CN108132056A - 一种通过gps推断公交路径方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通过GPS推断公交路径方法，本方法首先去除数据两段，车辆位于首末站或首末站的公交场站内的速度为0的点及进出场站的不规则运动方向点。地图匹配；连续两点对之间的路径推测；点对路径连接及筛选；多段路径合并；路径平滑；采用移动窗口平滑法，直到终止路链。完全自动化，无需人工介入，即在毫秒级时间内得出一个趟次公交车GPS数据的实际行驶路径。本方法通过获取某一辆公交车一个趟次的GPS数据，通过GPS数据去除异常，将各点匹配到导航图的路链上，通过路链关联推测路链走向，形成多段公交路径，经过合并平滑形成完整趟次路径的方法。

Description

一种通过GPS推断公交路径方法

技术领域

本发明涉及一种通过公交车GPS数据推断公交路径的方法，通过获取某一辆公交车一个趟次的GPS数据，通过GPS数据去除异常，将各点匹配到导航图的路链上，通过路链关联推测路链走向，形成多段公交路径，经过合并平滑形成完整趟次路径的方法。

背景技术

公交线路是公交车在城市中实际行进的路线，在计算机系统中体现为导航图中从始发站所属路链到终点站所属路链的可连续跳转的路链序列，是各类公交线路查询、换乘方案查询、公交速度、客流分析等系统所用到的基础数据。以往的公交线路，大多是通过确定起终点及途经站点，由人工在地图中手动绘制出来的，存在匹配导航图不准，与实际行驶方向相反等问题。随着城市的扩张，新增公交线路、延长公交线路，调整线路走向的情况越来越多，单纯人工绘制存在错误多，时间长等问题。

为了解决上述问题，发明了通过GPS推断公交线路的方法，使用GIS和大数据技术，可快速、准确地推断出公交线路到导航路链序列，提供给其它系统使用。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种通过GPS数据推断公交导航路径的流程。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

一种通过GPS数据推断公交导航路径的方法，将所需计算的城市按城市范围以0.005度作为间隔划分为n*m个网格(LinkGrid)组成的矩阵(LinkMatrix)，n为网格的行数，m为网格的列数；将导航图中的每条路链(Link)缓存到内存中，将每条路链按照两两点拆分为有序的路链段(LinkSection)，用于导航图的匹配。根据LinkSection与LinkGrid的关系，在每个LinkGrid中保存所覆盖的LinkSection列表(图1)。

从每条路链起始，生成500米范围内的路链行驶树(RouteTree)，路链行驶树的每个节点(RouteLinkNode)即是一条路链，保存了从路链行驶树的根路链到此路链的行驶距离，其父节点id，此路链行驶树在此路链上的行驶方向等信息，用于路径推测，如图2，为从右上角加粗路链出发，500米范围内所能到达的所有路链。

以上六种数据为本方法的基础数据。

该方法的实现包括以下步骤：

步骤1：数据预处理

去除数据两段，车辆位于首末站或首末站的公交场站内的速度为0的点及进出场站的不规则运动方向点。

对于存在首末站中间GPS数据丢失的情况，如果首末站中间GPS数据丢失超过3分钟，则将首末站中间的路段拆分为两段，并分别进行匹配。

计算每个GPS序列中的点与前后两点连线的方向，丢弃存在前后方向差别大的异常点。

步骤2：地图匹配

1)循环GPS序列中的点，将经纬度转换为LinkMatrix中的行列号，获取行列号上所属的LinkGrid及周边的八个LinkGrid。

2)循环所有LinkGrid所覆盖的所有LinkSection，判断点的距离及行驶方向与LinkSection的关系，对于同一条Link上的多个LinkSection，用距离近的替换远的。

3)循环找到的所有在匹配距离及匹配角度内的Link，根据匹配距离及匹配角度计算匹配相关度，并按相关度排序，丢弃相关度低或点匹配到路链两端的情况。

步骤3：连续两点对之间的路径推测

循环GPS序列中的两两点对，循环起点的多个匹配路链和终点的多个匹配路链，利用缓存的500米范围内路链行驶树，直接获取两个路链对之间的导航路径。

步骤4：点对路径连接及筛选；

循环两两点对之间的路径，将第1-2点的路径和2-3点的路径，根据中间2点的共同匹配合并为1-3点的路径，然后再合并3-4点的路径为1-4点的路径，然后再合并(x-1)-(x)的路径为1-x点的路径，x小于等于n，x大于等于1；直到与n-(n+1)点之间没有推测出轨迹，将这n点的轨迹保存，继续循环n+1点以后的轨迹重复执行，最后形成m段多点的连续路径(图3)。

