CN104851286A - 一种利用公交车辆gps数据动态评估道路交通状态的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用公交车辆GPS数据动态评估道路交通状态的方法，属于智能交通领域。配有GPS设备的公交车在道路上行驶时，记录车辆GPS数据，数据含有车辆位置信息和产生的时间信息。计算时，首先将数据中的GPS点转换为空间坐标点，并与行驶道路匹配，获取该条道路在计时周期中，一定范围内的GPS点；然后将这部分GPS点与已知位置信息的公交站点进行匹配，剔除公交站点周边的无效GPS点。之后，利用有效GPS点进行方位角计算，通过与匹配道路方位角的比较，确定公交车辆行车方向。最后，根据有效GPS点位置与时间信息，计算车辆平均行驶速度，利用速度补偿模型修正为道路交通运行速度，与交通状态区间分级进行比较，得到道路交通运行状态。

Description

一种利用公交车辆GPS数据动态评估道路交通状态的方法

技术领域

本发明涉及智能交通领域中的交通信息处理技术。可以利用公交车载GPS设备记录的GPS定位数据，分析道路交通运行状态。

背景技术

我国经济和社会的发展，带来机动车保有量高速快速增长，交通基础设施的供给无法满足机动车出行需求，造成严重的交通拥堵问题。提前发现交通拥堵路段，为出行人员提供拥堵路径的信息，可以更好的引导出行人员选择合理出行路径。目前利用公交车载GPS数据进行道路交通状态评估，主要是利用路段边界两侧的GPS数据估计路段边界时刻，从而获取单车路段行程时间，根据路段长度计算得到单车路段行程速度，再根据道路等级、交通流量确定道路速度分级标准，进而到得交通运行状态。但该方法没有考虑公交车辆在站台停靠时对速度的影响，实际中，公交车辆在站台停靠时，乘客上下车花费的时间对平均速度影响很大，进行平均速度估计时应给予考虑。

发明内容

本发明提供的是一种根据公交车辆GPS数据，估计道路交通运行状态的方法。方法如下：

根据本发明，配有车载GPS设备的公交车辆在道路上行驶时，实时记录车辆GPS数据，该数据含有车辆GPS点位置信息和GPS点位产生的时间信息。计算时，首先将信息中的GPS点转换为空间坐标点，并与车辆运行道路进行匹配，获取该条道路在计时周期内的有效范围内的GPS点，计时周期可根据信息发布的要求而定；然后将这部分GPS点与已知位置信息的公交站点进行匹配，剔除公交站点周边的无效GPS点，保留有效GPS点。之后，利用有效GPS点进行方位角计算，通过与匹配道路方位角的比较，确定公交车辆行车方向。最后，根据有效GPS点位信息与时间信息，分方向计算车辆运行速度，利用速度补偿模型修正为道路交通运行速度。

具体方法和步骤如下：

步骤1：划分路段单元。把道路分成上行和下行两个方向。划分路段单元是指为计算道路交通运行速度，把道路的上下行方向划分成多个独立的路段单元，相同的路段单元，认为交通流速度一致，根据交通流的方向计算路段单元的方向角(以正北方向为0度角，路段单元起点和终点的连线与正北方向的夹角(顺时针))，路段单元i的方位角记为

步骤2：建立路段单元与公交车站对应关系表。根据路段单元和公交车站地理空间位置，建立两者的归属关系，即公交车站属于哪一个路段单元，公交车站j归属于路段单元i，其坐标信息记为

步骤3：选择路段单元周边的GPS点。过滤路段单元周边一定范围(d_link)内的GPS坐标点，d_link取值依据道路宽度，可取10-80米，GPS坐标点n属于路段单元i记为包含GPS坐标，时间信息，记为

步骤4：把过滤的路段单元周边GPS数据，按公交车辆编号BID_k、时间t排序，构成路段单元i周边GPS数据集合

步骤5：为消除公交停靠站对速度估计的影响，把公交车站周边一定范围(d_bus)内的GPS点从集合中剔除，d_bus取值依据公交站台的长度，可取10-50米，构成集合

步骤6：以BID_k中时间最小的点为起点时间最大的点为终点计算所构成线段的方位角，比较与的绝对值大小，若时，认为BID_k的GPS数据是有效数据，则否认为是无效数据，无效数据应剔除。A_threshold的取值可以0-45，取值越小，结果精度越高。构成集合 $C_i^{\′\′}({\mathrm{BID}}_k,{\mathrm{GPS}}_{{n,\mathrm{link}}_i}(x,y,t)).$

步骤7：在集合中，剔除仅有一条记录的BID_kGPS数据，构成集合

步骤8：计算路段单元i公交车辆平均运行速度集合中，取相同车辆编号最大时间和最小时间的GPS点，计算两点的时间差值和距离差值，进而计算车辆的运行速度。多辆公交车的平均运行速度即是该路段单元公交的平均公交运行速度

步骤9：公交在道路上运行时，除受道路限速要求外，还要遵守公交运行的安全规定。城市道路最高限速值通常较低，公交车辆运行速度和普通车流速度相差无几；当公交在高速公路上运行时，公交的最高运行速度通常达不到高速公路限速的上限，因此，公交的平均运行速度不能很好的代表高速公路交通流的运行速度，还需要进行修正，本专利把该修正过程称为速度补偿，对应的补偿方法称为速度补偿模型。大量速度调查结果表明，高速公路交通运行速度与公交平均运行速度存在线性关系(见附图2)，速度补偿模型为：

最后根据速度的区间分级，把道路平均运行速度落在对应的区间，该区间表示的状态即是道路运行状态，如(0-20)km/h表示拥堵，(21-60)km/h表示缓慢，61km/h以上表示畅通。

