CN102074110A - 基于浮动车数据的交通流路口转向延时获取系统和方法 - Google Patents

基于浮动车数据的交通流路口转向延时获取系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于浮动车数据的交通流路口转向延时获取系统和方法，主要是为了提供一种新的交通流路口转向延时数据而设计。本发明所述转向延时获取方法是：首先，利用电子地图划定路口范围，以及与路口相连的入道路和出道路；然后，依据浮动车行驶方向与道路方向的一致性，选取浮动车通过路口时在入道路和出道路上的GPS数据；最后，计算浮动车通过路口时的转向延时并修正计算结果中的异常值。本发明可为智能交通系统中的交通管理应用提供精准的动态路况信息支持，也可用于改进浮动车导航系统的最优路径寻找。

Description

基于浮动车数据的交通流路口转向延时获取系统和方法
技术领域
本发明涉及一种智能交通系统中动态路况的获取技术，特别是涉及一种基于浮动车数据获取交通流路口转向延时的获取系统和方法。
背景技术
近些年智能交通系统(ITS，Intelligent Transportation System)得到了快速的发展，其成果可应用于车辆监控、交通管理、辅助驾驶等多个方面，对道路交通的调控有着重要的作用。同时，交通运输需求的增加对交通的智能化程度提出了更高的要求，浮动车数据采集和挖掘技术为实现智能交通系统提供了一种新的支持手段。
随着当前全球定位系统(GPS，Global Position System)设备的成本下降和普及，安装车载GPS设备的车辆越来越多，采集这些浮动车GPS设备获得的位置、车速和方向等信息，以这些数据为基础挖掘有用的信息，其结果可用于道路交通系统的智能化。
道路上浮动车的平均速度是道路交通系统中的基本路况信息，可以反映一条道路上交通的拥塞状态，为交通管理和其他应用提供直接的参考信息。然而，浮动车在行驶过程中经过的还有各种路口和立交桥(将各种路口和立交桥统一称为路口)，对于拥有众多路口的城市而言，路口转向延时也是一个很重要的路况信息。
在当前各种实际交通应用系统中，都将路网抽象为一个赋权图或赋权有向图，用道路上标定权值来表示路况信息，例如道路长度、车辆通过道路的平均行驶时间、出行费用等，是交通部门路况监测中心或者车辆导航系统的基本数据。已有的实际车辆导航系统使用的核心算法多为最短路径算法，一些研究工作提出了最短行驶时间算法，但这些研究的焦点大多集中在如何将已有的道路网络图转换为适于计算最短行驶时间算法的网络图，以及如何寻找最优行驶路径的问题上；道路行驶时间都是由道路长度除以平均车速得到的，没有考虑深入分析路口转向延时的影响和获取路口转向延时的方法。
发明内容
针对上述已有系统中存在的不足，本发明提供一种能够为智能交通系统中的交通管理应用提供车辆路口转向延时信息的基于浮动车数据的交通流路口转向延时获取系统和方法。
为达到上述目的，本发明所述基于浮动车数据的交通流路口转向延时获取系统，包括：路口确定模块、数据获取模块和转向延时计算模块；其中，
所述路口确定模块，用于读取电子地图中某一路口信息，并确定出与该路口相连通的入道路和出道路；
所述数据获取模块，用于获取所述路口确定模块得出的入道路和出道路上的浮动车数据信息；
所述转向延时计算模块，基于所述数据获取模块获取的浮动车数据信息计算出浮动车在该路口的转向延时时间。
进一步地，本发明所述路口转向延时获取系统，还包括：异常值处理模块，用于处理所述转向延时计算模块计算得出的异常值。
为达到上述目的，本发明所述基于浮动车数据的交通流路口转向延时获取方法，包括如下步骤：
读取电子地图中某一路口信息，并确定出与该路口相连通的入道路和出道路；
获取上述入道路和出道路上的浮动车数据信息；以及，
基于获取到的浮动车数据信息计算出该路口浮动车转向延时时间。
进一步地，本发明所述的路口转向延时获取方法，还包括：处理计算得出的浮动车转向延时时间结果中的异常值。
进一步地，所述的读取电子地图中某一路口信息，并确定出与该路口相连通的入道路和出道路，具体实现如下：
1.1、读取电子地图中存储的某一路口信息，并划定该路口的范围；
1.2、查找出上述路口范围内的所有道路，并从中选取出跨越该路口范围的道路；
