一种拓扑道路匹配方法、系统及电子设备技术方案

本申请涉及一种拓扑道路匹配方法、系统及电子设备。所述拓扑道路匹配方法包括：步骤a：获取车辆的GPS定位数据，并根据所述GPS定位数据加载道路数据，得到车辆的道路候选集；步骤b：判断所述GPS定位数据中的历史GPS定位点个数是否小于定位点阀值，如果小于定位点阀值，执行步骤c；如果不小于定位点阀值，执行步骤d；步骤c：通过空间匹配算法分别计算车辆当前的GPS定位点与所述道路候选集中每条道路之间的距离及夹角，并选择与车辆当前的GPS定位点距离最小且所述夹角小于夹角取值范围的道路作为道路匹配结果；步骤d：通过空间拓扑匹配算法选择所述道路候选集中距离与角度差的加权和最小的道路作为道路匹配结果。本申请可以大大提高匹配精度。

【技术实现步骤摘要】
一种拓扑道路匹配方法、系统及电子设备
本申请涉及智能交通
，特别涉及一种拓扑道路匹配方法、系统及电子设备。
技术介绍
道路匹配是根据初始定位结果，利用路网数据库，采用适当算法，进行实时处理，将移动目标定位点直接投影到实际道路上。现有的道路匹配算法主要包括：1、几何匹配算法；几何匹配算法是最简单的一种匹配算法，这种算法只考虑GPS定位点到公路的垂直距离，不考虑公路的拓扑结构和历史GPS的匹配结果，将每一个车辆GPS轨迹点匹配至距离最近的道路节点上。虽然几何匹配算法的性能好、效率高，但是车辆轨迹会出现错误，尤其是在道路密集地区或者交叉路口的地方会出现偏差。2、拓扑匹配算法；拓扑匹配算法通过对道路联通关系的判断，可以很容易去除一些车辆不可能行驶的道路，降低算法的时间复杂度，但该算法在道路密集区会出现摆动，尤其是在两条方向相反的公路上，会出现两边来回摆动的情况，因此，可以作为辅助算法运用于其他匹配算法之中，也可以作为数据前期处理的方法。3、概率统计算法；概率统计算法是在从车辆导航系统获得的轨迹位置周围建立矩形或者长方形的置信区域，置信区域的大小可以由GPS位置的各种误差大小来确定，之后，置信区域被重叠到交通矢量地图上，来确定匹配道路。综上所述，现有的道路匹配算法普遍存在的问题在于：未考虑到道路的拓扑结构和道路的连通性，以及与历史GPS匹配的连贯性，因此，在道路匹配时很容易出现一些误差，造成不可解释的现象。
技术实现思路
本申请提供了一种拓扑道路匹配方法、系统及电子设备，旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。为了解决上述问题，本申请提供了如下技术方案：一种拓扑道路匹配方法，包括：步骤a：获取车辆的GPS定位数据，并根据所述GPS定位数据加载道路数据，得到车辆的道路候选集；步骤b：判断所述GPS定位数据中的历史GPS定位点个数是否小于定位点阀值，如果小于定位点阀值，执行步骤c；如果不小于定位点阀值，执行步骤d；步骤c：通过空间匹配算法分别计算车辆当前的GPS定位点与所述道路候选集中每条道路之间的距离及夹角，并选择与车辆当前的GPS定位点距离最小且所述夹角小于夹角取值范围的道路作为道路匹配结果；步骤d：通过空间拓扑匹配算法选择所述道路候选集中距离与角度差的加权和最小的道路作为道路匹配结果。本申请实施例采取的技术方案还包括：在所述步骤a中，所述根据GPS定位数据加载道路数据具体为：根据GPS定位数据获取车辆的九宫格ID，并根据九宫格ID加载九宫格内的所有道路数据。本申请实施例采取的技术方案还包括：在所述步骤c中，所述通过空间匹配算法分别计算车辆当前的GPS定位点与道路候选集中每条道路之间的距离及夹角，并选择与车辆当前的GPS定位点距离最小且所述夹角小于夹角取值范围的道路作为道路匹配结果具体为：给定历史GPS定位点为{pi-N,pi-N+1,...,pi-1}，各个历史GPS定位点的道路匹配结果为{r′i-N,r′i-N+1,...,r′i-1}，当前GPS定位点pi的道路候选集为Rc＝{r1，r2，...，rm}，GPS定位点p到道路r的最短距离为D(p，r)，GPS定位点pi-1pi与道路r所形成的夹角为A(pi-1pi,r)，夹角取值范围为[0，π]，将当前GPS定位点pi匹配到道路r′i上的公式为：在上述公式中，α＝1.0，β＝0.5。本申请实施例采取的技术方案还包括：在所述步骤d中，所述通过空间拓扑匹配算法选择所述道路候选集中距离与角度差的加权和最小的道路作为道路匹配结果还包括：步骤d1：清除所述GPS定位数据中距离当前时间超过第一时间阀值的历史GPS定位点；步骤d2：分别计算当前GPS定位点与历史GPS定位数据中上一个GPS定位点之间的直线距离和时间间隔，根据所述直线距离和时间间隔得到车辆的直线速度。