基于稀疏出租車gps數(shù)據(jù)的大范圍城市路網(wǎng)旅行時(shí)間估計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于稀疏出租車GPS數(shù)據(jù)的大范圍城市路網(wǎng)旅行時(shí)間估計(jì)方法， 屬于智能交通系統(tǒng)的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】：
[0002] 面對急劇增長的城市機(jī)動(dòng)車保有量和居民出行總量，大中型城市的交通供給能力 遠(yuǎn)小于交通需求增長，加之意外事件頻發(fā)，極易引發(fā)大范圍交通擁堵或局部癱瘓。而作為主 要改善交通運(yùn)輸效率的信號控制和交通誘導(dǎo)策略設(shè)計(jì)，均依賴于實(shí)時(shí)交通網(wǎng)絡(luò)的旅行時(shí)間 或運(yùn)行速度。同樣，出行者也需要及時(shí)掌握路網(wǎng)的交通狀態(tài)來調(diào)整出行計(jì)劃和出行線路。因 此，研宄城市全路網(wǎng)的旅行時(shí)間實(shí)時(shí)估計(jì)算法有助于提高出行的目的性，主動(dòng)引導(dǎo)出行規(guī) 劃，動(dòng)態(tài)優(yōu)化信號配時(shí)和意外交通事件應(yīng)急處理能力，從而緩解城市交通壓力，減少出行成 本，提升出行品質(zhì)。
[0003] 現(xiàn)有城市路網(wǎng)的旅行時(shí)間估計(jì)算法主要?dú)w納為以下幾類：（1)基于雙檢測器的路 段旅行時(shí)間估計(jì)算法是通過假設(shè)所有車輛通行的速度是常值、且沒有超車情況，在車輛速 度差異較大時(shí)誤差也隨之增大。（2)基于波動(dòng)理論和排隊(duì)理論的路段旅行時(shí)間估計(jì)算法是 借助安裝在路口上游的檢測器能實(shí)時(shí)獲取到的車輛數(shù)、占有率和信號燈狀態(tài)，根據(jù)排隊(duì)理 論和波動(dòng)理論，計(jì)算路段上車輛的整體排隊(duì)時(shí)間和旅行時(shí)間。但該方法要求檢測器和信號 燈的時(shí)鐘完全準(zhǔn)確同步，而且只能用于信號燈控路口，建設(shè)成本極高。（3)基于車牌識別系 統(tǒng)的估計(jì)算法是利用兩個(gè)檢測斷面上獲取的通行車輛車牌信息進(jìn)行估計(jì)，但該方法只能估 計(jì)出已安裝視頻設(shè)備的路段。當(dāng)路段較長時(shí)，能夠檢測到的通行車輛非常有限，而且交叉道 路較多，部分車輛繞行后繼續(xù)返回原路段將會(huì)導(dǎo)致較大的檢測誤差。（4)基于GPS的路段旅 行時(shí)間估計(jì)算法是根據(jù)車載GPS設(shè)備實(shí)時(shí)上傳的固定間隔的坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行地圖匹配，然后 計(jì)算出兩個(gè)定位點(diǎn)之間的時(shí)間差，并累加為整個(gè)路段的旅行時(shí)間?；贕PS的現(xiàn)有估計(jì)方 法均未能考慮到數(shù)據(jù)上傳間隔、道路擁堵、GPS設(shè)備較少、路段較長四個(gè)方面的因素導(dǎo)致檢 測數(shù)據(jù)稀疏時(shí)，無法準(zhǔn)確獲取路段的旅行時(shí)間。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種基于稀疏出租車GPS數(shù)據(jù)的大范圍城市路 網(wǎng)旅行時(shí)間估計(jì)方法，該方法綜合考慮了可被利用的有效GPS數(shù)據(jù)量、路段長度、數(shù)據(jù)上傳 間隔、路段擁擠程度四個(gè)不同方面的影響因素，有效提高了大范圍城市路網(wǎng)旅行時(shí)間估計(jì) 的準(zhǔn)確性和快速性。在地圖匹配部分，引入了快速匹配算法，對大中型城市級別的出租車 GPS數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)快速匹配，極大節(jié)省了硬件處理資源；在單車軌跡搜索部分，提出基于歷史定 位點(diǎn)進(jìn)行車輛行駛軌跡的異常點(diǎn)剔除與修正算法；在路段旅行時(shí)間估計(jì)部分，首次引入分 段估計(jì)算法，充分利用能夠獲取的稀疏GPS定位數(shù)據(jù)，解決因車輛少、路段長、上傳間隔大、 道路擁擠等因素造成的難以估計(jì)問題。整個(gè)方法提高了基于GPS定位數(shù)據(jù)的城市路網(wǎng)旅行 時(shí)間估計(jì)算法的準(zhǔn)確性、可靠性和實(shí)效性。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0006] 發(fā)明概述：
