改进的隐马尔科夫模型地图匹配方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种改进的隐马尔科夫模型地图匹配方法及装置，该方法包括：获取原始GPS轨迹数据和路网数据；对原始GPS轨迹数据进行预处理；通过轨迹数据和路网数据获取轨迹点的候选状态点；利用改进的隐马尔科夫模型(HMM)计算考虑距离和方向的观察概率和考虑距离和速度转移概率并构建有向权重图；利用维特比(Viterbi)算法提取所有候选状态点中观察概率和转移概率乘积累计和最大的候选状态点点集，并回溯获取匹配点点集作为最优轨迹匹配结果，剔除断点后获得最终的地图轨迹结果，并进行随机采样评估。本发明专利技术对低采样率的轨迹数据同样适用，实验结果表明：GPS轨迹点与路网的地图匹配平均准确率达到88.83％，相较于其他基于HMM的地图匹配方法准确率得到提高。的地图匹配方法准确率得到提高。的地图匹配方法准确率得到提高。

【技术实现步骤摘要】
改进的隐马尔科夫模型地图匹配方法及装置


[0001]本专利技术属于地理信息科学与智能交通研究领域，具体涉及一种改进的隐马尔科夫模型地图匹配方法及装置。

技术介绍

[0002]随着GPS设备普及和定位技术的不断发展，产生的大量GPS轨迹数据为基于位置服务(LBS)和智能交通系统(ITS)的研究提供重要数据来源。但是，由于GPS设备本身存在误差和定位时周围环境的复杂性，导致轨迹数据和相应的道路网络之间不匹配，致使对路线规划、交通流量分析、地理社交网络分析、自动驾驶汽车、轨迹异常分析等应用的研究无法继续，需要地图匹配将轨迹点与路网位置联系起来并得到匹配后的轨迹点位置和信息，即地图匹配过程。所以地图匹配是各种基于位置服务(LBS)和智能交通系统中必不可少的数据处理过程。目前，地图匹配方法主要归纳为以下四大类：1)基于几何的算法主要研究路网和轨迹的几何特征，但是该方法忽略了拓扑信息，导致对于复杂的路网场景匹配混乱或错误，如立交桥等场景；2)基于拓扑的算法侧重轨迹数据与路网之间的拓扑关系，该方法通过路网来建立图结构并整合拓扑信息。但是该方法不适用于低采样率本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改进的隐马尔科夫模型地图匹配方法，其特征在于，包括以下步骤：获取路网数据和原始GPS车辆轨迹数据；对所述原始GPS车辆轨迹数据进行预处理，获得预处理后的轨迹数据；通过所述路网数据和所述预处理后的轨迹数据，获取轨迹点在一定距离缓冲区范围内的路网中的候选状态点；将所述候选状态点和所述路网数据作为改进的隐马尔科夫模型的输入，计算所有候选状态点的观察概率和转移概率；将各所述观察概率作为节点，将各所述转移概率作为边，构建有向权重图；根据维特比算法和所述有向权重图，获取观察概率和转移概率乘积累计和最大的候选状态点点集，将所述候选状态点点集回溯获取匹配点点集，将所述匹配点点集作为最优的匹配轨迹；剔除所述最优的匹配轨迹中的断点，将最终的结果作为地图匹配结果。2.如权利要求1所述的改进的隐马尔科夫模型地图匹配方法，其特征在于，在所述剔除最优的匹配轨迹中的断点，将最终的结果作为地图匹配结果的步骤之后，还包括：对所述地图匹配结果进行随机采样评估，得到匹配准确率。3.如权利要求1所述的改进的隐马尔科夫模型地图匹配方法，其特征在于，所述对原始GPS车辆轨迹数据进行预处理的步骤，包括：文件解压、文件分割、数据清洗、数据格式和坐标系转换以及地图投影。4.如权利要求1所述的改进的隐马尔科夫模型地图匹配方法，其特征在于，所述对原始GPS车辆轨迹数据进行预处理的步骤，包括：判断所述原始GPS车辆轨迹数据是否是以轨迹点的ID、经度、纬度和时间戳字段记录的txt文件格式，若是，则进入下一步，否则，将所述原始GPS车辆轨迹数据进行格式转换成该类型的txt格式；将包含多个轨迹数据的txt文件根据轨迹点的ID进行分割，分割成一定数量的txt轨迹数据文件；计算分割后的txt轨迹数据文件中相邻点间的平均速度和车辆方向角，剔除超过预设速度最大值和预设方向角范围的轨迹点；将相邻轨迹点时间间隔小于零的轨迹点剔除，把相邻点的速度和方向角均为零，但是地理位置和时间在变的轨迹点剔除，得到清洗后的轨迹数据txt文件；将所述清洗后的轨迹数据txt文件批量转换为shapefile文件格式，同时把原来的火星坐标系转换为大地坐标系；通过ArcGIS软件对轨迹数据进行批量投影，将大地坐标系转换为投影坐标系，即平面坐标系，对原始GPS车辆轨迹数据的预处理过程完成。5.如权利要求1所述的改进的隐马尔科夫模型地图匹配方法，其特征在于，所述通过路网数据和所述预处理后的轨迹数据，获取轨迹点在一定距离缓冲区范围内的路网中的候选状态点的步骤，包括：以轨迹点的位置为中心，构建缓冲半径R的缓冲区，所述缓冲区半径R的计算公式如下：R＝L
max
+v式中，L
max
为道路宽度的最大值；v是通过查阅文献资料得出的参数；
构建路网的STRtree空间索引结构，查询缓冲区范围内的路段；获取轨迹点到缓冲区范围内的路段上的投影点，并作为候选状态点。6.如权利要求1所述的改进的隐马尔科夫模型地图匹配方法，其特征在于，所述计算所有候选状态点的观察概率的步骤，包括：计算距离因素的观察概率，计算公式如下：式中，o
i
和分别表示观察点和对应的候选匹配点，即第i个观察点和对应的第k个候选状态点；表示GPS观察点o
i
和候选状态点之间的欧式距离；μ表示定位误差期望值，包括GPS设备的系统误差和测绘误差；σ表示GPS定位误差的标准差；表示第i个观察点对应的第k个候选状态点之间计算距离因素的观察概率值；计算角度因素的观察概率，计算公式如下：计算角度因素的观察概率，计算公式如下：式中，β表示轨迹点记录的方向角度值；γ表示候选状态点所在的道路的角度方向值；α表示轨迹点记录方向角和道路方向角的差值，取值范围为[0,180
°
]；表示第i个观察点对应的第k个候选状态点之间计算角度因素的观察概率值；根据所述距离因素的观察概率和所...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨雪，余建华，郑雪姣，唐炉亮，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：