1.3、依次判断跨越所述路口范围的所有道路中的折线段的两端点是否是一端在路口范围内且另一端在路口范围外；是，将符合要求的折线段的在所述路口范围内的端点作为该路口的边界点；
1.4、由上述路口边界点开始沿该边界点所在道路向外延伸至阈值长度，若延伸道路在未到达阈值长度前又遇到了路口，则该道路延伸距离选取小于该路口边界点到下一路口之间的距离；即得出与该路口相连的入道路和出道路。
进一步地，所述的获取上述入道路和出道路上的浮动车数据信息，具体实现如下：
2.1、判断浮动车是否通过某一路口，是，读取通过该路口的浮动车在入道路和出道路上的GPS数据，分别为步骤2.2和2.3；否则，不读取；
2.2、读取浮动车在入道路上进入该路口等待队列前最靠近路口且速度不为零时的GPS数据；
2.3、读取浮动车驶出该路口边界点后进入出道路上的第一个速度不为零时的GPS数据。
特别地，所述的GPS数据包括：浮动车编号、世界标准时间(UTC，TempsUniversel Cordonné)、经纬度、方位角和行驶速率。
进一步地，所述的基于获取到的浮动车数据信息计算出该路口浮动车转向延时时间，具体实现如下：
基于下述计算公式计算出车辆在路口的转向延时时间：
T＝t2-t1-|p1-j1|/v1-|p2-j2|/v2
其中，T为浮动车的路口转向延时时间；t1和t2分别为浮动车在入道路上进入该路口等待队列前最靠近路口且速度不为零时的GPS数据中记录的时间和浮动车驶出该路口边界点后进入出道路上的第一个速度不为零时的GPS数据中记录的时间；p1和p2分别为浮动车在入道路上进入该路口等待队列前最靠近路口且速度不为零时的GPS数据中记录的位置数据和浮动车驶出该路口边界点后进入出道路上的第一个速度不为零时的GPS数据中记录的位置数据；j1和j2分别为路口与入道路和出道路相交的路口边界点位置；v1和v2分别为浮动车在入道路上进入该路口等待队列前最靠近路口且速度不为零时的GPS数据中记录的行驶速率和浮动车驶出该路口边界点后进入出道路上的第一个速度不为零时的GPS数据中记录的行驶速率。
进一步地，所述的处理计算得出的浮动车转向延时时间结果中的异常值，具体实现如下：
查找出计算结果中出现的异常值；
将上述异常值更新为零值。
特别地，所述异常值定义为计算结果为负值的数值。
本发明提出了一种新的交通流路口转向延时获取方法，利用电子地图的特征来确定路口边界，基于道路上浮动车GPS数据计算交通流路口转向延时。该方法可为智能交通系统中的交通管理应用提供更加详实和准确的路况信息，也可用于改进浮动车导航系统的最优路径计算。
附图说明
图1为本发明所述基于浮动车数据的交通流路口转向延时获取系统的结构示意图；
图2为本发明所述基于浮动车数据的交通流路口转向延时获取方法的流程图；
图3为本发明所述路口的一具体实施例；
图4为本发明如何判断道路是否跨越路口范围的具体实施例示意图；
图5为本发明比较浮动车GPS数据中的方向信息与道路方向的具体实施例示意图；
图6为浮动车通过路口何时读取GPS数据的示意图；
图7为浮动车“波动”前进时如何读取GPS数据的示意图。
具体实施方式
首先，对本发明中所涉及到的专有名词进行详细的解释说明，以便理解本发明所述的内容。
电子地图，是以数字方式存储和查询的地图，电子地图将地图上各种用线段，图形和文字等来标识的元素数字化，其中，电子地图中各道路折线段在数据库中的存储格式，主要包括：道路编号、道路的子路段编号、道路名、子路段的起始端点和结束端点的经纬度数据。十字路口在电子地图中的表示为一个多条道路折线段的交点，而立交桥在电子地图中都没有一个明确的边界范围。
入道路：浮动车驶入路口时所在道路。
出道路：浮动车驶出路口时所在道路。
道路折线段：电子地图中的道路均是用折线段表示的，两个道路交叉口之间即是一条道路，属于同一条道路的折线段由多条直线子路段构成。
浮动车GPS数据：全球定位系统GPS由空间卫星提供实时、全天候和全球性的定位信息。车载GPS接收设备可以在一定误差范围内获得浮动车的世界标准时间、经纬度、方位角和行驶速率等信息。
下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细描述。
如图1所示，本发明所述基于浮动车数据的交通流路口转向延时获取系统，包括：路口确定模块1、数据获取模块2和转向延时计算模块3；其中，
