matrix} 1 & 0 \\ 1 & 0 \end{matrix}]$

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表 4 d1更新后可能的拓扑关系

Table 4 Possible Topological Relation Types of d1 After Road Updating

关系类型	d1	d2	d3
d1→
关系矩阵（T⁴）	$[\begin{matrix} 0 & 0 \\ 1 & 0 \end{matrix}]$	$[\begin{matrix} 0 & 0 \\ 0 & 0 \end{matrix}]$	$[\begin{matrix} 1 & 0 \\ 1 & 0 \end{matrix}]$

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表 5 单⁃双线道路拓扑关系矩阵与处理规则

Table 5 Topological Relation Matrix and Processing Rules Between Single- and Dual-Carriageway Roads

连接关系	正确拓扑关系	更新后拓扑关系	拓扑关系矩阵差	拓扑冲突类型	处理规则
完全连接	R_a1 (101120)	R_a1 (101120)	R_a1-R_a1 (000000)	符合拓扑一致性
		R_a2 (000110)	R_a1-R_a2 (101010)	相接型	Rule1
		R_a3 (000000)	R_a1-R_a3 (101120)	相离型	Rule1
		R_a4 (111010)	R_a1-R_a4 (0-10110)	不完全穿越型	Rule1
		R_a5 (101020)	R_a1-R_a5 (000100)	完全穿越型	Rule2
不完全连接	R_a2 (000110)	R_a1 (101120)	R_a2-R_a1 (-10-10-10)	相接型	Rule3
		R_a2 (000110)	R_a2-R_a2 (000000)	符合拓扑一致性
		R_a3 (000000)	R_a2-R_a3 (000110)	相离型	Rule4
		R_a4 (111010)	R_a2-R_a4 (-1-1-1100)	不完全穿越型	Rule3
		R_a5 (101020)	R_a2-R_a5 (-10-11-10)	完全穿越型	Rule3
直线连接	R_b1 (000111)	R_b1 (000111)	R_b1-R_b1 (000000)	符合拓扑一致性
		R_b2 (000000)	R_b1-R_b2 (000111)	相离型	Rule5
		R_b3 (111011)	R_b1-R_b3 (-1-1-1100)	不完全穿越型	Rule3
		R_b4 (000110)	R_b1-R_b4 (000001)	相接型	Rule6
		R_b5 (111010)	R_b1-R_b5 (-1-1-1101)	不完全穿越型	Rule7
转向连接	R_c1 (000111)	R_c1 (000111)	R_c1-R_c1(000000)	符合拓扑一致性
		R_c2 (000000)	R_c1-R_c2(000111)	相离型	Rule6
		R_c3 (001011)	R_c1-R_c3(00-1100)	相接型	Rule3
		R_c4 (000110)	R_c1-R_c4(000001)	相接型	Rule6
		R_c5 (111010)	R_c1-R_c5(-1-1-1101)	不完全穿越型	Rule7
		R_c6 (101120)	R_c1-R_c6(-10-10-11)	不完全穿越型	Rule7
		R_c7 (101020)	R_c1-R_c7(-10-11-11)	完全穿越型	Rule7
T型连接	R_d1 (001011)	R_d1 (001011)	R_d1-R_d1 (000000)	符合拓扑一致性
		R_d2 (000000)	R_d1-R_d2 (001011)	相离型	Rule8
		R_d3 (101020)	R_d1-R_d3 (-1000-11)	完全穿越型	Rule9

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表 6 单⁃双线道路拓扑冲突处理规则库

Table 6 Processing Rules of Topological Conflict Between Single- and Dual-Carriageway Roads

处理规则	处理对象	处理类型	具体动作
Rule1	单线道路	延长	P_s延长到P_e₂
Rule2	单线道路	分割、删除	删除P_i₂→P_s线段
Rule3	单线道路	分割、删除	删除P_i₁→P_s线段
Rule4	单线道路	延长	P_s延长到P_e₁
Rule5	单线道路	延长	P_s延长到P_d
Rule6	单线道路	顶点位移	P_s移动到P_d
Rule7	单线道路	分割、删除、顶点位移	删除P_i₁→P_s线段,P_i₁移动到P_d
Rule8	双线道路	双线顶点位移	P_d移动到P_dp
Rule9	双线道路	分割、删除、双线顶点移位	删除P_i₁→P_d、P_i₂→P_d线段,P_i₁、P_i₂移动到P_dp

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表 7 拓扑冲突分类统计

Table 7 Classification Statistics of Topological Conflicts

冲突类型	连接关系					合计
冲突类型	完全连接	不完全连接	直线连接	转向连接	T型连接	合计
相离型	2	2	2	0	3	9
相接型	1	0	1	2	0	4
不完全穿越型	21	39	2	2	0	64
完全穿越型	4	1	0	1	2	8
合计	28	42	5	5	5	85

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表 8 拓扑冲突处理实验结果

Table 8 Topological Conflict Processing Results

冲突类型	实际产生拓扑错误数	成功检测拓扑错误数	成功处理拓扑错误数	处理成功率/%
不完全穿越型	64	64	64	100.00
完全穿越型	8	8	8	100.00
相接型	4	4	4	100.00
相离型	9	9	7	77.78

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表 9 拓扑冲突检测与处理实例分析

Table 9 Examples Analysis of Topological Conflict Detection and Processing

实例	正确拓扑关系类型		拓扑关系冲突		拓扑处理后矩阵差		处理结果
实例	$R_{d u a l - s_{1}}$	$R_{d u a l - s_{2}}$	$R_{d u a l - s_{1}}$	$R_{d u a l - s_{2}}$	$R_{d u a l - s_{1}}$	$R_{d u a l - s_{2}}$	$R_{d u a l - s_{1}}$	$R_{d u a l - s_{2}}$
1	R_d1(001011)	R_b1(000111)	R_d2(000000)	R_b2(000000)	000000	-1-1-1100	成功	失败
2	R_d1(001011)	R_b1(000111)	R_d3(101020)	R_b2(000000)	000000	000111	成功	失败
3	R_b1(000111)	R_c1(000111)	R_b2(000000)	R_c7(101020)	000000	000000	成功	成功

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作者简介: 张浩,硕士,主要从事空间数据库更新与应用研究。zhanghaogis@163.com

通讯作者: 武芳,博士,教授。wufang_630@126.com

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