CN113587945B - 路网数据缺失情况下的车辆行驶路线校正方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种路网数据缺失情况下的车辆行驶路线校正方法及系统，该方法包括：获取车辆行驶轨迹的轨迹点信息；根据轨迹点信息，依次计算相邻两个轨迹点之间的最大行驶距离；比较最大行驶距离与对应的相邻两个轨迹点间导航里程的大小，若前者不大于后者，将该相邻两个轨迹点的连线作为两点间的行驶路线。本发明通过根据轨迹点信息计算出相邻两个轨迹点间的最大行驶距离，并将最大行驶距离与两个轨迹点之间导航里程的大小进行比较，以此来判断两个轨迹点之间的导航里程是否准确，进而选择导航路线或两轨迹的连线作为最终的行驶路线，与现有技术相比，通过理论计算得到一个较合理的值作为判断标准，而不是靠猜测，提高了判断准确性。
Description
技术领域
本发明涉及交通技术领域，尤其涉及一种路网数据缺失情况下的车辆行驶路线校正方法及系统。
背景技术
货车行驶的GPS轨迹点由于移动设备的漂移会与电子地图数据产生偏差，轨迹点并不会完全遵循道路数据坐标排列，因此需要进行轨迹匹配将轨迹点匹配到附近的道路。选择合适的道路序列构成了匹配的基础，高质量的路网数据能够为货车行驶轨迹分析提供高可靠性的数据。获取到轨迹点周边的道路数据后通过一些比较成熟的算法挑选出具体匹配的道路，这些算法包括时空分析，基于概率的分析模型等，都能得到比较好的匹配结果。
然而受限于实际情况，全国各地的实际道路总是在不断的改变，每时每刻都会有新的道路通车投入使用与旧道路被废弃，电子地图数据无法做到实时同步更新，路网数据总是会存在实际道路信息缺失。与此同时货车行驶产生的轨迹数据承载的却是实时的道路信息，两者之间总是会存在时间差，从而导致轨迹点附近可能存在多条道路或不存在道路，尤其是在道路稀疏或者一些高等级道路缺失的情况下，比如桥梁、隧道或者国道省道之类的缺失，由于缺少可替代道路或者可替代道路绕路过远，导航计算出的道路比实际行驶的道路会相差很大，给轨迹匹配和轨迹分析带来极大误差。
目前轨迹匹配计算在面临路网缺失的问题时，是通过轨迹记录的时间和速度以及直线距离计算一个阈值作为判断，如果导航计算出的轨迹大于这个阈值则判断为不可能的行驶路线，在输出时不采用导航计算的路线而直接将两个点相连。这在很多情况下能取得比较好的效果，尤其是在桥梁或者隧道等数据缺失的情况下，主要因为桥梁或者隧道缺失的话导航搜索的道路结果比桥梁或者隧道的长度大得多，给里程统计带来极大误差；且，桥梁或者隧道通常是直的路径，如果数据缺失而直接连接两轨迹点与真实行驶里程十分接近。
但是阈值计算中采用的相关系数缺乏理论依据并且很难选择，在路网数据缺失情况下，计算两点间里程时，通常采用两点间直线距离再乘以一个系数作为判断标准，但是系数并没有依据，仅凭经验，取值小或大都会有很多判断错误。
因此，亟需一种路网数据缺失情况下的车辆行驶路线校正方案。
发明内容
本发明提供一种路网数据缺失情况下的车辆行驶路线校正方法及系统，其主要目的在于在路网数据缺失情况下解决轨迹匹配和里程统计的问题，减少由于道路缺失导致里程统计误差大的问题。
第一方面，本发明实施例提供一种路网数据缺失情况下的车辆行驶路线校正方法，该方法包括：
S1，获取车辆行驶轨迹的轨迹点信息，轨迹点信息包括车辆的行驶速度、行驶方向、定位时间戳以及定位经纬度坐标；
S2，根据轨迹点信息，从首个轨迹点开始，依次计算相邻两个轨迹点之间的最大行驶距离，直至最后一个轨迹点；
S3，比较最大行驶距离与对应的相邻两个轨迹点间导航里程的大小，若前者大于后者，则将导航里程对应的导航路线作为两点间的行驶路线，否则，将该相邻两个轨迹点的连线作为两点间的行驶路线。
优选地，步骤S2之后、步骤S3之前包括：
将最大行驶距离与对应的相邻两个轨迹点间的直接距离进行比较，若前者小于后者，则将后者标记为最大行驶距离；
直接距离由该相邻两个轨迹点间的经纬度坐标直接计算得到。
优选地，步骤S2之后、步骤S3之前，还包括：
判断相邻两个轨迹点之间是否发生转弯或掉头，若是，则对相邻两个轨迹点间的直接距离进行修正。
