CN103177585B - 基于浮动车数据计算路段各转向平均行程车速方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于浮动车数据计算路段各转向平均行程车速方法,其特征在于:步骤为构建适用于GPS交通信息处理的区域i的GIS电子地图;以固定的时间周期间隔T获取采集数据;判断每辆GPS浮动车在其对应的每条匹配路段上的转向状态,并计算行程速度,转向状态至少包括直行、左转及右转,根据相同匹配路段上具有相同转向状态的所有GPS浮动车的行程速度得到每条匹配路段上不同转向状态的平均行程速度。本发明的优点是:可以充分依托现有的城市载有GPS设备的出租车资源,利用出租车采集到的信息,能够在短时间完成城市内大范围的实时交通信息采集,同时提供路段不同转向下的行程车速,提供更加细致和精确的交通状态信息。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于GPS浮动车数据计算道路直行、左转及右转平均行程车速方法,用于检测城市交通状态,适用于城市交通运输管理及交通信息服务行业,属于用GPS浮动车检测交通状态的方法技术领域。
背景技术
目前随着我国城市化进程快速推进,机动车保有量已经达到较高水平段,造成了城市拥堵现象日趋严重。为了有效疏导城市道路交通拥堵等问题,有必要对城市交通状态进行监测运行,然后采取排堵保畅措施进行城市交通管理。
获取城市道路动态实时交通状态信息是交通管理的重要基础。传统定点交通信息采集技术:如感应线圈、雷达等,只能采集有限范围内的城市道路交通信息,同时也受限于设备高昂的安装和维修费用。
随着城市GPS设备的浮动车(通常是出租车、公交车或货运车等)规模扩大以及计算机、通讯技术成熟应用,GPS浮动车技术在交通信息处理方面日渐成熟。GPS浮动车技术是利用载有GPS设备的城市出租车、公交车或货运车为检测设备,获取各个浮动车行驶过程中的经纬度等重要信息,通过交通模型处理和分析,以此能够采集城市市区范围所有道路的交通状态信息。该技术前期只需安装少量设备即可采集到城市范围内所有道路的交通状态信息,而且后期系统运维工作量和费用相对传统方式也大大降低。
对于利用GPS浮动车技术采集交通状态信息,该方法的优点是充分依托现有城市浮动车的规模效应,即能完成城市内所有道路的实时交通数据采集,但是该方法在有些情况下存在一个明显缺点,即目前存在的GPS浮动车系统所采集的道路信息主要是基于路段上单个转向方向的交通状态或者多个转向方向混杂一起的交通状态,即没有区分路段直行、左转或者右转情况下的平均行程车速,这样造成了通过该方法统计出来的交通状态在有些情况下是不精确的,同时无法很好支持交通信息服务中的重要内容,如道路路径行程时间估计等应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种在将路段直行、左转或者右转情况加以区分的基础上计算平均行程车速的方法。
为了达到上述目的,本发明的技术方案是提供了一种基于浮动车数据计算路段各转向平均行程车速方法,其特征在于:
步骤1、构建适用于GPS交通信息处理的区域i的GIS电子地图,区域i的每条道路用有向路段表示,每个道路交叉口用节点表示,有向路段集合和节点集合构成了GIS电子地图;
步骤2、以固定的时间周期间隔T获取某一时间段内区域i所有GPS浮动车的GPS实时数据,一个GPS实时数据定义为一个GPS点,将每辆GPS浮动车所对应的所有GPS点按照时间顺序排列构成一个GPS点集;
