CN112017447A - 一种基于gps位置信息判定车辆逆行违规的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于GPS地理位置信息判定车辆逆行违规的方法和系统，该方法包括：将电子地图划分成多个网格，获得精细化的城市内部的主干路网格地图，在网格地图中标记车道线，确定并记录左侧车道线和右侧车道线的正确行进方向；将车辆行驶轨迹上的原始点投影到网格地图对应的车道上，获得网格地图上匹配的标记点；根据车辆行驶轨迹上标记点的位置变化确定车辆行进方向，判断其是否行驶违规。本发明的技术方案可以准确地将地理空间中的车辆位置信息匹配到电子地图中，快速地判断出车辆行驶轨迹，有效地规范车辆行驶，解决城市主干路车辆违规逆行问题，降低交通事故的发生率。
Description
技术领域
本发明涉及GPS导航领域，特别涉及GPS定位地图匹配领域，是一种基于GPS地理位置信息判定车辆逆行违规的方法。
背景技术
随着国内车辆拥有量的增长,城市(特别是像北京,上海,广州,深圳这类城市)的交通日益拥挤,且呈日趋恶化之势.多年来,国内外实践经验证明,解决城市交通问题单纯依靠道路基础设施的改善是不能奏效的,除了要有相应的宏观交通政策予以支持外,现代化的交通管理也是十分重要的一环.随着电子技术,通信技术,计算机技术等高新技术的发展,精确的电子地图匹配与GPS导航系统融合已成为智能交通系统ITS(IntelligentTransportation System)为交通管理提供了解决交通问题的新思路和新手段,对提高交通的机动性,安全性提供了很大的帮助。
现有车辆轨迹的分析最常用的方法就是地图匹配(Map Matching，MM)，它的基本思想是在电子地图上搜索与GPS定位点相关的路段并与之匹配，以此来确定车辆在地图中的位置，通过一些传统的几何匹配算法来对轨迹修正。
按国家颁布的相关标准，同时也和全世界通用标准相差无几，城市道路每车道宽度为3.5米，交叉路口分流车道每车道为2.3-2.5米，干线公路(包括高速公路)每车道宽为3米，路肩(高速公路紧急停车带)为1.5-2.5米。高速公路收费站每车道宽度为2.5米，必要时必须设立3.5米以上的超宽收费车道。目前已有大量的地图匹配算法通过了分析和测试，可以将车辆位置、行驶轨迹呈现在地图上。由于民用GPS导航传感器精准度有限，最高精度约10m范围内。现有算法无法更加精准的判别车辆在行进过程中行驶在那条车道上，是否发生有发生逆行行为，这就使得匹配算法需要不断改善以达到理想的定位效果。
发明内容
随着快递业兴起迅速，派送快递电动车日益增多，现在交通管理部门对电动车行驶安全无明确性规定。近年来电动自行车违规行驶导致的交通事故与日俱增。传统的导航系统无法叛别车辆行进过程中行驶在那条车道轨迹上。
本发明提出了一种基于GPS地理位置信息判定车辆逆行违规的方法，包括如下步骤：
地图网格化步骤S1：将电子地图划分成多个网格，获得精细化的城市内部的主干路网格地图；
车道线绘制步骤S2：在网格地图中标记车道线，包括在主干路双向车道两侧标记车道线经纬度点，确定并记录左侧车道线和右侧车道线的正确行进方向；其中，同一方向车道线上的相邻标记点之间距离不大于GPS导航传感器的精度半径r；
标记点匹配步骤S3：GPS导航传感器获取车辆行驶轨迹上的原始点P1和原始点P2，将P1和P2分别投影到网格地图对应的车道上，为P1和P2匹配出网格地图上对应的标记点R和R’；
逆行判断步骤S4：根据两个标记点R和R’的位置变化确定车辆行进方向，判断该车辆行进方向是否与车道线正常行进方向一致，若一致，则为正常行驶，否则为逆行行驶。
本发明还提出了一种基于GPS地理位置信息判定电动自行车逆行违规的系统，包括如下单元：
地图网格化单元：将电子地图划分成多个网格，获得精细化的城市内部的主干路网格地图；
