CN103177561A - 公交实时路况的生成方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种公交实时路况的生成方法及系统，属于智能交通领域。所述方法包括：生成公交车处理路网，建立路网的网格索引，建立路网之间的拓扑关系；采集公交车数据源的数据进行线路匹配和路径推测；进行信息融合后生成公交实时路况信息。所述系统包括：地图预处理模块、数据采集模块、线路匹配模块、路径推测模块以及信息融合及生成模块。本发明还提出了一种线路匹配技术，在做地图匹配的过程中，引入公交车线路的信息，来提高GPS点匹配的效率和准确性。本发明结合浮动车技术和公交线路的特点，在GPS定位和路径推测上做了适合公交线路的优化，从而可以高效准确地生成公交车实时路况。

Description

公交实时路况的生成方法及系统

技术领域

 本发明涉及智能交通技术，特别涉及一种公交实时路况的生成方法及系统。

背景技术

随着国民经济的高速发展，中国已步入汽车时代，各大中城市机动车保有量都呈现出惊人的增长速度。超常增长的交通需求，在道路资源能力扩充有限的情况下，造成了极为严峻的交通发展形势。以北京市为例，面对机动车保有量持续加大，路面日益拥堵的情况，市民采用公共交通出行的比例却远低于国际大都市水平。因此，必须参照国际先进城市经验，建设公共交通信息服务体系，改善公共交通出行用户服务体验，从而加大公共交通的利用率。

为了吸引更多的出行者使用公共交通，提高公交出行体验，需要为出行者提供更为准确及时的公交到站距离和公交到站时间查询等信息服务。要实现这一目标，提供高质量的公交实时交通信息服务是一个前提，因为公交车在相邻两个站点间的行驶时间与站点距离和站点间的交通流状况相关。

浮动车技术是智能交通系统中获取道路实时交通信息的技术手段之一。它利用定位技术、无线通信技术和信息处理技术，实现对道路上行驶车辆的GPS位置信息、瞬时行驶速度和方向等交通参数的采集，结合城市道路路网数据，对采集的GPS位置信息进行数据过滤、地图匹配、路径推测和多车融合等相关计算，从而使浮动车数据和城市路网在时间和空间上关联起来，形成反映实时道路拥堵情况的交通信息，为交通管理部门和公众提供动态的交通控制和诱导服务。

目前城市内的动态交通信息服务主要是基于出租车GPS数据提供的，核心算法包括地图匹配和路径推测。地图匹配就是通过浮动车的GPS点的经度和纬度，找出该点在地图上所在的路段。由于车辆所采用的GPS设备一般会有30米以上的圆周误差，因此在匹配过程中存在将GPS位置点匹配到多条路段上的可能性，同时车辆采集的GPS位置数据时间间隔较长，一般在30秒~120秒之间，这样造成两个GPS点之间可能跨越多条路段，因此需要一种方法来计算车辆正确的行驶轨迹，这种方法就是路径推测方法。

目前，地图匹配比较常用的方法是采用网格索引法，该方法首先对路网进行网格划分，离线计算并存储每个网格内包含的路段集。当需要对一个GPS点P进行地图匹配时，如图1所示，根据点P的经纬度坐标计算其所在的网格，记为Grid(P)；计算Grid(P)所在网格及周边8个网格内的所有路段，这些路段是点P可能匹配上的路段，从而形成候选匹配路段子集；进而计算P点与候选路段子集中的每条路段的匹配距离，选取匹配距离最小的路段为最终的匹配路段。

在实际操作过程中，网格的长宽一般基于GPS的定位精度选取，这样可以保证只有GPS点周边9个网格内的路段是在GPS点的定位精度范围内的，从而简化了路网索引的计算，即无论路网被分为几个网格，只需要搜索其中的9个网格就可以完成匹配过程。

路径推测比较常用的方法是对导航电子地图建立路网拓扑结构，即链路之间的连通关系。图2所示是几条链路的拓扑结构，如图2(a)所示，链路1存在后续链路为链路2、链路6和链路8；链路4的前继为链路3、链路5和链路7，如图2(b)所示为所有链路的拓扑关系。

