基于车辆GPS的路网提取和轨迹纠偏方法和系统技术方案

本发明专利技术给出了基于车辆GPS的路网提取和轨迹纠偏方法和系统，包括对海量的车辆行驶轨迹数据进行分析，将轨迹数据中的每一辆公交车的数据构成相应的轨迹集合，基于优化的物理引力理论的聚合算法对轨迹集合中的数据进行压缩，并分析排除轨迹数据中的异常点；再建立相应的直角坐标系，根据轨迹数据中的某GPS点的相似点的坐标计算各相似点的权重，从而获得该GPS点的偏移矢量，求得该GPS点的纠偏后的新坐标，实现了对车辆GPS轨迹数据的纠偏；再对轨迹数据中异常点最少的轨迹数据进行DP压缩后提取出车辆GPS的路网信息，完成了基于GPS轨迹数据的路网精细化提取。

【技术实现步骤摘要】
基于车辆GPS的路网提取和轨迹纠偏方法和系统
本专利技术涉及车辆GPS
，尤其是基于车辆GPS的路网提取和轨迹纠偏方法和系统。
技术介绍
国内民用GPS定位精度不可避免的存在一定的误差和漂移问题，导致定位数据不准确，且显示在地图上不符合常理，常常轨迹偏离道路过远或偏移到没有道路的地方，严重影响轨迹可视化的效果。所以对GPS轨迹进行一定合理的纠偏处理是有必要的。就公交车而言，公交车具有线路固定化、驾驶轨迹高度相似的特点。本文就海量的车辆行驶轨迹数据，通过基于优化的物理引力理论的聚合算法，完成基于GPS轨迹数据的路网精细化提取，并且可以以此为依据对相映的公交线路轨迹进行绑路算法完成纠偏。
技术实现思路
本专利技术提出了基于车辆GPS的路网提取和轨迹纠偏方法和系统，以解决上文提到的现有技术的缺陷。在第一个方面，本专利技术提出了基于车辆GPS的轨迹纠偏方法，该方法包括以下步骤：S1：在某段时间内选取若干辆公交车，分别对所述若干辆公交车中的每一辆公交车在某一条相同的公交路线上选取多个GPS点，将每一辆公交车的所述多个GPS点构成该公交车的轨迹数据，再将所有轨迹数据构成第一轨迹集合；S2：在所述第一轨迹集合中，分别将每条轨迹数据中距离和瞬时行驶方向角相近的GPS点压缩为同一个GPS点，得到第二轨迹集合；S3：在所述第二轨迹集合中，对各条轨迹数据中的任意一个GPS点计算其与其余每个GPS点之间的距离和瞬时行驶方向角的差，根据所述距离和所述瞬时行驶方向角的差判断所述任意一个GPS点是否为异常点；当某条轨迹数据中异常点的个数大于该条轨迹数据中所有GPS点数的50％时，删除该条轨迹数据；处理完所述第二轨迹集合中的所有轨迹数据后删除剩余的轨迹数据中的异常点，得到第三轨迹集合；S4：针对所述第三轨迹集合中的各个GPS点分别建立平面直角坐标系，并分别进行如下操作：选取所述GPS点的相似点，并计算所述相似点在其平面直角坐标系下的相对坐标以及所述相似点对所述GPS点的欧氏距离，根据欧式距离计算所述相似点对所述GPS点的权重；在所述GPS点的平面直角坐标系中，对其所有相似点的相对坐标按照所述权重进行累加并求均值，得到所述GPS点的偏移矢量，再根据所述偏移矢量求得所述GPS点的新坐标并将所述GPS点的坐标替换为所述新坐标；S5：根据所有GPS点的所述偏移矢量计算对应的偏移距离，对所有偏移距离求平均数，当所述平均数大于预设的平均数阈值，重复所述S4，否则，轨迹纠偏完成。以上方法就海量的车辆行驶轨迹数据，通过基于优化的物理引力理论的聚合算法，完成了基于GPS轨迹数据的路网精细化提取，同时对相映的公交线路轨迹进行绑路算法实现了对车辆GPS轨迹数据的纠偏。在具体的实施例中，所述将每一辆公交车的所述多个GPS点构成该公交车的轨迹数据，具体包括：获取各个GPS点的包括GPS点的经度、纬度和瞬时行驶方向角在内的参数，利用各辆公交对应的GPS点的参数分别构成若干条轨迹数据。在具体的实施例中，所述S2中分别将每条轨迹数据中距离和瞬时行驶方向角相近的GPS点压缩为同一个GPS点，具体包括对所述每条轨迹数据进行如下步骤：按时间顺序依次取出轨迹数据中的GPS点进行如下操作：删除轨迹数据中的其余点中与当前GPS点之间的距离小于预设的距离阈值且瞬时行驶方向角的差小于预设的方向角阈值的点。由于数据集中的GPS数据采样间隔为0.2s一次，过于频繁，导致数据量大、冗余数据多，故需要将轨迹数据中的相似点删除以排除冗余数据从而优化轨迹数据的处理。