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    重庆时时彩走势带坐标: 基于最小二乘优化的道路扩展方法.pdf

    摘要
    申请专利号:

    重庆时时彩单双窍门 www.4mum.com.cn CN201610897981.3

    申请日:

    2016.10.14

    公开号:

    CN106570577A

    公开日:

    2017.04.19

    当前法律状态:

    实审

    有效性:

    审中

    法律详情: 实质审查的生效IPC(主分类):G06Q 10/04申请日:20161014|||公开
    IPC分类号: G06Q10/04(2012.01)I 主分类号: G06Q10/04
    申请人: 浙江工业大学; 杭州交通卫星定位应用有限公司
    发明人: 梁荣华; 柳芬; 李思; 孙国道; 贡伟
    地址: 310014 浙江省杭州市西湖区留和路288号浙江工业大学屏峰校区
    优先权:
    专利代理机构: 杭州天正专利事务所有限公司 33201 代理人: 王兵;黄美娟
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201610897981.3

    授权公告号:

    |||

    法律状态公告日:

    2017.05.17|||2017.04.19

    法律状态类型:

    实质审查的生效|||公开

    摘要

    基于最小二乘优化的道路扩展方法包括以下几个步骤:(1)获取某一道路网络的GeoJSON数据,将GeoJSON数据转为数据结构为无向图的数据;(2)根据用户选中的道路,构建焦点道路变形约束项、上下文道路变形约束项、道路弯曲变形约束项、顶点平移约束项、用户心理地图约束项等约束项,通过求解矩阵方程得到扩展后各交叉点的坐标,并输出扩展的地图;(3)循环遍历输出的道路地图,若存在道路交叉,插入数量以指数速度增大的虚拟道路,再次执行道路扩展算法,得到新的道路网络;若不存在,循环结束,输出最后结果。

    权利要求书

    1.基于最小二乘优化的道路扩展方法,包括以下几个步骤:
    (1)生成道路扩展方法所使用的道路网络地图数据;道路扩展方法处理的数据是数据
    结构为连通图G={V,E}的数据,其中V是道路网络中道路道路之间交叉点的集合,E是交叉
    点之间的道路段集合;其具体生成步骤如下:
    (1.1)使用Java OpenStreetMap编辑器,生成GeoJSON格式的道路网络数据;GeoJSON是
    一种用于编码地理数据的JSON数据结构,其中存储了道路各节点的地理坐标;
    (1.2)GeoJSON格式的道路网络数据中存放了道路交叉点的坐标,提取其中的坐标点,
    并为这些坐标点建立数据结构为连通图G={V,E}的数据;
    (2)获得用户选中的焦点道路,以及和此道路相连接的上下文道路;
    (3)获得焦点道路和上下文道路中所有节点,即道路间交叉点和道路边界点;
    (4)遍历这些节点,为道路扩展创建能量方程,如下公式(7);能量方程可转为矩阵方程
    Ax=b,其中x存放了节点扩展后的坐标值,即求解目标;

