轨道路径数据采集及拟合方法
【专利摘要】本发明涉及一种轨道路径数据采集及拟合方法，通过GPS定位技术，获取并保存位置数据，计算任意两个相邻路径点的之间的斜率，根据相邻点斜率柔性变化的原则和相邻点必须线性连续的原则，把斜率突变的点称为毛刺点，主动割弃毛刺点；用舍弃了毛刺点后的各个节点和路径点拟合出轨道路径曲线；然后计算轨道路径上任意两点间的最短路径。本发明通过计算相邻路径点之间的斜率，根据相邻点斜率柔性变化的原则和相邻点必须线性连续的原则，把斜率突变的毛刺点剔除，可以获取精准的道路曲线数据。改进了任意两点间最短距离的算法，能够快速准确的计算出任意两点之间的实际距离。
【专利说明】
轨道路径数据采集及拟合方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种轨道路径的数据采集与分析的方法，尤其涉及铁路轨道在有弯道 和交叉道路的情况下精准描绘线路，同时精确计算任意两点之间最短距离的方法。
【背景技术】
[0002] 随着通讯技术的发展，计算铁路、公路路径长度的需求变得非常频繁，地图数据往 往不容易获取，往往需要通过GPS打点的方式获取地理数据，但GPS本身的精度误差往往达 到5米以上导致系统采集的速度坐标等历史数据毛刺较多，且不能准确计算出带弯道和交 叉的铁路轨道任意两点之间的最短距离，这样就有很大的碰撞隐患。
[0003] 只有算出两辆交通工具在相遇过程中采用最短路径时的最短距离，并及时提醒， 才能防止碰撞的可能，这就要求我们在制作专有道路路线时需要合理处理这些异常数据， 否则，不仅线路误差变大，还将产生交大的线路距离误差。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种轨道路径数据采集及拟合算法，可以根据道 路模板拟合出精准的的道路曲线，并计算线路中任意两点之间的最短距离。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明涉及一种轨道路径数据采集及拟合算法，。
[0006] -种轨道路径数据采集及拟合方法，将采集到的位置数据拟合成路径曲线并计算 出路径曲线上任意两点间的最短路径，具体包括以下步骤： (a) 采集位置数据的到多个位置点，将多股轨道的衔接点定义为节点，将节点之间的 离散点定义为路径点，计算任意两个相邻路径点的之间的斜率，根据相邻点斜率柔性变化 的原则和相邻点必须线性连续的原则，把斜率突变的点称为毛刺点，主动割弃毛刺点； (b) 用舍弃了毛刺点后的各个节点和路径点拟合出轨道路径曲线； (c) 计算轨道路径上任意两点间的最短路径。
[0007] 优选的：轨道路径上任意两点间的最短路径通过以下方法计算： (1) 将轨道路径上的某一点定义为源点，建立源点到每个位置点距离的距离数据信息， 源点到相邻点的距离已知，源点到源点的距离为零，将源点到与源点不相邻的位置点的距 离赋予一个大于路径全程的数值； (2) 将源点到各个位置点的距离更新到距离数据信息中，并记录源点； (3) 在未记录的位置点中选出与源点距离数值最小的位置点，记录该点，将与该点相邻 且未记录的位置点定义为邻接点，将源点到该点的距离与该点到邻接点的距离相加，若相 加后得到的距离数值小于该邻接点到源点的距离，则将计算结果更新到距离数据信息中， 否则不更新； (4) 重复步骤(3)，直到所有的位置点都被记录，此时距离数据信息中的源点到各个位 置点的距离数据极为源点到每个位置点的最短路径。
[0008] 优选的，步骤(3)中，邻接点有多个时，分别将每个邻接点到该点的距离与该点到 源点距离相加，若相加后得到的距离数值小于该邻接点点到源点的距离数值，则将计算结 果更新到距离数据信息中，否则不更新， 优选的，通过选取不同的位置点作为源点，可以算出轨道路径上任意两点间的最短路 径。
[0009] 优选的，计算轨道路径上任意两点间的最短路径用于判断两轨道车发生碰撞的可 能性。
[0010] 本发明的有益效果为： 本发明通过计算相邻路径点之间的斜率，根据相邻点斜率柔性变化的原则和相邻点必 须线性连续的原则，把斜率突变的毛刺点剔除，可以获取精准的道路曲线数据，改进了任意 两点间最短距离的算法，能够快速准确的计算出任意两点之间的实际距离，通过算出两辆 交通工具在相遇过程中采用最短路径时的最短距离，并及时提醒，防止碰撞的发生。
【附图说明】
[0011] 图1、轨道线路图； 图2、路径网络图； 图3、轨道车连挂预警系统工作流程图。
[0012] 附图标记列表： 1-节点;2-路径点;3-毛刺点。
【具体实施方式】
[0013] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。
