CN103258440B - 一种基于道路属性和实时路况的行车轨迹还原算法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及行车轨迹还原算法,应用于交通监管领域。一种基于道路属性和实时路况的行车轨迹还原算法，先确定需要进行行车轨迹还原的起点和终点在路网中的位置，以及车辆位于起点以及终点的时间并计算出时间差，再计算出所有可能路径以及它们的用时，最后结合车辆实际用时，定量计算每条道路的评分，选取最优的评分为正确路径。在一个拓扑关系复杂的路网中，解决了很难确定和还原行车的实际轨迹的问题。

Description

一种基于道路属性和实时路况的行车轨迹还原算法
技术领域
本发明涉及行车轨迹还原算法,应用于交通监管领域。
背景技术
随着交通监管系统的发展，城市中很多路口都有摄像头对车辆进行拍照，路过该路口的车辆被识别并且存储到相应的数据库中。但是并不是所有路口都有摄像头，而且即便在有摄像头的情况下目前的图像处理技术并不能保证能把所有车辆全部识别。所以就会出现这样一种情况：在摄像头能够识别出车辆的两个路口之间，车辆的行驶轨迹并非只有一种可能。一般情况下，在一个拓扑关系复杂的路网中，任意两点间的所有路径都是一个庞大的集合，很难确定和还原行车的实际轨迹。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,公开一种基于道路属性和实时路况的行车轨迹还原算法，先确定需要进行行车轨迹还原的起点和终点在路网中的位置，以及车辆位于起点以及终点的时间并计算出时间差                                               ，再计算出所有可能路径以及它们的用时，最后结合车辆实际用时，定量计算每条道路的评分，选取最优的评分为正确路径。
本发明给出的技术方案为：
一种基于道路属性和实时路况的行车轨迹还原算法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：确定需要进行行车轨迹还原的起点和终点在路网中的位置，以及确定车辆位于起点以及终点的时间点并计算出实际时间差。
步骤2:根据起点在道路网中的拓扑关系，按照深度优先的搜索原则搜索所有符合时间要求的路径，并计算出每条路径的最短用时和实际用时的差值。
步骤3:将步骤2中选出的路径根据实时车流速度再次计算时间差和步骤2得到的时间差值进行评分。经过定量计算后，选择评分最优的一项作为正确的路径。
其中，技术方案中步骤2的详细流程如下：
步骤2.1：把起点位置A作为中心点，此时车辆还没有开始行驶，所以总行驶时间。
步骤2.2：中心点周围除上一个中心点外的所有路口点组成了点集合 ，在此集合中未被标记为舍弃点的路口点都是正确路径可能经过的点，在其中任选取一点。
步骤2.3：根据中心点到选取点之间道路最高限速和实际距离算出行驶完成这段路程所需要的最短时间。
步骤2.4：如果，说明即便车辆按照最快限速行驶也不能在实际的时间间隔内从起点到达终点。则标记此点为舍弃点，认为其不可能出现在正确的路径中。在点集合中寻找一个未被标记为舍弃点的点，重复步骤2.3。如果，并且选取点并不是终点B，则将此点作为中心点，重新计算，重复步骤2.2。若选取点为终点，则按照中心点->选择点的路径回溯到起点，认为这些点组成的路径是一种可能的正确路径。
步骤2.5：若上一步确定了一条正确路径，则将距离终点最近的一个中心点相对于终点的方向标记为选取方向。重复步骤2.1。
步骤2.6：如果一个中心点周围所有路口组成的点集合均被标记为舍弃点或者是选中方向相连的点，则将此点中心点标记为舍弃点。将此中心点的上一级路口点作为新的中心点，重复步骤2.2。直到初始点周围的所有点均被标记为舍弃点为之，则认为找到所有可能的路径。
其中，技术方案中步骤3的详细流程如下：
