车道级城市道路交通网络数字模型构建技术研究文献综述

 2022-11-01 02:11

文献综述(或调研报告):

1.概述

道路网模型是对道路网进行的一种抽象表达,用于交通规划和管理。在道路网模型的构建,首先要分析当前的已有的模型的研究进展,从模型的维度、层次、对车道和立交的处理等方面,进行分析评价。目前的道路网模型大致分为三种,一种是强调其实用性,从功能需求上设计道路网;一种强调其对道路网模拟的真实性,要求完整的反映道路网的情况;还有一种是强调可视化,使用户能与道路网模型进行实时的交互,各有各的特点。

2.国内外研究现状

国内对于道路网模型的研究很多,大多是以图作为基础,将道路与交叉口抽象为弧段-结点。这样道路网的问题就转换成了对图的处理问题,也符合人们对于道路网的认知。使用弧段-结点的模式进行建模时,一般交叉口用结点进行表示,连接交叉口的道路用弧段表示。

道路网模型的发展是从二维到三维,由道路中心线向车道发展的一个趋势。在张林的道路模型中,他将路网进行了两种抽象,道路级的抽象采用点和曲线的形式进行组合表达,车道级的抽象将车道抽象为曲线,交叉口处不设置车道连接线,在进行路径问题分析时自动处理[3]。在郑燕飞的道路网模型中,道路网由三个对象表达:道路中心线、车道、交叉口,将它们作为一个层次进行考虑,道路中心线和车道作为不同的弧段,通过交叉口连接[5]。肖定国的道路网模型将路网抽象为三层:基于道路中心线的宏观网络构建、基于行车道的中观网络延伸和基于实际车道的微观网络拓展[7]

与其他模型不太相同的是马骏的模型,该模型为改进的超点模型。超点模型将道路网上具有多相关属性的一个交叉点定义为一个超点,超点对象存储了自身的位置,与之相连的输入弧线和输出弧线,并含有一个标识符。超点对象包含一个三元组集合,记录了从这个点出发的所有输出弧线的交通代价,还包含一个约束矩阵,记录了从这个点到其他点的转弯代价也同时记录了转弯限制的信息(理解为一般的交叉口处4*4的方向组成的矩阵,超点为其中的拐弯处)。使用这样的方式表达道路网,其模型中弧段数较少,道路网整体上只包含了两种对象,超点和超点上的输出弧。

道路网中立交桥,一般具有多层结构,含有连接上下层的匝道,匝道一般具有确定的行驶方向,还有空间上相互跨越的主线。立交桥是道路网中典型的立体结构,对立交的处理,不同的人有不同的观点。孙敏将其抽象为三维结构,其中包含路段和结点,每条主线抽象为路段,含有多个匝道入口连接不同的匝道,同时还有两个入口,与集散道路进行连接。在具体处理时,把立体交叉(立交桥、过街桥和地下通道)作为复杂结点,每个复杂结点包含一个立体交叉的所有道路信息[1]。在张林的模型中,他将立交桥抽象为一组点和曲线,额外进行存储维护,保持了路径引导的真实性[3]。在郑飞燕的模型中,他将立交桥抽象为复杂的交通路口,添加多个弧段与之连接[5]

车道在其终止位置包含转向的信息,基本的转向类型有直行、左转、右转和掉头。有些道路网模型并没有考虑转向信息。在黄敏的模型中,他将转弯信息记录在子路段(车道)结点的属性之中,记为邻近子路段北偏角集,其记录了与结点相连的各子路段的北偏角(两条有向子路段的夹角),根据得出的夹角值去匹配预先枚举的八个转弯方向,得出相邻路段间的转弯关系[2]。张林的模型中,转向信息存储在一张表中,每条记录是一个交叉口,记录了与当前交叉口相连的各个车道的转弯限制信息[3]。马骏的模型中,转向信息存储在约束矩阵之中,约束矩阵是一个交叉口的信息,路段两两组合记录一个数值,数值小于MAX表示允许改转向,同时记录了其转向代价,数值等于MAX表示不允许转向[4]

国外对于道路网模型的研究比较深入,对模型的应用更加熟练。Thomas J. Cova的车道网络流模型将道路网建模为结点和单一车道,并且取消了右转弧段,这样就减少了在交叉点出的弧段数量 [8] 。Branscomb的三维模型,优势是基于车道对三维道路进行建模,拓扑正确,但是此模型的建立仅仅停留在概念层面上 [11] 。Malaikrisanachalee提出了一种基于车道的道路网模型,通过增加车道序列避免使用转向表记录转向信息,但是此模型缺乏多尺度的三维表达 [15]

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