数据表； (3) 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； (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； (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； (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； (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； (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。
2. 根据权利要求1所述的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，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； 所述步骤（1)中所述的路段与子路段的关系为：
在式⑴中，1^.代表从起点i到终点j的路段长度；1 为起点i到终点j的路段上第 k个子路段的长度；为路段包含的子路段个数；D代表同一路段中每个子路段的长度。
3. 根据权利要求1所述的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，所述步骤（2)中，临时存储当前数据处理间隔的出租车GPS定位数据 包括出租车GPS设备唯一标识码、定位时刻、GPS设备上传的WGS-84经炜度坐标和车头方 向字段；所述步骤（2)中所述的数据预处理包括：错误、重复和丢失数据处理阶段。
4. 根据权利要求1所述的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，所述步骤（3)中对实时抓取的上一定位间隔GPS数据进行经炜度坐标 变换是采用高斯克吕格算法将GPS经炜度坐标转化为笛卡尔平面坐标，以静态路网数据中 路网中心点作为笛卡尔坐标轴零点，并定义自西向东和自南向北为分别为两个坐标轴的正 方向。
5. 根据权利要求1所述的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，所述步骤（4)中的地图匹配原则是点到直线的距离最短：转换后的 GPS笛卡尔平面坐标投影到路段上，形成定位点〇,与出租车GPS笛卡尔平面坐标距离最近 且车头方向与路段行驶方向一致的路段即为当前行驶的路段。
6. 根据权利要求5所述的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，所述地图匹配还包括坐标匹配，步骤如下： 对于单个坐标点，首先从路段集合中筛选出备选路段，其路段坐标要求满足以下条 件：
式（II)中，\和yi分别代表路段起点i的横坐标和纵坐标；xjPh分别代表路段终 点j的横坐标和纵坐标；x。和y。分别代表定位点〇的横坐标和纵坐标；max(Ly代表所有 路段中长度最大值；代表所有GPS设备定位误差最大值，a为保守系数。
7. 根据权利要求6所述的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，所述步骤（4)中地图匹配的方法为投影算法，其定位点〇到路段的距 离计算公式为
以路段起点为参考点，进行二次坐标转换，将二维平面坐标转换成一维距离坐标，即： 投影点至路段参考点的距离
8. 根据权利要求1所述的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，所述步骤（5)中校准出租车的行驶轨迹是利用步骤（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进行车辆行驶轨迹修正，其修正类型 及方法包括：定位路段修正和行驶方向修正： 所述单辆出租车定位路段修正是指匹配后的连续三个定位点，当位于中间的定位点匹 配后的路段与位于两端的定位点匹配的路段不同时，则将中间定位点直接匹配到两个端点 所匹配的路段上，并根据步骤（4)重新计算位于中间的定位点的新投影点； 所述行驶方向修正是指当连续四个投影后一维坐标点均在相同路段上，但其四个投影 点的行驶方向为正方向和负方向交替出现时，则以每个定位点的车头定位角度为准进行修 正。
9. 根据权利要求1所述的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，所述步骤（6)的估计出租车在子路段上的行驶速度包括单个出租车 行驶的子路段速度匹配和子路段速度估计两个阶段： 所述单个出租车行驶的子路段速度匹配阶段是根据相邻两个定位点的一维坐标计算 出车辆平均速度为
^式中dplp2为第m辆车在p廊p2两相邻投影点之 间的实际行驶距离，T为定位间隔； 根据单个出租车的速度和两个定位点的位置不同，将子路段匹配分为以下三类： 类I必和p2属于同一路段ij，有
式（V)中qJP92均为整数，如果pJPp2的行驶方向为远离参考点i，则通过第m辆车 的行驶轨迹估计的子路段平均速度计算公式为vijk(m) =vplp2(m), (仍，(?2); 类II必和p2分别属于路段ij和jz，有
如pJPP2的行驶方向均为分别远离两个路段的参考点i和j，则子路段平均速度计算 公式为
类III:pJPp2分别属于路段ij和wz，且行驶轨迹分别经过路段ij、jw和wz，有
如pi和p2的行驶方向均为分别远离两个路段的参考点i和j，则子路段平均速度计算 公式为
子路段速度估计包括：在数据处理间隔内，根据所有单个出租车子路段匹配后的速度 估计子路段的平均速度，其计算公式为
式（X)中M表示依次经过该子路段的所有出租车次数。
10.根据权利要求1所述的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，所述步骤（7)中整个路段的旅行时间根据子路段的长度tty.与平均 速度进行计算，其计算公式为：
而整个路段的车辆平均行驶速度为
【专利摘要】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数据的预处理、经纬度坐标变换、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。
【IPC分类】G06F17-30, G06F19-00
【公开号】CN104778274
【申请号】CN201510203390
【发明人】林永杰, 邹难, 朱琳, 俞洁, 潘述亮, 邢建平
【申请人】山东大学
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年4月23日