对城市出租车而言，上述的地图匹配和路径推测方法能够高效、准确地推测出道路的行驶轨迹，具有很好的应用效果。但对于公交车而言，由于公交车有固定的行驶线路，若仍采用对导航电子地图建立路网拓扑结构的话，就会影响公交车地图匹配和路径推测的效率及准确性，甚至会导致推测错误。例如在图3中，线路1经过链路1，链路4，链路5，链路6……，G1匹配到链路1，由于GPS存在误差，G2可能匹配到链路3或链路6或同时匹配到链路3和链路6。此时，就会导致公交车地图匹配和路径推测不准确。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种公交实时路况的生成方法及系统，用于高效准确地生成公交实时路况信息。

本发明提供了一种公交实时路况的生成方法，包括以下步骤：

生成公交车处理路网，建立路网的网格索引，建立路网之间的拓扑关系；采集公交车数据源的数据进行线路匹配和路径推测；进行信息融合后生成公交实时路况信息。

本发明还提供了一种公交实时路况的生成系统，包括：

地图预处理模块，用于生成公交车处理路网，建立所述路网的网格索引以及路网之间的拓扑关系；

数据采集模块，用于采集公交车数据源的数据；

线路匹配模块，用于根据所述数据以及公交车处理路网进行线路匹配；

路径推测模块，用于根据所述线路匹配的结果进行路径推测；

信息融合及生成模块，用于对所述路径推测的结果进行信息融合后生成公交实时路况信息。

本发明根据城市路网、公交车站点等信息，对城市路网做预处理，生成公交车实时路况处理所需的处理路网，然后进行数据采集，将采集到的GPS数据在处理路网上进行线路匹配、路径推测，再将链路上的所有车辆进行信息融合，最终生成并输出公交车实时路况信息。本发明还提出了一种线路匹配技术，在做地图匹配的过程中，引入公交车线路的信息，来提高GPS点匹配的效率和准确性。本发明结合浮动车技术和公交线路的特点，在GPS定位和路径推测上做了适合公交线路的优化，从而可以高效准确地生成公交车实时路况。公交实时路况为建设公共交通信息服务体系、政府决策、公交调度等提供了数据支持；并且由于公交线路固定、线路覆盖范围广等优势，可以在一定程度上弥补出租车GPS数据覆盖范围随机性大（主要分布在城区主要道路、有意绕行常规拥堵路段、远郊覆盖率不足等等）的缺点，提高了整体城市动态交通信息服务的质量。

附图说明

图1为现有技术中线路匹配方法的示意图；

图2为现有技术中路径推测方法的示意图；

图3为现有技术中公交车线路匹配和路径推测的示意图；

图4为本发明实施例提供的公交实时路况的生成方法流程图；

图5为本发明实施例提供的地图预处理的方法流程图；

图6为本发明实施例中生成的公交车处理路网的示意图；

图7为本发明实施例中经过网格划分后的公交车处理路网的局部图；

图8为本发明实施例中公交车处理路网之间的拓扑结构示意图；

图9为本发明实施例提供的线路匹配的方法流程图；

图10为本发明实施例提供的路径推测的方法流程图；

图11为本发明实施例提供的公交实时路况的生成系统结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。

本发明实施例根据城市路网、公交车站点等信息，对城市路网做预处理，生成公交车实时路况处理所需的处理路网，然后进行数据采集，将采集到的GPS数据在处理路网上进行线路匹配、路径推测，再将链路上的所有车辆进行信息融合，最终生成并输出公交车实时路况信息。公交实时路况为建设公共交通信息服务体系、政府决策、公交调度等提供了数据支持；并且由于公交线路固定、线路覆盖范围广等优势，可以在一定程度上弥补出租车GPS数据覆盖范围随机性大（主要分布在城区主要道路、有意绕行常规拥堵路段、远郊覆盖率不足等等）的缺点，提高整体城市动态交通信息服务的质量。

