基于高频卫星定位数据的实时浮动车路径匹配方法

文档序号:6714853阅读:234来源:国知局
基于高频卫星定位数据的实时浮动车路径匹配方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于高频卫星定位数据的实时浮动车路径匹配方法,包括如下步骤:对高频采集的卫星定位数据预处理,过滤剔除异常数据;对地图预处理;对每个计算周期内采集到的卫星定位数据分车辆按时间排序形成时间序列;根据不同行驶状态下的投影距离和方位角关系,用点匹配法选择每一卫星定位数据的备选路段集;根据卫星定位数据与路段的匹配吻合度以及高频采集的卫星定位数据前后点间的相邻关系,按时间的先后顺序确定时间序列正确匹配的路段与行驶路径。本发明方法既能满足大数据量高频卫星定位数据的实时计算的速度性能要求,又能较好的适用于现代复杂城市路网,获得较高的匹配准确度。
【专利说明】基于高频卫星定位数据的实时淳动车路径匹配方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及智能交通应用【技术领域】,尤其涉及一种基于高频卫星定位数据的实时 浮动车路径匹配方法。

【背景技术】
[0002] 随着我国城市化、现代化、机动化的同步快速发展,以及城市人口迅速增长,机动 车保有量增长迅猛等原因,导致交通拥堵日益严重。动态路径选择作为智能交通的一个重 要应用,依据城市道路网中路段的拓扑关系和实时交通信息为出行者规划最优出行策略, 从而能够减少车辆在路网中的延误,最大限度地利用道路资源。另一方面,动态路径选择也 是交通规划模型中的重要环节,通过模拟出行者的出行路径选择行为,分析交通出行在路 网中的时空分布,从而对交通规划、政策进行有效的预测和评估。因此,对城市中车辆出行 的动态路径进行合理选择准确生成一定城市路网结构和出行环境下的合理的路径选择集 合,对出行者动态路径导航、城市交通规划分析模型都有巨大的理论意义和实际应用价值。
[0003] 现有技术中,采用浮动车系统可以实现车辆出行的动态路径进行选择。浮动车通 常是指具有定位和无线通信装置的车辆。浮动车将采集所得的位置和时间数据上传给数 据处理中心,由数据处理中心对数据进行处理,然后结合地图预测车辆行驶速度、路段行程 时间等道路运行参数判断出车辆的准确行驶路径,从而将卫星定位数据转化为道路交通信 息。
[0004] 浮动车技术凭借其建设周期短、实时性强、覆盖范围广、数据精度高等优点,已成 为交通信息采集技术的重要发展方向,尤其被广泛应用于道路交通流速度的获取。现有的 浮动车采集数据的间隔时间较长,属于低频卫星定位数据。而随着技术发展和应用要求等 原因,浮动车系统进入了逐秒采集的时代。这就意味着采集的数据为高频采集的浮动车卫 星定位数据。针对高频卫星定位数据,现有的路径匹配方法存在如下缺陷:
[0005] 由于回传的高频卫星定位数据量很大,要实时处理,对系统的计算速度性能要求 较高,这就需要更高成本的硬件系统;
[0006] 现代城市路网结构复杂,高楼林立,卫星定位数据经常发生漂移,即使是高频采集 的位置数据,在交叉口及匝道区域,对系统的匹配容错率要求还是很高的。


