GPS时空数据增量路网实时更新和轨迹匹配系统技术方案

本发明专利技术公开了GPS时空数据增量路网实时更新和轨迹匹配系统，其包括数据采集模块、GPS时空数据模块、数据预处理模块、地图轨迹匹配模块、路网生成模块、增量路网更新模块。本系统将采集到的GPS定位器所记录的具有时间和空间属性的数据经过数据预处理，地图匹配，道路生成，新形成路段与数据库中记录的路网数据对比，对路网信息更新，以达到对道路路网数据的更新。本发明专利技术不断以增量的数据信息来比对路网信息，实现实时性的从而使道路的位置信息随着数据量的上升而更加精确，并会对路网信息中所未包含的道路进行更新。

【技术实现步骤摘要】
GPS时空数据增量路网实时更新和轨迹匹配系统
本专利技术涉及计算机
，尤其是一种GPS时空数据增量路网实时更新和轨迹匹配系统。
技术介绍
在现有技术中，地图轨迹匹配技术主要采用模式识别方法，更多针对离散位置点进行匹配，精确度虽然高，但实时性不强。数据采集过程是由大量定位设备中获取带有时间属性GPS位置数据，经过简单数据处理后显示到地图上。此方法在实际的道路数据记录过程中可能由于天气气候等意外因素从而导致GPS导航等应用不精准，同时也无法准准确及时的定位更新新增道路情况。CN201420519657.4-GPS即时定位与电子地图匹配系统，主要是介绍定位装置的设计，没有数据处理的具体内容。CN201210327804.3-基于GPS终端的面向车辆位置跟踪的地图匹配方法，采用曲线拟合和多重投影的方法计算量较大，实时性不高，且曲线拟合方法对立交桥等特殊路段等路段匹配效果不能满足生产环境的要求。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本专利技术提出了一种GPS时空数据增量路网实时更新和轨迹匹配系统。将采集到的GPS定位器所记录的具有时间和空间属性的数据经过数据预处理，地图匹配，道路生成，新形成路段与数据库中记录的路网数据对比，对路网信息更新，以达到对道路路网数据的更新。本专利技术采用如下技术方案：GPS时空数据增量路网实时更新和轨迹匹配系统，包括数据采集模块、GPS时空数据模块、数据预处理模块、地图轨迹匹配模块、路网生成模块、增量路网更新模块；数据采集模块用于实时采集车辆行驶信息；GPS时空数据模块用于收集GPS定位设备所采集到的数据；数据预处理模块用于处理数据采集模块、GPS时空数据模块所采集的信息，并去除噪点信息、去除重复信息；地图轨迹匹配模块用于将车辆实际行驶路段与路网道路匹配，根据车辆实际行驶路段与路网道路的距离关系以及彼此之间延长线相交的角度因素，确定车辆实际行驶路段与路网道路的匹配度；路网生成模块用于将数据采集模块得到的点的轨迹经过位置数据点聚类、聚类点分割和中心线拟合生成的道路中心线；增量路网更新模块用于将路网道路信息与道路实际位置进行匹配校对，修正优化路网中的道路数据。所述数据采集模块、GPS时空数据模块、数据预处理模块、地图轨迹匹配模块、路网生成模块、增量路网更新模块在实际运行中包括如下步骤：(1)数据采集：数据采集模块实时采集车辆行驶信息，GPS时空数据模块收集GPS定位设备所采集到的数据；(2)数据预处理：处理数据采集模块、GPS时空数据模块所采集的信息，并去除噪点信息、去除重复信息；(3)地图轨迹匹配：根据车辆实际行驶路段与路网道路的距离关系以及彼此之间延长线相交的角度因素，确定车辆实际行驶路段与路网道路的匹配度；(4)路网生成：将数据采集模块得到的点的轨迹生成道路中心线；(5)增量路网更新：将路网道路信息与道路实际位置进行匹配校对，修正优化路网中的道路数据。所述步骤(1)中，包括去除低速行驶或停车时的漂移点信息，当车辆处于低速行驶或停车时，即GPS定位设备采集数据的速度值小于某一设定值时，过滤数据点，予以删除。