步骤3、计算每个GPS点集的空间重心点位置,以空间重心点位置为圆心,L为直径作圆,每个圆在GIS电子地图上所覆盖区域内所有的有向路段构成了一个GPS点群待匹配路段集合,每个GPS点群待匹配路段集合对应一个GPS点集,将GPS点集中的每个GPS点向与该GPS点集相对应的GPS点群待匹配路段集合中的各个有向路段进行空间投影得到投影距离,选取投影距离最小的有向路段作为每个GPS点的匹配路段,得到每辆GPS浮动车在区域i所对应的所有匹配路段;
步骤4、判断每辆GPS浮动车在其对应的每条匹配路段上的转向状态,并计算行程速度,转向状态至少包括直行、左转及右转,根据相同匹配路段上具有相同转向状态的所有GPS浮动车的行程速度得到每条匹配路段上不同转向状态的平均行程速度,其中,判断第j辆GPS浮动车在其对应的每条匹配路段上的转向状态的步骤为:
步骤4B.1、将第j辆GPS浮动车所对应的第x个GPS点集中的第一个GPS点设为当前GPS点;
步骤4.B.2、将与当前GPS点相邻的下一个GPS点设为中间GPS点,判断当前GPS点与中间GPS点是否对应同一匹配路段,若是,将与中间GPS点相邻的下一个GPS点设为新的中间GPS点重新开始步骤4.B.2,若否,则将中间GPS点设为终点GPS点,进入步骤4.B.3;
步骤4.B.3、判断当前GPS点与终点GPS点所分别对应的匹配路段的道路联通情况,若为直接相连,则将两段匹配路段作为与当前GPS点所对应的匹配路径,否则,根据道路联通关系在GIS电子地图上搜索两段匹配路段之间所有的可能路径,在所有可能路径中选取最短距离的路径作为当前GPS点所对应的匹配路径;
步骤4.B.4、在匹配路径中找到与当前GPS点所对应的匹配路段直接相连的有向路段,将匹配路段设为当前路段方向,将有向路段设为下游路段方向,计算计算当前路段方向与下游路段方向的夹角值,根据夹角值判断第j辆GPS浮动车在当前GPS点所对应的匹配路段上的转向状态;
步骤4.B.5、将终点GPS点设为新的当前GPS点,返回步骤4.B.2重新执行,直至遍历第j个GPS点集中的每一个GPS点。
优选地,第j辆GPS浮动车在所对应的每条匹配路段上的行程速度的步骤为:
步骤4.A.1、将第j辆GPS浮动车所对应的第x个GPS点集中的第一个GPS点设为当前GPS点;
步骤4.A.2、将与当前GPS点相邻的下一个GPS点设为中间GPS点,判断当前GPS点与中间GPS点是否对应同一匹配路段,若是,将与中间GPS点相邻的下一个GPS点设为新的中间GPS点重新开始步骤4.A.2,若否,则将中间GPS点设为终点GPS点,进入步骤4.A.3;
步骤4.A.3、判断当前GPS点与终点GPS点所分别对应的匹配路段的道路联通情况,若为直接相连,则将两段匹配路段作为与当前GPS点所对应的匹配路径,否则,根据道路联通关系在GIS电子地图上搜索两段匹配路段之间所有的可能路径,在所有可能路径中选取最短距离的路径作为当前GPS点所对应的匹配路径;
步骤4.A.4、将匹配路径的距离作为第j辆GPS浮动车的行程距离,将当前GPS点与终点GPS点的时间戳的差值作为第j辆GPS浮动车的行程时间,则第j辆GPS浮动车在当前GPS点所对应的匹配路段上的行程速度为行程距离除以行程时间;
步骤4.A.5、将终点GPS点设为新的当前GPS点,返回步骤4.A.2重新执行,直至遍历第x个GPS点集中的每一个GPS点。
优选地,所述步骤4.A.3或所述步骤4.B.3中的道路联通关系通过所述GIS电子地图中的有向路段之间的联通关系获得,或通过所述GIS电子地图中的有向路段之间的联通关系结合实际道路中各有向路段所对应路段的车辆禁行信息及路口转向禁转信息获得。
优选地,步骤4.B.4中当前路段方向指以匹配路段的下游节点上游N米处点为起点,若匹配路段长度不足N米,则起点为匹配路段的上游节点,以匹配路段的下游节点为终点的方向;下游路段方向指以有向路段的上游节点为起点,以有向路段的下游节点的下游N米处点为终点的方向,N≥0;夹角值为以当前路段方向为起始,逆时针旋转到下游路段方向的角度值,则