步骤5：多段路径合并；

对于步骤4形成的多点的连续路径，在中断处，采用非缓存方法，再次计算中断处前后两条路链之间的路径。

如果两条路链中间无法推测出路径，则先忽略前一段路径的最后一条路链，计算前一段路径中前一段路径的倒数第二条路链与后一段路径中的第一条路链之间的路径。还是没有，则计算前一段路径的最后一条路链与后一段路径中的第二条路链之间的路径(图4)，还是没有，则计算前一段路径中倒数第二条的路链与后一段路径中的第二条路链之间的路径。

如果还是无法推测，则忽略前后两条路径，计算前一条路径的倒数第三条路链与后一条路径的第三条路链之间的路径，直到能够得出路径，将两段路径合并为一条完整的路径。

最多经过5轮循环，就能将两段路径合并。

步骤6：路径平滑；

经步骤5得出的路径，仍存在部分地点出现异常拐弯(图5)，悬挂线(图6)，在主路或辅路间频繁切换的情况(图7)。

采用移动窗口平滑法，以连续的7条路链为基础，判断起始路链到结束路链是否有更近的路径替代，如果有则进行替代，然后往前移动4条路链，判断下一个7条路链，直到终止路链。

与现有技术相比，本发明具有以下明显的优势：

完全自动化，无需人工介入，即可在毫秒级时间内得出一个趟次公交车GPS数据的实际行驶路径。

附图说明

图1；路链基础数据示意图。

图2：路链行驶树示意图。

图3：多段路径示意图。

图4：多段路径合并示意图。

图5：路径异常拐弯示意图。

图6：路径悬挂线示意图。

图7：路径在主路或辅路间频繁切换示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

具体实施方式以武汉市公交行业综合业务管理系统中的公交线路管理平台为例。

武汉市公交行业综合业务管理系统是武汉市公交办为管理武汉市1万余辆公交车、2万公交车司乘人员、700多条线路、近6000个站点即其它相关附属设施而专门建设的管理系统。主要的功能是显示全市公交车的实时地理位置、按区域或公交线路、站点分析运营速度、驻站时间、准点率、兑现率、查找定位单个公交车、查看单个公交车历史轨迹、历史轨迹模糊搜索等。该系统由应用服务器、GIS服务器、数据库服务器组成。其中服务器型号为浪潮英信NF8460M4服务器，2个2.1GHz CPU，内存64G，300G存储。系统的主要数据，来源于数据中心发送的全市1万辆公交车GPS及刷卡数据。公交车GPS及刷卡数据由安装在公交车上的移动设备发出，一般一分钟发送3-4次。系统从行业数据中心接收到的GPS数据1500条左右每秒。

本发明所述的方法包括以下步骤：

数据预处理，包括以下步骤：

步骤1.1去除数据两段，车辆位于首末站或首末站的公交场站内的速度为0的点及进出场站的不规则运动方向点。

步骤1.2对于存在中间GPS数据丢失的情况，如果丢失超过3分钟，则拆分为两段分别进行匹配。

步骤1.3计算每个GPS点与前后两点连线的方向，丢弃存在前后方向差别特别大的异常点。

地图匹配，包括以下步骤：

步骤2.1循环GPS序列中的点，将经纬度转换为LinkMatrix中的行列号。

步骤2.2获取行列号上所属的LinkGrid及周边的八个LinkGrid。

步骤2.3循环所有九个LinkGrid所覆盖的所有LinkSection，计算GPS点到LinkSection的距离及GPS点方向与LinkSection行驶方向的夹角，对于同一条Link上的多个LinkSection，用距离更近的替换更远的。

步骤2.4循环找到的所有在匹配距离及角度内的Link，根据距离及角度计算匹配相关度，并按相关度排序，丢弃相关度低或点匹配到路链两端的情况。

连续两点对之间的路径推测包括以下步骤：

步骤3.1循环GPS序列中的连续两两点对。

步骤3.2循环起点的多个匹配路链和终点的多个匹配路链。

步骤3.3查询每条起点路链到终点路链的行驶路径。

步骤3.4如果有，则添加到两点间的路径列表中，如果没有，则跳过。

点对路径连接及筛选包括以下步骤：

步骤4.1循环两两点对之间的路径。

步骤4.2将第1-2点的路径和2-3点的路径，根据中间2点的共同匹配合并为1-3点的路径，然后再合并3-4点的路径为1-4点的路径，如此反复，直到与n-(n+1)点之间没有推测出轨迹。

