CN110856119B - 一种基于几何向量的港口车辆轨迹纠偏方法 - Google Patents

一种基于几何向量的港口车辆轨迹纠偏方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于几何向量的港口车辆轨迹纠偏方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、建立道路拓扑网；S2、初始化车辆状态，记录车辆的当前位置以及起始道路；S3、车辆开始移动，车辆定位器定时向监控服务端发送车辆位置即时数据；S4、根据车辆位置与道路拓扑网的拓扑关系求解车辆所在疑似道路；S5、基于几何向量轨迹纠偏算法对车辆位置进行纠偏，根据车辆行驶方向向量、道路向量、车辆疑似道路列表求解车辆纠偏位置，确定车辆所在道路。本发明可应用于港口、码头的车辆监控方面，有效提高了信号较弱区域的车辆位置监控精准度，极大的减少了布控定位传感器、高精度GPS导航的花费，减少了一定的经济损耗，给安防监控领域作出了贡献。

Description

一种基于几何向量的港口车辆轨迹纠偏方法
技术领域
本发明涉及监控领域，尤其涉及一种基于几何向量的港口车辆轨迹纠偏方法。
背景技术
当前实际应用中，车辆定位一般采用卫星定位、移动基站定位、WiFi辅助定位、AGPS定位等四种方式，但上述方式往往会受到卫星信号强弱、电信信号强弱、辅助定位基站距离远近等影响，导致手机定位位置与实际坐标位置存在一定的位置偏移，尤其在港口、码头等电信信号较弱、高建筑物(集装箱)林立的位置，手机位置偏移尤为严重，其严重降低了车辆监控精确度，给区域监控范围内的车辆监控造成了极大的影响。
发明内容
本发明目的是针对上述问题，提供一种有效防止监控中车辆位置偏移的基于几何向量的港口车辆轨迹纠偏方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种基于几何向量的港口车辆轨迹纠偏方法，包括以下步骤：
S1根据每条道路的序号、起点、终点、行驶方向、邻接道路序号，构建道路拓扑网。
S2、初始化车辆行驶状态；
S3、车辆开始移动，车辆定位器定时向监控服务端发送车辆位置即时数据；
S4、求解车辆所在疑似道路；
S5、基于几何向量轨迹纠偏算法对车辆位置进行纠偏；
算法中存在几个关键名词：
轨迹点：车辆定位器传回到服务器的即时位置点。
纠偏点：依据纠偏算法将车辆轨迹点拖拽到道路上的实际位置。
疑似道路：根据轨迹点预测车辆可能所在的道路。
最大偏移距离：车辆定位器最大的偏移位置。
进一步的，所述步骤S1中以港口、码头入口为起始点，对港口、码头内路网进行数字化，根据已经数字化好的道路网，遵守港口区域车辆行使规则：不可调头、不可逆性、车辆单向行驶。记录每条道路的序号、起点、终点、名称、长度、宽度、行驶方向、邻接道路序号，构建道路拓扑网。
进一步的，所述步骤S2中初始化车辆状态，主要初始化车辆的初始纠偏点、车辆所属道路、不确定轨迹点数组等信息，不确定轨迹点数组为一个分类类别，在车辆轨迹不明确时将其暂时归入不确定轨迹点数组中。
进一步的，所述步骤S3车辆开始移动，车辆定位器定时向监控服务端发送车辆位置即时数据。
进一步的，所述步骤S4求解车辆所在疑似道路，主要包括：
以车辆轨迹点为圆心、以车辆定位器最大偏移距离为半径，绘制车辆轨迹疑似区域圆，求解疑似区域圆与道路网的相交结果，得出疑似道路列表；同时根据交通规则以及车辆轨迹点位置，对违规驾驶提出报警信号。
进一步的，所属步骤S5基于几何向量轨迹纠偏算法对车辆位置进行纠偏，主要包括：
判断疑似道路列表数量，如果数量为0，则表明该轨迹点已经超出最大偏移距离，将该点加入到“不确定轨迹点数组”；如果数量为1，则该疑似道路即为车辆所在新道路，并更新车辆所在道路及新纠偏点位置；如果数量为2，则根据车辆行驶方向向量与2条疑似道路向量之间的夹角大小关系，确定并更新车辆所在新道路和新纠偏位置；如果数量大于2，则表明该车辆肯定正行使在道路交叉口，暂时无法计算该轨迹点所属道路，则将该点存入“不确定轨迹点数组”，同时车辆继续行使。
与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：
本发明首先根据港口码头的实际道路及道路驾驶规则建立道路拓扑网，当车辆行驶时，每获取到车辆定位器传回的位置后，以车辆定位器的平均偏移距离为半径画圆求解出与该圆相交的所有道路，然后通过道路拓扑网中的道路连接关系以及车辆行驶方向排除部分疑似道路；最后利用车辆行驶方向、道路前进方向形成的向量夹角，确定车辆当前位置所属道路，最终将车辆定位器定位位置拖拽到实际道路位置处。本发明可应用于港口、码头的车辆监控、车辆违规驾驶监控方面，有效提高了信号较弱区域的车辆位置监控精准度，极大的减少了布控定位传感器、高精度GPS导航的花费，减少了一定的经济损耗，给安防监控领域作出了贡献。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的框架流程图上部；