【发明内容】

[0007] 有鉴于此,本发明实施例提供一种基于高频卫星定位数据的实时浮动车路径匹配 方法,主要目的在于,不增加大计算量的条件下保证大规模浮动车高频定位数据的实时处 理性能要求,并提高对复杂城市路网的匹配容错性能。
[0008] 为达到上述目的,本发明主要提供如下技术方案:
[0009] 本发明实施例提供了一种基于高频卫星定位数据的实时浮动车路径匹配方法,包 括如下步骤:
[0010] 对高频采集的卫星定位数据预处理,过滤剔除异常数据;
[0011] 对地图预处理;
[0012] 对每个计算周期内采集到的卫星定位数据分车辆按时间排序形成时间序列;
[0013] 根据不同行驶状态下的投影距离和方位角关系,用点匹配法选择每一卫星定位数 据的备选路段集;
[0014] 根据卫星定位数据与路段的匹配吻合度以及高频采集的卫星定位数据前后点间 的相邻关系,按时间的先后顺序确定时间序列正确匹配的路段与行驶路径。
[0015] 作为优选,其中对异常数据的过滤剔除包括地理位置控制和速度值控制,地理位 置控制为接收到的卫星定位数据的经纬度坐标要位于该城市地理范围之内;速度值控制为 接收到的卫星定位数据的瞬时速度值要位于车辆理论速度最小值与最大值之间。
[0016] 作为优选,地图预处理包括地理范围及详细程度的确定,将地图的地理范围限定 在目标区域范围内,把基础路网中胡同类路径进行过滤减少参与搜索的路径数量。
[0017] 作为优选,所述地图预处理包括地图投影变换,将路网图层数据预先投影到平面 坐标系下,高频卫星定位数据投影变换实时进行,投影到同一平面坐标系下。
[0018] 作为优选,所述地图预处理包括路网拓扑的建立,参与匹配的路网图层数据包括 路段层和节点层,使节点层中每个节点具备唯一 ID,路段划线方向与实际通行方向一致,起 始点号明确,保证路网的连通性和方向性。
[0019] 作为优选,所述地图预处理包括路网的双向显示,路网双方向道路中心线平移开 10米间隔,使之与现实情况相符并便于双向显示。
[0020] 作为优选,所述地图预处理包括路网的格网分层,将目标区域路网图层数据按经 纬度等间距分格并按照编号顺序存储,以提高路段搜索效率。
[0021] 作为优选,所述备选路段集的选择步骤如下:
[0022] 以卫星定位数据水平误差与一般道路半幅宽度之和为空间半径,选择该卫星定位 数据可能所在的路段为备选路段;
[0023] 如果该卫星定位数据的瞬时速度为0,则上述所选全部备选路段即为备选路段集; 否则比较该卫星定位点瞬时方位角与上述备选路段的定位点投影点处路段切线方向之间 的差值,若小于方向差值阈值,则该备选路段放入备选路段集,反之舍弃。
[0024] 作为优选,确定正确匹配路段与行驶路径的步骤如下:
[0025] 如果备选路段集中路段数=0,则该卫星定位数据匹配失败,抛弃该卫星定位数 据,直接进入时间序列中下一个卫星定位数据的匹配过程;
[0026] 如果备选路段集合中路段数> 1,则一一求得该卫星定位数据到各备选路段上的 投影点,将这些投影点按投影距离从小到大排序,然后搜索前一个匹配结果点,即时间序列 中匹配上的前一个投影点,若无前匹配结果点,则将投影距离最小的投影点直接作为匹配 结果点;若有前匹配结果点,则进行下一步骤;
[0027] 若投影距离最小的投影点与前匹配结果点在同一个路段上,或者投影距离最小的 投影点所在路段与前匹配结果点所在路段是相邻路段,则此投影点即为匹配结果点,该卫 星定位数据与该投影距离最小的投影点所在路段匹配成功;若不是,则进行下一步骤;
[0028] 若投影距离第二小的投影点与前匹配结果点在同一个路段上,或者投影距离第二 小的投影点所在路段与前匹配结果点所在路段是相邻路段,则此投影距离第二小的投影点 即为匹配结果点,该卫星定位数据与该投影距离第二小的投影点所在路段匹配成功;若还 是不是,则进行下一步骤;
[0029] 搜索投影距离最小的投影点与前匹配结果点间的最短路径,若存在路径,且两点 间时间差和平均行驶速度都在合理数值范围内,此投影点即为匹配结果点,该卫星定位数 据与投影距离最小的投影点所在路段匹配成功;反之前一路径匹配结束,将该投影距离最 小的投影点作为新路径的匹配结果点,按照以上步骤开始新的路径匹配;
[0030] 按时间序列的先后顺序将每一路径匹配中的匹配结果点顺次连接形成的路径即 为目标车辆正确的行驶路径。
[0031] 作为优选,根据匹配结果确定卫星定位点在路段上的具体定位信息,从而获得计 算周期内的车辆路径平均行驶速度和路段平均行驶速度。
[0032] 作为优选,车辆路径平均行驶速度=前后两个匹配成功的投影点间的路径距离/ 两个位置采集点的采集时间差,将此平均行驶速度赋值给此路径中所经过的所有路段,作 为这个计算周期内,这个路段所采集到的平均行驶速度样本值。
[0033] 进一步,计算周期内路段的平均行驶速度通过下式获得:
[0034]

