一种基于公交gps轨迹数据的路况信息生成方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于公交GPS轨迹数据的路况信息生成方法，包括:步骤一、在公交路网数据结构中，将实际的公交站点、站位点、线路交点和路口节点均采用节点表示，位于一个道路上的同向且相邻的两个节点之间由一线段连接，将该线段定义为路段，用于表示一个单方向的实际的道路段，并且将该道路段的行驶方向作为该路段的关联属性；步骤二、获取n辆公交车的一定时间段T内的所有GPS轨迹数据；步骤三、将n辆公交车的所有GPS轨迹数据匹配至公交路网数据结构中；步骤四、以相应的路段所匹配的h辆公交车的平均速度作为该实际道路段的路况信息。本发明利用点要素和线要素构建整个公交路网数据结构，准确反映出该路段的路况。
【专利说明】一种基于公交GPS轨迹数据的路况信息生成方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及交通领域，尤其涉及一种基于公交GPS轨迹数据的路况信息生成方 法。
【背景技术】
[0002] 近年来随着城市化进程的加快和城市人口的增加，机动车保有量和居民出行量显 著提高，交通供需关系逐渐失衡，道路拥堵现象日益突出，发展智能交通系统早已成为世界 各国应对城市交通问题的主要途径。其中，开展智能公交系统的研究和应用更体现了公交 优先、绿色出行的发展理念，承担着提升公交智能运营调度能力和公共交通科技与服务水 平的重大责任。路况信息是综合反映城市道路交通运行状况，以及具体表达城市交通路网 的拥堵或畅通程度的信息，既能向管理部门和公众提供实时的调度依据和出行参考，也是 进行众多智能交通研究应用工作的数据基础。
[0003] 现今多种固定式和移动式交通信息采集设备为路况信息的生成提供了可能，特别 是浮动车技术和数据得到了广泛应用。然而对于同样能覆盖城市各等级道路、运营调度相 对独立且特殊的公交系统来说，大多分布于快速路、主干路的固定式检测设备的信息密度， 与基于城市普通路网数据结构的路况生成处理手段还无法集中体现或满足公交系统的兴 趣关注点和实际运营调度需求。本发明提出的基于公交GPS数据的路况信息生成方法，着 重于从公交系统的路网结构和专题特性出发，更加适用于公交路况信息的处理和应用。
[0004] 普通的道路网在公交系统运营调度和路况信息处理上的适应度不高，原因在于： 一方面，传统路网的矢量化过程或结构缺少专门针对公交路网的拓扑关系；另一方面，各条 公交线路按照各自的站点分隔，多条线路堆叠在一起，因而重叠路段边缘的模糊不清给计 算该路段路况的过程中引入了较大的误差。如图1所示，已知末站为B的线路b，则由归属 于b的浮动车数据生成区间mB的路况，其作用域只在mB，笼统地将mn路况作为mB路况来 计算会造成信息精确度的大幅降低。
【发明内容】
[0005] 针对上述技术问题，本发明提供了一种更精确地计算路况信息的基于公交GPS轨 迹的路况信息生成方法。
[0006] 本发明提供的技术方案为：
[0007] -种基于公交GPS轨迹数据的路况信息生成方法，包括：
[0008] 步骤一、实际的公交路网包含形成在道路网上的若干条公交线路，将实际的具有 相同站位号的多个公交站点合并并称为站位点，将不同的公交线路彼此相交的点称为线路 交点，将道路路口或道路等级发生变化的点称为路口节点；用节点和线段构建公交路网数 据结构，在公交路网数据结构中，将实际的公交站点、站位点、线路交点和路口节点均采用 节点表示，位于一个道路上的同向且相邻的两个节点之间由一线段连接，将该线段定义为 路段，用于表示一个单方向的实际的道路段，并且将该道路段的方位角作为该路段的关联 属性；