图2为本发明的框架流程图下部。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
本发明提出了一种基于几何向量的港口车辆轨迹纠偏方法，其建立了道路数据拓扑网，利用车辆行驶方向、道路前进方向形成的向量夹角，可将定位偏移点实时拖拽到实际道路上，该方法可应用于港口、码头的车辆监控方面，可大大减少布控定位传感器、高精度GPS导航的花费。
如图1、图2所示，图1、图2为整个发明步骤的框架流程图，整个图使得文字过小，为了方便审查，将其分为框架流程图上部、框架流程图下部，框架流程图上部底端的弯曲折线与框架流程图下部顶端的弯曲折线对应连接；本发明的操作步骤为：
1.对监控区域的道路进行数字化:
1.1、建立坐标系并确定好坐标原点；
1.2、将每条道路转化为线段，通过该道路与原点的位置关系将其标在坐标系上。
2.建立道路拓扑结构网:
遵守港口区域车辆行使规则：不可调头、不可逆性、车辆单向行驶。
依据已经数字化好的道路网，记录每条道路的序号、起点、终点、名称、长度、宽度、行驶方向、邻接道路序号，构建道路拓扑网。
3.初始化车辆行驶状态:
3.1、初始化车辆纠偏后位置，即车辆起始点；
3.2、初始化车辆当前所在道路，即车辆起始位置所属道路；
3.3、初始化“不确定轨迹点数组”。
4.车辆开始移动，车辆定位器定时向监控服务端发送车辆位置即时数据；
5.求解车辆所在疑似道路：
5.1、以车辆轨迹点为圆心、以车辆定位器最大偏移距离为半径，绘制车辆轨迹疑似区域圆；
5.2、求解疑似区域圆与所有道路的相交情况，列出所有可能的道路；
5.3、根据道路拓扑结构中某条道路的相邻接道路列表，排除非法道路；
5.4、根据车辆轨迹点与上一次纠偏位置，排查车辆是否逆行，并给出相应报警提示。
6.基于几何向量轨迹纠偏算法对车辆位置进行纠偏：
根据疑似道路列表中疑似道路的数量：0、1、2、>2条，分别提供4种处理机制，依据车辆行驶方向向量和道路向量，解决车辆在道路交叉路口处的特殊情况，确保车辆依据合法的行使规则在合法的道路上行使。详细步骤为：
6.1、疑似道路列表有0条道路，说明该点已超出最大偏移距离，将该点加入“不确定轨迹点数组”；
6.2、疑似道路列表有1条道路，则该道路即为车辆当前所属新道路：
Figure BDA0002265906390000051
求解轨迹点与该道路(线段)的垂足，确认拖拽点；
Figure BDA0002265906390000052
更新车辆拖拽点；
Figure BDA0002265906390000053
更新车辆所在道路；
Figure BDA0002265906390000054
清空“不确定轨迹点数组”，并将该数组内所有轨迹点拖拽至新拖拽点。
6.3、疑似道路列表有2条道路，则求解步骤：
Figure BDA0002265906390000055
根据车辆轨迹点与上一纠偏点，构建车辆行驶向量；
Figure BDA0002265906390000056
根据疑似道路起点、终点构建每条疑似道路的道路向量；
Figure BDA0002265906390000057
求解各道路向量与车辆行驶向量的向量夹角；
Figure BDA0002265906390000061
向量夹角最小的道路即为车辆最可能所在道路；
Figure BDA0002265906390000062
求解轨迹点与车辆最可能所在新道路(线段)的拖拽点(垂足)；
Figure BDA0002265906390000063
判断拖拽点与车辆最可能所在新道路的起点坐标是否一致：
(1)如果一致，则表明车辆正处于拐弯处；
·车辆所在道路暂时不变；
·更新车辆轨迹拖拽点为车辆上一所在道路的终点；
·清空“不确定轨迹点数组”，并将该数组内所有轨迹点拖拽至新拖拽点。
(2)如果不一致，则表明车辆刚刚走过了拐弯处：
·车辆最可能所在新道路即为车辆所在新道路；
·更新车辆拖拽点；
·更新车辆所在道路；
·清空“不确定轨迹点数组”，并将该数组内所有轨迹点拖拽至新拖拽点。
6.4、疑似道路列表大于2条道路，则求解步骤：
Figure BDA0002265906390000064
只能确定车辆正行驶在拐弯处，但不能确定车辆所属道路；
Figure BDA0002265906390000065
将该点加入“不确定轨迹点数组”。
本发明首先根据港口码头的实际道路及道路驾驶规则建立道路拓扑网，当车辆行驶时，每获取到车辆定位器传回的位置后，以车辆定位器定位的平均偏移距离为半径画圆求解出与该圆相交的所有道路，然后通过道路拓扑网中的道路连接关系以及车辆行驶方向排除部分疑似道路；最后利用车辆行驶方向、道路前进方向形成的向量夹角，确定车辆当前位置所属道路，最终将车辆定位器定位位置拖拽到实际道路位置处。本发明可应用于港口、码头的车辆监控方面，有效提高了信号较弱区域的车辆位置监控精准度，极大的减少了布控定位传感器、高精度GPS导航的花费，减少了一定的经济损耗，给安防监控领域作出了贡献。