[0014] 通过GPS定位技术，获取并保存的所有采集数据是轨道线路制作的重要参数和依 据。轨道路线制作功能定义了节点和线路的概念，将多股轨道的衔接点定义为节点，将节点 之间的离散点定义为路径点，如图1所示，图中所有的点都是通过GPS采集的位置数据，大圆 点为节点1，小圆点为路径点2，计算任意相邻两个路径点2之间的斜率，根据相邻点斜率柔 性变化的原则和相邻点必须线性连续的原则，斜率柔性变化范围可以根据实际情况来设 定，把斜率突变的点称为毛刺点3，主动割弃因GPS误差产生的毛刺点3，用舍弃了毛刺点3后 的各个节点1和路径点2拟合出轨道路径曲线；然后计算轨道路径上任意两点间的最短路 径。
[0015] 下面举例说明轨道路径上任意两点间的最短路径的算法。
[0016] 假设路径路径网络如图2所示： 对应的数组结构如表1所示：
1):源点A到邻接点B，D，E的距离分别是2,1，3,更新到距离数组中（顶点到自身的距离 为〇)〇
[0017] 2):将源点A加入已记录后，如表2所示：
3):从距离数据中选择一个未记录的最小值1，对应途中的节点D。
[0018] 4):将节点D加入已记录.。
[0019] 5):节点D两个邻节点E，G， A到E的距离可表示为:A到D的距离+D到E的距离，这个值(5+1=6)与当前距离数据中已 存在的A到E的距离3大，则不更新A到E的距离； A到G的距离可表示为:A到D的距离+D到G的距离，这个值（1+2=3)与当前距离数组中已 存在的A到G的距离999小，则更新A到G的距离为3，如表3所示：
6):从距离数组中选择一个未记录的最小值2,对应途中的节点B。
[0020] 7):将节点B加入已记录。
[0021] 8):节点B的一个邻接点C A到C的距离可表示为:A到B的距离+B到C的距离，这个值(2+2=4)与当前距离数组中已 存在的A到C的距离999小，则更新A到C的距离为4，如表4所示：
9):从距离数据中选择一个未记录的最小值3，对应图中的节点E。
[0022] 10):将节点E加入已记录。
[0023] 11):节点E有两个邻接点F，H， A到F的距离=A到E的距离+E到F的距离，这个值(3+6=9)与当前的距离数组中已存在的A 至丨JF的距离999小，则更新A到F的距离为9。
[0024] A到Η的距离=A到E的距离+E到Η的距离，这个值(3+1=4)与当前距离数组中已存在 的Α到Η的的距离999小，则更新Α到Η的距离为4，如表5所示：
12):从距离数组中选择一个未记录的最小值3，对应图中的节点G。
[0025] 13):将节点G加入已记录。
[0026] 14):节点G有一个邻接点H， A到Η的距离=A到G的距离+G到Η的距离，这个值(3+4=7)与当前距离数组中已存在的A到 Η的距离4大，则不更新A到Η的距离，如表6所示：
15):从距离数组中选择一个未记录的最小值4，对应图中的节点C。
[0027] 16):将节点C加入已记录。
[0028] 17):节点C有一个邻接点F， Α到F的距离=Α到C的距离+C到F的距离，这个值(4+1=5)与当前距离数组中已存在的Α到 F的距离9小，则更新A到F的距离为5，如表7所示：
18):从距离数组中选择一个未记录的最小值4，对应图中的节点H。
[0029] 19):将节点Η加入已记录。
[0030] 20):节点Η有两个邻接点F，I， A到F的距离=A到Η的距离+H到F的距离，这个值(4+1=5)与当前距离数组中已存在的A到 F的距离5相等，则不更新A到F的距离。
[0031] A到I的距离=A到Η的距离+H到I的距离，这个值(4+2=6 )与当前距离数组中已存在 的Α到I的距离999小，则更新Α到I的距离为6，如表8所示：
21):从距离数组中选择一个未记录的最小值5，对应图中的节点F。
[0032] 22):将节点F加入已记录。
[0033] 23):节点F有一个邻接点I， A到I的距离=A到F的距离+F到I的距离，这个值(5+3=8)与当前距离数组中已存在的A到 I的距离6大，则不更新A到I的距离，如表9所示：
24):从距离数组中选择一个未记录的最记录的最小值6，对应图中的节点I。
[0034] 25):将节点I加入已记录。
[0035] 26):节点I没有邻接点，则不处理。
[0036] 27):到此为止，源点A到图中各节点的距离都已求出，结果如表10所示：
本发明的工作原理如下： 轨道车连挂预警系统主要用于轨道车连挂时提供双方地理位置信息的系统平台，轨道 车的地理信息包含经炜度信息、轨道车速度、方向以及海拔，客户端通过GPS获取轨道车的 地理位置信息，通过GPRS方式上传到服务端，或者通过RF直接发送到对向轨道车，对向轨道 车通过GPRS从服务端获取来向轨道车的地理位置信息，或通过RF直接获取地理位置信息。 然后，计算出两辆连挂轨道车的实时最短距离和最短路径，提供预警信息。
