一种基于路径增量的高采样率轨迹地图匹配方法组成比例

本发明专利技术公开了一种基于路径增量的高采样率轨迹地图匹配方法，形式化定义基于路径增量的GNSS轨迹点地图匹配过程；采用基于距离、道路连通性、方向一致性等约束条件的组合过滤方法，从道路网中提取候选道路子集；以候选子网中两个相邻路口点之间的路径为增量，进行基于路径增量的轨迹点匹配计算。匹配过程中，每一个增量计算过程均为以路口点为起点，确定后续匹配路段的过程。为了减弱平行同向路段对匹配结果的影响，在每个路口点处综合考虑了Hausdorff距离与弯曲度相结合的相似度评价指标。本发明专利技术表现出了更高的准确率和效率，能够较好地处理各类复杂路段情况，非常适用于复杂城市路网中的高采样率GNSS轨迹匹配应用场景。城市路网中的高采样率GNSS轨迹匹配应用场景。城市路网中的高采样率GNSS轨迹匹配应用场景。

A high sampling rate trajectory map matching method based on path increment

【技术实现步骤摘要】
一种基于路径增量的高采样率轨迹地图匹配方法


[0001]本专利技术涉及一种轨迹地图匹配方法，尤其涉及一种基于路径增量的高采样率轨迹地图匹配方法。

技术介绍

[0002]位置获取和移动计算技术的进步产生了大量空间轨迹数据，这些数据代表了各种运动物体的移动性，并在实时路径规划、路网更新、出行规律发现等诸多领域起着至关重要的作用。但由于不同移动设备均存在定位误差，且道路经过地图综合过程已经由真实世界中的面状要素转化为抽象平面下的线状要素，所以轨迹与其实际所处道路之间存在偏差。因此，在处理和分析轨迹数据之前，应进行地图匹配，使得轨迹被正确的定位在道路之上。在城市应用场景中，全球定位系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)技术的进步和大数据处理技术的发展使得城市地区的定位数据是以很短的时间间隔获取的，例如1秒或5秒。如何在兼顾效率及正确率的情况下，满足高采样率轨迹与复杂城市道路网的匹配成为一项挑战。
[0003]现有的地图匹配算法可分为三类：局部算法、增量算法以及全局算法。局部地图匹配算法一次只考虑轨迹上的单个GNSS点，不考虑当前轨迹点与前后点之间的关系。这类方法具有高效和易于实现的优点，但实际应用中极易出现匹配错误。增量地图匹配算法考虑相邻轨迹点，将拓扑、运动状态、转移概率等轨迹点的空间分布及移动规律引入匹配过程，从而提高算法的性能。但在增量匹配算法中，先前点的不正确匹配结果可能会累积并影响后续点的匹配。全局地图匹配算法基于相似性度量将整个轨迹映射到道路网中的路径，由于轨迹上的GNSS点是分批考虑的，所以不会产生增量方法的误差传播问题。因此这类算法对采样率不太敏感，保证在不同采样率下均有较高匹配精度，但同时也导致了高采样率情形下的低效率问题。
[0004]根据上述各类算法的特点，在面向高采样率与复杂城市路网应用场景时，基于增量的匹配思路被更为广泛的应用，但已有的相关算法在处理高采样率轨迹时，仍存在以下两个问题：(1)算法匹配时间不仅与轨迹点数量有关，也与车辆行驶路段的复杂程度密切相关，更高的采样率和道路复杂度带来更为耗时的计算过程；(2)在路口点等复杂路段处，由于移动物体通常以低速行进，使得轨迹点间距离相对于其他区域更小，从而也更容易导致错误匹配。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术所存在的不足之处，本专利技术提供了一种基于路径增量的高采样率轨迹地图匹配方法，进一步提高了计算效率和复杂路段处匹配的准确率。
[0006]为了解决以上技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种基于路径增量的高采样率轨迹地图匹配方法，包括以下步骤：
[0007]步骤S1、形式化定义基于路径增量的GNSS轨迹点地图匹配过程；
[0008]步骤S2、采用多约束组合过滤方法从路网中提取候选道路子网；
[0009]步骤S3、以候选道路子网中两个相邻路口点之间的路径为增量，进行基于路径增量的轨迹点匹配计算。
[0010]优选的，步骤S1中，基于路径增量的GNSS轨迹点地图匹配过程被定义为：根据轨迹T及路网G(V，E)，筛选出候选道路子网G
′
(V
′
，E
′
)，然后以候选道路子网中相邻两路口点之间的路径为增量进行轨迹匹配计算，从而逐步确定物体实际运动路径的过程。
[0011]优选的，步骤S2的具体过程为：将相邻两个轨迹点的空间分布及移动规律与其附近道路的特征结合，通过采用距离约束、道路连通性约束、方向一致性约束和单点连通路段“剪枝”一系列过滤条件，剔除大量无关路段，得到候选道路子网G
′
(V
′
，E
′
)。
[0012]优选的，步骤S2中，距离约束通过动态调整的缓冲区实现，即以轨迹点为圆心，以r
p0
为初始半径构建缓冲区，若候选路段集为空，则将半径扩大一个固定的步长r
