基于稀疏出租车gps数据的大范围城市路网旅行时间估计方法
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及一种基于稀疏出租车GPS数据的大范围城市路网旅行时间估计方法， 属于智能交通系统的技术领域。
【背景技术】：
[0002] 面对急剧增长的城市机动车保有量和居民出行总量，大中型城市的交通供给能力 远小于交通需求增长，加之意外事件频发，极易引发大范围交通拥堵或局部瘫痪。而作为主 要改善交通运输效率的信号控制和交通诱导策略设计，均依赖于实时交通网络的旅行时间 或运行速度。同样，出行者也需要及时掌握路网的交通状态来调整出行计划和出行线路。因 此，研宄城市全路网的旅行时间实时估计算法有助于提高出行的目的性，主动引导出行规 划，动态优化信号配时和意外交通事件应急处理能力，从而缓解城市交通压力，减少出行成 本，提升出行品质。
[0003] 现有城市路网的旅行时间估计算法主要归纳为以下几类：（1)基于双检测器的路 段旅行时间估计算法是通过假设所有车辆通行的速度是常值、且没有超车情况，在车辆速 度差异较大时误差也随之增大。（2)基于波动理论和排队理论的路段旅行时间估计算法是 借助安装在路口上游的检测器能实时获取到的车辆数、占有率和信号灯状态，根据排队理 论和波动理论，计算路段上车辆的整体排队时间和旅行时间。但该方法要求检测器和信号 灯的时钟完全准确同步，而且只能用于信号灯控路口，建设成本极高。（3)基于车牌识别系 统的估计算法是利用两个检测断面上获取的通行车辆车牌信息进行估计，但该方法只能估 计出已安装视频设备的路段。当路段较长时，能够检测到的通行车辆非常有限，而且交叉道 路较多，部分车辆绕行后继续返回原路段将会导致较大的检测误差。（4)基于GPS的路段旅 行时间估计算法是根据车载GPS设备实时上传的固定间隔的坐标数据进行地图匹配，然后 计算出两个定位点之间的时间差，并累加为整个路段的旅行时间。基于GPS的现有估计方 法均未能考虑到数据上传间隔、道路拥堵、GPS设备较少、路段较长四个方面的因素导致检 测数据稀疏时，无法准确获取路段的旅行时间。
【发明内容】
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[0004] 针对现有技术的不足，本发明提出一种基于稀疏出租车GPS数据的大范围城市路 网旅行时间估计方法，该方法综合考虑了可被利用的有效GPS数据量、路段长度、数据上传 间隔、路段拥挤程度四个不同方面的影响因素，有效提高了大范围城市路网旅行时间估计 的准确性和快速性。在地图匹配部分，引入了快速匹配算法，对大中型城市级别的出租车 GPS数据实现快速匹配，极大节省了硬件处理资源；在单车轨迹搜索部分，提出基于历史定 位点进行车辆行驶轨迹的异常点剔除与修正算法；在路段旅行时间估计部分，首次引入分 段估计算法，充分利用能够获取的稀疏GPS定位数据，解决因车辆少、路段长、上传间隔大、 道路拥挤等因素造成的难以估计问题。整个方法提高了基于GPS定位数据的城市路网旅行 时间估计算法的准确性、可靠性和实效性。
[0005] 本发明的技术方案如下：
[0006] 发明概述：
[0007] -种基于稀疏出租车GPS数据的大范围城市路网旅行时间估计方法，包括数据处 理和旅行时间估计：数据处理主要是完成实时GPS数据预处理、经炜度坐标变换、地图匹 配，估计出单个GPS设备点位在地图上的时空位置；旅行时间估计部分则是基于获取的单 个车辆时空位置数据，进行单车行驶轨迹推算、子路段速度估计和路段速度估计，最终得到 全网各路段的旅行时间和平均运行速度。
[0008] 发明详述：