优选地，修正后的直接距离为，原有直接距离乘以预设系数后，与所对应的两个轨迹点各自在投影道路上的投影距离三者间求和。
优选地，通过下述计算方式得到相邻两个轨迹点之间的最大行驶距离：
其中，Smax为相邻两个轨迹点的最大行驶距离，v(t)为相邻两个轨迹点间行驶速度的变化函数，并且该v(t)小于等于设定的最大行驶速度，a(t)为相邻两个轨迹点间加速度的变化函数，并且该a(t)小于等于设定的最大加速度。
优选地，通过变分法求解欧拉-拉格朗日方程得到相邻两个轨迹点行驶速度和加速度的变化函数。
优选地，根据相邻两个轨迹点的行驶速度确定车辆当前所处道路类型，设定最大行驶速度。
第二方面，本发明实施例提供一种路网数据缺失情况下导航里程校正系统，包括：
获取模块，用于获取车辆行驶轨迹的轨迹点信息，轨迹点信息包括车辆的行驶速度、行驶方向、定位时间戳以及定位经纬度坐标；
计算模块，根据轨迹点信息，从首个轨迹点开始，依次计算相邻两个轨迹点之间的最大行驶距离，直至最后一个轨迹点；
校正模块，用于比较最大行驶距离与对应的相邻两个轨迹点间导航里程的大小，若前者大于后者，则将导航里程对应的导航路线作为两点间的行驶路线，否则，将该相邻两个轨迹点的连线作为两点间的行驶路线。
第三方面，本发明实施例提供一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述针对路网数据缺失情况下导航里程校正方法的步骤。
第四方面，本发明实施例提供一种计算机存储介质，计算机存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述针对路网数据缺失情况下导航里程校正方法的步骤。
本发明实施例提出的一种路网数据缺失情况下的车辆行驶路线校正方法及系统，通过根据轨迹点信息计算出相邻两个轨迹点间的最大行驶距离，并将最大行驶距离与两个轨迹点之间导航里程的大小进行比较，以此来判断两个轨迹点之间的导航里程是否准确，进而选择导航路线或两轨迹的连线作为最终的行驶路线，该方式与现有技术相比，通过理论计算得到一个较合理的值作为判断标准，而不是靠猜测，提高了判断准确性，同时能够很大程度的减少由于道路缺失导致的里程统计误差大的问题。
附图说明
图1为本发明一种路网数据缺失情况下导航里程校正方法较佳实施例的应用环境示意图；
图2为本发明实施例提供的一种路网数据缺失情况下导航里程校正方法的流程图；
图3为本发明实施例提供的一种路网数据缺失情况下导航里程校正系统的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种计算机设备的结构示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种路网数据缺失情况下的车辆行驶路线校正方法，该方法在具体应用时如图1所示，车辆上的GPS系统会采集车辆在目标道路上行驶过程中的轨迹点，每个轨迹点信息都包括车辆在该点的行驶速度、行驶方向、定位时间戳和定位经纬度坐标，并将行驶轨迹上每个轨迹点信息都发送给服务端，服务端接收到该行驶轨迹的所有轨迹点信息后，执行该路网数据缺失情况下的车辆行驶路线校正方法，以判断导航软件中导航里程是否准确，如果准确，导航路线就是该车辆的行驶路线，如果不准确，对该行驶路线进行修正。
需要说明的是，GPS系统包括但不限于各种嵌入式设备和微型计算机。该服务端可以是独立的服务器，也可以是多个服务器组成的服务集群。GPS系统和服务端可以通过蓝牙、USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)或者其他通讯连接方式进行连接，本发明实施例在此不做限制。
本发明提出一种基于变分原理的方法计算两点间可能行驶的最大距离分析导航算路结果与轨迹点之间的相容性。
本发明实施例提供的一种路网数据缺失情况下的车辆行驶路线校正方法，该方法应用在服务端，如图2所示，该方法包括：
S1，获取车辆行驶轨迹的轨迹点信息，轨迹点信息包括车辆的行驶速度、行驶方向、定位时间戳以及定位经纬度坐标；