本申请实施例采取的技术方案还包括：在所述步骤d中，所述通过空间拓扑匹配算法选择所述道路候选集中距离与角度差的加权和最小的道路作为道路匹配结果还包括：步骤d3：判断当前GPS定位点与上一个GPS定位点的直线距离是否小于距离阀值，如果小于距离阀值，以上一次的匹配结果为当前匹配结果；否则，执行步骤d4；步骤d4：判断当前GPS定位点与上一个GPS定位点的时间间隔是否大于第二时间阀值，以及直线速度是否大于第一速度阀值，如果时间间隔大于第二时间阀值，且直线速度大于第一速度阀值，判定速度异常；否则，执行步骤d5；步骤d5：分别计算车辆距离上一次计算得到的当前道路出口的前进距离，以及道路方向与车辆前进方向之间的夹角，并判断前进距离是否小于上一次计算得到的距离当前道路出口的距离，以及道路方向与车辆前进方向夹角是否在第一角度阀值以内，如果前进距离小于上一次计算得到的距离当前道路出口的距离，且道路方向与车辆前进方向夹角在第一角度阀值以内，判定车辆仍在当前道路上；否则，执行步骤d6；步骤d6：分别计算倒数第3个历史GPS定位点与倒数第2个历史GPS定位点、以及倒数第2个历史GPS定位点与倒数第1个历史GPS定位点之间的角度差，并判断两个角度差计算结果是否超过第二角度阀值，如果超过第二角度阀值，将方向角权重设为0；否则，将方向角权重设为0.0009。本申请实施例采取的技术方案还包括：在所述步骤d中，所述通过空间拓扑匹配算法选择道路候选集中距离与角度差的加权和最小的道路作为道路匹配结果具体为：定义道路ri与道路rj的连通性为C(ri,rj)，当从道路ri出发可以到达道路rj时，C(ri,rj)取值为1，否则取值为0；所述空间拓扑匹配算法公式为：在上述公式中，α＝1.0，β＝0.5，λ＝0.3，N＝5。本申请实施例采取的另一技术方案为：一种拓扑道路匹配系统，包括：GPS数据获取模块：用于获取车辆的GPS定位数据；道路获取模块：用于根据所述GPS定位数据加载道路数据，得到车辆的道路候选集；定位点个数判断模块：用于判断所述GPS定位数据中的历史GPS定位点个数是否小于定位点阀值，如果小于定位点阀值，通过第一匹配模块进行道路匹配；如果不小于定位点阀值，通过第二匹配模块进行道路匹配；第一匹配模块：用于通过空间匹配算法分别计算车辆当前的GPS定位点与所述道路候选集中每条道路之间的距离及夹角，并选择与车辆当前的GPS定位点距离最小且所述夹角小于夹角取值范围的道路作为道路匹配结果；第二匹配模块：用于通过空间拓扑匹配算法选择所述道路候选集中距离与角度差的加权和最小的道路作为道路匹配结果。本申请实施例采取的技术方案还包括：所述道路获取模块根据GPS定位数据加载道路数据具体为：根据GPS定位数据获取车辆的九宫格ID，并根据九宫格ID加载九宫格内的所有道路数据。本申请实施例采取的技术方案还包括：所述第一匹配模块通过空间匹配算法分别计算车辆当前的GPS定位点与道路候选集中每条道路之间的距离及夹角，并选择与车辆当前的GPS定位点距离最小且所述夹角小于夹角取值范围的道路作为道路匹配结果具体为：给定历史GPS定位点为{pi-N,pi-N+1,...,pi-1}，各个历史GPS定位点的道路匹配结果为{r′i-N,r′i-N+1,...,r′i-1}，当前GPS定位点pi的道路候选集为Rc＝{r1，r2，...，rm}，GPS定位点p到道路本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种拓扑道路匹配方法，其特征在于，包括：步骤a：获取车辆的GPS定位数据，并根据所述GPS定位数据加载道路数据，得到车辆的道路候选集；步骤b：判断所述GPS定位数据中的历史GPS定位点个数是否小于定位点阀值，如果小于定位点阀值，执行步骤c；如果不小于定位点阀值，执行步骤d；步骤c：通过空间匹配算法分别计算车辆当前的GPS定位点与所述道路候选集中每条道路之间的距离及夹角，并选择与车辆当前的GPS定位点距离最小且所述夹角小于夹角取值范围的道路作为道路匹配结果；步骤d：通过空间拓扑匹配算法选择所述道路候选集中距离与角度差的加权和最小的道路作为道路匹配结果。

【技术特征摘要】