所述路口确定模块1，用于读取电子地图中某一路口信息，并确定出与该路口相连通的入道路和出道路；
所述数据获取模块2，用于获取所述路口确定模块1得出的入道路和出道路上的浮动车数据信息；
所述转向延时计算模块3，基于所述数据获取模块2获取的浮动车数据信息计算出浮动车在该路口的转向延时时间。
由于GPS设备接收到的即时速度有时会高于浮动车的平均速度，可能会导致在浮动车路口转向延时计算过程中出现负值的结果，因此本发明所述基于浮动车数据的交通流路口转向延时获取系统还包括：异常值处理模块4，用于处理所述转向延时计算模块计算得出的异常值。
如图2所示，本发明所述基于浮动车数据的交通流路口转向延时获取方法，包括如下步骤：
S1、读取电子地图中某一路口信息，并确定出与该路口相连通的入道路和出道路；
于一具体实施例中，如图3所示两条双向主辅路交叉形成的立交桥构成的一路口。相交叉的主路之间连接有多个路段，如图中主路5与主路6之间连接的路段7；主路与辅路之间设有连接路段，如图中主路5与辅路8之间设有连接路段9。
1.1、读取电子地图中存储的该路口的信息，并划定该路口的范围；在图3的路口示例中，借助电子地图提供的独立于道路地图的路口位置图获取路口范围，选定路口CrossID。本实施例中将路口范围扩大50m，在组成路口的点元素中，经纬度的最大值与最小值即为该路口的范围。
1.2、查找出上述路口范围内的所有道路，并从中选取出跨越该路口范围的道路；在图3的路口示例中，依据路口范围在存储电子地图的数据库中分别查找出全部和部分在各路口范围内的道路的RoadID。
1.3、依次判断跨越所述路口范围的所有道路中的折线段的两端点是否是一端在路口范围内且另一端在路口范围外；是，将符合要求的折线段的在所述路口范围内的端点RoadStartNode作为该路口的边界点；在图3的路口示例中，黑色方形图标就是符合要求的路口边界点。
1.4、由上述路口边界点开始沿该边界点所在道路向外延伸至阈值长度，若延伸道路在未到达阈值长度前又遇到了下一个路口，即与道路端点相连接的道路数量超过2条时，则该道路延伸距离选取小于该路口边界点到下一路口之间的距离；即得出与该路口相连的入道路和出道路。在图3的路口示例中，黑色方形图标开始向外延伸的道路折线段就是与该路口相连的入道路和出道路。其中，图中各道路上标示的箭头即为该道路的方向，若某一道路的方向指向与其相连的路口，则该道路即为入道路；若某一道路的方向背离与其相连的路口，则该道路即为出入道路。
其中，判断道路是否跨越路口范围的主要判定依据为：
若构成该道路的所有折线段的两个端点都在路口范围外，或都在路口范围内，则判定该道路没有跨越路口范围。如图4所示的示例中，构成道路R1的折线段的两个端点均在路口范围13外；构成道路R4的两段折线段的两端点均在路口范围13内，即道路R1和道路R4均没有跨越路口范围。
若构成该道路的所有折线段中有一条折线段的一个端点在路口范围内且另一端点在路口范围外，则判定该道路跨越了路口范围。如图4所示的示例中，构成道路R2的所有折线段中的一条折线段14的一个端点在路口范围内另一端点在路口范围外，即道路R2跨越了路口范围。构成R3的所有折线段中的一条折线段15的一个端点在路口范围内且另一端点在路口范围外，即道路R3跨越了路口范围。
S2、获取上述入道路和出道路上的浮动车数据信息，具体包括如下步骤：
2.1、判断浮动车是否通过某一路口，是，读取通过该路口的浮动车在入道路和出道路上的GPS数据，分别为步骤2.2和2.3；否则，不读取。
本步骤可通过比较浮动车GPS数据中的方向信息与道路的方向，选取通过路口的浮动车GPS数据。如果浮动车在入道路inRoad上的方向为驶向路口，出道路outRoad上的方向为驶出路口，则该车通过了路口；忽略与出入道路方向不符的浮动车GPS数据。图5是一个比较浮动车GPS数据中的方向信息与道路的方向的示例，C2和C4两个GPS数据就表示了一辆浮动车从入道路R5到出道路R6通过路口时的情况；C3和C1两个GPS数据就表示了一辆浮动车从入道路R6到出道路R5通过路口时的情况。
如果浮动车多次通过路口，需要多次计算路口转向延时，选取的数据就必须是在入道路或出道路上的连续数据。另外，可以在一些特定路口设置路口转向延时最大阈值，以区分浮动车停留在路口附近时间过长的情况。
