CN104809871A - 一种基于gps的不同种类联网车辆数据补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于GPS的不同种类联网车辆数据补偿方法，包括：对所有联网的不同种类车辆的GPS数据进行采集；将一个采集周期内的GPS数据匹配到电子路网中，选取出租车的GPS数据作为基础数据来计算路网样本覆盖率 以及单个路段覆盖强度；若路网样本覆盖率<80%,则进行路网样本覆盖率补偿，直至路网样本覆盖率；若单个路段覆盖强度<1,则进行单个路段覆盖强度补偿，直至单个路段覆盖强度。本发明充分利用了现有城市道路中联网车辆的GPS数据，使其数据得到了有效的利用，与此同时也弥补了现有以出租车为主的浮动车采集技术的样本不足的问题，实现了在不投入更多成本的前提下，提高城市道路交通信息采集的精度，促进了城市交通的节约化、可持续化的发展。

Description

一种基于GPS的不同种类联网车辆数据补偿方法

技术领域

本发明涉及道路交通信息采集及数据处理技术领域，尤其是一种基于GPS的不同种类联网车辆数据补偿方法。

背景技术

目前移动式的交通信息采集是城市道路交通信息采集的核心技术手段，主要以浮动车技术为主。广义浮动车技术其实包含了形形色色的装载GPS的车辆数据应用，通过对这些数据处理挖掘出道路交通运行状态。但是由于局限性，目前车辆技术处理的数据主要是来源于出租车GPS，由于出租车的运营特性有时候由于车辆的覆盖率和覆盖强度没有达到最优时，交通运行状态的精度就难免保证，无法很好地为公众交通信息服务。

目前，大多都是通过固定式与移动式信息采集相融合的方法来解决信息采集的精度问题，然而固定式信息采集的成本高，实施周期长，维护费用高。为了提高浮动车的覆盖率和覆盖强度，迫切需要研发出不同种类联网车辆数据补偿方法，充分利用已有的联网车辆GPS数据，使得整个路网信息采集样本数量尽可能的达到最优，以提高路段交通运行状态估计的精度，进而保证以此为依托的路网交通拥堵分析、交通信号控制、交通诱导等辅助决策的准确性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种充分利用现有车辆的GPS数据，无需加大投入成本，对不同种类联网车辆数据进行补偿，提高路段交通运行状态估计精度的基于GPS的不同种类联网车辆数据补偿方法。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种基于GPS的不同种类联网车辆数据补偿方法，该方法包括下列顺序的步骤：

(1)对所有联网的不同种类车辆的GPS数据进行采集存储，并对GPS数据进行预处理；

(2)将一个采集周期内的GPS数据匹配到电子路网中，选取出租车的GPS数据作为基础数据来计算路网样本覆盖率η以及单个路段覆盖强度A_i；

(3)判断路网样本覆盖率η是否需要补偿，若路网样本覆盖率η<80％,则进行路网样本覆盖率补偿，直至路网样本覆盖率η≥80％；

(4)判断单个路段覆盖强度A_i是否需要补偿，若单个路段覆盖强度A_i<1,则进行单个路段覆盖强度补偿，直至单个路段覆盖强度A_i≥1。

所述GPS数据包括车辆ID、经度、纬度、方向角和时间。

路网样本覆盖率η是指路网中满足路段交通运行状态估计要求的最优样本数的路段数量占路网所包含的路段总数的比例，其计算公式如下：

$\mathrm{\&eta;}=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{sign}(n_i-k_i)/N$

其中，N是路网所包含的路段总数；n_i是一个采样周期内路段i上经过的车辆样本数；k_i是设定的一个采样周期内在各路段上经过的满足路段交通运行状态估计要求的最优样本数，其取值与相应的道路等级有关，如表1所示：

表1

道路等级	快速路	主干路	次干路	支路
					ki的取值	7	5	4	2

sign(n_i-k_i)是符号函数，当n_i-k_i≥0时sign(n_i-k_i)的值为1，否则为0。

所述单个路段覆盖强度A_i是指一个采样周期内路段i上经过的车辆样本数与设定的一个采样周期内在各路段上经过的满足路段交通运行状态估计要求的最优样本数之间的比值，其公式如下：