步骤4.3将此n点的轨迹保存，继续循环n+1点以后的轨迹重复执行，最后形成m段多点的连续路径(图3)。

多段路径合并包括以下步骤：

步骤5.1按顺序循环多段路径中的连续两段路径。

步骤5.2计算前一段路径最后一条路链到后一段路径第一条路链间是否有路径可达。

步骤5.3如果两条路链中间无法推测出路径，则有以下三种方案：

步骤5.3.1先忽略前一段轨迹的最后一条路链，计算前一段路径中更往前的一条路链与后一段路径中的第一条路链之间的路径。

步骤5.3.2还是没有，则计算前一段路径的最后一条路链与后一段路径中的第二条路链之间的路径。

步骤5.3.3还是没有，则计算前一段路径中倒数第二条的路链与后一段路径中的第二条路链之间的路径。

步骤5.4如果还是无法推测，则获取前一段路径的倒数第三条或后一条路径的第三条路链，采用步骤5.3的方法，判断是否有路径可达。

步骤5.5当能够得出路径时，将两段路径合并为一条完整的路径。

步骤5.6将所有路径段合并为完整一趟线路的路径。

路径平滑包括以下步骤

步骤6.1循环完整的路径，每次获取连续的七条路链。

步骤6.2判断起始路链到结束路链是否有更近的路径。

步骤6.3如果存在，则将判断出的路径替换此七条路链。

步骤6.4循环向前前进四条路链，再次获取往后的七条路链，循环步骤6.2-6.3，直到路链到达终点。

Claims (1)

1.一种通过GPS推断公交路径方法，将所需计算的城市按城市范围以0.005度作为间隔划分为n*m个网格(LinkGrid)组成的矩阵(LinkMatrix)，n为网格的行数，m为网格的列数；将导航图中的每条路链(Link)缓存到内存中，将每条路链按照两两点拆分为有序的路链段(LinkSection)，用于导航图的匹配；根据LinkSection与LinkGrid的关系，在每个LinkGrid中保存所覆盖的LinkSection列表；

从每条路链起始，生成500米范围内的路链行驶树(RouteTree)，路链行驶树的每个节点(RouteLinkNode)即是一条路链，保存了从路链行驶树的根路链到此路链的行驶距离，其父节点id，此路链行驶树在此路链上的行驶方向信息，用于路径推测，为从右上角加粗路链出发，500米范围内所能到达的所有路链；

以上六种数据为本方法的基础数据；

其特征在于：该方法的实现包括以下步骤，

步骤1：数据预处理

去除数据两段，车辆位于首末站或首末站的公交场站内的速度为0的点及进出场站的不规则运动方向点；

对于存在首末站中间GPS数据丢失的情况，如果首末站中间GPS数据丢失超过3分钟，则将首末站中间的路段拆分为两段，并分别进行匹配；

计算每个GPS序列中的点与前后两点连线的方向，丢弃存在前后方向差别大的异常点；

步骤2：地图匹配

1)循环GPS序列中的点，将经纬度转换为LinkMatrix中的行列号，获取行列号上所属的LinkGrid及周边的八个LinkGrid；

2)循环所有LinkGrid所覆盖的所有LinkSection，判断点的距离及行驶方向与LinkSection的关系，对于同一条Link上的多个LinkSection，用距离近的替换远的；

3)循环找到的所有在匹配距离及匹配角度内的Link，根据匹配距离及匹配角度计算匹配相关度，并按相关度排序，丢弃相关度低或点匹配到路链两端的情况；

步骤3：连续两点对之间的路径推测

循环GPS序列中的两两点对，循环起点的多个匹配路链和终点的多个匹配路链，利用缓存的500米范围内路链行驶树，直接获取两个路链对之间的导航路径；

步骤4：点对路径连接及筛选；

循环两两点对之间的路径，将第1-2点的路径和2-3点的路径，根据中间2点的共同匹配合并为1-3点的路径，然后再合并3-4点的路径为1-4点的路径，然后再合并(x-1)-(x)的路径为1-x点的路径，x小于等于n，x大于等于1；直到与n-(n+1)点之间没有推测出轨迹，将这n点的轨迹保存，继续循环n+1点以后的轨迹重复执行，最后形成m段多点的连续路径；

步骤5：多段路径合并；

对于步骤4形成的多点的连续路径，在中断处，采用非缓存方法，再次计算中断处前后两条路链之间的路径；

如果两条路链中间无法推测出路径，则先忽略前一段路径的最后一条路链，计算前一段路径中前一段路径的倒数第二条路链与后一段路径中的第一条路链之间的路径；还是没有，则计算前一段路径的最后一条路链与后一段路径中的第二条路链之间的路径，还是没有，则计算前一段路径中倒数第二条的路链与后一段路径中的第二条路链之间的路径；

如果还是无法推测，则忽略前后两条路径，计算前一条路径的倒数第三条路链与后一条路径的第三条路链之间的路径，直到能够得出路径，将两段路径合并为一条完整的路径；

最多经过5轮循环，就能将两段路径合并；

步骤6：路径平滑；

经步骤5得出的路径，仍存在部分地点出现异常拐弯，悬挂线，在主路或辅路间频繁切换的情况；

采用移动窗口平滑法，以连续的7条路链为基础，判断起始路链到结束路链是否有更近的路径替代，如果有则进行替代，然后往前移动4条路链，判断下一个7条路链，直到终止路链。