2.2、对于每一组浮动车VehicleID的记录数据GPSRecord，读取浮动车在入道路上进入该路口等待队列前最靠近路口且速度不为零时的GPS数据，记录其位置为p1，速度为v1，时间为t1。
其中，步骤2.2中所述的GPS数据可通过如下方式读取：
若浮动车的两个相邻数据在入道路上且前一数据速度值大于零，后一数据速度值等于零，循环寻找这种组合，直到找到最后一个组合；这一位置的数据点就是进入等待队列速度降为零前的第一个速度非零时的GPS数据，读取该GPS数据。图6是读取浮动车通过路口GPS数据的示例，从图中可以看出从B点到E点即表明浮动车已进入等待队列，其中B点处的GPS数据为在入道路上的最后一个非零点。
若数据量不足，没能找出上述的组合，则读取通过路口前的最后一个速度非零时的GPS数据。
如果浮动车的相邻两个数据均在入道路上，且速度均为零，则用这两个数据点间的距离除以它们的时间差获得一个行驶速度；如果计算出的速度值大于阈值(这里的阈值可依据经验值设定)，则更新两个数据中时间较早的数据点的速度为计算出的行驶速度。这一步的操作可区分浮动车在行驶状态时偶然刹车而导致所采集到的GPS数据为不具有代表性的突发零值数据的情况，也能处理浮动车在等待队列中“波动”前进时偶有较高速度但实际平均速度很低的情况。图7就是这种情况的一个示例。图中曲线表示为车辆的速度变化，采集到的车辆数据点为A’、B’和C’三点，这三个数据点的速度都为0。如果只看“数据的速度信息为0”就认为“车辆是在等待队列中”是不正确的。合理的作法是：用两个数据点的距离除以时间差，看计算所得速度是否大于一个阈值。如果计算结果大于阈值，如图中数据点A’和数据点B’的距离除以时间间隔得到的速度值大于阈值，则认为车辆仍在行驶状态中，用计算所得的速度值更新数据点A’中的速度信息。如果计算结果小于阈值，如图中数点B’和数据点C’两点的计算结果小于阈值，则认为车辆已在等待队列中。
2.3、读取浮动车驶出该路口边界点后进入出道路上的第一个速度不为零时的GPS数据，记录其位置为p2，速度为v2，时间为t2。
S3、基于获取到的浮动车数据信息计算出该路口浮动车转向延时时间；
具体实现如下：
基于下述计算公式计算出车辆在路口的转向延时时间：
T＝t2-t1-|p1-j1|/v1-|p2-j2|/v2       (1)
其中，T，为浮动车的路口转向延时时间；
t1和t2，分别为浮动车在入道路上进入该路口等待队列前最靠近路口且速度不为零时的GPS数据中记录的时间和浮动车驶出该路口边界点后进入出道路上的第一个速度不为零时的GPS数据中记录的时间；
p1和p2，分别为浮动车在入道路上进入该路口等待队列前最靠近路口且速度不为零时的GPS数据中记录的位置数据和浮动车驶出该路口边界点后进入出道路上的第一个速度不为零时的GPS数据中记录的位置数据；
j1和j2，分别为路口与入道路和出道路相交的路口边界点位置；
v1和v2，分别为浮动车在入道路上进入该路口等待队列前最靠近路口且速度不为零时的GPS数据中记录的行驶速率和浮动车驶出该路口边界点后进入出道路上的第一个速度不为零时的GPS数据中记录的行驶速率。
式(1)中，t2-t1表示为：浮动车在入道路上等待进入路口直到驶出路口至出道路上所耗费的总的时间，|p1-j1|表示为：浮动车在入道路上等待进入路口的位置行驶到路口与入道路相交的路口边界点的距离；|p1-j1|/v1即表示为：浮动车在入道路上行驶的时间；|p2-j2|表示为：浮动车从路口与出道路相交的路口边界点处行驶到进入出道路上第一个速度不为零时的距离，|p2-j2|/v2即表示为：浮动车在出道路上行驶的时间。因此，式(1)可表示为：
浮动车的路口转向延时时间＝浮动车在入道路上等待进入路口直到驶出路口至出道路上所耗费的总的时间-浮动车在入道路上行驶的时间-浮动车在出道路上行驶的时间。
S4、处理计算得出的浮动车转向延时时间结果中的异常值，具体实现如下：
4.1、查找出计算结果中出现的异常值；
4.2、将上述异常值更新为零值。
其中，所述异常值定义为计算结果为负值的数值。
本发明利用电子地图和浮动车GPS数据，计算交通流路口转向延时，为智能交通系统提供了一种新的路况信息，对于改进浮动车导航系统的最优路径计算提供了技术支持。