$A_i=\frac{n_i}{k_i}$

其中，n_i是一个采样周期内路段i上经过的车辆样本数；

表2

道路等级	快速路	主干路	次干路	支路
					ki的取值	7	5	4	2

k_i是设定的一个采样周期内在各路段上经过的满足路段交通运行状态估计要求的最优样本数，其取值与相应的道路等级有关，如上表表2所示。

所述路网样本覆盖率补偿是指，根据除出租车之外的不同种类联网车辆的运行规律、轨迹特征和行业性质的数据补偿确定一个补偿因子F，将各种车辆的补偿因子F按照其F值从大到小排序组成一个序列：F₁,F₂,F₃......F_n,n为是联网车辆种数的个数，补偿因子F值的计算公式如下：

F_j＝f_j1*f_j2

其中：F_j是第j种车辆的补偿因子，f_j1是第j种车辆的车辆总数修正系数，是指第j种车辆的车辆总数占所有种类车辆总数的比值；f_j2是第j种车辆的运行时间修正系数，是指第j种车辆每天的平均运营时间占一天24小时的比重；

若通过出租车的GPS数据求得的路网样本覆盖率η<80％,则按照顺序选择下一优先级别F₁联网车辆的GPS数据进行补充，重新计算路网样本覆盖率η，若经重新计算得到的路网样本覆盖率η<80％，则继续按照顺序选择下一优先级别F₂的联网车辆的GPS数据进行补充，再重新计算路网样本覆盖率η，直到路网样本覆盖率η≥80％为止，接着判断是否进行单个路段覆盖强度补偿。

所述单个路段覆盖强度补偿是指，当路网样本覆盖率满足要求，即η≥80％时，判断路网的每个路段的单个路段覆盖强度是否大于等于1，然后筛选单个路段覆盖强度小于1的路段组成集合P，P＝{P₁,P₂......P_l}，针对集合P中的各个路段采用循环补偿的方法，具体步骤如下：

(a)确定满足路网样本覆盖率η≥80％时，按照补偿因子F列出已经采用补偿的联网车辆数据的种类集F₁,F₂.......F_m，m是已经采用补偿的车辆种类数；

(b)选择第一个路段P₁，第一个路段P₁现有样本数为n₁′，n₁′是指当η≥80％时，路段P₁上所有的样本总数，该样本中已经包含联网车辆数据种类集F₁,F₂.......F_m的样本，从联网车辆数据集F_m+1,F_m+2.......F_n中依次选用匹配到该路段P₁的样本其中F_m+1是未补偿的下一个顺序的车辆的补偿因子，为m+1类车经过第一个路段P₁的样本数，以此类推；

采用循环方法，从第m+1类的联网车辆的样本开始查找并累加，直到 $n_1+n_1^{m+1}+n_1^{m+2}....+n_1^{m+j}\&GreaterEqual;k_1,m+j\&le;n,$ 也就是单个路段覆盖强度A₁≥1时，补偿结束；

(c)路段P₂......P_l采用同样的方法，进行单个路段覆盖强度的数据补偿，直到路网内所有路段的覆盖强度均大于等于1时补偿结束。

若所有联网不同种类车辆样本全部补偿完毕后，单个路段覆盖强度A_i<1,即时，直接退出循环，数据补偿结束。

由上述技术方案可知，本发明的优点在于：第一，通过以出租车GPS数据为基础样本，通过分析其样本路面覆盖率及路段覆盖强度是否满足样本需求，进而判断是否需要进行补偿，若需要补偿，则启用其他不同种联网车辆数据进行补偿，根据不同种联网车辆的运行规律、轨迹特征、行业性质等确定一个补偿因子F，进行数据补偿，使得车辆数据样本满足路网交通信息采集的样本需求；第二，本发明充分利用了现有城市道路中联网车辆的GPS数据，使其数据得到了有效的利用，与此同时也弥补了现有以出租车为主的浮动车采集技术的样本不足的问题，实现了在不投入更多成本的前提下，提高城市道路交通信息采集的精度，促进了城市交通的节约化、可持续化的发展。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