本发明具有以下有益效果：

该发明利用在公交车上普遍安装的GPS数据采集设备，采集公交车辆的位置点信息，计算公交车的平均运行速度，通过道路交通运行速度大小与公交运行速度存在相关性的特点，估计道路交通运行速度。该方法具有计算效率高，分析结果准确等特点。

附图说明

图1.公交车载GPS数据估计道路交通运行速度流程图

图2.速度补偿模型示意图

图3.京开高速实施过程示意图

具体实施方式

以下结合附图所示，优选实施例作进一步详述，京开高速双向6车道，存在数条公交线路在主线上运营，实施流程如附图3。

步骤1：把京开高速分成上行和下行两个方向，见图3中的AB和BA两个方向，把上下行方向划分成多个独立的路段单元，见图中的link₁和link₂，计算路段单元的方位角(以正北方向为0度角，路段单元起点和终点的连线与正北方向的夹角)，

步骤2：建立路段单元与公交车站对应关系表。

根据路段单元和公交车站地理空间位置，建立两者的归属关系，即公交车站属于哪一个路段单元，在link₁和link₂中各有一个公交车站，分别是BID₁和BID₂，BID₁属于路段单元link₁，BID₂属于路段单元link₂，其坐标分别记录为和数据见表1。

表1

步骤3：过滤路段单元周边的GPS点。

选择路段单元周边一定范围(d_link)内的GPS坐标点，这里取50米，过滤link₁周边的全部GPS点，把过滤的路段单元周边GPS数据，按公交车辆编号BID₁、时间t排序，构成路段单元link₁周边GPS数据集合见表2所示。

表2

步骤4：消除公交停站对速度估计的影响，把公交车站周边一定范围(d_bus)内的GPS点从集合中剔除，d_bus取值50米，和均被剔除，构成新的集合见表3所示。

表3

步骤5：以BID₁中时间最小的点为起点时间最大的点为终点计算所构成线段的方位角， $A_{{\mathrm{BID}}_1,{\mathrm{link}}_1}=265,$ 比较 $A_{{\mathrm{BID}}_1,{\mathrm{link}}_1}=265$ 与 $A_{{\mathrm{link}}_1}=270$ 的绝对值大小，取A_threshold＝30，在阈值范围内，因此BID₁的GPS数据是有效数据，予以保留。构成集合数据与表3相同。

步骤6：在集合中，不存在车辆编号BID₁仅有一条记录的GPS数据，无须再剔除数据，构成新的集合数据仍与表3相同。

步骤7：计算路段单元link₁公交车辆平均运行速度集合中，车辆编号BID₁的最大时间是12:15:50，最小时间是12:15:10，对应的GPS点是和计算两点的时间差值和距离差值，进而计算车辆的运行速度，见表4所示，公交车辆平均运行速度

表4

步骤8：本实施案例选用的道路属于高速公路，需利用速度补偿模型进行修正，才能得到道路交通运行速度，取速度修正模型参数λ＝1/9，得到高速公路交通运行速度

因此：根据速度区间分级，该速度下的道路处理畅通状态。

最后应说明的是：以上示例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的示例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种利用公交车辆GPS数据动态评估道路交通状态的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：划分路段单元，把道路分成上行和下行两个方向，划分路段单元是指为计算道路交通运行速度，把道路的上下行方向划分成多个独立的路段单元，相同的路段单元，认为交通流速度一致，根据交通流的方向计算路段单元的方向角(以正北方向为0度角，路段单元起点和终点的连线与正北方向的夹角(顺时针))，路段单元i的方位角记为

步骤2：建立路段单元与公交车站对应关系表，根据路段单元和公交车站地理空间位置，建立两者的归属关系，即公交车站属于哪一个路段单元，公交车站j归属于路段单元i，其坐标信息记为

步骤3：过滤路段单元周边的GPS点，过滤路段单元周边一定范围(d_link)内的GPS坐标点，d_link取值依据道路宽度，可取10-80米，GPS坐标点n属于路段单元i记为包含GPS坐标，时间信息，记为

步骤4：把过滤的路段单元周边GPS数据，按公交车辆编号BID_k、时间t排序，构成路段单元i周边GPS数据集合

步骤5：为消除公交停靠站对速度估计的影响，把公交车站周边一定范围(d_bus)内的GPS点从集合中剔除，d_bus取值依据公交站台的长度，可取10-50米，构成集合

步骤6：以BID_k中时间最小的点为起点时间最大的点为终点计算所构成线段的方位角，比较与的绝对值大小，若时，认为BID_k的GPS数据是有效数据，则否认为是无效数据，无效数据应剔除，A_threshold的取值可以0-45，取值越小，结果精度越高，构成集合 $C_i^{\′\′}({\mathrm{BID}}_k,{\mathrm{GPS}}_{{n,\mathrm{link}}_i}(x,y,t)),$

步骤7：在集合中，剔除车辆编号BID_k仅有一条记录的GPS数据，构成集合

步骤8：计算路段单元i公交车辆平均运行速度集合中，取相同车辆编号最大时间和最小时间的GPS点，计算两点的时间差值和距离差值，进而计算车辆的运行速度，多辆公交车的平均运行速度即是该路段单元公交的平均公交运行速度

步骤9：公交在道路上运行时，除受道路限速要求外，还要遵守公交运行的安全规定，城市道路最高限速值通常较低，公交车辆运行速度和普通车流速度相差无几；当公交在高速公路上运行时，公交的最高运行速度通常达不到高速公路限速的上限，因此，公交的平均运行速度不能很好的代表高速公路交通流的运行速度，还需要进行修正，本专利把该修正过程称为速度补偿，对应的补偿方法称为速度补偿模型，大量速度调查结果表明，道路交通运行速度与公交平均运行速度存在线性关系，速度补偿模型为：