    能量方程中DFocus为焦点道路变形约束项,可保证焦点道路扩展到适宜的宽度w;DContext
    为上下文道路变形约束项,可保证上下文道路在道路扩展后尽量保持原来的长度;DBending
    为道路变形约束项,可保证有网状结构的道路网络保持原来的形态结构;和为顶点
    平移约束项,可保证整个道路网络不会移出边界;是各项约束项的
    系数,且均是软约束,即对于不同情形的道路网络,赋予适当的值,
    即可得出最优的道路扩展结果;的作用在于使焦点道路扩展到一定宽度;当有很多道路
    连接着一条较长的焦点道路时,用户能通过增大的值使道路扩展到恰当的宽度;用于
    保证变形后上下文道路依然能保证原有的结构;当道路地图存在很多密集的上下文道路
    时,用户可以增大来避免变形后的上下文道路之间的交叉;用于保证道路网络整体的
    常规结构;用于修整道路网络变形后上下文道路的长度,使其依然处于原定的边界盒子
    中,且一般情况下会赋予一个较高的值;用于保证整个道路网络在变形后依然保持原
    有的视图上下文;
    (5)求解矩阵方程Ax=b,将Ax=b转为向量存储节点扩展后坐标值(x
    `u,y`u),故只需计算矩阵A的,便可得出道路扩展后相关节点的坐标值,最后输出道路网络
    地图;
    (6)对于新得到的路网络地图,可能会出现焦点道路和上下文道路交叉的情况;如果焦
    点道路f继续扩展,焦点道路f可能会和上下文道路c1交叉,或者上下文道路c2和上下文道路
    c3交叉;对此,在图中加入虚拟道路来解决这一问题;即对于输出的新道路网络,道路扩展
    方法还需检测其中焦点道路和上下文道路有没有存在交叉现象,或者上下文道路和上下文
    道路之间存在交叉现象;
    (7)若存在道路交叉问题,在交叉的道路间加入n*2条虚拟道路;
    (8)重复执行步骤2-7,直到输出的道路网络不存在交叉问题。
    2.如权利要求1所述的基于最小二乘优化的道路扩展方法,其特征在于:
    对步骤(4)所述的道路扩展的实现方法是将道路扩展问题转化为最小二乘优化问题:
    基于焦点道路的变形创建若干约束条件,以保证焦点道路能扩展到适当的宽度;基于上下
    文道上路创建若干约束条件,以保证变形最小化或只发生轻度变形;此外,基于扩展区域创
    建约束条件,以整个道路网络地图在焦点道路扩展后依然能显示原地图的上下文;最后,由
    这些约束条件经过加权相加构成非线性最小二乘形式的能量方程,由此道路扩展问题转化
    为优化问题;
    步骤4中所述的能量方程及其各项约束项具体是:连通图G=(V,E)表示道路网络的逻
    辑结构,V表示道路交叉点的集合,E表示道路段的集合;顶点u是集合V中任意一元素,其在
    图中的像素坐标为(xu,yu);边e={u,v}表示顶点u和v之间的边,其中u,v∈V,e∈E;f表示待
    扩宽的焦点道路,c表示待扩宽的上下文道路;很明显,顶点u和顶点v在图中有更特殊的含
    义,顶点u是焦点道路f和上下文道路c之间的交叉点,顶点v是上下文道路c另一边的顶点;
    当某段道路被扩宽,道路网络上每一个点u(xu,yu),将会移至新的位置u`(x`u,y`u);Vf表示
    焦点道路(the focus road)f上点的集合,VN(u)表示顶点u附近的点集合;构成能量方程的
    各约束项表示如下:
    a)焦点道路变形约束项:
    DFocus=|(x`u-x`v)-(xu-xv)-wx|2+|(y`u-y`v)-(yu-yv)-wy|2
    <mrow> <mo>&ForAll;</mo> <mi>u</mi> <mo>&Element;</mo> <msub> <mi>V</mi> <mi>F</mi> </msub> <mo>,</mo> <mi>v</mi> <mo>&Element;</mo> <msub> <mi>V</mi> <mrow> <mi>N</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>u</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msub> <mo>,</mo> <mi>v</mi> <mo>&NotElement;</mo> <msub> <mi>V</mi> <mi>F</mi> </msub> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
    要使焦点道路扩宽w,从另一个角度来说是和此道路相连接的上下文道路上每个点在
    水平方向和垂直方向上均要移动相应的距离,即wx和wy;α是焦点道路和上下文道路之间夹
    角,θ是上下文道路与水平线之间的夹角,即倾斜角,故
    DFocus越来越接近0时,顶点u和v在水平和垂直方向移动的距离越接近wx和wy;当处理多条道
    路的时候,算法迭代每条焦点道路,并为每条道路创建相应的焦点道路变形公式;
    b)上下文道路变形约束项:
    DContext=1/Dist(u,v)(|(x'u-x'v)-(xu-xv)|2+|(y'u-y'v)-(yu-yv)|2)
    <mrow> <mo>&ForAll;</mo> <mi>u</mi> <mo>&Element;</mo> <msub> <mi>V</mi> <mi>F</mi> </msub> <mo>,</mo> <mi>v</mi> <mo>&Element;</mo> <msub> <mi>V</mi> <mrow> <mi>N</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>u</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msub> <mo>,</mo> <mi>v</mi> <mo>&NotElement;</mo> <msub> <mi>V</mi> <mi>F</mi> </msub> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
    为保持道路网络地图原有的整体结构,上下文道路在道路扩展中应保持原有的长度;
    此约束公式旨在保证上下文道路c={u,v}能随着焦点道路的扩展而移动,但不进行放缩;