若夹角值大于等于0小于30,或者大于330度小于360度,则第j辆GPS浮动车在当前GPS点所对应的匹配路段为直行;若夹角值大于等于30度小于等于180度,则第j辆GPS浮动车在当前GPS点所对应的匹配路段为左转;若夹角值大于180度小于等于330度,则浮动车在当前GPS点所对应的匹配路段为右转。
优选地,第k个GPS点集的空间重心点的纬度为第k个GPS点集中所有GPS点纬度的均值,第k个GPS点集的空间重心点的经度为第k个GPS点集中所有GPS点经度的均值。
在本发明提供的方法中,GPS浮动车指的是行驶在城市道路路网中的机动车;本发明通过对于GPS浮动车数据处理将道路直行、左转和右转转向下的行程车速区别开来,相对于不区分转向下速度计算方法而言,对于交通运行状态的估计更加细致和准确。
本发明的优点是:可以充分依托现有的城市载有GPS设备的出租车资源,利用出租车采集到的信息,能够在短时间完成城市内大范围的实时交通信息采集,同时提供路段不同转向下的行程车速,提供更加细致和精确的交通状态信息。
附图说明
图1为利用GPS浮动车数据计算道路直行、左转及右转行程车速的流程图;
图2当前路段和下游路段转向夹角计算示意图。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂,兹以优选实施例,并配合附图作详细说明如下。
结合图1,本发明提供了一种基于浮动车数据计算路段各转向平均行程车速方法,其步骤为:
步骤1、构建适用于GPS交通信息处理的区域i的GIS电子地图,区域i的每条道路用有向路段表示,每个道路交叉口用节点表示,有向路段集合和节点集合构成了GIS电子地图,在本实施例中,可以对GIS电子地图路段进行三层次索引化存储,以便在后续GPS点地图匹配提高路段匹配处理速度;
步骤2、以固定的时间周期间隔T获取某一时间段内区域i所有GPS浮动车的GPS实时数据,一个GPS实时数据定义为一个GPS点,将每辆GPS浮动车所对应的所有GPS点按照时间顺序排列构成一个GPS点集;
步骤3、计算每个GPS点集的空间重心点位置,第k个GPS点集的空间重心点的纬度为第k个GPS点集中所有GPS点纬度的均值,第k个GPS点集的空间重心点的经度为第k个GPS点集中所有GPS点经度的均值。以空间重心点位置为圆心,L为直径作圆,其中,L=T×Vmax,T为时间周期间隔,Vmax为车辆的最大行程车速,一般可以取120Km/h。每个圆在GIS电子地图上所覆盖区域内所有的有向路段构成了一个GPS点群待匹配路段集合,每个GPS点群待匹配路段集合对应一个GPS点集,将GPS点集中的每个GPS点向与该GPS点集相对应的GPS点群待匹配路段集合中的各个有向路段进行空间投影得到投影距离,选取投影距离最小的有向路段作为每个GPS点的匹配路段,得到每辆GPS浮动车在区域i所对应的所有匹配路段;
步骤4、判断每辆GPS浮动车在其对应的每条匹配路段上的转向状态,并计算行程速度,转向状态至少包括直行、左转及右转,根据相同匹配路段上具有相同转向状态的所有GPS浮动车的行程速度得到每条匹配路段上不同转向状态的平均行程速度,其中:
第j辆GPS浮动车在所对应的每条匹配路段上的行程速度的步骤为:
步骤4.A.1、将第j辆GPS浮动车所对应的第x个GPS点集中的第一个GPS点设为当前GPS点;
步骤4.A.2、将与当前GPS点相邻的下一个GPS点设为中间GPS点,判断当前GPS点与中间GPS点是否对应同一匹配路段,若是,将与中间GPS点相邻的下一个GPS点设为新的中间GPS点重新开始步骤4.A.2,若否,则将中间GPS点设为终点GPS点,进入步骤4.A.3;
