本发明实施例涉及交通技术领域，尤其涉及一种车辆偏离检测方法及装置。
背景技术
城市公共交通系统是城市交通运输体系的重要构成部分，它具有环境污染小、集体化经营、运输量大、节省能源和道路空间等优点，因此国内外各大城市都相继采取了公交优先、公交专用车道等措施，进而推动城市公共交通的信息智能化建设。而车辆管理部门如何合理管理有限的车辆资源，决定了一个城市的交通系统建设是否完善。公交车作为城市公共交通系统的基础单元，营运管理上要求这些车必须严格按照规定的路线行驶，且为保证乘客司机安全，车辆在不同的路段需遵循公司要求的限速标准，目前车载终端领域，路线偏离检测算法较为复杂或不适宜实时的公交系统，应用受到很大限制。
技术实现要素：
本发明实施例提供一种车辆偏离检测方法及装置，用以提供实时的偏离预警，提高车辆偏离检测的准确度。
本发明实施例提供的一种车辆偏离检测方法，包括：
获取车辆当前行驶的路线以及当前位置信息，所述路线包括站点信息；
根据所述站点信息将所述路线划分为多个路段；
针对所述多个路段中每个路段，确定所述车辆的当前位置是否满足第一条件和第二条件，若否，确定所述车辆偏离所述路段；所述第一条件为所述车辆的当前位置到所述路段所在的线段的距离小于第一偏移阈值，所述第二条件为所述车辆的当前位置位于第一区域内，所述第一区域为以所述路段的两个站点为定点的椭圆区域；
在所述多个路段均确定车辆偏离所述路段时，确定所述车辆偏离当前行驶的路线。
由于通过当前位置到路段所在的线段的距离是在预设三维空间坐标系中确定的，其可以提高车辆偏离检测的准确度。
可选的，所述站点信息还包括所述站点的经纬度信息，所述车辆的当前位置信息为所述车辆的经纬度坐标；
所述车辆的当前位置到所述路段所在的线段的距离由下述步骤确定：
将所述车辆的经纬度坐标、所述路段的两个站点的经纬度坐标转换为预设三维空间坐标系中的地面坐标；所述预设三维空间坐标系是以地球球心为原点，球心与赤道上0经度点的连线为x轴，球心与赤道上90经度点的连线为y轴，球心与北极点的连线为z轴的坐标系；
根据所述两个站点的地面坐标、所述车辆的地面坐标以及所述球心的坐标，确定所述车辆的当前位置到所述两个站点所在的弧线的最短距离。
可选的，所述根据所述两个站点的地面坐标、所述车辆的经纬度坐标以及所述球心的坐标，确定所述车辆的当前位置到所述两个站点所在的弧线的距离，包括：
根据所述两个站点的地面坐标和所述球心的坐标，确定由所述两个站点和所述球心组成的平面的法向量；
根据所述球心的坐标和所述车辆的地面坐标，确定所述车辆的当前位置到所述球心的方向向量；
根据所述由所述两个站点和所述球心组成的平面的法向量和所述车辆的当前位置到所述球心的方向向量，确定所述车辆的线面角，所述车辆的线面角为所述车辆的当前位置到所述球心的直线与所述平面的法向量的夹角的余角；
根据所述车辆的线面角和地球的半径，确定所述车辆的当前位置到所述两个站点所在的弧线的距离。
可选的，所述车辆的当前位置位于第一区域内为所述车辆的当前位置到所述路段的两个站点的距离之和小于等于所述路段的两个站点之间的距离与第二偏移阈值的和。
可选的，所述路线还包括交通路口；
所述根据站点信息将所述路线划分为多个路段，包括：
所述根据所述站点信息和所述交通路口，将所述路线划分为多个路段。
相应的，本发明实施例还提供了一种车辆偏离检测装置，包括：
获取单元，用于获取车辆当前行驶的路线以及当前位置信息，所述路线包括站点信息；
划分单元，用于根据所述站点信息将所述路线划分为多个路段；
处理单元，用于针对所述多个路段中每个路段，确定所述车辆的当前位置是否满足第一条件和第二条件，若否，确定所述车辆偏离所述路段；所述第一条件为所述车辆的当前位置到所述路段所在的线段的距离小于第一偏移阈值，所述第二条件为所述车辆的当前位置位于第一区域内，所述第一区域为以所述路段的两个站点为定点的椭圆区域；以及在所述多个路段均确定车辆偏离所述路段时，确定所述车辆偏离当前行驶的路线。
可选的，所述站点信息还包括所述站点的经纬度信息，所述车辆的当前位置信息为所述车辆的经纬度坐标；
所述处理单元具体用于：
将所述车辆的经纬度坐标、所述路段的两个站点的经纬度坐标转换为预设三维空间坐标系中的地面坐标；所述预设三维空间坐标系是以地球球心为原点，球心与赤道上0经度点的连线为x轴，球心与赤道上90经度点的连线为y轴，球心与北极点的连线为z轴的坐标系；
