摘要：道路网络是建立电子导航数据库的基础。考虑到实际路网中的一些交通管制措施，本文提出一种加入交通限制信息的路网模型，克服了现有模型的缺陷，使更符合客观实际。
　　关键词：交通限制信息 道路网络 模型 关系
　　
　　在车载导航系统中，最富特征和最重要的功能如定位显示、地图匹配、最优路径等都离不开完备、精确的道路网络。换句话讲，具有道路网络的电子地图是“活”的电子地图，而不具有道路网络的电子地图则是“死”的。所以道路网络在电子导航数据库的建立过程中是最重要的元素之一。
　　但是，目前常见的电子地图道路网络模型一般是由基于桌面GIS的路网模型改进得来，它存在如下缺点：对实际道路网络的描述不够周详；难以表达路段的拓扑关系；不能准确表达实际路网中的真实情况。而在实际路网中，交通管理部门经常会采取一些交通管制措施，比如单向通行、转向限制等，由此造成直观上连通的路线，在实际交通行为中是不可达的。因此，在建立路网模型时，必须考虑道路的实际情况，要顾及到道路的单双向信息和交叉口转向限制信息等。基于以上要求，本章提出一种考虑道路交通限制信息的路网模型。
　　
　　一、道路网络中的几何元素和拓扑关系
　　
　　首先分析一下道路网络中的几何元素和拓扑关系。图1中节点反映了道路段与道路段的交点或路段终点；形状点是指同一条非直线道路上的转弯点；而路段的穿越则反映了路段之间的邻接关系。节点可以用二维或者三维的坐标表示，节点和节点的联系可以用连接两点的直线(直线道路)或者多义线(曲线道路)表示，而且两条相邻的边若构成一个道路段穿越，则它即可反映现实道路的邻接拓扑关系。
　　
　　二、考虑交通限制信息的道路网络模型
　　如果把形状点归于路段的属性数据，则整个路网模型可表述为：
　　RW=(R,N,LR)
　　R={|x,y∈N,且L(x,y)}
　　N={|L(n1,n2),其中n1,n2∈R,且n1与n2存在公共节点}
　　LR={|L’(m,n),其中m,n∈N,且m与n存在公共节点}
　　其中RW代表道路网络。R代表路段集合。其元素是有序对，谓词L(x,y)表示由节点x到节点y存在一条有向通路，如图2所示，若分别用x1、x2表示节点1、节点2，则就表示从节点1到节点2有一条有向道路A。
　　
　　N代表道路网络两个路段的拓扑关系集合，有序对表示连接路段n1到路段n2的道路节点，谓词L(n1,n2)代表路段n1可通行到路段n2。如图2中，有向路段D可通行到有向路段C，则代表从D到C的节点1。
　　LR代表转弯限制的集合，其元素是有序对,其中谓词L’(m,n)表示从有向路段m到有向路段n不存在有向通路，即转弯限制。如图2中，若LR存在,则表示在交叉路口１处禁止从有向路段B行驶到有向路段A。
　　分析转弯限制集的组成。它的每个元素是具有公共节点的两条路段的有序对。这个公共节点是存在于节点集中的，两条有向路段是存在于路段集中的。也就是说，不需要为路段关系集建立专门的元素实体，只需将这种关系直接映射到现有的元素上就行了。因此，在数据结构中，把转弯限制集的元素分配到其相关节点的属性中，构成相关转弯限制集。它实际上是整个路网转弯限制集合的子集。如图2中，若LR中存在元素，可以把它分配到节点1的属性中去。假设与节点１相关的转弯限制共有两个：禁止从有向路段D到有向路段A和禁止从有向路段B到有向路段A，则节点1的相关转弯限制集为{,}。
　　为了解决单行线的表述问题，在路段的属性数据中引入一个控制变量，此变量为整型，若此道为单行线，则变量为1，否则为0。如图2中的道路C,其表述为, 即从节点4到节点1的一条有向道路。如果它的单行标志为1，表示从节点1到节点4是不可通行的；反之则表示道路C是双行线。
　　为了表示道路的车辆通行能力，给路段的属性中增加一个加权系数属性，即路段拥堵系数，并将路段长度与此系数的乘积称为路段的加权长度。路段拥堵系数越大，说明路段的车辆通行能力差，对应的加权长度也越长，即车辆通过此路段所需时间就越长。
　　上述路网模型充分考虑了车辆导航系统的要求，在数据结构方面作了适当的简化，它具有以下几个特点。
　　(1)采用有序道路对(m，n)的方式描述转弯限制，能够真实有效地反映实际路网的状况。并且由于数据结构中把此类元素作为相关节点的属性进行组织，在进行最优路径查找或车辆引导时，从节点内部就可得到转弯限制信息，而不必查询相邻节点或道路的信息。如图2.4中，若节点1的相关转弯限制集为{(B，A)，(D，A)}，则在其内部就可得到A、B、C、D四条道路两两通行的信息。
　　(2)采用有序节点对(x，y)的方式描述道路，不但能够有效地反映节点与节点间的连接关系，从而形成完整的路网拓扑结构，而且能够说明道路的方向性。结合道路的另一属性单行控制变量，就可以清楚地描述道路的单双向信息。
　　(3)在道路路段中本身存储了起始和终止节点的信息，因此上述模型可以方便地由路段获取节点，或由节点获取其连接的路段信息。
　　(4)采用单行控制变量的方式表述单双向信息，可以有效地缩减数据量。在一些标准的路网模型中，通常是以添加道路元素的方式描述道路单双向信息的，即如果道路为双向的，则路网数据中有两条方向相反的道路分别描述此道路的上、下行车道。这种方法可以清楚地描述出道路单双向信息。但在实际的路网中，上、下行车道皆可通行的道路不是少数，按照这种方法构造路网肯定会使数据量大大增加。而采用增加单行控制变量的方法，不但可以解决单行道的表述问题，而且增加的数据量要少得多。
　　为了有效地描述实际道路网络，建立一种新的道路网络模型。在该模型中充分考虑了实际路网的拓扑结构，准确表达了节点与节点、节点与路段间的关系，并将实际道路中的交通限制信息，如单双向行驶、转向限制等都做了表示，这样就克服了现有路网模型中对实际路网描述不够周详、难以表达路段的拓扑关系等缺陷。
　　
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