[0009] 步骤二、获取在所述公交路网内的n辆公交车的一定时间段T内的所有GPS轨迹 数据，每辆公交车在所述时间段T内对应有多组GPS轨迹数据；
[0010] 步骤三、将n辆公交车的所有GPS轨迹数据匹配至所述公交路网数据结构中，从而 确定出每个路段匹配h辆公交车，以及同一辆公交车在一个路段上匹配有k组GPS轨迹数 据；
[0011] 步骤四、对于任一个实际的道路段，以相应的路段所匹配的h辆公交车的平均速 度F作为该实际道路段的路况信息。
[0012] 优选的是，所述的基于公交GPS轨迹数据的路况信息生成方法中，
[0013] 所述步骤二中，一组GPS轨迹数据包括时间值和瞬时速度；
[0014] 所述步骤四中，一个路段所匹配的h辆公交车的平均速度P的具体计算过程为：
[0015] 计算该路段匹配的每辆公交车的平均速度，其中，编号为m的公交车的平均速度 为
【权利要求】
1. 一种基于公交GPS轨迹数据的路况信息生成方法，其特征在于，包括： 步骤一、实际的公交路网包含形成在道路网上的若干条公交线路，将实际的具有相同 站位号的多个公交站点合并并称为站位点，将不同的公交线路彼此相交的点称为线路交 点，将道路路口或道路等级发生变化的点称为路口节点；用节点和线段构建公交路网数据 结构，在公交路网数据结构中，将实际的公交站点、站位点、线路交点和路口节点均采用节 点表示，位于一个道路上的同向且相邻的两个节点之间由一线段连接，将该线段定义为路 段，用于表示一个单方向的实际的道路段，并且将该道路段的方位角作为该路段的关联属 性； 步骤二、获取在所述公交路网内的η辆公交车的一定时间段T内的所有GPS轨迹数据， 每辆公交车在所述时间段T内对应有多组GPS轨迹数据； 步骤三、将η辆公交车的所有GPS轨迹数据匹配至所述公交路网数据结构中，从而确定 出每个路段匹配h辆公交车，以及同一辆公交车在一个路段上匹配有k组GPS轨迹数据； 步骤四、对于任一个实际的道路段，以相应的路段所匹配的h辆公交车的平均速度F作 为该实际道路段的路况信息。
2.如权利要求1所述的基于公交GPS轨迹数据的路况信息生成方法，其特征在于， 所述步骤二中，一组GPS轨迹数据包括时间值和瞬时速度； 所述步骤四中，一个路段所匹配的h辆公交车的平均速度P的具体计算过程为： 计算该路段匹配的每辆公交车的平均速度，其中，编号为m的公交车的平均速度为 _ }k 巧，匕=[I，I n为编号为m的公交车的第η组GPS轨迹数据的瞬时速度， /Vf -jh__ 计算该路段匹配的h辆公交车的平均速度P=
3.如权利要求1所述的基于公交GPS轨迹数据的路况信息生成方法，其特征在于，所述 步骤一中，将位于一个道路上的同向且具有相同站名的公交站点中相隔距离小于5m的公 交站点合并，并在所述公交路网数据结构中由一个节点表示，所述线路交点为线路分叉点 或线路汇合点，其中，线路分叉点为不同的公交线路之间由重叠段进入非重叠段的点，线路 汇合点为不同的公交线路之间由非重叠段进入重叠段的点。
4.如权利要求2所述的基于公交GPS轨迹数据的路况信息生成方法，其特征在于， 所述步骤一中，在所述公交路网数据结构中，将同属于同一公交线路的a个同向且首 尾相连的路段所组成的路段集合定义为区间； 所述步骤三中，所述区间匹配b辆公交车，以及同一辆公交车在该区间内匹配有c组GPS轨迹数据； 所述步骤四中，对于任一组实际的连续分布的道路段，以相应的区间所匹配的b辆公 交车的平均速度作为该组实际的道路段的路况信息。
