本发明属于公共交通控制领域，具体涉及一种基于虚拟电子围栏的公交信号优先触发判断方法。
背景技术：
公交优先可以提高城市公共交通整体运行效率，是快速分流人群，方便市民出行，减轻道路压力，缓解城市交通拥挤的最佳途径。当前常用的公交信号优先触发判断方法是采用射频识别(rfid)或地磁等设施来判断公交车是否驶入了公交信号优先触发区，如驶入了该区域，则发送公交信号优先，控制对应的交通信号灯的变换，使公交车优先通过。这种方法由于需要额外安装专用设备，包括公交车载设备和道路上的设备，大大增加了投入。
技术实现要素：
发明目的：针对现有技术中存在的问题以及车辆定位存在较大定位误差点的情况，本发明公开了一种基于虚拟电子围栏的公交信号优先触发判断方法，该方法利用电子地图和车载定位导航终端获取的信息，实时进行公交信号优先触发判断。
技术方案：本发明采用如下技术方案：
一种基于虚拟电子围栏的公交信号优先触发判断方法，包括如下步骤：
(1)在电子地图上设置虚拟电子围栏并采集其坐标信息，根据虚拟电子围栏所围道路的行驶方向，设置进入策略；所述虚拟电子围栏包括场站电子围栏、停靠站电子围栏、路段电子围栏和路口电子围栏；所述进入策略包括从西侧进入、从北侧进入、从东侧进入和从南侧进入，并分别编号为0、1、2、3；
所述虚拟电子围栏组成多边形电子触发区；
(2)判断公交车当前位置点与电子触发区的位置关系；
(3)当公交车当前位置点在电子触发区内部时，判断公交车当前行驶行为；
(4)根据公交车当前行驶行为判断是否触发该电子触发区对应的路口信号灯对所述公交车实施信号优先。
具体地，步骤(2)具体包括如下步骤：
(2.1)判断公交车当前位置点是否在电子触发区的最小外接矩形内部；如果否，则公交车当前位置点在电子触发区外部，结束判断；如果是，则转步骤(2.2)进一步判断公交车当前位置点是否在电子触发区的内部；
(2.2)判断公交车当前位置点是否在电子触发区边界上，如果是，则认为公交车当前位置点在电子触发区内；
如果否，从公交车当前定位点向x轴正向引射线，如果所述射线与电子触发区的一条边重合，则认为公交车当前位置点在电子触发区外部；
如果所述射线与电子触发区的边没有重合，当所述射线与电子触发区的边交点数为奇数时，公交车当前位置点在电子触发区内部；
当所述射线与电子触发区的边交点数为偶数时，公交车当前位置点在电子触发区外部。
具体地，步骤(3)具体包括如下步骤：
(3.1)获取公交车最新的n个位置点pi，i为位置点获取顺序，i＝0,1,...,n-1；多边形电子触发区a的最小外接矩形为ambr，ambr的左下角和右上角顶点坐标分别为(aminx，aminy)和(amaxx，amaxy)；n个位置点组成多边形p，p的左下角和右上角顶点坐标分别为(pminx，pminy),(pmaxx，pmaxy)；公交车当前位置点为c(x,y)；
(3.2)获取当前虚拟电子围栏的进入策略，判断公交车的进入方式是否正确：
当进入策略标为0，若(x>xn-1)∩(aminx>pminx)，则公交车的进入方式正确；
当进入策略标为1，若(y<yn-1)∩(amaxy<pmaxy)，则公交车的进入方式正确；
当进入策略标为2，若(x<xn-1)∩(amaxx<pmaxx)，则公交车的进入方式正确；
当进入策略标记为3，若(y>yn-1)∩(aminy>pminy)，则公交车的进入方式正确；
(3.3)在公交车行驶中，如果公交车为首次驶入该电子触发区且当前位置点处的进入方式正确，则公交车当前行驶行为为公交车驶入电子围栏。
为了防止gps定位飘点造成的影响，如果公交车当前位置点c(x,y)与pn-1的距离大于w，则更新n个位置点：pm-1＝pm，m＝1,2,...,n-1；更新pn-1为当前位置点c(x,y)，其中
具体地，判断公交车是否首次驶入电子触发区的条件为：
(c1)公交车上一个位置点不在该电子触发区内；
(c2)公交车在该次全线路运行中没有触发过该电子触发区；
