一种基于四叉树和车辆GPS轨迹的抽象网格路网建立方法技术

本发明专利技术公开了一种基于四叉树和车辆GPS轨迹的抽象网格路网建立方法，包括以下步骤：（1）根据GPS数据逻辑关系特征选择四叉树数据结构；（2）运用空间连接运算将GPS数据和实际路网数据存入四叉树数据结构中；（3）使用基于四叉树的GPS数据嵌入算法，根据出租车GPS数据划分基本网格单元；（4）根据道路网拓扑结构，确定各网格单元之间连接弧是否存在；（5）根据各网格单元中道路网结点之间的最短路距离，求平均计算各网格单元的连接弧权重；（6）建立抽象网格路网。本发明专利技术可以为空驶出租车路径规划提供一定辅助参考，降低其空驶率。降低其空驶率。降低其空驶率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于四叉树和车辆GPS轨迹的抽象网格路网建立方法


[0001]本专利技术属于车辆路径规划领域，具体涉及一种基于四叉树和车辆GPS轨迹的抽象网格路网建立方法。

技术介绍

[0002]随着城市的快速发展，城市居民的出行需求量也在迅速的增加。出租车作为城市交通系统中的重要组成部分，因为其独特的服务特点，在为居民提供出行服务的过程中发挥着无法比拟的优势。目前我国出租车主要分为巡游出租车和预约出租车，其中巡游出租车的占比达到了70％，为城市居民出行带来了极大的便利性。但是，在出租车服务过程中，也会存在着许多问题，其中最主要的就是巡游出租车的空驶问题。根据现实情况的调查，目前很多巡游出租车很大部分时间都是处于漫无目的空驶状态下的，全国的出租车存在着空驶率过高的问题。出租车空驶主要会带来以下影响：
[0003]1.制约出租车司机的长期收益：司机在驾驶出租车巡课过程中，是不会产生任何收益的，当空驶的时间和距离过长，司机的时间成本和油耗成本也会随之增加，而随之的乘客收入会大大减少，进而降低了司机的长期收益。
[0004]2.资源浪费和环境污染：出租车在空驶过程中，未进行任何实质上的乘客出行服务，不仅会浪费出租车资源，而且也会挤占更多的道路资源。同时目前国内很多出租车还是油耗车，空驶过程也会增加很多不必要的温室气体排放，造成环境污染。
[0005]3.导致交通拥堵甚至引发安全问题：出租车司机在驾驶空驶出租车时为了寻找乘客一般情况下会前往人流量较大的区域，以提高自己的接客成功率。这种情况一般会造成区域的交通拥堵，人车冲突加剧，另外出租车司机在空驶过程中注意力更多放在路上乘客，可能会因为驾驶的分心而导致交通事故。
[0006]路网的网格化抽象处理，就是将由道路结点和路段所构成的实际路网，通过一定的处理方式重塑为由若干网格单元所构成的抽象路网，而原有实际路网中的各种数据，被嵌入抽象路网中。网格化抽象路网处理可以有效缩小状态空间的规模，在研究低维度数据时具有显著优势，现有关于城市空载出租车路径规划中有一些抽象网格路网的研究，但是存在一些缺陷：(1)当前大多数研究在对抽象路网进行嵌入时，并没有从数据的角度出发使用合理的方法来对研究区域进行一个均匀划分；(2)一些抽象网格路网中各个网格数据分布不合理，数据的稀疏性不合理，会对后续求解速度造成影响；(3)基于现有的道路网络建模舍弃了很多实际路网的拓扑结构，导致建模过程中车辆所包含的信息有限，没有充分的贴合实际道路网的情况。