如图4所示，本发明实施例提供了一种公交实时路况的生成方法，包括以下步骤：

步骤401、地图预处理。生成公交车处理路网，建立路网的网格索引，建立路网之间的拓扑关系。图5为地图预处理的流程图，包括以下步骤：

步骤4011、生成公交车处理路网。公交车处理路网(包含链路ID、开始节点、终止节点、链路长度、交通流方向、线路ID列表等信息)是根据城市路网信息(链路ID、开始节点、终止节点、链路长度、交通流方向等信息)和公交车站点信息(站点ID、线路ID、上下行、经度、纬度、距上一站距离、距下一站距离等信息)经过处理所得到的。生成的公交车处理路网的示意图如图6所示。

具体生成方法包括：先对城市路网进行初始化，将城市路网信息按照“关键字=链路ID_通行方向、键值=链路信息”的组织方式存储在路网容器中；再对城市公交车站点信息进行初始化，将站点信息按照“关键字=站点ID，键值=站点信息”的方式存储在站点容器中(此处键值中的线路ID可能有多条)；然后依次遍历站点地图容器，并根据节点的经纬度匹配到相应的城市路网链路，若匹配成功，则将该站点的线路信息添加到匹配成功的那条城市路网链路中，即在路网地图容器中查找关键字=匹配链路，并将该站点包含的所有线路ID添加到该链路的链路信息中。站点地图容器中的所有站点处理完毕后，将附加公交车线路，站点信息的城市路网输出，作为公交车实时路况处理系统的处理路网。

步骤4012、建立公交车处理路网的网格索引。对路网进行网格划分，计算每个网格内包含的路段集。网格划分一般是采用文本的方式组织，如：将公交车处理路网分成1251*1875个网格，图7是经过网格划分后的公交车处理路网的局部图。

步骤4013、建立公交车处理路网之间的拓扑结构。根据路网连通性及交通流方向，计算每条链路的所有下一条可以通行的链路。如图8所示，箭头方向所指为链路画线方向。其中，59566200158、59566200159、59566200179、59566200177正向通行，59566200178、59566200118双向通行。对链路59566200178而言，若车辆行驶方向与链路画线方向相同（即后续计算出来的正向路况），则其下一条可以通行的链路为59566200177；若车辆行驶方向与链路画线方向相反（即后续计算出来的反向路况），则其下一条可以通行的链路为59566200158。

步骤402、数据采集。动态或实时接收一个或多个公交车数据源的数据，根据其相应的协议解析出相应的GPS数据，生成公交车实时路况处理所需要的数据。公交车的GPS数据包括车辆ID、线路ID、数据生产时间、经度、纬度、瞬时速度、方位角及运行方向等信息。

步骤403、线路匹配。根据公交车的GPS数据，按照一定的匹配距离(如30米)计算该GPS点能够匹配到的所有链路，并根据筛选条件选择一条最优的匹配链路。具体如图9所示：

步骤4031、获取一条GPS数据，根据该GPS数据中的经度和纬度计算该GPS数据所在的网格。

步骤4032、提取该网格及周围9个网格内的所有链路。

步骤4033、依次遍历所选网格内的所有链路，若所有链路处理完毕，则结束本流程；否则，提取一条未处理的链路，并执行步骤4034。

步骤4034、若该链路中不包含该GPS数据中的线路ID，则执行步骤4033，否则，执行步骤4035。

步骤4035、进行线路匹配，若匹配成功，结束本流程；否则，执行步骤4033。

本步骤可以采用现有的线路匹配算法进行匹配，比如可采用匹配距离最短算法，即选择与该GPS点距离最短的链路作为匹配的链路。

步骤404、路径推测。根据该GPS数据和其所属车辆上一次成功匹配的GPS数据，计算出该公交车在规定的时间内能够达到的所有路径，然后再根据筛选算法，找出最优路径。具体如图10所示：

步骤4041、获取GPS数据(G1)和其所属车辆的上一次成功匹配的GPS数据。

步骤4042、提取所述上一次匹配成功的GPS数据所在链路的链路ID，将该链路作为当前链路。

步骤4043、针对G1进行线路匹配，判断G1是否在所述当前链路上，若在，则路径推测成功，结束本流程；否则执行步骤4044。

步骤4044、判断该车辆是否超出其最大旅行里程，若是，则路径推测失败，结束本流程；否则执行步骤4045。最大旅行里程的计算方法是：假如GPS数据上传的最大时间间隔为90s，该链路的设计时速为20~40km/h，则其最大旅行距离为1000m(即：90*40/3.6)。