首先获取车辆行驶的轨迹点信息，这些轨迹点信息是车辆的GPS系统采集得到的信息，每个轨迹点信息中都包括车辆在当前位置点的行驶速度、在当前位置点的行驶方向、在当前位置点的时间、当前位置的经度坐标和当前位置的纬度坐标。
在步骤S1之前，获取到车辆的各轨迹点数据后，首先将各轨迹点数据按照时间序列进行排序，然后，还需对各轨迹点数据进行去噪和抽稀处理，方便后续计算。
S2，根据轨迹点信息，从首个轨迹点开始，依次计算相邻两个轨迹点之间的最大行驶距离，直至最后一个轨迹点；
对于所有的轨迹点信息，按照时间顺序，从第一个轨迹点开始，每次取出当前轨迹点与其相邻的下一个轨迹点，计算两个轨迹点之间的最大行驶距离，直到最后一个轨迹点，该最大行驶距离根据相邻两个轨迹点的行驶速度、定位时间戳来计算，用来约束导航里程的大小，如果导航里程大于最大行驶距离，则说明导航路线可能出现误差。
具体的，通过下述计算方式得到相邻两个轨迹点之间的最大行驶距离：
其中，Smax为相邻两个轨迹点的最大行驶距离，v(t)为相邻两个轨迹点间行驶速度的变化函数，并且该v(t)小于等于设定的最大行驶速度，a(t)为相邻两个轨迹点间加速度的变化函数，并且该a(t)小于等于设定的最大加速度。
具体的，根据相邻两个轨迹点的行驶速度确定车辆当前所处道路类型，设定最大行驶速度。例如，若两个轨迹点的行驶速度大于60km/h，可判定该车辆此时处于高速公路，然后根据高速公路的道路限制的最大行驶速度设置最大行驶速度为120km/h；若两个轨迹点的行驶速度小于40km/h，可判定该车辆此时处于为普通道路，根据普通道路的道路限制的最大行驶速度设置最大行驶速度为60km/h。
具体的，最大加速度根据货车型号，以及相应的重量、动力参数等根据牛顿第二定律大致估算，通常情况下对于货车的最大加速度可取1.5-2.5ms-2。
具体的，通过变分法求解欧拉-拉格朗日方程得到相邻两个轨迹点行驶速度和加速度的变化函数。欧拉-拉格朗日方程如下所示：
进一步地，为了防止由于轨迹点信息的记录误差导致上述步骤计算得到的最大行驶距离小于相邻两个轨迹点的直线距离，从而使得最大行驶距离失去了判断标准的准确性，所以在步骤S2之后、步骤S3之前还包括：
将最大行驶距离与对应的相邻两个轨迹点间的直接距离进行比较，若前者小于后者，则将后者标记为最大行驶距离；
直接距离由该相邻两个轨迹点间的经纬度坐标直接计算得到。
容易理解的是，该直接距离为相邻两个轨迹点之间的最小距离，如果相邻两个轨迹点的直接距离大于计算得到的最大行驶距离，则相邻两个轨迹点之间一定存在记录误差，计算得到的最大行驶距离也是错误的，此时，直接将相邻两个轨迹点之间的直接距离作为该两个轨迹点之间的最大行驶距离。
另外，当车辆处于转弯或掉头情况时，由于地图路网数据道路转弯处都是线段相连，没有曲线，而实际行驶过程中车辆转弯会是一条弧线平滑地转过去，绝不会走到道路尽头突然转弯，这样距离计算就会有10米左右的误差；其次计算两个轨迹点直线距离时，发生了转弯必定会有误差，具体为：地图数据统计是三角形的两边之和，直线距离是第三边。因此误差可能很大，需要在转弯掉头处对相邻两个轨迹点之间的直接距离进行修正，所以在步骤S2之后、步骤S3之前还包括：
判断相邻两个轨迹点之间是否发生转弯或掉头，若是，则对相邻两个轨迹点间的直接距离进行修正。
根据两个轨迹点的行驶方向，判断两个轨迹点的行驶方向角度差是否大于预设角度阈值，如果大于，说明两个轨迹点之间发生了转弯或掉头。
具体的，修正后的直接距离为，原有直接距离乘以预设系数后，与所对应的两个轨迹点各自在投影道路上的投影距离三者间求和。具体计算计算公式为：
其中，Sse表示修正后的直接距离，Ss→e表示直接距离，hs和he分别表示两个轨迹点在相应所处道路的投影距离。
S3，比较最大行驶距离与对应的相邻两个轨迹点间导航里程的大小，若前者大于后者，则将导航里程对应的导航路线作为两点间的行驶路线，否则，将该相邻两个轨迹点的连线作为两点间的行驶路线。