图2为不同种类联网数据的整体补偿方法流程图；

图3为图2中路网样本覆盖率补偿方法流程图；

图4为图2中单个路段覆盖强度补偿方法流程图。

具体实施方式

如图1所示，一种基于GPS的不同种类联网车辆数据补偿方法，包括：(1)对所有联网的不同种类车辆的GPS数据进行采集存储，并对GPS数据进行预处理；(2)将一个采集周期内的GPS数据匹配到电子路网中，选取出租车的GPS数据作为基础数据来计算路网样本覆盖率η以及单个路段覆盖强度A_i；(3)判断路网样本覆盖率η是否需要补偿，若路网样本覆盖率η<80％,则进行路网样本覆盖率补偿，直至路网样本覆盖率η≥80％；(4)判断单个路段覆盖强度A_i是否需要补偿，若单个路段覆盖强度A_i<1,则进行单个路段覆盖强度补偿，直至单个路段覆盖强度A_i≥1。所述GPS数据包括车辆ID、经度、纬度、方向角和时间，一个采集周期在这里为2至5分钟。根据国内城市目前公共车辆来看，出租车基数较多，所以选择出租车GPS数据作为基础数据，并进行预处理，剔除异常值。

如图2、3所示，路网样本覆盖率η是指路网中满足路段交通运行状态估计要求的最优样本数的路段数量占路网所包含的路段总数的比例，其计算公式如下：

$\mathrm{\&eta;}=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{sign}(n_i-k_i)/N$

其中，N是路网所包含的路段总数；n_i是一个采样周期内路段i上经过的车辆样本数；k_i是设定的一个采样周期内在各路段上经过的满足路段交通运行状态估计要求的最优样本数，其取值与相应的道路等级有关，如表1所示：

表1

道路等级	快速路	主干路	次干路	支路
					ki的取值	7	5	4	2

sign(n_i-k_i)是符号函数，当n_i-k_i≥0时sign(n_i-k_i)的值为1，否则为0。

如图2、4所示，所述单个路段覆盖强度A_i是指一个采样周期内路段i上经过的车辆样本数与设定的一个采样周期内在各路段上经过的满足路段交通运行状态估计要求的最优样本数之间的比值，其公式如下：

$A_i=\frac{n_i}{k_i}$

其中，n_i是一个采样周期内路段i上经过的车辆样本数；

表2

道路等级	快速路	主干路	次干路	支路
					ki的取值	7	5	4	2

k_i是设定的一个采样周期内在各路段上经过的满足路段交通运行状态估计要求的最优样本数，其取值与相应的道路等级有关，如上表表2所示。

如图2所示，当路网样本覆盖率η以及单个路段覆盖强度A_i都满足设定的要求时，无需启动数据补偿；当路网样本覆盖率η或单个路段覆盖强度A_i不满足设定要求时则需要进行数据补偿。在补偿时，先补偿路网再补偿路段，当每个路段样本都符合要求的时候，路网样本覆盖率肯定符合要求的，因此弥补的时候从宏观的路网开始，从大到小逐步进行。路网符合后，然后在开始筛选出不符合要求的路段，逐一弥补，直到路网和路段都满足要求的时候才停止补偿。

如图2、3所示，所述路网样本覆盖率补偿是指，根据除出租车之外的不同种类联网车辆的运行规律、轨迹特征和行业性质的数据补偿确定一个补偿因子F，将各种车辆的补偿因子F按照其F值从大到小排序组成一个序列：F₁,F₂,F₃......F_n,n为是联网车辆种数的个数，补偿因子F值的计算公式如下：

F_j＝f_j1*f_j2

其中：F_j是第j种车辆的补偿因子，f_j1是第j种车辆的车辆总数修正系数，是指第j种车辆的车辆总数占所有种类车辆总数的比值；f_j2是第j种车辆的运行时间修正系数，是指第j种车辆每天的平均运营时间占一天24小时的比重；补偿因子F用来区别不同种车辆数据被选择的优先级别，F值越大，优先级越高。假定不同种联网车辆有：公交车、渣土车、洒水车、执勤车辆、消防车等等，这些车辆对应的因子F的值分别为F₁,F₂,F₃......F_n,n为是联网车辆种数。在实际生活中，公交车是仅次于出租车的联网车辆，数量较大、样本足，且在公交线路上的单个路段覆盖强度比较高，因此其因子F就比较大，作为F₁。