技术实现思路

[0007]为了解决上述
技术介绍
提到的技术问题，本专利技术提出了一种基于四叉树和车辆GPS轨迹的抽象网格路网建立方法。
[0008]为了实现上述技术目的，本专利技术的技术方案为：
[0009]一种基于四叉树和车辆GPS轨迹的抽象网格路网建立方法，包括以下步骤：
[0010]S1、根据GPS数据逻辑关系特征选择四叉树数据结构；
[0011]S2、使用空间连接运算将车辆GPS数据和实际道路网数据存入步骤S1的四叉树数据结构当中；
[0012]S3、使用基于四叉树的GPS数据嵌入算法，根据车辆GPS数据点在实际道路网络中的分布位置，将研究区域划分为n基本网格单元B＝{1，2，
…
，n}；
[0013]S4、根据道路网络拓扑结构，确定各网格单元之间是否存在连接弧l
ii
；
[0014]S5、根据各网格单元中道路网结点之间的最短路距离，求平均计算各网格单元的连接弧权重s
ij
；
[0015]S6、输出最终抽象网格路网G＝{B，L，S}其中，L＝{l
ij
|i，j∈B}表示各个网格之间连接弧的集合，S＝{s
ij
|l
ij
∈L}表示网格之间连接弧权重的集合。
[0016]优选地，步骤S1具体包括以下步骤：
[0017]S11、获取数据的逻辑结构中包含了各数据之间的逻辑关系，包括同属一个集合、一对一、一对多和多对一，分别对应集合、线性结构、树形结构和图形结构；
[0018]S12、将步骤S11中一对多的逻辑关系且GPS数据点之间构成行驶轨迹作为特征，选择基于点要素和线要素的四叉树数据结构。
[0019]优选地，步骤S2具体包括以下步骤：
[0020]S21、选取研究区域，通过地图软件获取道路结点之间的最短路，并将最短路结果用矩阵的形式进行存储；
[0021]S22、将若干连续的车辆GPS数据基于实际道路情况进行可视化呈现构成行驶轨迹，行驶轨迹以线要素的形式存在；
[0022]S23、利用空间连接运算，根据车辆GPS轨迹之间的空间位置关系，将不同的数据表连接成为一个新的数据表，新的数据表包括带有地理信息的GPS数据和实际道路网数据，将新的数据表存入到四叉树数据结构中，保留数据的空间位置信息。
[0023]优选地，其特征在于，步骤S21具体包括以下步骤：
[0024]S211、根据城市发展现状、经济指标以及热力图为参考，以城市发展现状、经济指标以及热力图为参考，选取GDP大于一万亿，城镇化率高于80％，外来务工人口超过300万，早晚高峰时期城市中心区域人口聚集密度大于60人/hm2的城市作为研究区域作为研究区域；
[0025]S212、利用开放地图软件获取研究区域内的现实道路网络，其中包含区域内道路结点和路段长度，利用最短路算法求解得出各结点之间的最短路距离，并将最短路距离以矩阵的形式存储。
[0026]优选地，其特征在于，步骤S3中基于四叉树的GPS数据嵌入算法具体包括以下步骤：
[0027]S311、输入研究区域、GPS行驶轨迹、结点容量n以及预剪枝要求；
[0028]S312、初始化四叉树数据结构、父结点列表以及叶子结点列表；
[0029]S313、对于父结点列表中的每个结点使用空间连接，在该结点嵌入对应区域中的GPS行驶轨迹；
[0030]S314、对父结点列表中的每个结点进行判断，若该结点的空驶轨迹数量大于结点
容量且对应区域最短边长大于预剪枝要求，则均匀分裂该结点，并在父结点列表中将其剔除，将分裂得到的四个子结点加入父结点列表；否则，将该结点加入叶子节点列表，并在父结点列表中将其剔除；
[0031]S315、输出最终得到的叶子节点列表。
[0032]优选地，其特征在于，步骤S3具体包括以下步骤：
[0033]S321、设置结点容量n，n取值介于总GPS点的1/10000
‑
1/15000；
[0034]S322、设置预剪枝要求C0，规定正方形子区域面积的边长最小为C0；
[0035]S323、对研究区域进行划分，每个区域均对应四叉树中的结点，当区域内的GPS轨迹数量大于容量n并且区域的最短边长大于C0时，将区域均匀划分为四个正方形子区域；若区域内GPS轨迹数量小于容量n或区域边长最短边长度小于C0，则停止划分该区域本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于四叉树和车辆GPS轨迹的抽象网格路网建立方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、根据GPS数据逻辑关系特征选择四叉树数据结构；S2、使用空间连接运算将车辆GPS数据和实际道路网数据存入步骤S1的四叉树数据结构当中；S3、使用基于四叉树的GPS数据嵌入算法，根据车辆GPS数据点在实际道路网络中的分布位置，将研究区域划分为n基本网格单元B＝{1，2，...，n}；S4、根据道路网络拓扑结构，确定各网格单元之间是否存在连接弧l
ij
；S5、根据各网格单元中道路网结点之间的最短路距离，求平均计算各网格单元的连接弧权重s
ij
；S6、输出最终抽象网格路网G＝{B,L,S}其中，L＝{l
ij
|i,j∈B}表示各个网格之间连接弧的集合，S＝{s
ij
|l
ij
∈L}表示网格之间连接弧权重的集合。2.根据权利要求1所述一种基于四叉树和车辆GPS轨迹的抽象网格路网建立方法，其特征在于，步骤S1具体包括以下步骤：S11、获取数据的逻辑结构中包含了各数据之间的逻辑关系，包括同属一个集合、一对一、一对多和多对一，分别对应集合、线性结构、树形结构和图形结构；S12、将步骤S11中一对多的逻辑关系且GPS数据点之间构成行驶轨迹作为特征，选择基于点要素和线要素的四叉树数据结构。3.根据权利要求1所述一种基于四叉树和车辆GPS轨迹的抽象网格路网建立方法，其特征在于，步骤S2具体包括以下步骤：S21、选取研究区域，通过地图软件获取道路结点之间的最短路，并将最短路结果用矩阵的形式进行存储；S22、将若干连续的车辆GPS数据基于实际道路情况进行可视化呈现构成行驶轨迹，行驶轨迹以线要素的形式存在；S23、利用空间连接运算，根据车辆GPS轨迹之间的空间位置关系，将不同的数据表连接成为一个新的数据表，新的数据表包括带有地理信息的GPS数据和实际道路网数据，将新的数据表存入到四叉树数据结构中，保留数据的空间位置信息。4.根据权利要求3所述一种基于四叉树和车辆GPS轨迹的抽象网格路网建立方法，其特征在于，步骤S21具体包括以下步骤：S211、根据城市发展现状、经济指标以及热力图为参考，以城市发展现状、经济指标以及热力图为参考，选取GDP大于一万亿，城镇化率高于80％，外来务工人口超过300万，早晚高峰时期城市中心区域人口聚集密度大于60人/hm2的城市作为研究区域作为研究区域；S212、利用开放地图软件获取研究区域内的现实道路网络，其中包含区域内道路结点和路段长度，利用最短路算法求解得出各结点之间的最短路距离，并将最短路距离以矩阵的形式存储。5.根据权利要求1所述一种基于四叉树和车辆GPS轨迹的抽象网格路网建立方法，其特征在于，步骤S3中基于四叉树的GPS数据嵌入算法具体包括以下步骤：S311、输入研究区域、GPS行驶轨迹、结点容量n以及预剪枝要求；
S312、初始化四叉树数据结构、父结点列表以及叶子结点列表；S313、对...

【专利技术属性】
技术研发人员：程琳，李哲航，张晨皓，丁圣轩，赵汗青，王世伟，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：