【权利要求】
1. 基于高频卫星定位数据的实时浮动车路径匹配方法,其特征在于,包括如下步骤: 对高频采集的卫星定位数据预处理,过滤剔除异常数据; 对地图预处理; 对每个计算周期内采集到的卫星定位数据分车辆按时间排序形成时间序列; 根据不同行驶状态下的投影距离和方位角关系,用点匹配法选择每一卫星定位数据的 备选路段集; 根据卫星定位数据与路段的匹配吻合度以及高频采集的卫星定位数据前后点间的相 邻关系,按时间的先后顺序确定时间序列正确匹配的路段与行驶路径。
2. 根据权利要求1所述的基于高频卫星定位数据的实时浮动车路径匹配方法,其特征 在于,其中对异常数据的过滤剔除包括地理位置控制和速度值控制,地理位置控制为接收 到的卫星定位数据的经纬度坐标要位于该城市地理范围之内;速度值控制为接收到的卫星 定位数据的瞬时速度值要位于车辆理论速度最小值与最大值之间。
3. 根据权利要求1所述的基于高频卫星定位数据的实时浮动车路径匹配方法,其特征 在于,地图预处理包括地理范围及详细程度的确定,将地图的地理范围限定在目标区域范 围内,把基础路网中胡同类路径进行过滤减少参与搜索的路径数量。
4. 根据权利要求1所述的基于高频卫星定位数据的实时浮动车路径匹配方法,其特征 在于,所述地图预处理包括地图投影变换,将路网图层数据预先投影到平面坐标系下,高频 卫星定位数据投影变换实时进行,投影到同一平面坐标系下。
5. 根据权利要求1所述的基于高频卫星定位数据的实时浮动车路径匹配方法,其特征 在于,所述地图预处理包括路网拓扑的建立,参与匹配的路网图层数据包括路段层和节点 层,使节点层中每个节点具备唯一 ID,路段划线方向与实际通行方向一致,起始点号明确, 保证路网的连通性和方向性。
6. 根据权利要求1所述的基于高频卫星定位数据的实时浮动车路径匹配方法,其特征 在于,所述地图预处理包括路网的双向显示,路网双方向道路中心线平移开10米间隔,使 之与现实情况相符并便于双向显示。
7. 根据权利要求1所述的基于高频卫星定位数据的实时浮动车路径匹配方法,其特征 在于,所述地图预处理包括路网的格网分层,将目标区域路网图层数据按经纬度等间距分 格并按照编号顺序存储,以提高路段搜索效率。
8. 根据权利要求1所述的基于高频卫星定位数据的实时浮动车路径匹配方法,其特征 在于,所述备选路段集的选择步骤如下: 以卫星定位数据水平误差与一般道路半幅宽度之和为空间半径,选择该卫星定位点数 据可能所在的路段为备选路段; 如果该卫星定位点的瞬时速度为0,则上述所选全部备选路段即为备选路段集;否则 比较该卫星定位点瞬时方位角与上述备选路段的定位点投影点处路段切线方向之间的差 值,若小于方向差值阈值,则该备选路段放入备选路段集,反之舍弃。
9. 根据权利要求1所述的基于高频卫星定位数据的实时浮动车路径匹配方法,其特征 在于,确定正确匹配路段与行驶路径的步骤如下: 如果备选路段集中路段数=〇,则该卫星定位数据匹配失败,抛弃该卫星定位数据,直 接进入时间序列中下一个卫星定位数据的匹配过程; 如果备选路段集合中路段数> 1,则一一求得该卫星定位数据到各备选路段上的投影 点,将这些投影点按投影距离从小到大排序,然后搜索前一个匹配结果点,即时间序列中匹 配上的前一个投影点,若无前匹配结果点,则将投影距离最小的投影点直接作为匹配结果 点;若有前匹配结果点,则进行下一步骤; 若投影距离最小的投影点与前匹配结果点在同一个路段上,或者投影距离最小的投影 点所在路段与前匹配结果点所在路段是相邻路段,则此投影点即为匹配结果点,该卫星定 位数据与该投影距离最小的投影点所在路段匹配成功;若不是,则进行下一步骤; 若投影距离第二小的投影点与前匹配结果点在同一个路段上,或者投影距离第二小的 投影点所在路段与前匹配结果点所在路段是相邻路段,则此投影距离第二小的投影点即为 匹配结果点,该卫星定位数据与该投影距离第二小的投影点所在路段匹配成功;若还是不 是,则进行下一步骤; 搜索投影距离最小的投影点与前匹配结果点间的最短路径,若存在路径,且两点间时 间差和平均行驶速度都在合理数值范围内,此投影点即为匹配结果点,该卫星定位数据与 投影距离最小的投影点所在路段匹配成功;反之前一路径匹配结束,将该投影距离最小的 投影点作为新路径的匹配结果点,按照以上步骤开始新的路径匹配; 按时间序列的先后顺序将每一路径匹配中的匹配结果点顺次连接形成的路径即为目 标车辆正确的行驶路径。
10.根据权利要求1所述的基于高频卫星定位数据的实时浮动车路径匹配方法,其特 征在于,根据匹配结果确定卫星定位点在路段上的具体定位信息,从而获得计算周期内的 路段平均行驶速度和路径平均行驶速度。计算周期内路段的平均行驶速度通过下式获得:
式中,F--路段平均行驶速度; Vi--第i条数据在该路段上行驶的瞬时速度; n--在该计算周期内,该路段上的数据条数。
【文档编号】G08G1/01GK104282151SQ201410522515
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年9月30日 优先权日:2014年9月30日
【发明者】朱丽云, 胡杨林, 郭继孚, 温慧敏, 孙建平, 张彭 申请人:北京交通发展研究中心
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