车道线绘制单元：在网格地图中标记车道线，包括在主干路双向车道两侧标记车道线经纬度点，确定并记录左侧车道线和右侧车道线的正确行进方向；其中，同一方向车道线上的相邻标记点之间距离不大于GPS导航传感器的精度半径r；
标记点匹配单元：GPS导航传感器获取车辆行驶轨迹上的原始点P1和原始点P2，将P1和P2分别投影到网格地图对应的车道上，为P1和P2匹配出网格地图上对应的标记点R和R’；
逆行判断单元：根据两个标记点R和R’的位置变化确定车辆行进方向，判断该车辆行进方向是否与车道线正常行进方向一致，若一致，则为正常行驶，否则为逆行行驶。
此外，本发明还提出了一种计算机可读介质，包括多条指令，所述多条指令由处理器加载并执行所述的基于GPS地理位置信息判定电动自行车逆行违规的方法。
本发明的有益效果是：采用实时GPS监控定位监测，准确地将地理空间中的车辆位置信息匹配到电子地图中，通过数据采集和算法分析可精准判断电动自行车所行驶的车道轨迹，并对其进行顺逆行违规判断，有效地规范车辆行驶，解决城市主干路车辆违规逆行问题，降低交通事故的发生率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为基于GPS地理位置信息判定测车辆逆行违规的方法的流程图。
图2示出了精细化后的城市内部的主干路网格地图。
图3示出了车辆行驶轨迹上的原始点和精度半径内的车道线标记点。
图4示出了车辆在非变道情况下，车辆逆行、顺行的一种情形。
图5示出了车辆在非变道情况下，车辆逆行、顺行的另一种情形。
图6示出了车辆在变道情况下，车辆逆行、顺行的一种情形。
图7示出了车辆在变道情况下，车辆逆行、顺行的另一种情形。
图8显示了本发明的基于GPS地理位置信息判定测车辆逆行违规的系统结构图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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，都属于本发明保护的范围。
图1示出了根据本发明一个实施方式实现的基于GPS地理位置信息判定测车辆逆行违规的方法的流程图，所述方法包括以下步骤：
地图网格化步骤：将电子地图划分成多个网格，获得精细化的城市内部的主干路网格地图。
电子地图的网格划分信息可以包括每个网格的位置信息，可以是GPS技术中使用的每个网格的两个相对顶点的经度、纬度坐标，以此来限定每个网格的尺寸和位置，并且能够通过该坐标与地理空间中的地点或位置相对应。
本发明基于GPS地理位置信息判定车辆逆行违规的算法从原理上可以分为两个相对独立的过程：1.寻找车辆当前行驶的道路；2.将当前车辆GPS定位点投影到车辆行驶的道路上。其中将当前车辆GPS定位点精准投射到车辆行驶的车道线上是的难点和关键所在。
标记网络地图车道线，寻找车辆当前行驶的道路
车道线绘制步骤：在网格地图中标记车道线，包括在主干路双向车道两侧
标记车道线经纬度点，确定并记录左侧车道线和右侧车道线的正确行进方向；其中，同一方向车道线上的相邻标记点之间距离不大于GPS导航传感器的精度半径r。
图2示出了精细化后的城市内部的主干路网格地图。根据交通行驶规定，在主干路双向车道两侧标记车道线经纬度点，左侧车道线正确行进方向由L1到L7，右侧车道线正确行进方向由R1到R7。由于民用GPS导航传感器最高精度约10m范围内，其半径r约为5m。设计同一方向车道线上每两点之间距离d在导航传感器的精度范围内(d≤5)。
2.GPS定位点投影，点位匹配算法
标记点匹配步骤：GPS导航传感器获取车辆行驶轨迹上的前后两个原始点P和P1，P和P1分别投影到网格地图对应的车道上，为其匹配出网格地图上对应的标记点R2和R1。
GPS导航传感器每次得到原始点数据为P(x,y)，根据其精度判断其半径r内有无车道线标记点。使用最短距离算法求其点P到每个标记点的距离:
若无标记点则抛弃此点此数据；若有标记点，如图3所示，P(x,y)为车辆行驶轨迹上的原始点，R1(x1,y1)、R2(x2,y2)、L6(x3,y3)三点均为P(x,y)在GPS导航传感器精度半径内寻找到的车道线标记点，其中P(x,y)到车道线标记点R1(x1,y1)、R2(x2,y2)、L6(x3,y3)点距离分别为：
假设l2≤l1≤l3，则将点P匹配到点R2上。
当GPS导航传感器上传下一个原始点数据P1时，根据GPS点位匹配算法为P1找到与之匹配的车道线标记点。
在将当前车辆GPS定位点精准投射到车辆行驶的车道线上后，判定算法要对车辆行驶轨迹进行分析判断，以确定车辆行驶过程是否存在违章。
逆行判断步骤：根据两个标记点的位置变化确定车辆行进方向，首先判断车辆行进方向是否为变道；若未变道，再判断该车辆行进方向是否与车道线正常行进方向一致，若一致，则为正常行驶，否则为逆行行驶；若判断车辆行进方向为变道，再判断变道后的行进方向与新车道的车道正确行进方向是否相同，若相同，则为正常变道顺行；若相反，判断其为变道逆行。
根据本发明的一个实施方式，判断行驶违规有以下四种情况：
图4示出了非变道情况下，车辆逆行的情形：假设P1匹配点位R1，判定其实际行进方向为由R2到R1，其正确车道线行进方向由R1到R7与实际行进方向相反，判断其为逆行。
图5示出了非变道情况下，车辆正常顺行的情况：假设P1匹配点为R3，判断其实际行进方向为由R2到R3，其正确车道线行进方向由R1到R7与实际行进方向相同，判断其为顺行。
图6示出了车辆变道并且逆行的情形：假设P1匹配点位L5，判定其实际行进方向为由R2到L5，此时车辆属于变道行驶，正确变道方向为由R2到L7，判断其为变道逆行。
图7示出了车辆变道后正常顺行的情形：假设P1匹配点位L7，判定其实际行进方向为由R2到L7，此时车辆属于变道行驶，正确变道方向为由R2到L7，判断其为变道顺行。
本发明还提出了一种基于GPS地理位置信息判定电动自行车逆行违规的系统，其系统结构如图8所示，包括如下单元：
地图网格化单元：将电子地图划分成多个网格，获得精细化的城市内部的主干路网格地图；
车道线绘制单元：在网格地图中标记车道线，包括在主干路双向车道两侧标记车道线经纬度点，确定并记录左侧车道线和右侧车道线的正确行进方向；其中，同一方向车道线上的相邻标记点之间距离不大于GPS导航传感器的精度半径r；
标记点匹配单元：GPS导航传感器获取车辆行驶轨迹上的原始点P1和原始点P2，将P1和P2分别投影到网格地图对应的车道上，为P1和P2匹配出网格地图上对应的标记点R和R’；
逆行判断单元：根据两个标记点R和R’的位置变化确定车辆行进方向，判断该车辆行进方向是否与车道线正常行进方向一致，若一致，则为正常行驶，否则为逆行行驶。
此外，本发明还提出了一种计算机可读介质，包括多条指令，所述多条指令由处理器加载并执行所述的基于GPS地理位置信息判定车辆逆行违规的方法。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机装置(可以是个人计算机，实体机服务器，或者网络云服务器等，需安装Windows或者Windows Server操作系统)执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种基于GPS地理位置信息判定车辆逆行违规的方法，其特征在于，包括如下步骤：
地图网格化步骤S1：将电子地图划分成多个网格，获得精细化的城市内部的主干路网格地图；
车道线绘制步骤S2：在网格地图中标记车道线，包括在主干路双向车道两侧标记车道线经纬度点，确定并记录左侧车道线和右侧车道线的正确行进方向；其中，同一方向车道线上的相邻标记点之间距离不大于GPS导航传感器的精度半径r；
标记点匹配步骤S3：GPS导航传感器获取车辆行驶轨迹上的原始点P1和原始点P2，将P1和P2分别投影到网格地图对应的车道上，为P1和P2匹配出网格地图上对应的标记点R和R’；