所述步骤(2)中，数据预处理是对经由GPS定位设备所采集到的数据进行处理，从而剔除大多数的噪点信息，重复信息，预处理包括如下步骤：(2.1)去除噪点信息：根据GPS定位设备的实际运行特点，假设相邻两个轨迹点为Pa、Pb，如果其任意两个相邻点的距离大于阈值D，则认定Pb点无效，予以删除；根据时间属性信息，设定连续的三个点位Pt1，Pt2，Pt3，设Pt1到Pt3点的距离为D13，Pt2到Pt3点的距离为D23，当D23的距离大于D13，则认定Pt3点无效，予以删除；(2.2)去除重复信息：部分GPS定位设备的信号中断时，会在短时间内大量纪录重复定位数据，同一个GPS终端数据在邻近时间T内的坐标点相同的数据只保留一次，其他相同的数据予以删除。所述步骤(3)中，定义路段B为新计算出的路段，道路A为此次与路段B进行比较的路网道路，a为匹配道路寻找半径，地图轨迹匹配具体包括如下步骤：(3.1)从路段B的首尾两端向道路A做出垂线，分别命名为P1和P2，同时路段B于道路A上的投影的长度记录为H，道路A与路段B的延长线夹角为θ；(3.2)计算夹角匹配度dθ＝θ/90°，计算距离匹配度dd＝H/a；(3.3)夹角匹配度占最终匹配度百分比为n％，距离匹配度占最终匹配度百分比为m％，对夹角和距离进行归一化加权得到整体距离D＝n％*dθ+m％*dd。所述夹角匹配算法如下:当P1的长度等于P2时，路段B与道路A之间所围成的面积最大，即夹角匹配值为100％，而当路段B垂直于道路A时，其间所围成面积为最小，即夹角匹配值为0％；所述距离匹配算法如下:设a为匹配道路寻找半径，当路段B与道路A之间的平均距离(P1+P2)/2等于a时,视为距离匹配值为0％，反之，当(P1+P2)/2等于零时，距离匹配值为最大。所述步骤(3)中，对于道路交叉点附近车辆转弯情况，根据道路的连通性和数据点方向角，在所有接续道路中，选择角度变化最为接近的道路，作为匹配结果。经过n叉路口，在道路交叉点C处时,车辆行进角度的变化值为θ，n条交叉道路与实际行进道路的夹角为θ1、θ2···θn,dθ＝θ/180°；dθ1＝θ1/180°；dθ2＝θ2/180°；···dθn＝θn/180°；道路的匹配度为D，分别计算各道路的匹配度：D1＝n％*(|dθ-dθ1|)+m％*dθ1；(m、n为加权值)；D2＝n％*(|dθ-dθ2|)+m％*dθ2；···Dn＝n％*(|dθ-dθn|)+m％*dθn；匹配度D1、D2···Dn中值最小的所对应的道路为匹配道路。所述步骤(4)中，路网生成包括如下步骤：(4.1)位置数据点聚类：根据时间序列沿着GPS位置数据点的延伸方向来获取聚类点。设定位置数据点数量为m，聚类半径为d，如果每个位置数据点其d邻域内的点数量大于m，则通过聚类算法将d邻域内包含的位置数据点转化为聚类点，聚类点的坐标值由该邻域内所有的位置数据点共同决定；(4.2)聚类点分割：根据由聚类点的转角大小以及相邻聚类点之间的距离间隔来决定是否分割，转角大于阈值的聚类点做拐点，把分割后的每段聚类点都用一个曲线函数来拟合，继而得到一条曲线来表示相应的道路中心线；(4.3)中心线拟合：由于道路的形状存在一定的复杂性，采用了准均匀B样条曲线拟合方法，生成可以表示道路中心线的曲线，与B样条曲线相比，准均匀B样条曲线克服了首尾端点不在曲线上这一缺点，即在其首尾端点处做N重复度处理，同时也具有局部修改性和更逼近特征多边形的特点，则会得到经计算后的道路走向。所述步骤(5)中，将从步骤(3)中所计算后形成的路段与现有路网道路进行特征比对，根据增量路网特征和已有路网特征，进而找出新计算路段与路网中相邻道路的匹配度；如与其中任意一条道路的匹配度阈值大于X则判定此匹配成立，如有一条以上或多条道路的匹配度阈值大于X，则选择与其匹配度最高的道路为成立匹配；当成立匹配产生之后，会将此道路数据存入备份数据库进行保存，在备份数据库中当某一路段的道路数据大于次数T1时，对此条道路的所有数据取平均值，并且代替原本路网中的本条路段；如新计算道路与周边任何一条道路的匹配度阈值都小于X，则本文档来自技高网...