步骤3.1：步骤2选出所有可能的路径集合，对中每条道路做如下处理。将路径的起点作为出发点，总行驶时间。
步骤3.2：车辆在出发点时为时刻，出发点沿着路径的下一个节点定位目的点B, 此时路口的A->B方向的实时车流速度为，A到B的距离为D。那么，计算出A到B所用时间。从出发点行驶到B点时，车辆总用时为，此时的时刻为。
步骤3.3：将目的点B作为出发点重复步骤3.2直到走到路径的终点。
步骤3.4：计算车辆总用时和实际用时之间的差值。选择差值最接近的一条路径认为其为正确路径。
本发明创新点: 将道路拓扑信息以及道路最高限速结合分析出最短用时，并结合实际车辆行驶用时，定量计算评分，从而实现了行车轨迹还原。
附图说明
图1 车辆轨迹还原总体步骤。
图2 搜索所有可能路径的流程。
图3 对步骤2的结果进行综合定量分析并选取最优路径。
具体实施方式
以下结合附图对本发明技术方案作进一步说明。
城市中的道路一般都有最高限速，比如相关法律法规中就有规定：机动车在没有限速标志、标线的道路情况下，如果同方向只有一条机动车道的公路规定最高时速为70公里。我们在这里认定，在一般情况下，最高限速有20%的富余量，我们认为限速为的路段可以有最高速度,如果某条路径中经过A道路的距离是D Km，且可再A道路上的最高的行驶速度为KM/H，那么车辆在A道路上的最短用时为。根据路径上所经过的每条道路的最高限速以及路径在这条道路上所经过的距离就能计算出如果车辆在这条路径上行驶的最短时间。首先将那些最短用时超过实际用时的那些路径排除。得到所有符合条件的路径，并计算出车辆行驶在这条路径上所需的最短用时和实际用时之间的差值 。
在使用最快行驶速度行驶所用时间小于实际间隔之后，我们使用实时路况中的实时车速来进一步的精确计算每条路径行驶用时。由于实时路况每分钟都在变化，实时车速也在不断变化。这里我们通过简化认为：车辆在一条道路的一个路口行驶往下一个路口时是基本匀速的，且速度等于出发时刻路口的实时车速。这样我们就能计算出更为精确的用时。当我们每条候选路径的具体用时之后，选择用时最接近实际用时的路径，认为其是正确路径。
本发明具体的实施过程如图1所示,具体包含以下三个步骤。
步骤1、确定需要进行行车轨迹还原的起点和终点在路网中的位置，以及车辆位于起点以及终点的时间并计算出时间差。
步骤2、根据起点在道路网中的拓扑关系，按照深度优先的搜索原则搜索所有符合时间要求的路径，并计算出每条路径的最短用时和实际用时的差值。
步骤3、将步骤2中选出的路径根据实时车流速度再次计算时间差和步骤2得到的时间差值进行评分。经过定量计算后，选择评分最优的一项作为正确的路径。
其中，步骤2的详细流程图如下。
步骤2.1、把起点位置A作为中心点，此时车辆还没有开始行驶，所以总行驶时间。
步骤2.2、中心点周围除上一个中心点外的所有路口点组成了点集合 ，在此集合中未被标记为舍弃点的路口点都是正确路径可能经过的点，在其中任选取一点。
步骤2.3、根据中心点到选取点之间道路最高限速和实际距离算出行驶完成这段路程所需要的最短时间。
步骤2.4、如果，说明即便车辆按照最快限速行驶也不能在实际的时间间隔内从起点到达终点。则标记此点为舍弃点，认为其不可能出现在正确的路径中。在点集合中寻找一个未被标记为舍弃点的点，重复步骤2.3。如果，并且选取点并不是终点B，则将此点作为中心点，重新计算，重复步骤2.2。若选取点为终点，则按照中心点->选择点的路径回溯到起点，认为这些点组成的路径是一种可能的正确路径。
步骤2.5、若上一步确定了一条正确路径，则将距离终点最近的一个中心点相对于终点的方向标记为选取方向。重复步骤2.1。
步骤2.6、如果一个中心点周围所有路口组成的点集合均被标记为舍弃点或者是选中方向相连的点，则将此点中心点标记为舍弃点。将此中心点的上一级路口点作为新的中心点，重复步骤2.2。直到初始点周围的所有点均被标记为舍弃点为之，则认为找到所有可能的路径。