[0009] 一种基于稀疏出租车GPS数据的大范围城市路网旅行时间估计方法，包括以下步 骤：
[0010] (1)定义路段和子路段、建立标准化的静态路网基础信息数据库：
[0011] a)定义路段和子路段：所述路段包括多条首尾相连的子路段；
[0012] b)建立标准化的静态路网基础信息数据库，包括路段信息和子路段信息；所述路 段信息，包括路段起点坐标、路段终点坐标和路段行驶方向；所述子路段信息包括子路段起 点坐标、子路段终点坐标和子路段行驶方向；
[0013] (2)建立出租车GPS数据动态数据表：
[0014] 首先，定位间隔定义为出租车GPS坐标数据上传的时间间隔，以秒为单位，例如15 秒；然后，数据处理间隔定义为将一定时间段内的GPS数据进行集中处理，以分钟为单位， 例如1分钟；以数据处理间隔为界限，临时存储当前间隔内的所有出租车GPS定位数据，并 对所述GPS定位数据进行预处理，得到符合预设记录格式的出租车GPS数据动态数据表；
[0015] (3)基于数据库强大的数据运算能力，编写数据库存储过程实时抓取当前数据处 理间隔内采集的GPS数据并进行经炜度坐标变换，即将WGS-84坐标系下的GPS经炜度转化 为笛卡尔平面坐标，得到出租车GPS笛卡尔平面坐标数据；
[0016] (4)将步骤（3)所述出租车GPS笛卡尔平面坐标数据和步骤（1)标准化的静态路 网基础信息数据相结合，进行地图匹配：将出租车GPS笛卡尔平面坐标数据转化成以路段 为参考点的一维距离坐标，即，离路段参考点的距离；
[0017] (5)利用步骤（4)已经计算的一维坐标系下，单辆出租车最近四个历史坐标点的 坐标、车头角度和定位时刻，判断单个出租车当前位置的实际行驶路段和方向，校准出租车 的行驶轨迹；
[0018] (6)基于校准后的车辆轨迹和子路段信息，估计出租车在子路段上的行驶速度，将 所有经过该子路段的出租车速度取平均值作为该子路段的平均速度，并依次计算出每个路 段上所有子路段的平均速度；
[0019] (7)根据子路段的平均速度和子路段长度，计算各个子路段的旅行时间，并计算出 整个路段的旅行时间和平均速度；
[0020] (8)保存估计的路段旅行时间和平均速度；重复步骤（2)-步骤（8)，估计下一数据 处理间隔的路段旅行时间和平均速度。
[0021] 根据本发明优选的，所述步骤（1)中，所述路段定义为：以信号灯控路口、非灯控 路口或沿街出入口为一条路段的起点或终点，并分别在数据库中存储WGS-84坐标系下的 经炜度和笛卡尔坐标系两种二维坐标表示方式，且该路段具有行驶方向属性；所述子路段 定义为：将单条路段按照等长度原则分别划分为不同的子路段，子路段是以路段的起点为 参考点，以子路段的长度和子路段的行驶方向采用一维坐标表示。
[0022] 根据本发明优选的，所述步骤（1)中所述的路段与子路段的关系为：
【主权项】
1. 一种基于稀疏出租车GPS数据的大范围城市路网旅行时间估计方法，其特征在于， 该方法包括以下步骤： (1) 定义路段和子路段、建立标准化的静态路网基础信息数据库： a) 定义路段和子路段：所述路段包括多条首尾相连的子路段； b) 建立标准化的静态路网基础信息数据库，包括路段信息和子路段信息；所述路段信 息，包括路段起点坐标、路段的终点坐标和路段行驶方向；所述子路段信息包括子路段起点 坐标、子路段终点坐标和子路段行驶方向； (2) 建立出租车GPS数据动态数据表： 首先，定位间隔定义为出租车GPS坐标数据上传的时间间隔，以秒为单位；然后，数据 处理间隔定义为将一定时间段内的GPS数据进行集中处理，以分钟为单位；以数据处理间 隔为界限，临时存储当前间隔内的所有出租车GPS定位数据，并对所述GPS定位数据进行预 处理，得到符合预设记录格式的出租车GPS数据动态