在具体的实施例中，所述对各条轨迹数据中的任意一个GPS点计算其与其余每个GPS点之间的距离和瞬时行驶方向角的差，根据所述距离和所述瞬时行驶方向角的差判断所述任意一个GPS点是否为异常点，具体包括：S301：对各条轨迹数据中的任意一个GPS点pm计算其与当前轨迹数据中的其余每个GPS点pn的距离distm，n和瞬时行驶方向角的差drcm，n；S302：将所述距离distm，n小于预设的距离阈值且瞬时行驶方向角的差drcm,n小于预设的方向角阈值的点存入一个集合中，所述集合记为所述GPS点pm的缓冲区；S303：计算所述GPS点pm的缓冲区中满足distm,n＜maxDist，且drcm,n＜r的GPS点个数Ns，当所述个数Ns小于预设值Nsmin时将所述GPS点pm记为异常点，其中maxDist为预设的相似点半径，r为预设的方向角阈值。在具体的实施例中，所述S4中选取所述GPS点的相似点具体包括：在所述GPS点的缓冲区中，选取满足distm,n＜maxDist，且drcm,n＜r的GPS点作为所述相似点。在具体的实施例中，所述S4中根据所述欧式距离计算所述相似点对所述GPS点的权重，具体包括：其中，k为GPS点m的相似点的个数，αn为GPS点m的相似点n的参数，αi为GPS点m的相似点i的参数，dnm为GPS点m的相似点n对GPS点m的欧氏距离，dim为GPS点m的相似点i对GPS点m的欧氏距离，ωn为GPS点m的相似点n的对GPS点m的权重。在第二个方面，本专利技术提出了基于车辆GPS的路网提取方法，该方法包括以下步骤：S6：在所述第三轨迹集合中，对各条轨迹数据中的任意一个GPS点计算其与其余每个GPS点之间的距离和瞬时行驶方向角的差，根据所述距离和所述瞬时行驶方向角的差判断所述任意一个GPS点是否为异常点；对每条轨迹数据计算异常点的个数，再对异常点的个数最少的轨迹数据进行DP压缩，提取出车辆GPS的路网信息。在具体的实施例中，所述DP压缩具体包括：S601：将轨迹数据中的GPS点画在坐标系中，将坐标系中的点依次连成一条曲线，并将为首的GPS点和最末的GPS点连成一条直线，求出轨迹数据中所有GPS点到所述直线的垂直距离，并找出其中最大的距离值dmax；S602:将dmax与预设的阈值D相比较：若dmax＜D，则将轨迹数据中除为首的GPS点和最末的GPS点以外的点全部舍去后，完成所述DP压缩；若dmax＞＝D，则进入步骤S603；S603:保存dmax对应的GPS点，并以该GPS点为界，把所述曲线分成两部分，对这两部分分别执行步骤S601至S602，直至所有dmax都小于D，则所述DP压缩完成。根据本专利技术的第三方面，提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被计算机处理器执行时实施上述方法。根据本专利技术的第四方面，提出基于车辆GPS的路网提取和轨迹纠偏系统，该系统包括：轨迹数据收集模块：配置用于在某段时间内选取若干辆公交车，分别对所述若干辆公交车中的每一辆公交车在某一条相同的公交路线上选取多个GPS点，将每一辆公交车的所述多个GPS点构成该公交车的轨迹数据，再将所有轨迹数据构成第一轨迹集合；轨迹数据压缩模块：配置用于在所述第一轨迹集合中，分别将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于车辆GPS的轨迹纠偏方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1：在某段时间内选取若干辆公交车，分别对所述若干辆公交车中的每一辆公交车在某一条相同的公交路线上选取多个GPS点，将每一辆公交车的所述多个GPS点构成该公交车的轨迹数据，再将所有轨迹数据构成第一轨迹集合；/nS2：在所述第一轨迹集合中，分别将每条轨迹数据中距离和瞬时行驶方向角相近的GPS点压缩为同一个GPS点，得到第二轨迹集合；/nS3：在所述第二轨迹集合中，对各条轨迹数据中的任意一个GPS点计算其与其余每个GPS点之间的距离和瞬时行驶方向角的差，根据所述距离和所述瞬时行驶方向角的差判断所述任意一个GPS点是否为异常点；/n当某条轨迹数据中异常点的个数大于该条轨迹数据中所有GPS点数的50％时，删除该条轨迹数据；/n处理完所述第二轨迹集合中的所有轨迹数据后删除剩余的轨迹数据中的异常点，得到第三轨迹集合；/nS4：针对所述第三轨迹集合中的各个GPS点分别建立平面直角坐标系，并分别进行如下操作：/n选取所述GPS点的相似点，并计算所述相似点在其平面直角坐标系下的相对坐标以及所述相似点对所述GPS点的欧氏距离，根据欧式距离计算所述相似点对所述GPS点的权重；/n在所述GPS点的平面直角坐标系中，对其所有相似点的相对坐标按照所述权重进行累加并求均值，得到所述GPS点的偏移矢量，再根据所述偏移矢量求得所述GPS点的新坐标并将所述GPS点的坐标替换为所述新坐标；/nS5：根据所有GPS点的所述偏移矢量计算对应的偏移距离，对所有偏移距离求平均数，当所述平均数大于预设的平均数阈值，重复所述S4，否则，轨迹纠偏完成。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于车辆GPS的轨迹纠偏方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在某段时间内选取若干辆公交车，分别对所述若干辆公交车中的每一辆公交车在某一条相同的公交路线上选取多个GPS点，将每一辆公交车的所述多个GPS点构成该公交车的轨迹数据，再将所有轨迹数据构成第一轨迹集合；
