浮动车定位数据自适应缓冲路径匹配系统及其方法技术方案

本发明专利技术公开浮动车定位数据自适应缓冲路径匹配系统，包括：定位数据获取单元；电子地图；路网数据库；分时变权重路径连接库，根据历史浮动车移动轨迹和当前当前定位点稀疏度动态设定连接域范围，按照连接域范围将路网进行切割，并依据分时道路等级加权计算出每条路段在连接域内到达另一条非直连路网的路径；以及路径匹配单元。路径匹配单元包括：历史定位数据集获取单元，从路网数据库提取与由定位数据获取单元实时接收的定位数据的多个缓冲范围匹配的路段路网数据，得到历史定位数据集；初次匹配单元，根据当前定位数据采样频次对历史定位数据集进行初次匹配；拟合单元，基于分时变权重路径连接库，进行拟合矫正来得到最终路径匹配结果。

【技术实现步骤摘要】
浮动车定位数据自适应缓冲路径匹配系统及其方法
本专利技术属于智能交通领域，特别涉及适合采样频率较低且漂移范围较大时的浮动车定位数据自适应缓冲路径匹配系统及其浮动车定位数据自适应缓冲路径匹配方法。
技术介绍
出租车(浮动车)在安装定位系统(例如，GPS定位系统或北斗定位系统等，在下文中以GPS定位系统为例进行说明)等车载设备后，可实现将车辆的行驶浮动数据通过无线通信方式实时地传送到浮动车信息中心，该浮动数据包括车辆位置、时间、方向和速度等信息，应用地图匹配、路径推测等相关的计算模型和算法进行处理，使浮动车位置数据和城市道路在时间和空间上关联起来，最终得到浮动车所经过道路的车辆行驶速度以及道路的行车旅行时间等交通拥堵信息，可广泛服务于各交通部门，如可作为交警部门掌握道路实时交通情况、制定缓解拥堵措施的凭证，也可为城市交通规划、市政道路建设提供数据基础支撑。出租车长期在室外运行，数据的采集及传输容易受到地域、路况、天气等因素影响，会产生一些比如数据丢失、冗余、错误等质量问题，另外各城市出租车受设备、运行环境、营运状态等影响，GPS数据上传频次、位置偏差率各不相同，如何解决在低频次采样条件下，并且位置漂移范围较大的情况下进行地图匹配是一个核心难题。地图匹配从根本上来说是一种修正技术，核心内容是以具有网络拓扑结构的电子地图路网信息为准，依靠地图匹配算法来对接收到的GPS数据来进行修正[2]，地图匹配的误差来源主要分为以下四个方面：外部突变误差、GPS系统内部误差、电子地图误差和坐标转换误差[3]，由于以上各种因素的影响，地图匹配的精度会遭到损害，因此就需要寻找一种合适的地图匹配方法来对抗这种精度误差，实现精准匹配。目前地图匹配算法可以简单地分为以下几种：简单投影地图匹配算法、基于权重的拓扑理论匹配算法、基于概率统计原理的地图匹配算法和虚拟差分算法。1)直接投影法只考虑路段的形状、距离，将GPS位置信息，投影到电子地图中距离最近的路段，如果是在比较复杂和繁密的城市路网中，直接投影法的匹配效率低，稳定性和自我修正能力差。2)基于权重的拓扑匹配算法主要通过是参考前一时刻车辆的位置和行驶方向，基于电子地图道路网络拓扑结构，确定候选路段权重，依据权重系数并参考历史GPS轨迹计算出这一时刻最终匹配点，权重系数主要靠经验来确定，而权重系数会直接影响地图匹配的精准度。3)基于概率统计原理的地图匹配算法基于概率统计的原理和方法不断循环比较GPS点的位置和候选道路路段位置，计算当前数据点的置信区域，通过比较、判断在误差区域中的候选道路选择最终的匹配路段和匹配点，这种算法不能有效利用车辆行驶历史信息，也无法解决GPS点漂移问题。4)虚拟差分算法会利用前一时刻的修正量来进行当前时刻状态下修正量的估计和计算，当前时刻的位置会参考上一时刻的修正量得到预匹配估计点，再利用简单的几何匹配原理将预匹配点投影到匹配道路上获得最终的真实匹配点，虚拟差分算法可以在一定程度上减少错误识别比例，但会极大增加了运算时间，对地图匹配实时性和可靠性有一定影响。
技术实现思路