1.一种拓扑道路匹配方法，其特征在于，包括：步骤a：获取车辆的GPS定位数据，并根据所述GPS定位数据加载道路数据，得到车辆的道路候选集；步骤b：判断所述GPS定位数据中的历史GPS定位点个数是否小于定位点阀值，如果小于定位点阀值，执行步骤c；如果不小于定位点阀值，执行步骤d；步骤c：通过空间匹配算法分别计算车辆当前的GPS定位点与所述道路候选集中每条道路之间的距离及夹角，并选择与车辆当前的GPS定位点距离最小且所述夹角小于夹角取值范围的道路作为道路匹配结果；步骤d：通过空间拓扑匹配算法选择所述道路候选集中距离与角度差的加权和最小的道路作为道路匹配结果。2.根据权利要求1所述的拓扑道路匹配方法，其特征在于，在所述步骤a中，所述根据GPS定位数据加载道路数据具体为：根据GPS定位数据获取车辆的九宫格ID，并根据九宫格ID加载九宫格内的所有道路数据。3.根据权利要求1或2所述的拓扑道路匹配方法，其特征在于，在所述步骤c中，所述通过空间匹配算法分别计算车辆当前的GPS定位点与道路候选集中每条道路之间的距离及夹角，并选择与车辆当前的GPS定位点距离最小且所述夹角小于夹角取值范围的道路作为道路匹配结果具体为：给定历史GPS定位点为{pi-N,pi-N+1,...,pi-1}，各个历史GPS定位点的道路匹配结果为{r'i-N,r'i-N+1,...,r'i-1}，当前GPS定位点pi的道路候选集为Rc＝{r1，r2，...，rm}，GPS定位点p到道路r的最短距离为D(p，r)，GPS定位点pi-1pi与道路r所形成的夹角为A(pi-1pi,r)，夹角取值范围为[0，π]，将当前GPS定位点pi匹配到道路r'i上的公式为：在上述公式中，α＝1.0，β＝0.5。4.根据权利要求3所述的拓扑道路匹配方法，其特征在于，在所述步骤d中，所述通过空间拓扑匹配算法选择所述道路候选集中距离与角度差的加权和最小的道路作为道路匹配结果还包括：步骤d1：清除所述GPS定位数据中距离当前时间超过第一时间阀值的历史GPS定位点；步骤d2：分别计算当前GPS定位点与历史GPS定位数据中上一个GPS定位点之间的直线距离和时间间隔，根据所述直线距离和时间间隔得到车辆的直线速度。5.根据权利要求4所述的拓扑道路匹配方法，其特征在于，在所述步骤d中，所述通过空间拓扑匹配算法选择所述道路候选集中距离与角度差的加权和最小的道路作为道路匹配结果还包括：步骤d3：判断当前GPS定位点与上一个GPS定位点的直线距离是否小于距离阀值，如果小于距离阀值，以上一次的匹配结果为当前匹配结果；否则，执行步骤d4；步骤d4：判断当前GPS定位点与上一个GPS定位点的时间间隔是否大于第二时间阀值，以及直线速度是否大于第一速度阀值，如果时间间隔大于第二时间阀值，且直线速度大于第一速度阀值，判定速度异常；否则，执行步骤d5；步骤d5：分别计算车辆距离上一次计算得到的当前道路出口的前进距离，以及道路方向与车辆前进方向之间的夹角，并判断前进距离是否小于上一次计算得到的距离当前道路出口的距离，以及道路方向与车辆前进方向夹角是否在第一角度阀值以内，如果前进距离小于上一次计算得到的距离当前道路出口的距离，且道路方向与车辆前进方向夹角在第一角度阀值以内，判定车辆仍在当前道路上；否则，执行步骤d6；步骤d6：分别计算倒数第3个历史GPS定位点与倒数第2个历史GPS定位点、以及倒数第2个历史GPS定位点与倒数第1个历史GPS定位点之间的角度差，并判断两个角度差计算结果是否超过第二角度阀值，如果超过第二角度阀值，将方向角权重设为0；否则，将方向角权重设为0.0009。6.根据权利要求5所述的拓扑道路匹配方法，其特征在于，在所述步骤d中，所述通过空间拓扑匹配算法选择道路候选集中距离与角度差的加权和最小的道路作为道路匹配结果具体为：定义道路ri与道路rj的连通性为C(ri,rj)，当从道路ri出发可以到达道路rj时，C(ri,rj)取值为1，否则取值为0；所述空间拓扑匹配算法公式为：在上述公式中，α＝1.0，β＝0.5，λ＝0.3，N＝5。7.一种拓扑道路匹配系统，其特征在于，包括：GPS数据获取模块：用于获取车辆的GPS定位数据；道路获取模块：用于根据所述GPS定位数据加载道路数据，得到车辆的道路候选集；定位点个数判断模块：用于判断所述GPS定位数据中的历史GPS定位点个数是否小于定位点阀值，如果小于定位点阀值，通过第一匹配模块进行道路匹配；如果不小于定位点阀值，通过第二匹配模块进行道路匹配；第一匹配模块：用于通过空间匹配算法分别计算车辆当前的GPS定位点...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚贵伟，张帆，肖华丽，张瑞，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，中国科学院大学，
类型：发明
国别省市：广东,44