根据所述两个站点的地面坐标、所述车辆的地面坐标以及所述球心的坐标，确定所述车辆的当前位置到所述两个站点所在的弧线的最短距离。
可选的，所述处理单元具体用于：
根据所述两个站点的地面坐标和所述球心的坐标，确定由所述两个站点和所述球心组成的平面的法向量；
根据所述球心的坐标和所述车辆的地面坐标，确定所述车辆的当前位置到所述球心的方向向量；
根据所述由所述两个站点和所述球心组成的平面的法向量和所述车辆的当前位置到所述球心的方向向量，确定所述车辆的线面角，所述车辆的线面角为所述车辆的当前位置到所述球心的直线与所述平面的法向量的夹角的余角；
根据所述车辆的线面角和地球的半径，确定所述车辆的当前位置到所述两个站点所在的弧线的距离。
可选的，所述车辆的当前位置位于第一区域内为所述车辆的当前位置到所述路段的两个站点的距离之和小于等于所述路段的两个站点之间的距离与第二偏移阈值的和。
可选的，所述路线还包括交通路口；
所述划分单元具体用于：
所述根据所述站点信息和所述交通路口，将所述路线划分为多个路段。
相应的，本发明实施例还提供了一种计算设备，包括：
存储器，用于存储程序指令；
处理器，用于调用所述存储器中存储的程序指令，按照获得的程序执行上述车辆偏离检测方法。
相应的，本发明实施例还提供了一种计算机可读非易失性存储介质，包括计算机可读指令，当计算机读取并执行所述计算机可读指令时，使得计算机执行上述车辆偏离检测方法。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种系统架构的示意图；
图2为本发明实施例提供的一种车辆偏离检测方法的流程示意图；
图3为本发明实施例提供的一种椭圆区域的示意图；
图4为本发明实施例提供的一种球心的示意图；
图5为本发明实施例提供的一种确定线面角的方法的流程示意图；
图6为本发明实施例提供的一种车辆偏离的示意图；
图7为本发明实施例提供的一种车辆偏离检测装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
图1示例性的示出了本发明实施例提供的车辆偏离检测方法所适用的一种系统架构，如图1所示，该系统架构可以包括车载终端100和服务器200，所述车载终端100和所述服务器200通过网络进行通信。
其中，所述车载终端100为安装在公交车辆上的终端设备，其至少包括全球定位系统(globalpositioningsystem，gps)，该车载终端100可以提供其所在车辆的实时gps坐标，也就是经纬度信息。
该服务器200可以位于交通控制中心，该服务器200中存储有各公交路线信息，车载终端100可以与服务器200进行通信后，可以获取其所行驶的路线信息。
基于上述描述，图2示例性的示出了本发明实施例提供的一种车辆偏离检测方法的流程，该流程可以由车辆偏离检测装置执行，该装置可以为上述车载终端，也可以位于该车载终端内。
如图2所示，该流程具体包括：
步骤201，获取车辆当前行驶的路线以及当前位置信息。
车辆上的车载终端可以获取当前正在行驶的路线，以及当前位置信息，该路线可以包括路线上的站点信息，还可以包括交通路口信息，其中，当前位置信息是车辆的gps给出的定位信息，也就是经纬度信息。
步骤202，根据所述站点信息将所述路线划分为多个路段。
由于路线上的站点一般分布比较均匀，因此可以直接将按照站点将路线划分为多个路段。可选的，为了保证路线划分的准确性，可以将交通路口添加为拐点站点，然后根据站点信息和该交通路口将路线划分为多个路段，这样划分更为精准。
步骤203，针对所述多个路段中每个路段，确定所述车辆的当前位置是否满足第一条件和第二条件，若否，确定所述车辆偏离所述路段。
该第一条件为车辆的当前位置到路段所在线段的距离小于第一偏移阈值，车辆的当前位置到路段所在的线段的距离是在预设三维空间坐标系中确定的，该第二条件为车辆的当前位置位于第一区域内，而第一区域为以路段的两个站点为定点的椭圆区域，具体可以如图3所示，其中点e和点s为相邻的两个站点，其阴影区域可以为第一区域。该第一偏移阈值可以依据经验进行设置。
在确定车辆的当前位置到路段所在线段的距离时，需要现将车辆的经纬度坐标、路段的两个站点的经纬度坐标转换为预设三维空间坐标系中的地面坐标，然后再根据两个站点的地面坐标、车辆的地面坐标以及球心的坐标，确定车辆的当前位置到两个站点所在的弧线的最短距离。其中，预设三维空间坐标系是地球球心为原点，球心与赤道上0经度点的连线为x轴，球心与赤道上90经度点的连线为y轴，球心与北极点的连线为z轴的坐标系。
