一種基于公交車gnss時空軌跡數(shù)據(jù)建構(gòu)路網(wǎng)拓撲的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于公交車GNSS時空軌跡數(shù)據(jù)建構(gòu)路網(wǎng)拓撲的裝置及方法，屬 于數(shù)據(jù)挖掘的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】：
[0002] 傳統(tǒng)的路網(wǎng)數(shù)據(jù)獲取方式主要包括人工實地測繪和衛(wèi)星遙感技術(shù)，大部分的路網(wǎng) 中關(guān)鍵點（如公交站點和交通信號燈）的位置數(shù)據(jù)通常是通過人工實地測繪的方式獲取。 例如，交通信號燈由交通行政部分負責設(shè)立，一般機構(gòu)無法獲得其位置數(shù)據(jù)。在地圖上標注 交通信號燈位置需要專業(yè)人員、專業(yè)設(shè)備反復測量，龐大的交通信號燈分布網(wǎng)對測量工作 構(gòu)成嚴峻考驗。另外，雖然目前交通路網(wǎng)地圖包含大多數(shù)交通信號燈信息，但是小的路口和 偏僻處的交通信號燈很容易被忽略。
[0003] 人工實地測繪和衛(wèi)星遙感技術(shù)需要耗費大量的人力、物力，并且采集周期長、數(shù)據(jù) 時效性差；由于施工、修路等多種因素影響，城市道路結(jié)構(gòu)經(jīng)常會發(fā)生變化，以至于傳統(tǒng)的 路網(wǎng)數(shù)據(jù)獲取方法無法準確、實時地反映出最新的路網(wǎng)結(jié)構(gòu)。實時動態(tài)地更新路網(wǎng)信息是 一個巨大的挑戰(zhàn)。
[0004] 中國專利CN104062671A公開了一種曲率約束的GNSS浮動車地圖匹配方法及裝 置。本發(fā)明方法采用曲率積分值刻畫浮動車軌跡曲線彎曲程度，根據(jù)GNSS浮動車兩個軌跡 點之間的累積彎曲程度，在道路網(wǎng)絡(luò)中搜索出以該特征值具有最大相似作為約束條件的最 佳匹配結(jié)果，以實現(xiàn)GNSS浮動車軌跡數(shù)據(jù)的地圖匹配。該方法目的僅僅是得到準確的定位 數(shù)據(jù)，是一個數(shù)據(jù)修正過程，而且該方法是假設(shè)路網(wǎng)不會發(fā)生變化，這顯然也是不準確的。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于公交車GNSS時空軌跡數(shù)據(jù)建構(gòu)路網(wǎng) 拓撲的裝置。
[0006] 本發(fā)明還提供一種利用上述裝置建構(gòu)路網(wǎng)拓撲的方法。
[0007] 術(shù)語說明：
[0008] GNSS:GlobalNavigationSatelliteSystem(全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）的縮寫，泛指 所有的衛(wèi)星導航系統(tǒng)，包括全球的、區(qū)域的和增強的，如美國的GPS、俄羅斯的Glonass、歐 洲的Galileo、中國的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)，以及相關(guān)的增強系統(tǒng)，如美國的WAAS(廣域增強 系統(tǒng)）、歐洲的EGN0S(歐洲靜地導航重疊系統(tǒng)）和日本的MSAS(多功能運輸衛(wèi)星增強系統(tǒng)） 等，還涵蓋在建和以后要建設(shè)的其他衛(wèi)星導航系統(tǒng)。國際GNSS系統(tǒng)是個多系統(tǒng)、多層面、多 模式的復雜組合系統(tǒng)。