S2：在所述第一轨迹集合中，分别将每条轨迹数据中距离和瞬时行驶方向角相近的GPS点压缩为同一个GPS点，得到第二轨迹集合；
S3：在所述第二轨迹集合中，对各条轨迹数据中的任意一个GPS点计算其与其余每个GPS点之间的距离和瞬时行驶方向角的差，根据所述距离和所述瞬时行驶方向角的差判断所述任意一个GPS点是否为异常点；
当某条轨迹数据中异常点的个数大于该条轨迹数据中所有GPS点数的50％时，删除该条轨迹数据；
处理完所述第二轨迹集合中的所有轨迹数据后删除剩余的轨迹数据中的异常点，得到第三轨迹集合；
S4：针对所述第三轨迹集合中的各个GPS点分别建立平面直角坐标系，并分别进行如下操作：
选取所述GPS点的相似点，并计算所述相似点在其平面直角坐标系下的相对坐标以及所述相似点对所述GPS点的欧氏距离，根据欧式距离计算所述相似点对所述GPS点的权重；
在所述GPS点的平面直角坐标系中，对其所有相似点的相对坐标按照所述权重进行累加并求均值，得到所述GPS点的偏移矢量，再根据所述偏移矢量求得所述GPS点的新坐标并将所述GPS点的坐标替换为所述新坐标；
S5：根据所有GPS点的所述偏移矢量计算对应的偏移距离，对所有偏移距离求平均数，当所述平均数大于预设的平均数阈值，重复所述S4，否则，轨迹纠偏完成。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将每一辆公交车的所述多个GPS点构成该公交车的轨迹数据，具体包括：
获取各个GPS点的包括GPS点的经度、纬度和瞬时行驶方向角在内的参数，利用各辆公交对应的GPS点的参数分别构成若干条轨迹数据。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S2中分别将每条轨迹数据中距离和瞬时行驶方向角相近的GPS点压缩为同一个GPS点，具体包括对所述每条轨迹数据进行如下步骤：
按时间顺序依次取出轨迹数据中的GPS点进行如下操作：删除轨迹数据中的其余点中与当前GPS点之间的距离小于预设的距离阈值且瞬时行驶方向角的差小于预设的方向角阈值的点。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对各条轨迹数据中的任意一个GPS点计算其与其余每个GPS点之间的距离和瞬时行驶方向角的差，根据所述距离和所述瞬时行驶方向角的差判断所述任意一个GPS点是否为异常点，具体包括：
S301：对各条轨迹数据中的任意一个GPS点pm计算其与当前轨迹数据中的其余每个GPS点pn的距离distm,n和瞬时行驶方向角的差drcm,n；
S302：将所述距离distm,n小于预设的距离阈值且瞬时行驶方向角的差drcm,n小于预设的方向角阈值的点存入一个集合中，所述集合记为所述GPS点pm的缓冲区；
S303：计算所述GPS点pm的缓冲区中满足distm,n＜maxDist，且drcm,n＜r的GPS点个数Ns，当所述个数Ns小于预设值Nsmin时将所述GPS点pm记为异常点，其中maxDist为预设的相似点半径，r为预设的方向角阈值。


5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述S4中选取所述GPS点的相似点具体包括：
在所述GPS点的缓冲区中，选取满足distm,n＜maxDist，且drcm,n＜r的GPS点作为所述相似点。


6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S4中根据所述欧式距离计算所述相似点对所述GPS点的权重，具体包括：






其中，k为GPS点m的相似点的个数，αn为GPS点m的相似点n的参数，...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁成，王皓桦，贺晓凤，何晓莉，林华森，
申请(专利权)人：汉纳森厦门数据股份有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35