如果这两个轨迹点之间的最大行驶距离小于这两个轨迹点之间的导航里程，说明导航算路程序计算得到的导航路线出现绕路的情况，该导航路线不准确，需要说明的是，在获取到车辆轨迹点数据后，导航算路程序会先根据轨迹点数据计算出导航路线出来，然后再根据本方案采用的校正方法对该导航路线进行校正，导航算路程序可以是车载导航系统、百度地图和高德地图等。
如果两个轨迹点之间的最大行驶距离不小于这两个轨迹点之间的导航里程，说明这两个轨迹点之间的导航里程是正确的，不需要对其进行校正，直接将两个轨迹点之间的导航线路作为两个轨迹点之间的行驶线路。
本发明实施例提出的一种路网数据缺失情况下的车辆行驶路线校正方法，通过根据轨迹点信息计算出相邻两个轨迹点间的最大行驶距离，通过最大行驶距离与两个轨迹点之间导航里程的大小进行比较，以此来判断两个轨迹点之间的导航里程是否准确，进而选择导航路线或两轨迹的连线作为最终的行驶路线，该方式与现有技术相比，通过理论计算得到一个较合理的值作为判断标准，而不是靠猜测，提高了判断准确性，同时能够很大程度的减少由于道路缺失导致的里程统计误差大的问题。
现有技术中，在路网数据缺失情况下，对于两个轨迹点之间的导航路线进行判断是否准确时，通常采用两个轨迹点间直线距离再乘以一个系数作为判断标准，但是系数并没有依据，仅凭经验，取值小或大都会有很多判断错误，本发明实施例通过理论计算，得到一个较合理的值作为判断标准，而不是靠猜测，提高了判断准确性。
本发明实施例提供的一种路网数据缺失情况下导航里程校正系统，如图3所示，该系统包括获取模块310、计算模块320和校正模块330，其中：
获取模块310用于获取车辆行驶轨迹的轨迹点信息，轨迹点信息包括车辆的行驶速度、行驶方向、定位时间戳以及定位经纬度坐标；
计算模块320根据轨迹点信息，从首个轨迹点开始，依次计算相邻两个轨迹点之间的最大行驶距离，直至最后一个轨迹点；
校正模块330用于比较最大行驶距离与对应的相邻两个轨迹点间导航里程的大小，若前者大于后者，则将导航里程对应的导航路线作为两点间的行驶路线，否则，将该相邻两个轨迹点的连线作为两点间的行驶路线。
本实施例为与上述方法对应的系统实施例，其具体实施过程与上述方法一致，详情请参考上述实施例，本实施例在此不再赘述。
上述针对路网数据缺失情况下导航里程校正系统中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构图可以如图4所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口和数据库。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括计算机存储介质、内存储器。该计算机存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为计算机存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储执行路网数据缺失情况下导航里程校正方法过程中生成或获取的数据。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种路网数据缺失情况下导航里程校正方法。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述实施例中的路网数据缺失情况下导航里程校正方法的步骤，例如图2所示的步骤S1-S3。或者，处理器执行计算机程序时实现路网数据缺失情况下导航里程校正系统这一实施例中的各模块/单元的功能，例如图3所示的各模块/单元的功能，为避免重复，这里不再赘述。