步骤4.A.3、判断当前GPS点与终点GPS点所分别对应的匹配路段的道路联通情况,若为直接相连,则将两段匹配路段作为与当前GPS点所对应的匹配路径,否则,根据道路联通关系在GIS电子地图上搜索两段匹配路段之间所有的可能路径,在所有可能路径中选取最短距离的路径作为当前GPS点所对应的匹配路径;
步骤4.A.4、将匹配路径的距离作为第j辆GPS浮动车的行程距离,将当前GPS点与终点GPS点的时间戳的差值作为第j辆GPS浮动车的行程时间,则第j辆GPS浮动车在当前GPS点所对应的匹配路段上的行程速度为行程距离除以行程时间;
步骤4.A.5、将终点GPS点设为新的当前GPS点,返回步骤4.A.2重新执行,直至遍历第x个GPS点集中的每一个GPS点。
判断第j辆GPS浮动车在其对应的每条匹配路段上的转向状态的步骤为:
步骤4.B.1、将第j辆GPS浮动车所对应的第x个GPS点集中的第一个GPS点设为当前GPS点;
步骤4.B.2、将与当前GPS点相邻的下一个GPS点设为中间GPS点,判断当前GPS点与中间GPS点是否对应同一匹配路段,若是,将与中间GPS点相邻的下一个GPS点设为新的中间GPS点重新开始步骤4.A.2,若否,则将中间GPS点设为终点GPS点,进入步骤4.A.3;
步骤4.B.3、判断当前GPS点与终点GPS点所分别对应的匹配路段的道路联通情况,若为直接相连,则将两段匹配路段作为与当前GPS点所对应的匹配路径,否则,根据道路联通关系在GIS电子地图上搜索两段匹配路段之间所有的可能路径,在所有可能路径中选取最短距离的路径作为当前GPS点所对应的匹配路径;
步骤4.B.4、在匹配路径中找到与当前GPS点所对应的匹配路段直接相连的有向路段,将匹配路段设为当前路段方向,将有向路段设为下游路段方向,计算计算当前路段方向与下游路段方向的夹角值,根据夹角值判断第j辆GPS浮动车在当前GPS点所对应的匹配路段上的转向状态;
结合图2,当前路段方向指以起点为匹配路段的下游节点上游N米处点为起点,若匹配路段长度不足N米,则起点为匹配路段的上游节点,以匹配路段的下游节点为终点的方向;下游路段方向指以有向路段的上游节点为起点,以有向路段的下游节点的下游N米处点为终点的方向,N≥0,N根据经验来确定,在本实施例中,N取为50;夹角值为以当前路段方向为起始,逆时针旋转到下游路段方向的角度值,则
若夹角值大于等于0小于30,或者大于330度小于360度,则第j辆GPS浮动车在当前GPS点所对应的匹配路段为直行;若夹角值大于等于30度小于等于180度,则第j辆GPS浮动车在当前GPS点所对应的匹配路段为左转;若夹角值大于180度小于等于330度,则浮动车在当前GPS点所对应的匹配路段为右转。
步骤4.B.5、将终点GPS点设为新的当前GPS点,返回步骤4.B.2重新执行,直至遍历第x个GPS点集中的每一个GPS点。
在步骤4.A.3及步骤4.B.3中的道路联通关系可以通过GIS电子地图中的有向路段之间的联通关系直接获得,也可以通过GIS电子地图中的有向路段之间的联通关系结合实际道路中各有向路段所对应路段的车辆禁行信息及路口转向禁转信息获得。
计算不同转向状态的平均行程速度的步骤为:若在当前的匹配路段上在某个转向状态下采集到有n辆GPS浮动车信息,则该匹配路段在该转向状态下的平均行程速度V,vi为第i辆车的行程车速;若没有采集到任何GPS浮动车的信息,则该匹配路段在该转向状态下的平均行程车速V,V=a×Vup+b×Vdown,a和b为根据历史数据训练得到的相关因子,且a+b=1,Vup为与该路段相邻上游路段同方向的行程车速,Vdown为与路段相邻下游路段同方向的行程车速。例如在某一路段编号为TL1,共有8辆浮动车经过该路段,下表为浮动车经过该路段和下游路段的采集GPS点时间戳和地图匹配路段:
表1:浮动车在采集GPS当前点和相邻点的时间戳和匹配路段表
根据地图匹配的结果,参考电子地图网络拓扑关系,得到两GPS点匹配的路段是否直接相连以及当前GPS点匹配路段相邻下游路段编号。
表2:浮动车当前GPS点匹配路段及下游匹配路段表
计算当前路段和相邻下游路段方向的夹角,同时参考表1计算两GPS点时间戳差值,参考表2和匹配路径得到两GPS点之间距离。
表3:浮动车转向路段夹角及GPS点距离时间差表
根据当前前路段和相邻下游路段方向夹角值,判断浮动车的在当前路段转向以及根据表3计算浮动车在路段的行程车速。
表4:浮动车在TL1路段转向和速度计算表
根据表4计算TL1路段不同转向下的平均速度。
表5:TL1路段不同转向下的平均速度表
Claims (4)
1.一种基于浮动车数据计算路段各转向平均行程车速方法,其特征在于:
步骤1、构建适用于GPS交通信息处理的区域i的GIS电子地图,区域i的每条道路用有向路段表示,每个道路交叉口用节点表示,有向路段集合和节点集合构成了GIS电子地图;
步骤2、以固定的时间周期间隔T获取某一时间段内区域i所有GPS浮动车的GPS实时数据,一个GPS实时数据定义为一个GPS点,将每辆GPS浮动车所对应的所有GPS点按照时间顺序排列构成一个GPS点集;
步骤3、计算每个GPS点集的空间重心点位置,以空间重心点位置为圆心,L为直径作圆,其中,L=T×Vmax,T为时间周期间隔,Vmax为车辆的最大行程车速,取120Km/h,每个圆在GIS电子地图上所覆盖区域内所有的有向路段构成了一个GPS点群待匹配路段集合,每个GPS点群待匹配路段集合对应一个GPS点集,将GPS点集中的每个GPS点向与该GPS点集相对应的GPS点群待匹配路段集合中的各个有向路段进行空间投影得到投影距离,选取投影距离最小的有向路段作为每个GPS点的匹配路段,得到每辆GPS浮动车在区域i所对应的所有匹配路段;
步骤4、判断每辆GPS浮动车在其对应的每条匹配路段上的转向状态,并计算行程速度,转向状态至少包括直行、左转及右转,根据相同匹配路段上具有相同转向状态的所有GPS浮动车的行程速度得到每条匹配路段上不同转向状态的平均行程速度,其中,
第j辆GPS浮动车在所对应的每条匹配路段上的行程速度的步骤为:
步骤4.A.1、将第j辆GPS浮动车所对应的第x个GPS点集中的第一个GPS点设为当前GPS点;
步骤4.A.2、将与当前GPS点相邻的下一个GPS点设为中间GPS点,判断当前GPS点与中间GPS点是否对应同一匹配路段,若是,将与中间GPS点相邻的下一个GPS点设为新的中间GPS点重新开始步骤4.A.2,若否,则将中间GPS点设为终点GPS点,进入步骤4.A.3;
步骤4.A.3、判断当前GPS点与终点GPS点所分别对应的匹配路段的道路联通情况,若为直接相连,则将两段匹配路段作为与当前GPS点所对应的匹配路径,否则,根据道路联通关系在GIS电子地图上搜索两段匹配路段之间所有的可能路径,在所有可能路径中选取最短距离的路径作为当前GPS点所对应的匹配路径;
步骤4.A.4、将匹配路径的距离作为第j辆GPS浮动车的行程距离,将当前GPS点与终点GPS点的时间戳的差值作为第j辆GPS浮动车的行程时间,则第j辆GPS浮动车在当前GPS点所对应的匹配路段上的行程速度为行程距离除以行程时间;
步骤4.A.5、将终点GPS点设为新的当前GPS点,返回步骤4.A.2重新执行,直至遍历第x个GPS点集中的每一个GPS点;
判断第j辆GPS浮动车在其对应的每条匹配路段上的转向状态的步骤为:
步骤4.B.1、将第j辆GPS浮动车所对应的第x个GPS点集中的第一个GPS点设为当前GPS点;