[0009] SVM算法：是通過一個非線性映射p，把樣本空間映射到一個高維乃至無窮維的特 征空間中（Hilbert空間），使得在原來的樣本空間中非線性可分的問題轉(zhuǎn)化為在特征空間 中的線性可分的問題.簡單地說，就是升維和線性化.升維，就是把樣本向高維空間做映 射，一般情況下這會增加計算的復雜性，甚至會引起"維數(shù)災難"，因而人們很少問津.但是 作為分類、回歸等問題來說，很可能在低維樣本空間無法線性處理的樣本集，在高維特征空 間中卻可以通過一個線性超平面實現(xiàn)線性劃分（或回歸）.一般的升維都會帶來計算的復 雜化，SVM方法巧妙地解決了這個難題：應用核函數(shù)的展開定理，就不需要知道非線性映射 的顯式表達式；由于是在高維特征空間中建立線性學習機，所以與線性模型相比，不但幾乎 不增加計算的復雜性，而且在某種程度上避免了"維數(shù)災難".這一切要歸功于核函數(shù)的展 開和計算理論。
[0010] 發(fā)明概述：本發(fā)明所述基于公交車GNSS時空軌跡數(shù)據(jù)建構(gòu)路網(wǎng)拓撲的裝置，可運 行在移動設(shè)備上（如公交車、出租汽車等），以一定頻率上傳一組經(jīng)過處理的定位數(shù)據(jù)（包 括路線編號、公交站點編號、時間、經(jīng)煒度、瞬時速度、瞬時方向角度等信息數(shù)據(jù)）。
[0011] 本發(fā)明所述基于公交車GNSS時空軌跡數(shù)據(jù)建構(gòu)路網(wǎng)拓撲的方法，將建構(gòu)路網(wǎng)拓 撲問題分解為生成單條矢量道路和路網(wǎng)關(guān)鍵點位置提取兩個子問題；單條矢量道路生成主 要對GNSS時空軌跡數(shù)據(jù)的統(tǒng)計特性進行處理和分析，路網(wǎng)關(guān)鍵點位置提取主要基于關(guān)鍵 點位置處車輛行駛特征進行匹配和查找。
[0012] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0013] -種基于公交車GNSS時空軌跡數(shù)據(jù)建構(gòu)路網(wǎng)拓撲的裝置，包括移動客戶端和服 務器端；所述移動客戶端包括依次連接的GNSS數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)預處理模塊、位置匹配 模塊和客戶端通信模塊；所述服務器端包括行駛特征挖掘模塊和服務器端通信模塊；所述 行駛特征挖掘模塊設(shè)置有挖掘算法程序和存儲數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫。所述移動客戶端安裝到公 交車上；所述GNSS數(shù)據(jù)采集模塊，負責以一定的采樣頻率采集軌跡定位點并編號，記錄為 GNSS軌跡數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)預處理模塊對GNSS軌跡數(shù)據(jù)進行預處理，提取矢量道路時提取道路 核心點，以及公交站點處行駛特征挖掘和交通信號燈處行駛特征挖掘；客戶端通信模塊和 服務器端通信模塊實現(xiàn)移動客戶端與服務器端之間的通信，包括公交車的初始位置及GNSS 軌跡數(shù)據(jù)的上傳與接收，公交車初始位置的下發(fā)等；所述行駛特征挖掘模塊負責行駛模式 匹配并按照數(shù)據(jù)挖掘算法將移動客戶端上傳的GNSS軌跡數(shù)據(jù)進行分析和挖掘。由于挖掘 算法計算壓力較大，且需要對所有移動客戶端的多天的數(shù)據(jù)進行處理，需要通過服務器端 進行行駛模式挖掘。位置匹配模塊負責匹配、標注及修正公交車的初始位置，即負責匹配公 交車是否進入公交站點區(qū)域，如果進入公交站點區(qū)域就給軌跡定位點標注公交站點號，以 供數(shù)據(jù)挖掘算法進一步分析修正初始公交站點，并最終保存經(jīng)過修正的公交站點。
[0014] 所述挖掘算法程序主要執(zhí)行計算壓力較大的行駛特征挖掘工作；所述數(shù)據(jù)庫存儲 的數(shù)據(jù)包括，道路核心點數(shù)據(jù)、公交站點位置數(shù)據(jù)和交通信號燈位置數(shù)據(jù)。
[0015] 所述的移動客戶端接收服務器端經(jīng)粗略測量的初始值，并后續(xù)接收服務器端的修 正值代替初始值。