若通过出租车的GPS数据求得的路网样本覆盖率η<80％,则按照顺序选择下一优先级别F₁联网车辆的GPS数据进行补充，重新计算路网样本覆盖率η，若经重新计算得到的路网样本覆盖率η<80％，则继续按照顺序选择下一优先级别F₂的联网车辆的GPS数据进行补充，再重新计算路网样本覆盖率η，直到路网样本覆盖率η≥80％为止，接着判断是否进行单个路段覆盖强度补偿。

如图2、4所示，所述单个路段覆盖强度补偿是指，当路网样本覆盖率满足要求，即η≥80％时，判断路网的每个路段的单个路段覆盖强度是否大于等于1，然后筛选单个路段覆盖强度小于1的路段组成集合P，P＝{P₁,P₂......P_l}，针对集合P中的各个路段采用循环补偿的方法，具体步骤如下：

(a)确定满足路网样本覆盖率η≥80％时，按照补偿因子F列出已经采用补偿的联网车辆数据的种类集F₁,F₂.......F_m，m是已经采用补偿的车辆种类数；

(b)选择第一个路段P₁，第一个路段P₁现有样本数为n₁′，n₁′是指当η≥80％时，路段P₁上所有的样本总数，该样本中已经包含联网车辆数据种类集F₁,F₂.......F_m的样本，

从联网车辆数据集F_m+1,F_m+2.......F_n中依次选用匹配到该路段P₁的样本其中F_m+1是未补偿的下一个顺序的车辆的补偿因子，为m+1类车经过第一个路段P₁的样本数，以此类推；

采用循环方法，从第m+1类的联网车辆的样本开始查找并累加，直到 $n_1+n_1^{m+1}+n_1^{m+2}....+n_1^{m+j}\&GreaterEqual;k_1,m+j\&le;n,$ 也就是单个路段覆盖强度A₁≥1时，补偿结束；

(c)路段P₂......P_l采用同样的方法，进行单个路段覆盖强度的数据补偿，直到路网内所有路段的覆盖强度均大于等于1时补偿结束。

若所有联网不同种类车辆样本全部补偿完毕后，单个路段覆盖强度A_i<1,即时，直接退出循环，数据补偿结束。

综上所述，本发明充分利用了现有城市道路中联网车辆的GPS数据，使其数据得到了有效的利用，与此同时也弥补了现有以出租车为主的浮动车采集技术的样本不足的问题，实现了在不投入更多成本的前提下，提高城市道路交通信息采集的精度，促进了城市交通的节约化、可持续化的发展。

Claims (7)

1.一种基于GPS的不同种类联网车辆数据补偿方法，该方法包括下列顺序的步骤：

(1)对所有联网的不同种类车辆的GPS数据进行采集存储，并对GPS数据进行预处理；

(2)将一个采集周期内的GPS数据匹配到电子路网中，选取出租车的GPS数据作为基础数据来计算路网样本覆盖率η以及单个路段覆盖强度A_i；

(3)判断路网样本覆盖率η是否需要补偿，若路网样本覆盖率η<80％,则进行路网样本覆盖率补偿，直至路网样本覆盖率η≥80％；

(4)判断单个路段覆盖强度A_i是否需要补偿，若单个路段覆盖强度A_i<1,则进行单个路段覆盖强度补偿，直至单个路段覆盖强度A_i≥1。

2.根据权利要求1所述的基于GPS的不同种类联网车辆数据补偿方法，其特征在于：所述GPS数据包括车辆ID、经度、纬度、方向角和时间。

3.根据权利要求1所述的基于GPS的不同种类联网车辆数据补偿方法，其特征在于：路网样本覆盖率η是指路网中满足路段交通运行状态估计要求的最优样本数的路段数量占路网所包含的路段总数的比例，其计算公式如下：

$\mathrm{\&eta;}=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{sign}(n_i-k_i)/N$