通常我们将地球看作一个圆球，以地球球心o为三维直角坐标系的原点，球心与赤道上0经度点的连线为x轴，与赤道上90经度点的连线为y轴，球心与北极点的连线为z轴，则地面上点的三维空间坐标与经纬度坐标的关系为：
其中，r表示地球半径，约等于6378137m，α表示纬度，北纬取+，南纬取-；β表示经度，东经取+，西经取-。
通过上述公式可以将车辆当前位置的经纬度坐标、路段的两个站点的经纬度坐标转化为三维空间坐标系中的地面坐标。
在转化为地面坐标之后，就可以确定车辆的当前位置到两个站点所在的弧线的距离，具体的可以为：首先根据两个站点的地面坐标和球心的坐标，确定由两个站点和球心组成的平面的法向量，然后根据球心的坐标和车辆的地面坐标，确定车辆的当前位置到球心的方向向量，根据由所述两个站点和球心组成的平面的法向量和车辆的当前位置到球心的方向向量，确定车辆的线面角，根据车辆的线面角和地球的半径，确定车辆的当前位置到两个站点所在的弧线的距离。其中，车辆的线面角是车辆的当前位置到球心的直线与平面的法向量的夹角的余角。
举例来说，如图4所示，路段se，s为起始点，e为终止点，球面上的两点可以通过任意方式连接成一条弧线，可确定这两点和球心o所组成的平面与球面交汇的弧线为这两点间的最短的圆弧，称这段圆弧为弧se。
车辆的当前位置点n与弧se的最小距离，可以理解为求当前位置点n与路段圆弧se上任意一点m所确定圆弧中最短的一条。根据定理，该圆弧一定是过点n，点m，且以点o为圆心的圆的劣弧。面nom与平面soe相交，弧mn的长即为∠nom所对圆弧的长度。因此当∠nom最小时，弧mn有最小值。由几何知识可知，当面nom垂直于面soe时，∠nom有最小值，也即弧nm有最小值。因此求出当两面垂直时∠nom的值，就可以求出当前位置点n到弧se的最小距离。
根据以上分析，当面nom垂直于面soe时，mo为两面交线，因此∠nom即为线no与面soe的线面角。该线面角可通过如图5所示步骤确定：
步骤501，确定面soe的法向量。
设s(x1y1zx)，e(x2y2z2)，o(000),则向量
则该平面的法向量
其中：
步骤502，确定直线no的方向向量
设点n(xyz)，则：
步骤503，确定线no与面soe的线面角∠nom。
设∠nom为θ，由几何知识可得，线面角为直线与平面法向量夹角的余角，可以表示为
其中，上式中，
通过上述步骤得到线面角θ之后，就可以求取最短弧长lmin，lmin＝r*θ。
可选的，在进行上述第二条件判定时，车辆的当前位置位于第一区域内可以表示为车辆的当前位置到路段的两个站点的距离之和小于等于路段的两个站点之间的距离与第二偏移阈值的和。
在现有技术中，仅通过判断车辆到路段所在直线的最短距离存在距离小于偏移阈值，会出现实际可能已经偏离路线的情况。如图6所示，点s—>点e—>点c为公交路线上连续3个站点，n点实际已经偏离，但n点到直线se的距离小于路线偏离阈值。
在本发明实施例中，通过以s、e两点为定点的椭圆，判断是否在行驶路线范围内，若n为车辆行驶过程中的实时坐标值，则判断n点是否在路线范围内方法为：ne+ns≤se+1.5k，其中ne为n点与站点e间距离，ns为n点到站点s的距离，se为s、e两站点距离，k为路线偏离阈值，该1.5k也就是上述第二偏移阈值，该第二偏移阈值可以依据经验进行设置。
步骤204，在所述多个路段均确定车辆偏离所述路段时，确定所述车辆偏离当前行驶的路线。
当所有的路段都确定出车辆偏离路段时，就可以确定该车辆偏离当前行驶的路线，此时，车载终端可以将偏离路线后的速度标准、行车规范及时提醒司机，并将偏离路线情况通知后台服务器。
当所有路段中至少有一个路段确定车辆未偏离路段，则可以确定该车辆未偏离当前行驶的路线。
为了能够确认上述步骤得出的结果是否有效，还需要进行验证。在谷歌地图上选取了一段线路，获取相邻两站点的经纬度坐标，然后在其周围取点，测量距离，并与通过上述车辆偏离检测流程确定出来的结果相比较。计算得出的数值和测量值的误差在15m之内，考虑到gps的测量误差，以及在地图上测量距离也有一定的误差，该误差在允许的范围内，从而验证了算法的有效性。