[0016] 優(yōu)選的，所述GNSS數(shù)據(jù)采集模塊為移動設(shè)備內(nèi)置GPS/北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)或通過 藍牙連接的外置GPS/北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)；所述客戶端和服務器端通過GPRS進行通信。所 述GNSS數(shù)據(jù)采集模塊可以人工或根據(jù)信號強度選擇GPS或北斗定位模式。
[0017] -種利用上述裝置實現(xiàn)基于GNSS時空軌跡數(shù)據(jù)建構(gòu)路網(wǎng)拓撲的方法，步驟如下：
[0018] 1)軌跡定位點采集及預處理：
[0019] ①在公交車上安置GNSS接收設(shè)備，以一定的采樣頻率采集軌跡定位點并編號；所 述軌跡定位點組成的集合包括公交站點集和普通點集；將采集得到的公交站點集依照獲取 的時間順序編號為1，2, 3…η;編號為1的公交站點集與編號為2的公交站點集之間的普通 點集中的點依照獲取的時間順序編號為1. 1，1. 2…m;編號為2的公交站點集與編號為3的 公交站點集之間的普通點集中的點依照獲取的時間順序編號為2. 1，2. 2…h(huán);以此類推；并 予以保存、清洗冗余和誤差數(shù)據(jù)；利用直方圖對最近十天的所有軌跡定位點進行統(tǒng)計篩選， 剔除出現(xiàn)頻率小于60%的軌跡定位點；
[0020] 現(xiàn)有技術(shù)中，GNSS接收設(shè)備會將每一個軌跡定位點與本地存儲的公交站點數(shù)據(jù)進 行匹配，軌跡定位點與對應的本地存儲的公交站點之間的直線距離小于一定距離，則判斷 該軌跡定位點為公交站點，并標注公交站點號；其中，本地存儲的公交站點數(shù)據(jù)的初始值由 服務器端下發(fā)。
[0021] ②將上、下行軌跡數(shù)據(jù)分離：SSN_為數(shù)值最大的公交站點號，將編號數(shù)值小于 -fi的軌跡定位點歸類為上行數(shù)據(jù)集A，剩余的軌跡定位點歸類為下行數(shù)據(jù)集D1;將上、 .2： 下行軌跡數(shù)據(jù)分離起到提高數(shù)據(jù)分析精度的作用；
[0022] GPS/北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集模塊采樣頻率一般為1秒/次，而這樣的采集頻 率帶來的數(shù)據(jù)量會給數(shù)據(jù)挖掘很大的計算負擔，通常的解決方法是，每30個數(shù)據(jù)取一組， 移動客戶端以30秒/次的頻率上傳數(shù)據(jù)至服務器端，但是如果在服務器端進行數(shù)據(jù)預處 理，以間隔30秒的數(shù)據(jù)相互修正會造成較大的誤差。在客戶端進行數(shù)據(jù)預處理工作既可以 保證數(shù)據(jù)的準確性又可以減輕服務器端的數(shù)據(jù)計算壓力。
[0023] 2)提取矢量道路：
[0024] ①若所述軌跡定位點的鄰域內(nèi)有不少于3個其他軌跡定位點，則確定該軌跡定位 點為待修正道路核心點；提取道路核心點Z(ye，y。）作為待修正道路核心點的修正點；其中，
X。，y。為道路核心點Z的經(jīng)煒度；XyypPi分別為待修正道路核 心點鄰域內(nèi)的軌跡定位點的經(jīng)煒度和經(jīng)煒度為xyyi的軌跡定位點出現(xiàn)的次數(shù)；
[0025] 所述鄰域的鄰域半徑為
，其中d為城市主干道寬度，(1_為GNSS接收 設(shè)備定位的最大誤差；
[0026] ②對道路核心點排序：選取公交車起點作為第一道路核心點，根據(jù)最近距離的原 則確定第二道路核心點，然后把第二道路核心點作為新的第一道路核心點，按照相同方法 確定下一個道路核心點，依次向前搜尋，直至遍歷所有的道路核心點；
[0027] ③等間隔補充仿真點：若相鄰兩個道路核心點之間的直線距離大于30米，則判定 這兩個道路核心點之間有道路核心點缺失，在這兩個道路核心點之間添加仿真點作為道路 核心點，以實現(xiàn)任意兩個道路核心點之間的直線距離小于等于30米；
[0028] ④刪除異常點：按照步驟