【技术保护点】
GPS时空数据增量路网实时更新和轨迹匹配系统，其特征在于，包括数据采集模块、GPS时空数据模块、数据预处理模块、地图轨迹匹配模块、路网生成模块、增量路网更新模块；数据采集模块用于实时采集车辆行驶信息；GPS时空数据模块用于收集GPS定位设备所采集到的数据；数据预处理模块用于处理数据采集模块、GPS时空数据模块所采集的信息，并去除噪点信息、去除重复信息；地图轨迹匹配模块用于将车辆实际行驶路段与路网道路匹配，根据车辆实际行驶路段与路网道路的距离关系以及彼此之间延长线相交的角度因素，确定车辆实际行驶路段与路网道路的匹配度；路网生成模块用于将数据采集模块得到的点的轨迹经过位置数据点聚类、聚类点分割和中心线拟合生成的道路中心线；增量路网更新模块用于将路网道路信息与道路实际位置进行匹配校对，修正优化路网中的道路数据。

【技术特征摘要】
1.GPS时空数据增量路网实时更新和轨迹匹配系统，其特征在于，包括数据采集模块、GPS时空数据模块、数据预处理模块、地图轨迹匹配模块、路网生成模块、增量路网更新模块；数据采集模块用于实时采集车辆行驶信息；GPS时空数据模块用于收集GPS定位设备所采集到的数据；数据预处理模块用于处理数据采集模块、GPS时空数据模块所采集的信息，并去除噪点信息、去除重复信息；地图轨迹匹配模块用于将车辆实际行驶路段与路网道路匹配，根据车辆实际行驶路段与路网道路的距离关系以及彼此之间延长线相交的角度因素，确定车辆实际行驶路段与路网道路的匹配度；路网生成模块用于将数据采集模块得到的点的轨迹经过位置数据点聚类、聚类点分割和中心线拟合生成的道路中心线；增量路网更新模块用于将路网道路信息与道路实际位置进行匹配校对，修正优化路网中的道路数据。2.根据权利要求1所述的GPS时空数据增量路网实时更新和轨迹匹配系统，其特征在于，所述GPS时空数据增量路网实时更新和轨迹匹配系统在实际运行中包括如下步骤：(1)数据采集：数据采集模块实时采集车辆行驶信息，GPS时空数据模块收集GPS定位设备所采集到的数据；(2)数据预处理：处理数据采集模块、GPS时空数据模块所采集的信息，并去除噪点信息、去除重复信息；(3)地图轨迹匹配：根据车辆实际行驶路段与路网道路的距离关系以及彼此之间延长线相交的角度因素，确定车辆实际行驶路段与路网道路的匹配度；(4)路网生成：将数据采集模块得到的点的轨迹生成道路中心线；(5)增量路网更新：将路网道路信息与道路实际位置进行匹配校对，修正优化路网中的道路数据。3.根据权利要求2所述的GPS时空数据增量路网实时更新和轨迹匹配系统，其特征在于，所述步骤(1)中，包括去除低速行驶或停车时的漂移点信息，当车辆处于低速行驶或停车时，即GPS定位设备采集数据的速度值小于某一设定值时，过滤数据点，予以删除。4.根据权利要求2所述的GPS时空数据增量路网实时更新和轨迹匹配系统，其特征在于，所述步骤(2)中，数据预处理是对经由GPS定位设备所采集到的数据进行处理，从而剔除大多数的噪点信息，重复信息，预处理包括如下步骤：(2.1)去除噪点信息：根据GPS定位设备的实际运行特点，假设相邻两个轨迹点为Pa、Pb，如果其任意两个相邻点的距离大于阈值D，则认定Pb点无效，予以删除；根据时间属性信息，设定连续的三个点位Pt1，Pt2，Pt3，设Pt1到Pt3点的距离为D13，Pt2到Pt3点的距离为D23，当D23的距离大于D13，则认定Pt3点无效，予以删除；(2.2)去除重复信息：部分GPS定位设备的信号中断时，会在短时间内大量纪录重复定位数据，同一个GPS终端数据在邻近时间T内的坐标点相同的数据只保留一次，其他相同的数据予以删除。5.根据权利要求2所述的GPS时空数据增量路网实时更新和轨迹匹配系统，其特征在于，所述步骤(3)中，定义路段B为新计算出的路段，道路A为此次与路段B进行比较的路网道路，a为匹配道路寻找半径，地图轨迹匹配具体包括如下步骤：(3.1)从路段B的首尾两端向道路A做出垂线，分别命名为P1和P2，同时路段B于道路A上的投影的长度记录为H，道路A与路段B的延长线夹角为θ；(3.2)计算夹角匹配度dθ＝θ/90°，计算距离匹配度dd＝H/a；(3.3)夹角匹配度占最终匹配度百分比为n％，距离匹配度占最终匹配度百分比为m％，对夹角和距离进行归一化加权得到整体距离D＝n％*dθ+m％*dd。6.根据权利要求5所述的GPS时空数据增量...

【专利技术属性】
技术研发人员：李卫民，张宝运，单良，王海滨，穆范全，
申请(专利权)人：济宁中科先进技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37