5.如权利要求2至4中任一项所述的基于公交GPS轨迹数据的路况信息生成方法，其 特征在于，所述步骤二、步骤三、步骤四和步骤五构成一个循环，每隔30s依次执行步骤二、 步骤三、步骤四和步骤五。
6.如权利要求5所述的基于公交GPS轨迹数据的路况信息生成方法，其特征在于，还包 括： 步骤五、依据每个路段匹配的h辆公交车的平均速度以及该路段所关联的道路类型， 为每个路段分配拥堵等级，每个拥堵等级对应由一个颜色表示，更新电子地图，在电子地图 上使用相应的颜色表示每个路段的拥堵等级。
7. 如权利要求6所述的基于公交GPS轨迹数据的路况信息生成方法，其特征在于， 所述步骤二中，将一组GPS轨迹数据定义成坐标由经纬度确定的轨迹点； 所述步骤三具体包括以下步骤： 逐个对η辆公交车进行以下计算过程，对于其中任一公交车： 步骤（1)对于多个轨迹点中的任一个轨迹点Pi,在所述公交路网数据结构中确定该轨 迹点的多个候选匹配路段，并组成一个候选匹配路段集合，计算轨迹点Pi到每个候选匹配 路段Qi,」的投影点和投影距离C^j，将上述投影点称为候选匹配点Ρ'μ; 在两个候选匹配点中，以第一个候选匹配点为起点沿其所在路段行进，依次经过若干 的中间路段，一直行进至第二个候选匹配点，并以第二候选匹配点为终点，所行进的距离定 义为两个候选匹配点之间的行驶距离； 步骤（2)、为第一个轨迹点确定唯一的一个匹配路段和一个匹配点，逐个对除第一个轨 迹点之外的剩余轨迹点的候选匹配路段集合进行判断：对于第N个轨迹点， (1) 当其仅有一个该候选匹配路段属于第N-I个轨迹点的任一个候选匹配点所在路段 的第M级后继路段时，则将第N个轨迹点在该候选匹配路段上的候选匹配点判定为匹配点， (2) 当有多个候选匹配路段属于第N-I个轨迹点的其中一个候选匹配点所在路段的第 M级后继路段时，则再对每一个候选匹配路段进行以下判断：如果在一个候选匹配路段的 第Z级后继路段是第N+1个轨迹点的候选匹配路段，则将第N个轨迹点在该候选匹配路段 上的候选匹配点判定为匹配点，并依次计算第1个轨迹点的匹配点到第N+1个轨迹点的所 有候选匹配点的第一行驶距离，如果一个候选匹配路段的第Z级至第Z+a级后继路段都不 是第N+1个轨迹点的候选匹配路段，则计算第1个轨迹点的匹配点到该候选匹配路段的第 Z+a级后继路段的终点的第二行驶距离，将多个候选匹配路段进行比较，当一个候选匹配路 段的第二行驶距离均大于剩余的候选匹配路段的第一行驶距离，则将该候选匹配路段从候 选匹配路段集合中剔除，其中，M为取值大于等于1的正整数，Z、a为取值大于等于1的正 整数， 其中，N为取值大于1的正整数，每进行完一个轨迹点的候选匹配路段集合的判断，N取 值加1，重复执行上述过程。
8. 如权利要求6所述的基于公交GPS轨迹数据的路况信息生成方法，其特征在于，步骤 (2)具体通过以下过程实现： 步骤① 从第i-Ι个轨迹点在相应的第1个候选匹配路段Qim1上的候选匹配点Pm'开始， 逐个对第i-Ι个轨迹点的所有候选匹配点进行以下计算： 计算当前候选匹配点P(^,d'所在路段R(^,d的第一级后继路段集合Rud,/与第i个 轨迹点的候选匹配路段集合Qi的交集，其中，d表示候选匹配点的编号， 如交集中存在1个元素q，则将该元素保留在候选匹配路段集合Qq，对第i-Ι个轨迹 点的下一个候选匹配点进行计算； 如交集中存在S个元素q，则从第1个元素开始逐个对该s个元素进行以下判断：计算 当前元素qt的第一级后继路段集合Rn/与第i+Ι个轨迹点的候选匹配路段集合Qi+1的 