当条件c1和c2均成立时，公交车为首次驶入该电子触发区。
具体地，当公交车当前行驶行为是公交车驶入电子触发区，则触发公交信号优先。
有益效果：与现有技术相比，本发明公开的基于虚拟电子围栏的公交信号优先触发判断方法具有以下优点：1、计算量小，可以实现实时判断；2、使城市公交信号优先的触发脱离rfid或地磁等设施，仅利用公交车的车载导航终端上传的信息以及电子地图触发区信息即可实现信号优先请求，且准确率高，大大节约了硬件以及人力成本。
附图说明
图1为虚拟电子围栏示意图；
图2是判断公交车当前位置点与电子触发区的位置关系的流程图；
图3是多边形电子触发区a与其mbr的关系示意图；
图4是点在多边形边界上的示意图；
图5是从点向x轴正向所引的射线与多边形边界重合；
图6是射线法判断点与多边形关系的示意图；
图7是电子触发区进入策略示意图；
图8是本发明公开方法的流程图。
具体实施方式
虚拟电子围栏是在电子地图上设置的，一般为多边形。如图1所示，电子围栏有4类，分别为路段电子围栏1、路口电子围栏2、停靠站电子围栏3和场站电子围栏4。虚拟电子围栏所围成的多边形区域为电子触发区，其对应的公交车的进入策略预先设置。根据公交车在电子触发区不同的行驶行为，判断是否需要发送公交信号优先。
本发明中采用的坐标系如下：以中央子午线和赤道的交点o作为坐标原点，以中央子午线的投影为x轴(南北方向)，以赤道的投影为y轴(东西方向)，构成x-y坐标系，x轴正向指向北，y轴正向指向东。
本实施例对本发明公开的基于虚拟电子围栏的公交信号优先触发判断方法做进一步详细的说明。本发明公开的方法包括如下步骤：
(1)在电子地图上设置虚拟电子围栏并采集其坐标信息，根据虚拟电子围栏所围道路的行驶方向，设置进入策略；所述虚拟电子围栏包括场站电子围栏、停靠站电子围栏、路段电子围栏和路口电子围栏；所述进入策略包括从西侧进入、从北侧进入、从东侧进入和从南侧进入，并分别编号为0、1、2、3；
所述虚拟电子围栏组成多边形电子触发区；
(2)判断公交车当前位置点与电子触发区的位置关系；
由于电子触发区为多边形区域，公交车当前位置点与电子触发区的位置关系可以看作点与多边形的位置关系。常用的判断点与多边形位置关系的方法有叉积判断法、转角法、射线法；其中叉积判断法仅适用于凸多边形且同时要对全部边进行叉积运算，转角法则要使用复杂的三角运算，因此二者的计算量都非常大。目前，转角法更适用于多边形本身有重叠的情况，而电子围栏多边形没有自重叠的情况，相较而言射线法更简单可靠。
射线法需要对所有的边都进行求交，当多边形形状比较复杂、边数较多时，其计算量也不容忽视。因为公交车在行驶中的每一个位置点都需要判断是否在电子围栏内，计算总量也非常大。由此，本发明采用两步判断，首先进行运算量极少的初判断，然后用射线法对点与多边形关系进行准确判断，如图2所示，具体步骤如下：
(2.1)判断公交车当前位置点是否在电子触发区的最小外接矩形(minimumboundingrectangle，mbr)内部；如果否，则公交车当前位置点在电子触发区外部，结束判断；如果是，则转步骤(2.2)进一步判断公交车当前位置点是否在电子触发区的内部；
如图3所示，多边形电子触发区a与其mbr的关系示意图，a由六个顶点{p1,p2,p3,p4,p5,p6}构成，设坐标为pi(xi,yi)，i＝1,2,...,6，其mbr为边平行于坐标轴的矩形。
xmin＝min(x1，x2，x3，x4，x5，x6)，ymin＝min(y1，y2，y3，y4，y5，y6)，xmax＝max(x1，x2，x3，x4，x5，x6)，ymax＝max(y1，y2，y3，y4，y5，y6)，则a的mbr顶点分别为：q1(xmin，ymin)，q2(xmin，ymax)，q3(xmax，ymax)，q4(xmax，ymin)。矩形ambr即矩形(q1,q2,q3,q4)。