步骤4045、获取所述当前链路的所有下一条可以通行的链路，依次将其中的每一条链路设置为当前链路，并逐个判断所述链路的链路信息中是否包含G1所在线路的线路ID，如果是，则执行步骤4043；否则执行步骤4044。

步骤405、信息融合并生成公交实时路况信息。由于公交车进站和出站所产生的排队效应，会对公交车实时路况计算的准确性造成影响。这是因为，公交车运行一般包括出站、线路上运行和进站，由于同一个站点存在多路公交车，且同一路公交车也存在多个班次，特别是在上下班高峰期的时候，进出站就会出现排队效应，而此时就会出现公交车在线路上运行比较畅通，而在进出站时出现拥堵，从而会对公交车实时路况计算造成影响，为此，需要在公交车进出站的时候做处理，避免由于公交车进出站时短暂的排队造成假拥堵现象。

本发明在对路况信息进行融合时，对公交站点附近(如进站100米、出站100米)的路径进行修正，主要方法是采用该路径的上一段路径和下一段路径进行平滑处理。信息融合策略采用在特定时间内，该链路的所有车辆总旅行里程和总旅行时间的比值，即                                               

。在本实施例中，公交车实时路况一般每次采样2分钟的GPS数据进行计算路况，具体应用可以做相应的调整。如：链路59567211585的总长度1500m，在两分钟内有4辆车经过该链路，每辆车的具体信息为：Car1 旅行1500m，耗时120s；Car2 旅行1300m，耗时100s；Car3旅行1500m，耗时130s；Car4 旅行1000m，耗时80s，则其平均速度=（1500+1300+1500+1000）/(120+100+130+80)*3.6=36km/h。

公交实时路况信息主要包含：链路ID，正向速度，正向旅行里程，正向旅行时间，反向速度，反向旅行旅程，反向旅行时间，正向车辆样本信息（CarID、线路ID、速度等），反向车辆样本信息（CarID、线路ID、速度等）。

图11为本发明实施例提供的一种公交实时路况的生成系统结构示意图，包括：

地图预处理模块，用于生成公交车处理路网，建立所述路网的网格索引以及路网之间的拓扑关系；

数据采集模块，用于采集公交车数据源的数据；

线路匹配模块，用于根据所述数据以及公交车处理路网进行线路匹配；

路径推测模块，用于根据所述线路匹配的结果进行路径推测；

信息融合及生成模块，用于对所述路径推测的结果进行信息融合后生成公交实时路况信息。

由于在现有技术中，出租车大多分布在城市内环，且对常发拥堵路段覆盖不充分，从而影响城市实时路况计算的准确性及覆盖范围，采用本实施例的城市公交实时路况信息对城市交通信息进行填补，能够使城市路况信息更加全面，准确。

目前公交车报站器多为司机手动操作，费事费力，且易误报、漏报，从而使公交车到站预测不准确；车辆与调度中心缺乏及时沟通，导致线路上客流压力不能及时得到缓解。本发明实施例提供的公交车实时路况信息，可应用于公交车到站预测，两公交站点之间的旅行时间预测，不仅能够更加准确的诱导公众高效、低碳出行，而且能提供给车辆指挥调度中心，便于工作人员工作，缓解交通压力，使城市交通更加智能化。

此外，关于城市路网和公交线路及公交站点信息的组合，本实施例是将公交信息加入到城市路网中，在其它实施例中，同样可以将城市路网信息加载到公交线路信息中，其目的都是一样的。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种公交实时路况的生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