以上，仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于浮动车数据的交通流路口转向延时获取系统，其特征在于，包括：路口确定模块、数据获取模块和转向延时计算模块；其中，
所述路口确定模块，用于读取电子地图中某一路口信息，并确定出与该路口相连通的入道路和出道路；
所述数据获取模块，用于获取所述路口确定模块得出的入道路和出道路上的浮动车数据信息；
所述转向延时计算模块，基于所述数据获取模块获取的浮动车数据信息计算出浮动车在该路口的转向延时时间。
2.根据权利要求1所述基于浮动车数据的交通流路口转向延时获取系统，其特征在于，还包括：异常值处理模块，用于处理所述转向延时计算模块计算得出的异常值。
3.一种基于浮动车数据的交通流路口转向延时获取方法，其特征在于，包括如下步骤：
读取电子地图中某一路口信息，并确定出与该路口相连通的入道路和出道路；
获取上述入道路和出道路上的浮动车数据信息；以及，
基于获取到的浮动车数据信息计算出该路口浮动车转向延时时间。
4.根据权利要求3所述基于浮动车数据的交通流路口转向延时获取方法，其特征在于，还包括：处理计算得出的浮动车转向延时时间结果中的异常值。
5.根据权利要求3所述基于浮动车数据的交通流路口转向延时获取方法，其特征在于，所述的读取电子地图中某一路口信息，并确定出与该路口相连通的入道路和出道路，具体实现如下：
1.1、读取电子地图中存储的某一路口信息，并划定该路口的范围；
1.2、查找出上述路口范围内的所有道路，并从中选取出跨越该路口范围的道路；
1.3、依次判断跨越所述路口范围的所有道路中的折线段的两端点是否是一端在路口范围内且另一端在路口范围外；是，将符合要求的折线段的在所述路口范围内的端点作为该路口的边界点；
1.4、由上述路口边界点开始沿该边界点所在道路向外延伸至阈值长度，若延伸道路在未到达阈值长度前又遇到了路口，则该道路延伸距离选取小于该路口边界点到下一路口之间的距离；即得出与该路口相连的入道路和出道路。
6.根据权利要求3所述基于浮动车数据的交通流路口转向延时获取方法，其特征在于，所述的获取上述入道路和出道路上的浮动车数据信息，具体实现如下：
2.1、判断浮动车是否通过某一路口，是，读取通过该路口的浮动车在入道路和出道路上的GPS数据，分别为步骤2.2和2.3；否则，不读取；
2.2、读取浮动车在入道路上进入该路口等待队列前最靠近路口且速度不为零时的GPS数据；
2.3、读取浮动车驶出该路口边界点后进入出道路上的第一个速度不为零时的GPS数据。
7.根据权利要求6所述基于浮动车数据的交通流路口转向延时获取方法，其特征在于，其中，所述的GPS数据包括：浮动车编号、世界标准时间、经纬度、方位角和行驶速率。
8.根据权利要求3或7所述基于浮动车数据的交通流路口转向延时获取方法，其特征在于，所述的基于获取到的浮动车数据信息计算出该路口浮动车转向延时时间，具体实现如下：
基于下述计算公式计算出车辆在路口的转向延时时间：
T＝t2-t1-|p1-j1|/v1-|p2-j2|/v2
其中，T为浮动车的路口转向延时时间；t1和t2分别为浮动车在入道路上进入该路口等待队列前最靠近路口且速度不为零时的GPS数据中记录的时间和浮动车驶出该路口边界点后进入出道路上的第一个速度不为零时的GPS数据中记录的时间；p1和p2分别为浮动车在入道路上进入该路口等待队列前最靠近路口且速度不为零时的GPS数据中记录的位置数据和浮动车驶出该路口边界点后进入出道路上的第一个速度不为零时的GPS数据中记录的位置数据；j1和j2分别为路口与入道路和出道路相交的路口边界点位置；v1和v2分别为浮动车在入道路上进入该路口等待队列前最靠近路口且速度不为零时的GPS数据中记录的行驶速率和浮动车驶出该路口边界点后进入出道路上的第一个速度不为零时的GPS数据中记录的行驶速率。
9.根据权利要求4所述基于浮动车数据的交通流路口转向延时获取方法，其特征在于，所述的处理计算得出的浮动车转向延时时间结果中的异常值，具体实现如下：
查找出计算结果中出现的异常值；
将上述异常值更新为零值。
10.根据权利要求9所述基于浮动车数据的交通流路口转向延时获取方法，其特征在于，所述异常值定义为计算结果为负值的数值。
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