步骤4.B.2、将与当前GPS点相邻的下一个GPS点设为中间GPS点,判断当前GPS点与中间GPS点是否对应同一匹配路段,若是,将与中间GPS点相邻的下一个GPS点设为新的中间GPS点重新开始步骤4.B.2,若否,则将中间GPS点设为终点GPS点,进入步骤4.B.3;
步骤4.B.3、判断当前GPS点与终点GPS点所分别对应的匹配路段的道路联通情况,若为直接相连,则将两段匹配路段作为与当前GPS点所对应的匹配路径,否则,根据道路联通关系在GIS电子地图上搜索两段匹配路段之间所有的可能路径,在所有可能路径中选取最短距离的路径作为当前GPS点所对应的匹配路径;
步骤4.B.4、在匹配路径中找到与当前GPS点所对应的匹配路段直接相连的有向路段,将匹配路段设为当前路段方向,将有向路段设为下游路段方向,计算当前路段方向与下游路段方向的夹角值,根据夹角值判断第j辆GPS浮动车在当前GPS点所对应的匹配路段上的转向状态;
步骤4.B.5、将终点GPS点设为新的当前GPS点,返回步骤4.B.2重新执行,直至遍历第x个GPS点集中的每一个GPS点;
计算不同转向状态的平均行程速度的步骤为:若在当前的匹配路段上在某个转向状态下采集到有n辆GPS浮动车信息,则该匹配路段在该转向状态下的平均行程速度V,vi为第i辆车的行程车速;若没有采集到任何GPS浮动车的信息,则该匹配路段在该转向状态下的平均行程车速V,V=a×Vup+b×Vdown,a和b为根据历史数据训练得到的相关因子,且a+b=1,Vup为与该路段相邻上游路段同方向的行程车速,Vdown为与路段相邻下游路段同方向的行程车速。
2.如权利要求1所述的一种基于浮动车数据计算路段各转向平均行程车速方法,其特征在于:所述步骤4.A.3或所述步骤4.B.3中的道路联通关系通过所述GIS电子地图中的有向路段之间的联通关系获得,或通过所述GIS电子地图中的有向路段之间的联通关系结合实际道路中各有向路段所对应路段的车辆禁行信息及路口转向禁转信息获得。
3.如权利要求1所述的一种基于浮动车数据计算路段各转向平均行程车速方法,其特征在于:步骤4.B.4中当前路段方向指以起点为匹配路段的下游节点上游N米处点为起点,若匹配路段长度不足N米,则起点为匹配路段的上游节点,以匹配路段的下游节点为终点的方向;下游路段方向指以有向路段的上游节点为起点,以有向路段的下游节点的下游N米处点为终点的方向,N≥0;夹角值为以当前路段方向为起始,逆时针旋转到下游路段方向的角度值,则
若夹角值大于等于0小于30,或者大于330度小于360度,则第j辆GPS浮动车在当前GPS点所对应的匹配路段为直行;若夹角值大于等于30度小于等于180度,则第j辆GPS浮动车在当前GPS点所对应的匹配路段为左转;若夹角值大于180度小于等于330度,则浮动车在当前GPS点所对应的匹配路段为右转。
4.如权利要求1所述的一种基于浮动车数据计算路段各转向平均行程车速方法,其特征在于:第k个GPS点集的空间重心点的纬度为第k个GPS点集中所有GPS点纬度的均值,第k个GPS点集的空间重心点的经度为第k个GPS点集中所有GPS点经度的均值。
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2013
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN110070711A (zh) * | 2019-04-10 | 2019-07-30 | 华砺智行(武汉)科技有限公司 | 一种基于智能网联汽车数据的路段旅行速度区间估计系统和方法 |
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