鉴于上述现有技术中存在的问题，本专利技术重点解决在具有网络拓扑结构的城市复杂路网中，浮动车定位数据采样频次较低，数据丢失、冗余和错误率较高，位置漂移范围较大的实际条件下，传统地图匹配方法存在匹配效率较低、精准度不高以及实时性和可靠性不强等问题。为了解决上述技术问题，本专利技术公开的浮动车定位数据自适应缓冲路径匹配系统，其特征在于，包括：定位数据获取单元，用于实时接收浮动车客户端传送的定位数据；电子地图，包括拓扑结构的路段路网数据，并且用于显示路径匹配结果；路网数据库，将浮动车的历史定位数据和所述拓扑结构的路段路网数据匹配保存；分时变权重路径连接库，根据历史浮动车移动轨迹和当前定位点稀疏度动态设定连接域范围，按照连接域范围将路网进行切割，并依据分时道路等级加权计算出每条路段在连接域内到达另一条非直连路网的路径；以及路径匹配单元，包括历史定位数据集获取单元、初次匹配单元和拟合单元，所述历史定位数据集获取单元从所述路网数据库提取与由所述定位数据获取单元实时接收的定位数据的多个缓冲范围匹配的路段路网数据，进而得到所提取的所述路段路网数据上的历史定位数据集，所述初次匹配单元根据当前定位数据采样频次对所述历史定位数据集进行初次匹配，所述拟合单元基于分时变权重路径连接库，对初次匹配的结果进行拟合矫正来得到最终路径匹配结果。此外，所述的浮动车定位数据自适应缓冲路径匹配系统，其特征在于，所述定位数据是一定标准的定位数据，该一定标准包括定位系统经纬度坐标、时间、方向、速度、载客状态等属性；所述定位数据获取单元对所接收的定位数据，按照所述标准进行解析处理，并对异常数据进行清洗。此外，所述的浮动车定位数据自适应缓冲路径匹配系统，其特征在于，所述路网中每一条路段数据是具有方向性的道路路段，该道路路段是由两个端点界定且具有空间坐标属性的点集合和折线段集合，且每个道路路段包含一个交叉口或一个出入口；所述历史定位数据集获取单元从所述路网数据库提取与由所述定位数据获取单元实时接收的定位数据的多个缓冲范围匹配的路段路网数据时，在由所述定位数据获取单元实时接收的定位数据的多个缓冲范围内，从所述路网数据库中找出相交的路段，在路段的正向、反向和双向三种情况分别进行角度比较，并根据正北夹角过滤掉不在角度偏差允许范围内的路段，由此得到与由所述定位数据获取单元实时接收的定位数据的多个缓冲范围匹配的路段路网数据，进而得到所提取的所述路段路网数据上的历史定位数据集。此外，所述的浮动车定位数据自适应缓冲路径匹配系统，其特征在于，所述初次匹配单元根据当前定位数据采样频次对所述历史定位数据集进行初次匹配时，根据当前定位数据采样频次自动设置每个计算周期的时间阈值，在达到时间阈值触发条件时，按照缓冲范围对所述历史定位数据集进行分组，并将各分组的所述历史定位数据集中各历史定位数据的路段数据与前几个周期匹配的路段数据进行比对，移除与前几个周期匹配的路段不具有拓扑关系的路段，并确保每一个历史定位数据只对应一个路段，最终保留与前几个周期匹配的路段相匹配的路段数量最多的一组历史定位数据集，得到初始匹配结果。此外，所述的浮动车定位数据自适应缓冲路径匹配系统，其特征在于，所述拟合矫正包括：第一次拟合矫正，解决漂移范围大、掉头行驶等匹配问题，并将简单路网条件下的路段进行有效连接；第二次拟合矫正，采用正序法，完成复杂路网条件下路径连接，同时校正第一次拟合产生的误差；第三次拟合矫正，采用倒序法校正修复前面第二次拟合过程中产生的误差，完成路径匹配。为了解决上述技术问题，本专利技术公开的浮动车定位数据自适应缓冲路径匹配方法，其特征在于，包括：定位数据获取步骤，用于实时接收浮动车客户端传送的定位数据；分时变权重路径连接库构建步骤，根据历史浮动车移动轨迹和当前定位点稀疏度动态设定连接域范围，按照连接域范围将路网数据库中路网进行切割，并依据分时道路等级加权计算出每条路段在连接域内到达另一条非直连路网的路径，所述路网数据库将浮动车的历史定位数据和拓扑结构的路段路网数据匹配保存；路径匹配步骤，包括历史定位数据集获取步骤、初次匹配步骤和拟合步骤，所述历史定位数据集获取步骤从所述路网数据库提取本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种浮动车定位数据自适应缓冲路径匹配系统，其特征在于，包括：定位数据获取单元，用于实时接收浮动车客户端传送的定位数据；电子地图，包括拓扑结构的路段路网数据，并且用于显示路径匹配结果；路网数据库，将浮动车的历史定位数据和所述拓扑结构的路段路网数据匹配保存；分时变权重路