逆行判断步骤S4：根据两个标记点R和R’的位置变化确定车辆行进方向，判断该车辆行进方向是否与车道线正常行进方向一致，若一致，则为正常行驶，否则为逆行行驶。
2.根据权利要求1所述的基于GPS地理位置信息判定车辆逆行违规的方法，其特征在于，所述精度半径r取值为5米。
3.如权利要求1所述的基于GPS地理位置信息判定车辆逆行违规的方法，其特征在于，在标记点匹配步骤S3中，所述为P1和P2匹配出网格地图上对应的标记点R和R’的步骤包括：以原始点P1和P2为圆心，判断在精度半径r内有无车道线标记点；若无标记点，则舍弃该原始点数据，若有标记点，则使用最短距离算法求P1和P2到精度半径r内的每个标记点的距离；将与点P1距离最短的标记点R作为与其匹配的标记点，将与点P2距离最短的标记点R’作为与其匹配的标记点。
4.如权利要求3所述的基于GPS地理位置信息判定车辆逆行违规的方法，其特征在于，所述最短距离算法的公式为:
其中，(x,y)为车辆原始点坐标，(xi,yi)为精度半径r内的标记点的坐标。
5.如权利要求1所述的基于GPS地理位置信息判定车辆逆行违规的方法，其特征在于，所述逆行判断步骤S4中，在判断该车辆行进方向是否与车道线正常行进方向一致前，先判断车辆行进方向是否为变道；若未变道，则当车辆行进方向与车道正确行进方向一致时，判断其为正常顺行；当车辆行进方向与车道正确行进方向相反时，判断其为逆行。
6.如权利要求5所述的基于GPS地理位置信息判定车辆逆行违规的方法，其特征在于，若判断车辆行进方向为变道，再判断变道后的行进方向与新车道的车道正确行进方向是否相同，若相同，则为正常变道顺行；若相反，判断其为变道逆行。
7.一种基于GPS地理位置信息判定车辆逆行违规的系统，其特征在于，其特征在于，包括如下单元：
地图网格化单元：将电子地图划分成多个网格，获得精细化的城市内部的主干路网格地图；
车道线绘制单元：在网格地图中标记车道线，包括在主干路双向车道两侧标记车道线经纬度点，确定并记录左侧车道线和右侧车道线的正确行进方向；其中，同一方向车道线上的相邻标记点之间距离不大于GPS导航传感器的精度半径r；
标记点匹配单元：GPS导航传感器获取车辆行驶轨迹上的原始点P1和原始点P2，将P1和P2分别投影到网格地图对应的车道上，为P1和P2匹配出网格地图上对应的标记点R和R’；
逆行判断单元：根据两个标记点R和R’的位置变化确定车辆行进方向，判断该车辆行进方向是否与车道线正常行进方向一致，若一致，则为正常行驶，否则为逆行行驶。
8.如权利要求7所述的基于GPS地理位置信息判定车辆逆行违规的系统，其特征在于，在标记点匹配单元中，所述为P1和P2匹配出网格地图上对应的标记点R和R’的步骤包括：以原始点P1和P2为圆心，判断在精度半径r内有无车道线标记点；若无标记点，则舍弃该原始点数据，若有标记点，则使用最短距离算法求P1和P2到精度半径r内的每个标记点的距离；将与点P1距离最短的标记点R作为与其匹配的标记点，将与点P2距离最短的标记点R’作为与其匹配的标记点。
9.如权利要求7所述的基于GPS地理位置信息判定车辆逆行违规的系统，其特征在于，所述逆行判断单元中，在判断该车辆行进方向是否与车道线正常行进方向一致前，先判断车辆行进方向是否为变道；若未变道，则当车辆行进方向与车道正确行进方向一致时，判断其为正常顺行；当车辆行进方向与车道正确行进方向相反时，判断其为逆行；若判断车辆行进方向为变道，再判断变道后的行进方向与新车道的车道正确行进方向是否相同，若相同，则为正常变道顺行；若相反，判断其为变道逆行。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有多条指令；所述多条指令由处理器加载并执行如权利要求1-6之任一项所述的基于GPS地理位置信息判定车辆逆行违规的方法。
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