生成公交车处理路网，建立路网的网格索引，建立路网之间的拓扑关系；采集公交车数据源的数据进行线路匹配和路径推测；进行信息融合后生成公交实时路况信息。

2.根据权利要求1所述的公交实时路况的生成方法，其特征在于，所述生成公交车处理路网的步骤具体包括：

对城市路网信息进行初始化，将所述城市路网信息按照“关键字=链路ID_通行方向、键值=链路信息”的组织方式存储在路网容器中；

对城市公交车站点信息进行初始化，将所述站点信息按照“关键字=站点ID，键值=站点信息”的组织方式存储在站点容器中；

依次遍历所述站点容器，并根据节点的经纬度匹配到相应的城市路网链路，若匹配成功，则将该站点的线路信息添加到匹配成功的那条城市路网链路中，并将该站点包含的所有线路ID添加到该链路的链路信息中；

站点容器中的所有站点处理完毕后，将附加公交车线路和站点信息的城市路网输出，作为公交车处理路网。

3.根据权利要求2所述的公交实时路况的生成方法，其特征在于，所述建立路网网格索引的步骤具体包括：

对所述公交车处理路网进行网格划分，获取每个网格内包含链路的路段集。

4.根据权利要求3所述的公交实时路况的生成方法，其特征在于，所述建立路网之间的拓扑关系的步骤具体包括：

根据所述公交车处理路网的连通性及交通流方向，获取每条链路的所有能够通行的下一条链路。

5.根据权利要求2、3或4所述的公交实时路况的生成方法，其特征在于，所述采集公交车数据源数据的步骤具体包括：

接收一个或多个公交车数据源的数据，解析出公交车实时路况处理所需要的GPS数据；所述GPS数据包括车辆ID、线路ID、数据生产时间、经度、纬度及瞬时速度。

6.根据权利要求5所述的公交实时路况的生成方法，其特征在于，所述进行线路匹配的步骤具体包括：

A、获取一条公交车的GPS数据，根据该GPS数据中的经度和纬度获取该GPS数据所在的网格；

B、提取该网格及周围9个网格内的所有链路；

C、依次遍历所提取网格内的所有链路，若所有链路处理完毕，则结束本流程；否则，提取一条未处理的链路，并执行下一步；

D、若所述未处理的链路中不包含所述GPS数据中的线路ID，则执行步骤C，否则，执行下一步；

E、进行线路匹配，若匹配成功，结束本流程；否则，执行步骤C。

7.根据权利要求6所述的公交实时路况的生成方法，其特征在于，所述路径推测的步骤具体包括：

A′、获取GPS数据G1及其所属车辆的上一次成功匹配的GPS数据；

B′、提取所述上一次匹配成功的GPS数据所在链路的链路ID，将该链路作为当前链路；

C′、针对G1进行线路匹配，判断G1是否在所述当前链路上，若在，则路径推测成功，结束本流程；否则执行下一步；

D′、判断该车辆是否超出最大旅行里程，若是，则路径推测失败，结束本流程；否则执行下一步；

E′、获取所述当前链路的所有下一条可以通行的链路，依次将其中的每一条链路设置为当前链路，并逐个判断所述当前链路的链路信息中是否包含G1所在线路的线路ID，如果是，则执行步骤C′；否则执行步骤D′。

8.根据权利要求7所述的公交实时路况的生成方法，其特征在于，所述进行信息融合的步骤具体包括：

在预设时间段内，将链路上的所有车辆的旅行里程和旅行时间分别求和，获得总旅行里程和总旅行时间，并将所述总旅行里程和总旅行时间的比值作为该链路的路况信息。

9.根据权利要求8所述的公交实时路况的生成方法，其特征在于，所述公交实时路况信息具体包括：

链路ID、正向速度、正向旅行里程、正向旅行时间、反向速度、反向旅行旅程、反向旅行时间、正向车辆样本信息及反向车辆样本信息。

10.一种公交实时路况的生成系统，其特征在于，包括：

地图预处理模块，用于生成公交车处理路网，建立所述路网的网格索引以及路网之间的拓扑关系；

数据采集模块，用于采集公交车数据源的数据；

线路匹配模块，用于根据所述数据以及公交车处理路网进行线路匹配；

路径推测模块，用于根据所述线路匹配的结果进行路径推测；

信息融合及生成模块，用于对所述路径推测的结果进行信息融合后生成公交实时路况信息。

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