在一实施例中，提供一计算机存储介质，该计算机存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中路网数据缺失情况下导航里程校正方法的步骤，例如图2所示的步骤S1-S3，为避免重复，这里不再赘述。或者，该计算机程序被处理器执行时实现上述路网数据缺失情况下导航里程校正系统这一实施例中的各模块/单元的功能，例如图3所示的各模块/单元的功能，为避免重复，这里不再赘述。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、装置、物品或者方法不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、装置、物品或者方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、装置、物品或者方法中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在如上一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种路网数据缺失情况下的车辆行驶路线校正方法，其特征在于，包括：
S1，获取车辆行驶轨迹的轨迹点信息，所述轨迹点信息包括车辆的行驶速度、行驶方向、定位时间戳以及定位经纬度坐标；
S2，根据所述轨迹点信息，从首个轨迹点开始，依次计算相邻两个轨迹点之间的最大行驶距离，直至最后一个轨迹点；
S3，比较所述最大行驶距离与对应的相邻两个轨迹点间导航里程的大小，若前者大于后者，则将所述导航里程对应的导航路线作为两点间的行驶路线，否则，将该相邻两个轨迹点的连线作为两点间的行驶路线；
所述步骤S2之后、步骤S3之前，还包括：
判断相邻两个轨迹点之间是否发生转弯或掉头，若是，则对相邻两个轨迹点间的直接距离进行修正；
所述修正后的直接距离为，原有直接距离乘以预设系数后，与所对应的两个轨迹点各自在投影道路上的投影距离三者间求和。
2.根据权利要求1所述的路网数据缺失情况下的车辆行驶路线校正方法，其特征在于，所述步骤S2之后、步骤S3之前包括：
将所述最大行驶距离与对应的相邻两个轨迹点间的直接距离进行比较，若前者小于后者，则将后者标记为所述最大行驶距离；
所述直接距离由该相邻两个轨迹点间的经纬度坐标直接计算得到。
3.根据权利要求1所述的路网数据缺失情况下的车辆行驶路线校正方法，其特征在于，通过下述计算方式得到相邻两个轨迹点之间的最大行驶距离：
其中，Smax为相邻两个轨迹点的最大行驶距离，v(t)为相邻两个轨迹点间行驶速度的变化函数，并且该v(t)小于等于设定的最大行驶速度，a(t)为相邻两个轨迹点间加速度的变化函数，并且该a(t)小于等于设定的最大加速度。
4.根据权利要求3所述的路网数据缺失情况下的车辆行驶路线校正方法，其特征在于，通过变分法求解欧拉-拉格朗日方程得到所述相邻两个轨迹点行驶速度和加速度的变化函数。
5.根据权利要求3所述的路网数据缺失情况下的车辆行驶路线校正方法，其特征在于，根据相邻两个轨迹点的行驶速度确定车辆当前所处道路类型，设定所述最大行驶速度。
6.一种路网数据缺失情况下的车辆行驶路线校正系统，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取车辆行驶轨迹的轨迹点信息，所述轨迹点信息包括车辆的行驶速度、行驶方向、定位时间戳以及定位经纬度坐标；
计算模块，根据所述轨迹点信息，从首个轨迹点开始，依次计算相邻两个轨迹点之间的最大行驶距离，直至最后一个轨迹点，判断相邻两个轨迹点之间是否发生转弯或掉头，若是，则对相邻两个轨迹点间的直接距离进行修正，所述修正后的直接距离为，原有直接距离乘以预设系数后，与所对应的两个轨迹点各自在投影道路上的投影距离三者间求和；
校正模块，用于比较所述最大行驶距离与对应的相邻两个轨迹点间导航里程的大小，若前者大于后者，则将所述导航里程对应的导航路线作为两点间的行驶路线，否则，将该相邻两个轨迹点的连线作为两点间的行驶路线。
7.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至5中任一项所述路网数据缺失情况下的车辆行驶路线校正方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中包括调查问卷发放程序，所述调查问卷发放程序被处理器执行时，实现如权利要求1至5中任一项所述路网数据缺失情况下的车辆行驶路线校正方法的步骤。
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