p，step
，如此循环，直到候选路段集中至少包含一条路段为止。
[0013]优选的，步骤S2中，道路连通性约束包括拓扑连通性约束和方向连通性约束，其中，拓扑连通性约束：对于轨迹中的任一点p
i
，其候选路段集C(p
i
)中存在路段e
i
与候选路段集C(p
i+1
)中某一路段e
j
端点相连或重叠；
[0014]方向连通性约束：对于轨迹中任一点p
i
，候选路段集C(p
i
)中存在路段e
i
与候选路段集C(p
i+1
)中某一路段e
j
相连或重叠，且当e
i
与e
j
相连时，应同时满足两路段方向在连接处首尾相接。
[0015]优选的，步骤S2中，方向一致性约束包括长度比约束与方位角约束，其中，长度比约束：若连续两个轨迹点之间的距离与其在候选路段上投影点之间距离的长度比小于阈值0.8，则剔除该候选路段；
[0016]方位角约束：计算轨迹线段与其在候选路径上投影线段的夹角，当该夹角大于90
°
时，则剔除该候选线段。
[0017]优选的，方位角约束中，通过计算轨迹与轨迹在候选路径上投影点之间的向量方位角之差剔除方向相反的路径，其中向量方位角为正北方向沿顺时针旋转至当前向量所经过的水平角度，其计算公式为：其中，α为当前向量的方位角，(x1，y1)，(x2，y2)分别为向量的首尾点坐标。
[0018]优选的，步骤S2中，单点连通路段“剪枝”指的是：依次遍历各个路段，分别计算各路段起点与终点的度数，删除首尾路段之外的其他单点连通路段。
[0019]优选的，步骤S3的具体过程为：
[0020]首先确定初始路段，即从起始轨迹点的候选路段中选择与轨迹线相似度最高的路段作为起始路段；
[0021]在确定初始路段后，进入增量计算过程，每一个增量计算过程均以路口点为起点，逐步确定后续匹配路段；
[0022]当匹配路段连接的顶点为过渡点时，记录当前路段，继续确定下一路段；
[0023]当匹配路段连接的顶点为路口点时，进入下一个增量计算过程；直到出现单连通点时，将其作为轨迹终点，结束匹配过程。
[0024]优选的，步骤S3中，在路口点处进行增量前进方向判断时，采用Hausdorff距离与
弯曲度相结合的相似度评价指标，以减弱平行同向路段对匹配结果的影响。
[0025]本专利技术在提高匹配效率的同时兼顾了对于复杂路段的处理，较好地解决了高采样率数据在复杂路网匹配中准确率与效率之间的矛盾。该方法通过对路网的组合过滤消除了无连通路段及反向路段对匹配过程的影响，并采用路径增量替代传统增量匹配方法中的轨迹增量，使得匹配结果更加符合真实的车辆行驶路线。在路口点处采用曲率积分与Hausdorff距离的组合代替传统匹配算法中的几何度量以提高起始路段以及路口点处的匹配精度。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于路径增量的高采样率轨迹地图匹配方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：步骤S1、形式化定义基于路径增量的GNSS轨迹点地图匹配过程；步骤S2、采用多约束组合过滤方法从路网中提取候选道路子网；步骤S3、以候选道路子网中两个相邻路口点之间的路径为增量，进行基于路径增量的轨迹点匹配计算。2.根据权利要求1所述的基于路径增量的高采样率轨迹地图匹配方法，其特征在于：所述步骤S1中，基于路径增量的GNSS轨迹点地图匹配过程被定义为：根据轨迹T及路网G(V，E)，筛选出候选道路子网G
′
(V
′
，E
′
)，然后以候选道路子网中相邻两路口点之间的路径为增量进行轨迹匹配计算，从而逐步确定物体实际运动路径的过程。3.根据权利要求1所述的基于路径增量的高采样率轨迹地图匹配方法，其特征在于：所述步骤S2的具体过程为：将相邻两个轨迹点的空间分布及移动规律与其附近道路的特征结合，通过采用距离约束、道路连通性约束、方向一致性约束和单点连通路段“剪枝”一系列过滤条件，剔除大量无关路段，得到候选道路子网G
′
(V
′
，E
′
)。4.根据权利要求3所述的基于路径增量的高采样率轨迹地图匹配方法，其特征在于：所述步骤S2中，距离约束通过动态调整的缓冲区实现，即以轨迹点为圆心，以r
p0
为初始半径构建缓冲区，若候选路段集为空，则将半径扩大一个固定的步长r
p.step
，如此循环，直到候选路段集中至少包含一条路段为止。5.根据权利要求3所述的基于路径增量的高采样率轨迹地图匹配方法，其特征在于：所述步骤S2中，道路连通性约束包括拓扑连通性约束和方向连通性约束，其中，拓扑连通性约束：对于轨迹中的任一点p
i
，其候选路段集C(p
i
)中存在路段e
i
与候选路段集C(p
i+1
)中某一路段e
j
端点相连或重叠；方向连通性约束：对于轨迹中任一点p
i
，候选路段集C(...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘远刚，王浩岩，李少华，龙颖波，蔡永香，马潇雅，
申请(专利权)人：长江大学，
类型：发明
国别省市：