交集，如交集不为空，则将当前元素qt保留在第i个轨迹点的候选匹配路段集合中，逐个计 算第一个轨迹点的候选匹配点P/与第i+Ι个轨迹点Pi+1的所有候选匹配点P(i+1)'之间的 第一行驶距离，并记为其中，e代表第i+Ι个轨迹点的候选匹配点的编号，第i+Ι个轨迹 点对应有E个候选匹配点，e为1到E的整数，如交集为空，则继续计算当前元素qt的第二 级后继路段集合R^t"与第i+Ι个轨迹点的候选匹配路段集合Qi+1的交集，如交集为空，则 逐个计算第一个轨迹点的候选匹配点P/与第二级后继路段集合R(i4,t"中所有元素 t"的终点之间的第二行驶距离，并记为Sf,其中，f代表第二级后继路段集合t"中元素 t"的编号，第二级后继路段集合t"中元素1"的个数为F，当当当前元素qt 的所有的Sf值大于所有候选匹配路段的所有的则当前元素qt从第i个轨迹点的候选匹 配路段集合Qi中剔除，当对s个元素都计算完成，对第i个轨迹点的下一个候选匹配点进 行计算； 如交集为空，则逐个选择第一级后继路段集合R(i4,/中的所有元素,/，进行以下 计算：计算当前元素Am,/的第二级后继路段集合hi/'与第i个轨迹点的侯选匹配路 段集合Qi的交集，如交集为空，则放弃当前元素，并对第i个轨迹点的下一个候选匹配点进 行计算； 步骤②当对第i-i个轨迹点的所有候选匹配点进行上述计算过程，则对第i个轨迹点 的所有候选匹配点执行步骤①，重复步骤①，直至为每个轨迹点都选定至少一个匹配路段， 相应的候选匹配点被判定为匹配点； 步骤（3)依照排序，将所有的轨迹点的匹配点连接成多条候选行车轨迹，其中，同一个 轨迹点的不同匹配点属于不同的候选行车轨迹，将匹配点个数最多的候选行车轨迹判定为 行车轨迹； 步骤（4)所述行车轨迹经过若干的路段，从而确定每个路段上匹配有k个轨迹点。
9. 如权利要求8所述的基于公交GPS轨迹数据的路况信息生成方法，其特征在于， 所述步骤（3)中，如存在至少两条匹配点个数最多的候选行车轨迹，则分别对至少两 条匹配点个数最多的候选行车轨迹进行以下计算： 对于任一条候选行车轨迹，其匹配有L个轨迹点，为方位角差值绝对值αμ、投影距离 屯,」以及该候选行车轨迹的行驶距离S分别分配权重\1、\2和λ3，其中，该候选行车轨迹 的行驶距离S为该候选行车轨迹所匹配的第1个轨迹点和最后一个轨迹点之间的行驶距 离，则计算累计误差Θ，
其中，将Θ最小的一条候选行车轨迹判定为行车轨迹，一个轨迹点的方位角差值ay为该轨迹点与其匹配路段的方位角差值的绝对值。
10. 如权利要求9所述的基于公交GPS轨迹数据的路况信息生成方法，其特征在于， 所述步骤一中，将一个道路段的限速作为相应的线段的关联属性； 所述步骤（1)中，任一个轨迹点Pi的候选匹配路段集合的判断过程包括以下步骤： 步骤①所述公交路网数据结构中，以该轨迹点为圆心以GPS数据精度为半径设计一圆 形的缓冲区，与该缓冲区相交或相切的若干路段构成候选匹配路段集合； 步骤②当所述轨迹点的瞬时速度大于一个候选匹配路段的限速时，则将该候选匹配路 段从候选匹配路段集合剔除，如小于等于该候选匹配路段的限速时，则保留； 步骤③如所述轨迹点与一个候选匹配路段的方位角差值的绝对值>90°，则将 该候选匹配路段从候选匹配路段集合剔除，如〇< 90°，则保留。
【文档编号】G08G1/123GK104318767SQ201410568039
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月22日 优先权日:2014年10月22日
【发明者】张健钦, 李明轩, 杜明义, 徐志洁 申请人:北京建筑大学