步骤3的详细流程图如下。
步骤3.1、步骤2选出所有可能的路径集合，对中每条道路做如下处理。将路径的起点作为出发点，总行驶时间。
步骤3.2、车辆在出发点时为时刻，出发点沿着路径的下一个节点定位目的点B, 此时路口的A->B方向的实时车流速度为，A到B的距离为D。那么，计算出A到B所用时间。从出发点行驶到B点时，车辆总用时为，此时的时刻为。
步骤3.3、将目的点B作为出发点重复步骤3.2直到走到路径的终点。
步骤3.4、计算车辆总用时和实际用时之间的差值。选择差值最接近的一条路径认为其为正确路径。

Claims (3)

1.一种基于道路属性和实时路况的行车轨迹还原算法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：确定需要进行行车轨迹还原的起点和终点在路网中的位置，以及确定车辆位于起点以及终点的时间点并计算出实际用时Tmax；
步骤2:根据起点在道路网中的拓扑关系，按照深度优先的搜索原则搜索所有符合时间要求的路径，并计算出每条路径的最短用时和实际用时的差值Tsub；
步骤3:将步骤2中选出的路径根据实时车流速度再次计算时间差Treal和步骤2得到的时间差值Tsub进行评分，经过定量计算后，选择评分最优的一项作为正确的路径。
2.如权利要求1所述的基于道路属性和实时路况的行车轨迹还原算法，其特征在于，所述步骤2的详细流程如下：
步骤2.1：把起点位置A作为中心点，此时车辆还没有开始行驶，所以总行驶时间Ttotle＝0；
步骤2.2：中心点周围除上一个中心点外的所有路口点组成了点集合Apoint，在此集合中未被标记为舍弃点的路口点都是正确路径可能经过的点，在其中任选取一点；
步骤2.3：根据中心点到选取点之间道路最高限速和实际距离算出行驶完成这段路程所需要的最短时间Test；
步骤2.4：如果Ttotle+Test＞Tmax，说明即便车辆按照最快限速行驶也不能在实际用时Tmax内从起点到达终点，则标记此点为舍弃点，认为其不可能出现在正确的路径中；在点集合Apoint中寻找一个未被标记为舍弃点的点，重复步骤2.3；如果Ttotle+Test＜Tmax，并且选取点并不是终点B，则将此点作为中心点，重新计算Ttotle＝Ttotle+Test，重复步骤2.2；若选取点为终点，则按照中心点->选择点的路径回溯到起点，认为这些点组成的路径是一种可能的正确路径；
步骤2.5：若上一步确定了一条正确路径，则将距离终点最近的一个中心点相对于终点的方向标记为选取方向，重复步骤2.1；
步骤2.6：如果一个中心点周围所有路口组成的点集合Apoint均被标记为舍弃点或者是选中方向相连的点，则将此点中心点标记为舍弃点；将此中心点的上一级路口点作为新的中心点，重复步骤2.2；直到初始点周围的所有点均被标记为舍弃点为止，则认为找到所有可能的路径。
3.如权利要求1所述的基于道路属性和实时路况的行车轨迹还原算法，其特征在于，所述步骤3的详细流程如下：
步骤3.1：步骤2选出所有可能的路径集合L，对L中每条道路做如下处理：将路径的起点作为出发点，总行驶时间Ttotal＝0；
步骤3.2：车辆在出发点A时为T1时刻，出发点沿着路径的下一个节点定位目的点B,此时路口A的A->B方向的实时车流速度为V1，A到B的距离为D；那么，计算出A到B所用时间Ti＝D/V1；从出发点行驶到B点时，车辆总用时为Ttotal＝Ttotal+Ti，此时的时刻为T1＝Ti+T1；
步骤3.3：将目的点B作为出发点重复步骤3.2直到走到路径的终点；
步骤3.4：计算车辆总用时Ttotal和实际用时Tmax之间的差值，选择差值最接近的一条路径认为其为正确路径。
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