得到矩形ambr之后，判断公交车当前位置点p(x,y)与矩形ambr的包络关系。当满足条件：(x<xmin)∪(x>xmax)∪(y>ymax)∪(y<ymin)，公交车当前位置点在矩形ambr外部；如果不满足条件，转步骤(2.2)进一步判断。
(2.2)判断公交车当前位置点是否在电子触发区边界上，如果是，则认为公交车当前位置点在电子触发区内；如图4所示，公交车当前位置点在电子触发区边界上。
如果否，从公交车当前定位点向x轴正向引射线，如果所述射线与电子触发区的一条边重合，则认为公交车当前位置点在电子触发区外部，如图5所示；
如果所述射线与电子触发区的边没有重合，当所述射线与电子触发区的边交点数为奇数时，公交车当前位置点在电子触发区内部；
当所述射线与电子触发区的边交点数为偶数时，公交车当前位置点在电子触发区外部，如图6所示。
(3)当公交车当前位置点在电子触发区内部时，判断公交车当前行驶行为；
(3.1)获取公交车最新的n个位置点pi，i为位置点获取顺序，i＝0,1,...,n-1；多边形电子触发区a的最小外接矩形为ambr，ambr的左下角和右上角顶点坐标分别为(aminx，aminy)和(amaxx，amaxy)；n个位置点组成多边形p，p的左下角和右上角顶点坐标分别为(pminx，pminy),(pmaxx，pmaxy)；公交车当前位置点为c(x,y)；
为了防止gps定位飘点造成的影响，如果公交车当前位置点c(x,y)与pn-1的距离大于w，则更新n个位置点：pm-1＝pm，m＝1,2,...,n-1；更新pn-1为当前位置点c(x,y)，其中
一般情况选取公交车最新的3个点即可实现准确的判断，电子触发区驶入边的宽度即为道路的宽度，一般城市公交车所行驶的道路宽度不大于10米，因此将w取值为3。这样便可以保证pi，i＝0,1,...,n-1中至少有一个点在电子围栏多边形的mbr外。
(3.2)由于道路中有行驶方向的规定，如某一道路为东西向道路，行驶方向为自西向东，则该道路上的电子触发区预设的进入策略为由西进入，在x-y坐标系中为向y轴正向行驶，进入策略定义为0。类似的，对每一个电子触发区根据其道路方向和车辆规定行驶方向，都预先标记了进入策略，包括从西侧进入、从北侧进入、从东侧进入和从南侧进入，并分别编号为0、1、2、3，如图7所示，图中箭头所指方向为公交车前进方向，箭头压到的线为电子触发区驶入边。驶入边有两种情况：平行于坐标轴或不平行于坐标轴，分别如图7(a)和(b)所示，图中jrcl为进入策略。
获取当前虚拟电子围栏的进入策略，判断公交车的进入方向是否正确：
当进入策略标为0，若(x>xn-1)∩(aminx>pminx)，则公交车的进入方式正确；
当进入策略标为1，若(y<yn-1)∩(amaxy<pmaxy)，则公交车的进入方式正确；
当进入策略标为2，若(x<xn-1)∩(amaxx<pmaxx)，则公交车的进入方式正确；
当进入策略标记为3，若(y>yn-1)∩(aminy>pminy)，则公交车的进入方式正确；
(3.3)在公交车行驶中，如果公交车为首次驶入该电子触发区且当前位置点处的进入方式正确，则公交车当前行驶行为为公交车驶入电子围栏；
其中，判断公交车是否首次驶入电子触发区的条件为：
(c1)公交车上一个位置点不在该电子触发区内；
(c2)公交车在该次全线路运行中没有触发过该电子触发区；
当条件c1和c2均成立时，公交车为首次驶入该电子触发区。
(4)根据公交车当前行驶行为判断是否触发公交信号优先；
本发明中，当公交车当前行驶行为是公交车驶入电子触发区，则触发该电子触发区对应交通信号的公交信号优先。流程如图8所示，图中进入策略正确，即公交车进入策略与该电子触发区预设的进入策略一致；ambr为电子触发区多边形的最小外接矩形。
在公交行驶路线中，根据需要可以设置多个电子触发区，采用本发明公开方法判断每个电子触发区的公交信号优先是否触发来控制对应的交通信号，从而实现整个行驶路线中的公交优先。