[0037] 轨道车连挂预警系统工作流程如图3所示： 轨道车连挂预警系统包括： 1、主线程 主线程是系统软件启动时的线程，主要负责预警系统的初始化，轨道车之间的最短距 离和最短路径的计算，并实时刷新画面和预警等功能。
[0038] 系统初始化包括，硬件检测（监听按键状态）、读取数据缓存、加 载初始画面、读取 系统参数并创建子线程。其中子线程包含10通讯线程、GPSI0线程、GPRSI0线程以及RFI0线 程五个子线程，每个子线程负责各自功能木块。主线程的主要功能函数如下： USB2I0按键接口，定时器循环扫描按键状态，检测按键功能。
[0039] ReadDataBank 读取数据缓存。
[0040] LoadHmJia加载画面信息。
[0041 ] ReadConfigFile系统初始化，读取系统主备信息、轨道车信息、GPRS、GPS、RF等模 块信息。
[0042] 2、10 通信线程 CommloThread 负责显示终端主机与各个模块之间通讯连接以及刷新显示画面。
[0043] RefreshHm:刷新画面信息。
[0044] OpenGps/GPRS/RF :打开GPS、GPRS、RF模块。
[0045] 3、主备机线程 SpareloThread 每一辆轨道车有两个显示终端，互为主备。
[0046] SparelO此线程负责主备机切换和数据同步。
[0047] 4、GPS 线程 GPSIoThread GPSI0:负责与卫星通讯获取当前轨道车的地理位置信息、速度、方向以及海拔等信息 WriteDataBank:将GPSI0获取的数据帧解析写入缓存，并调用GPRSI0线程发送到服务 器端，或者调用RFI0线程发送到对方轨道车。
[0048] 5、6卩1?线程6?1?1〇11^^(1 GPRSIo:负责连接轨道车连挂预警系统服务器，通过与服务器通讯获取对方轨道车的 地理位置信息，包括速度、方向、海拔等。
[0049] 6、RF 线程 RFIoThread 当GPRS连接中断或异常时，启用RFI0线程，通过RF与对方轨道车建立连接通讯。
[0050] RFIo:负责发送己方轨道车的地理信息，并接受对方轨道车的地理信息。
[0051]以上是本发明的较佳实施方式，但本发明的保护范围不限于此。任何熟悉本领域 的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，未经创造性劳动想到的变换或替换，都应涵盖 在本发明的保护范围之内。因此本发明的保护范围应以权利要求所限定的保护范围为准。
【主权项】
1. 一种轨道路径数据采集及拟合方法，其特征在于:将采集到的位置数据拟合成路径 曲线并计算出路径曲线上任意两点间的最短路径，具体包括以下步骤： (a) 采集位置数据的到多个位置点，将多股轨道的衔接点定义为节点，将节点之间的离 散点定义为路径点，计算任意两个相邻路径点的之间的斜率，根据相邻点斜率柔性变化的 原则和相邻点必须线性连续的原则，把斜率突变的点称为毛刺点，主动割弃毛刺点； (b) 用舍弃了毛刺点后的各个节点和路径点拟合出轨道路径曲线； (c )计算轨道路径上任意两点间的最短路径。2. 如权利要求1所述的轨道路径数据采集及拟合方法，其特征在于:轨道路径上任意两 点间的最短路径通过以下方法计算： (1) 将轨道路径上的某一点定义为源点，建立源点到每个位置点距离的距离数据信息， 源点到相邻点的距离已知，源点到源点的距离为零，将源点到与源点不相邻的位置点的距 离赋予一个大于路径全程的数值， (2) 将源点到各个位置点的距离更新到距离数据信息中，并记录源点； (3) 在未记录的位置点中选出与源点距离数值最小的位置点，记录该点，将与该点相邻 且未记录的位置点定义为邻接点，将源点到该点的距离与该点到邻接点的距离相加，若相 加后得到的距离数值小于该邻接点到源点的距离，则将计算结果更新到距离数据信息中， 否则不更新； (4) 重复步骤(3)，直到所有的位置点都被记录，此时距离数据信息中的源点到各个位 置点的距离数据极为源点到每个位置点的最短路径。3. 如权利要求2所述的轨道路径数据采集及拟合方法，其特征在于:步骤(3)中，邻接点 有多个时，分别将每个邻接点到该点的距离与该点到源点距离相加，若相加后得到的距离 数值小于该邻接点点到源点的距离数值，则将计算结果更新到距离数据信息中，否则不更 新， 如权利要求2或3所述的轨道路径数据采集及拟合方法，其特征在于:通过选取不同的 位置点作为源点，可以算出轨道路径上任意两点间的最短路径。4. 如权利要求4所述的轨道路径数据采集及拟合方法，其特征在于:计算轨道路径上任 意两点间的最短路径用于判断两轨道车发生碰撞的可能性。
【文档编号】G01C21/26GK106017484SQ201610320152
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月16日
【发明人】洪夕荣, 钟滨
【申请人】南京恒星自动化设备有限公司