    Dist(u,v)是u和v之间欧式距离,通过乘以Dist(u,v)的倒数,对于较长的道路,此系数能使
    其不发生或者只发生轻度放缩;
    c)道路弯曲变形约束项:
    DBending=|a tan2(yu'-y'v,x'u-x'v)-a tan2(yu-yv,xu-xv)|2
    <mrow> <mo>&ForAll;</mo> <mi>u</mi> <mo>,</mo> <mi>v</mi> <mo>&Element;</mo> <mi>V</mi> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>3</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
    除了设置约束项于焦点道路和上下文道路,还需要将另一个重要的约束加在道路弯曲
    问题上;对于一个规则的、有网状结构的道路网络,为保持原有形态结构,应添加此约束;此
    约束作用在于,在道路扩展后,上下文道路的倾斜角θ不发生变化;尤其对于处理类似于地
    铁道路网络图,这种只采取90度角和45度角,高度几何化的图,为其上下文道路创建此约束
    公式,加大约束公式的权重可保证道路倾斜角不发生变化;
    d)顶点平移约束项:
    <mrow> <mo>&ForAll;</mo> <mi>u</mi> <mo>&Element;</mo> <msub> <mi>B</mi> <mi>x</mi> </msub> <mo>:</mo> <msub> <mi>D</mi> <mrow> <mi>B</mi> <mi>x</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mo>|</mo> <msubsup> <mi>x</mi> <mi>u</mi> <mo>&prime;</mo> </msubsup> <mo>-</mo> <msub> <mi>x</mi> <mi>u</mi> </msub> <msup> <mo>|</mo> <mn>2</mn> </msup> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>4</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
    <mrow> <mo>&ForAll;</mo> <mi>u</mi> <mo>&Element;</mo> <msub> <mi>B</mi> <mi>y</mi> </msub> <mo>:</mo> <msub> <mi>D</mi> <mrow> <mi>B</mi> <mi>y</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mo>|</mo> <msubsup> <mi>y</mi> <mi>u</mi> <mo>&prime;</mo> </msubsup> <mo>-</mo> <msub> <mi>y</mi> <mi>u</mi> </msub> <msup> <mo>|</mo> <mn>2</mn> </msup> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>5</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
    为了使整个道路网络的上下文视图在道路扩展不发生变,道路网路上所有点在扩展后
    都应该在边界盒子中;Bx和By表示距离地图内边界的区域,Bx被设置为地图宽度的10%,By
    为地图高度的10%;当焦点道路扩展完成,会出现上下文道路溢出边界;对区域Bx和By加此
    约束,当上下文道路出现溢出时,处于Bx区域的道路将在垂直方向上移动,处于Bx区域的道
    路将在水平方向移动,以保证整个道路网络不会移除边界;
    e)用户心理地图约束项:
    为保证用户优化后的心理地图,希望地图中的道路,尤其是焦点道路,应尽可能接近原
    来的位置,故除以上约束项外,还提出如下约束项:
    <mrow> <mo>&ForAll;</mo> <mi>u</mi> <mo>,</mo> <mi>v</mi> <mo>&Element;</mo> <msub> <mi>V</mi> <mi>F</mi> </msub> <mo>:</mo> <msub> <mi>D</mi> <mrow> <mi>p</mi> <mi>r</mi> <mi>e</mi> <mi>f</mi> <mi>e</mi> <mi>r</mi> <mi>r</mi> <mi>e</mi> <mi>d</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mo>|</mo> <msubsup> <mi>x</mi> <mi>u</mi> <mo>&prime;</mo> </msubsup> <mo>-</mo> <msub> <mi>x</mi> <mi>u</mi> </msub> <msup> <mo>|</mo> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <mo>|</mo> <msubsup> <mi>y</mi> <mi>u</mi> <mo>&prime;</mo> </msubsup> <mo>-</mo> <msub> <mi>y</mi> <mi>u</mi> </msub> <msup> <mo>|</mo> <mn>2</mn> </msup> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>6</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
    此约束公式能使焦点道路上所有点不会离原来的位置太远,并且对焦点道路和上下文
    道路的这种约束作用能传播到整个网络中,从而不破化用户的心理地图;
    将以上约束项加权求和,得到所需的能量方程式(7)。

    关 键 词:
    基于 最小 优化 道路 扩展 方法
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