径连接库，根据历史浮动车移动轨迹和当前定位点稀疏度动态设定连接域范围，按照连接域范围将路网进行切割，并依据分时道路等级加权计算出每条路段在连接域内到达另一条非直连路网的路径；以及路径匹配单元，包括历史定位数据集获取单元、初次匹配单元和拟合单元，所述历史定位数据集获取单元从所述路网数据库提取与由所述定位数据获取单元实时接收的定位数据的多个缓冲范围匹配的路段路网数据，进而得到所提取的所述路段路网数据上的历史定位数据集，所述初次匹配单元根据当前定位数据采样频次对所述历史定位数据集进行初次匹配，所述拟合单元基于所述分时变权重路径连接库，对所述初次匹配的结果进行拟合矫正来得到最终路径匹配结果。

【技术特征摘要】
1.一种浮动车定位数据自适应缓冲路径匹配系统，其特征在于，包括：定位数据获取单元，用于实时接收浮动车客户端传送的定位数据；电子地图，包括拓扑结构的路段路网数据，并且用于显示路径匹配结果；路网数据库，将浮动车的历史定位数据和所述拓扑结构的路段路网数据匹配保存；分时变权重路径连接库，根据历史浮动车移动轨迹和当前定位点稀疏度动态设定连接域范围，按照连接域范围将路网进行切割，并依据分时道路等级加权计算出每条路段在连接域内到达另一条非直连路网的路径；以及路径匹配单元，包括历史定位数据集获取单元、初次匹配单元和拟合单元，所述历史定位数据集获取单元从所述路网数据库提取与由所述定位数据获取单元实时接收的定位数据的多个缓冲范围匹配的路段路网数据，进而得到所提取的所述路段路网数据上的历史定位数据集，所述初次匹配单元根据当前定位数据采样频次对所述历史定位数据集进行初次匹配，所述拟合单元基于所述分时变权重路径连接库，对所述初次匹配的结果进行拟合矫正来得到最终路径匹配结果。2.根据权利要求1所述的浮动车定位数据自适应缓冲路径匹配系统，其特征在于，所述定位数据是一定标准的定位数据，该一定标准包括定位系统经纬度坐标、时间、方向、速度、载客状态等属性；所述定位数据获取单元对所接收的定位数据，按照所述标准进行解析处理，并对异常数据进行清洗。3.根据权利要求1所述的浮动车定位数据自适应缓冲路径匹配系统，其特征在于，所述路网中每一条路段数据是具有方向性的道路路段，该道路路段是由两个端点界定且具有空间坐标属性的点集合和折线段集合，且每个道路路段包含一个交叉口或一个出入口；所述历史定位数据集获取单元从所述路网数据库提取与由所述定位数据获取单元实时接收的定位数据的多个缓冲范围匹配的路段路网数据时，在由所述定位数据获取单元实时接收的定位数据的多个缓冲范围内，从所述路网数据库中找出相交的路段，在路段的正向、反向和双向三种情况分别进行角度比较，并根据正北夹角过滤掉不在角度偏差允许范围内的路段，由此得到与由所述定位数据获取单元实时接收的定位数据的多个缓冲范围匹配的路段路网数据，进而得到所提取的所述路段路网数据上的历史定位数据集。4.根据权利要求1所述的浮动车定位数据自适应缓冲路径匹配系统，其特征在于，所述初次匹配单元根据当前定位数据采样频次对所述历史定位数据集进行初次匹配时，根据当前定位数据采样频次自动设置每个计算周期的时间阈值，在达到时间阈值触发条件时，按照所述缓冲范围对所述历史定位数据集进行分组，并将各分组的所述历史定位数据集中各历史定位数据的路段数据与前几个周期匹配的路段数据进行比对，移除与前几个周期匹配的路段不具有拓扑关系的路段，并确保每一个历史定位数据只对应一个路段，最终保留与前几个周期匹配的路段相匹配的路段数量最多的一组历史定位数据集，得到初始匹配结果。5.根据权利要求1所述的浮动车定位数据自适应缓冲路径匹配系统，其特征在于，所述拟合矫正包括：第一次拟合矫正，解决漂移范围大、掉头行驶等匹配问题，并将简单路网条件下的路段进行有效连接；第二次拟合矫正，采用正序法，完成复杂路网条件下路径连接，同时校正第一次拟合产生的误差；第三次拟合矫正，采用倒序法校正修复前面第二次拟合过程中产生的误差，完成路径...

【专利技术属性】
技术研发人员：高永，段进宇，吉章伟，田希雅，
申请(专利权)人：深圳市城市交通规划设计研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44