其中，N是路网所包含的路段总数；n_i是一个采样周期内路段i上经过的车辆样本数；k_i是设定的一个采样周期内在各路段上经过的满足路段交通运行状态估计要求的最优样本数，其取值与相应的道路等级有关，如表1所示：

表1

道路等级 快速路 主干路 次干路 支路 k_i的取值 7 5 4 2

sign(n_i-k_i)是符号函数，当n_i-k_i≥0时sign(n_i-k_i)的值为1，否则为0。

4.根据权利要求1所述的基于GPS的不同种类联网车辆数据补偿方法，其特征在于：所述单个路段覆盖强度A_i是指一个采样周期内路段i上经过的车辆样本数与设定的一个采样周期内在各路段上经过的满足路段交通运行状态估计要求的最优样本数之间的比值，其公式如下：

$A_i=\frac{n_i}{k_i}$

其中，n_i是一个采样周期内路段i上经过的车辆样本数；

表2

道路等级 快速路 主干路 次干路 支路 k_i的取值 7 5 4 2

k_i是设定的一个采样周期内在各路段上经过的满足路段交通运行状态估计要求的最优样本数，其取值与相应的道路等级有关，如上表表2所示。

5.根据权利要求1所述的基于GPS的不同种类联网车辆数据补偿方法，其特征在于：所述路网样本覆盖率补偿是指，根据除出租车之外的不同种类联网车辆的运行规律、轨迹特征和行业性质的数据补偿确定一个补偿因子F，将各种车辆的补偿因子F按照其F值从大到小排序组成一个序列：F₁,F₂,F₃......F_n,n为是联网车辆种数的个数，补偿因子F值的计算公式如下：

F_j＝f_j1*f_j2

其中：F_j是第j种车辆的补偿因子，f_j1是第j种车辆的车辆总数修正系数，是指第j种车辆的车辆总数占所有种类车辆总数的比值；f_j2是第j种车辆的运行时间修正系数，是指第j种车辆每天的平均运营时间占一天24小时的比重；

若通过出租车的GPS数据求得的路网样本覆盖率η<80％,则按照顺序选择下一优先级别F₁联网车辆的GPS数据进行补充，重新计算路网样本覆盖率η，若经重新计算得到的路网样本覆盖率η<80％，则继续按照顺序选择下一优先级别F₂的联网车辆的GPS数据进行补充，再重新计算路网样本覆盖率η，直到路网样本覆盖率η≥80％为止，接着判断是否进行单个路段覆盖强度补偿。

6.根据权利要求5所述的基于GPS的不同种类联网车辆数据补偿方法，其特征在于：所述单个路段覆盖强度补偿是指，当路网样本覆盖率满足要求，即η≥80％时，判断路网的每个路段的单个路段覆盖强度是否大于等于1，然后筛选单个路段覆盖强度小于1的路段组成集合P，P＝{P₁,P₂......P_l}，针对集合P中的各个路段采用循环补偿的方法，具体步骤如下：

(a)确定满足路网样本覆盖率η≥80％时，按照补偿因子F列出已经采用补偿的联网车辆数据的种类集F₁,F₂.......F_m，m是已经采用补偿的车辆种类数；

(b)选择第一个路段P₁，第一个路段P₁现有样本数为n₁′，n₁′是指当η≥80％时，路段P₁上所有的样本总数，该样本中已经包含联网车辆数据种类集F₁,F₂.......F_m的样本，

从联网车辆数据集F_m+1,F_m+2.......F_n中依次选用匹配到该路段P₁的样本其中F_m+1是未补偿的下一个顺序的车辆的补偿因子，为m+1类车经过第一个路段P₁的样本数，以此类推；

采用循环方法，从第m+1类的联网车辆的样本开始查找并累加，直到m+j≤n，也就是单个路段覆盖强度A₁≥1时，补偿结束；

(c)路段P₂......P_l采用同样的方法，进行单个路段覆盖强度的数据补偿，直到路网内所有路段的覆盖强度均大于等于1时补偿结束。

7.根据权利要求6所述的基于GPS的不同种类联网车辆数据补偿方法，其特征在于：若所有联网不同种类车辆样本全部补偿完毕后，单个路段覆盖强度A_i<1,即时，直接退出循环，数据补偿结束。