测量结果与计算结果的对比如表1所示：其中，路段起始站点坐标为(36.103309，120.450146)，终止站点坐标为(36.096469，120.456716)。
表1
上述实施例表明，获取车辆当前行驶的路线以及当前位置信息，路线包括站点信息，根据站点信息将路线划分为多个路段，针对多个路段中每个路段，确定车辆的当前位置是否满足第一条件和第二条件，若否，确定车辆偏离路段，第一条件为车辆的当前位置到路段所在的线段的距离小于第一偏移阈值，车辆的当前位置到路段所在的线段的距离是在预设三维空间坐标系中确定的，第二条件为车辆的当前位置位于第一区域内，第一区域为以路段的两个站点为定点的椭圆区域，在多个路段均确定车辆偏离路段时，确定车辆偏离当前行驶的路线。由于通过当前位置到路段所在的线段的距离是在预设三维空间坐标系中确定的，其可以提高车辆偏离检测的准确度。
通过本发明实施例提供的车辆偏离检测方法，其具有以下有益效果：
1、通过车载终端判断公交车辆是否偏离路线，并将偏离信息上报后台，不需要额外增加任何成本，易实施；
2、车载终端直接以设置的站点信息将路线分成多条线段进行分析，公司管理人员不需要学习新的使用方法，操作简单。
3、本方法在通过公交实时坐标到相邻两站点连线的最短距离与求取实时坐标是否在椭圆区域内判断是否偏离路线，双重判断，算法简单高效，准确性高。
4、路线偏离后，能够及时提醒司机偏离后路线的速度标准、行车规范，有助于司机的安全驾驶。
基于相同的技术构思，图7示例性的示出了本发明实施例提供的一种车辆偏离检测装置的结构，该装置可以执行车辆偏离检测方法的流程。
如图7所示，该装置可以包括：
获取单元701，用于获取车辆当前行驶的路线以及当前位置信息，所述路线包括站点信息；
划分单元702，用于根据所述站点信息将所述路线划分为多个路段；
处理单元703，用于针对所述多个路段中每个路段，确定所述车辆的当前位置是否满足第一条件和第二条件，若否，确定所述车辆偏离所述路段；所述第一条件为所述车辆的当前位置到所述路段所在的线段的距离小于第一偏移阈值，所述车辆的当前位置到路段所在的线段的距离是在预设三维空间坐标系中确定的，所述第二条件为所述车辆的当前位置位于第一区域内，所述第一区域为以所述路段的两个站点为定点的椭圆区域；以及在所述多个路段均确定车辆偏离所述路段时，确定所述车辆偏离当前行驶的路线。
可选的，所述站点信息还包括所述站点的经纬度信息，所述车辆的当前位置信息为所述车辆的经纬度坐标；
所述处理单元703具体用于：
将所述车辆的经纬度坐标、所述路段的两个站点的经纬度坐标转换为预设三维空间坐标系中的地面坐标；所述预设三维空间坐标系是以地球球心为原点，球心与赤道上0经度点的连线为x轴，球心与赤道上90经度点的连线为y轴，球心与北极点的连线为z轴的坐标系；
根据所述两个站点的地面坐标、所述车辆的地面坐标以及所述球心的坐标，确定所述车辆的当前位置到所述两个站点所在的弧线的最短距离。
可选的，所述处理单元703具体用于：
根据所述两个站点的地面坐标和所述球心的坐标，确定由所述两个站点和所述球心组成的平面的法向量；
根据所述球心的坐标和所述车辆的地面坐标，确定所述车辆的当前位置到所述球心的方向向量；
根据所述由所述两个站点和所述球心组成的平面的法向量和所述车辆的当前位置到所述球心的方向向量，确定所述车辆的线面角，所述车辆的线面角为所述车辆的当前位置到所述球心的直线与所述平面的法向量的夹角的余角；
根据所述车辆的线面角和地球的半径，确定所述车辆的当前位置到所述两个站点所在的弧线的距离。
可选的，所述车辆的当前位置位于第一区域内为所述车辆的当前位置到所述路段的两个站点的距离之和小于等于所述路段的两个站点之间的距离与第二偏移阈值的和。
可选的，所述路线还包括交通路口；
所述划分单元702具体用于：
所述根据所述站点信息和所述交通路口，将所述路线划分为多个路段。
基于相同的技术构思，本发明实施例还提供了一种计算设备，包括：
存储器，用于存储程序指令；
处理器，用于调用所述存储器中存储的程序指令，按照获得的程序执行上述车辆偏离检测方法。
基于相同的技术构思，本发明实施例还提供了一种计算机可读非易失性存储介质，包括计算机可读指令，当计算机读取并执行所述计算机可读指令时，使得计算机执行上述车辆偏离检测方法。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。