Claims (4)

1.一种基于几何向量的港口车辆轨迹纠偏方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、以港口、码头入口为起始点，对港口、码头内路网进行数字化，根据已经数字化好的道路网，遵守港口区域车辆行使规则：不可调头、不可逆性、车辆单向行驶；记录每条道路的序号、起点、终点、名称、长度、宽度、行驶方向、邻接道路序号，构建道路拓扑网；
S2、初始化车辆状态，记录车辆的当前位置以及起始道路；
S3、车辆开始移动，车辆定位器定时向监控服务端发送车辆位置即时数据；
S4、根据车辆位置与道路拓扑网的拓扑关系求解车辆所在疑似道路；所述步骤S4求解车辆所在疑似道路，主要包括：
4.1、以车辆轨迹点为圆心、以车辆定位器最大偏移距离为半径，绘制车辆轨迹疑似区域圆；
4.2、求解疑似区域圆与所有道路的相交情况，列出所有可能的道路；
4.3、根据道路拓扑结构中某条道路的相邻接道路列表，排除非法道路；
4.4、根据车辆轨迹点与上一次纠偏位置，排查车辆是否逆行，并给出相应报警提示；
S5、基于几何向量轨迹纠偏算法对车辆位置进行纠偏，根据车辆行驶方向向量、道路向量、车辆疑似道路列表求解车辆纠偏位置，确定车辆所在道路；
确定疑似道路列表中疑似道路的数量：0、1、2、>2条，对于不同的道路数量分别提供不同的处理机制，依据车辆行驶方向向量与道路向量，求解车辆拖拽点和所在道路，确保车辆依据合法的行使规则在合法的道路上行使。
2.如权利要求1所述的基于几何向量的港口车辆轨迹纠偏方法，其特征在于：所述步骤S1中根据每条道路的序号、起点、终点、行驶方向、邻接道路序号，构建道路拓扑网。
3.如权利要求2所述的基于几何向量的港口车辆轨迹纠偏方法，其特征在于：所述步骤S2中车辆状态即车辆起始点；车辆当前位置即车辆起始位置所属道路。
4.如权利要求3所述的基于几何向量的港口车辆轨迹纠偏方法，其特征在于：所述步骤S3中车辆行驶过程中及时将车辆轨迹位置传至监控服务器端。
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