[0007] -種基于稀疏出租車GPS數(shù)據(jù)的大范圍城市路網(wǎng)旅行時(shí)間估計(jì)方法，包括數(shù)據(jù)處 理和旅行時(shí)間估計(jì)：數(shù)據(jù)處理主要是完成實(shí)時(shí)GPS數(shù)據(jù)預(yù)處理、經(jīng)煒度坐標(biāo)變換、地圖匹 配，估計(jì)出單個(gè)GPS設(shè)備點(diǎn)位在地圖上的時(shí)空位置；旅行時(shí)間估計(jì)部分則是基于獲取的單 個(gè)車輛時(shí)空位置數(shù)據(jù)，進(jìn)行單車行駛軌跡推算、子路段速度估計(jì)和路段速度估計(jì)，最終得到 全網(wǎng)各路段的旅行時(shí)間和平均運(yùn)行速度。
[0008] 發(fā)明詳述：
[0009] 一種基于稀疏出租車GPS數(shù)據(jù)的大范圍城市路網(wǎng)旅行時(shí)間估計(jì)方法，包括以下步 驟：
[0010] (1)定義路段和子路段、建立標(biāo)準(zhǔn)化的靜態(tài)路網(wǎng)基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫：
[0011] a)定義路段和子路段：所述路段包括多條首尾相連的子路段；
[0012] b)建立標(biāo)準(zhǔn)化的靜態(tài)路網(wǎng)基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫，包括路段信息和子路段信息；所述路 段信息，包括路段起點(diǎn)坐標(biāo)、路段終點(diǎn)坐標(biāo)和路段行駛方向；所述子路段信息包括子路段起 點(diǎn)坐標(biāo)、子路段終點(diǎn)坐標(biāo)和子路段行駛方向；
[0013] (2)建立出租車GPS數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)表：
[0014] 首先，定位間隔定義為出租車GPS坐標(biāo)數(shù)據(jù)上傳的時(shí)間間隔，以秒為單位，例如15 秒；然后，數(shù)據(jù)處理間隔定義為將一定時(shí)間段內(nèi)的GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行集中處理，以分鐘為單位， 例如1分鐘；以數(shù)據(jù)處理間隔為界限，臨時(shí)存儲(chǔ)當(dāng)前間隔內(nèi)的所有出租車GPS定位數(shù)據(jù)，并 對所述GPS定位數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，得到符合預(yù)設(shè)記錄格式的出租車GPS數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)表；
[0015] (3)基于數(shù)據(jù)庫強(qiáng)大的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，編寫數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)過程實(shí)時(shí)抓取當(dāng)前數(shù)據(jù)處 理間隔內(nèi)采集的GPS數(shù)據(jù)并進(jìn)行經(jīng)煒度坐標(biāo)變換，即將WGS-84坐標(biāo)系下的GPS經(jīng)煒度轉(zhuǎn)化 為笛卡爾平面坐標(biāo)，得到出租車GPS笛卡爾平面坐標(biāo)數(shù)據(jù)；
[0016] (4)將步驟（3)所述出租車GPS笛卡爾平面坐標(biāo)數(shù)據(jù)和步驟（1)標(biāo)準(zhǔn)化的靜態(tài)路 網(wǎng)基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)相結(jié)合，進(jìn)行地圖匹配：將出租車GPS笛卡爾平面坐標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成以路段 為參考點(diǎn)的一維距離坐標(biāo)，即，離路段參考點(diǎn)的距離；
[0017] (5)利用步驟（4)已經(jīng)計(jì)算的一維坐標(biāo)系下，單輛出租車最近四個(gè)歷史坐標(biāo)點(diǎn)的 坐標(biāo)、車頭角度和定位時(shí)刻，判斷單個(gè)出租車當(dāng)前位置的實(shí)際行駛路段和方向，校準(zhǔn)出租車 的行駛軌跡；
[0018] (6)基于校準(zhǔn)后的車輛軌跡和子路段信息，估計(jì)出租車在子路段上的行駛速度，將 所有經(jīng)過該子路段的出租車速度取平均值作為該子路段的平均速度，并依次計(jì)算出每個(gè)路 段上所有子路段的平均速度；
[0019] (7)根據(jù)子路段的平均速度和子路段長度，計(jì)算各個(gè)子路段的旅行時(shí)間，并計(jì)算出 整個(gè)路段的旅行時(shí)間和平均速度；
[0020] (8)保存估計(jì)的路段旅行時(shí)間和平均速度；重復(fù)步驟（2)-步驟（8)，估計(jì)下一數(shù)據(jù) 處理間隔的路段旅行時(shí)間和平均速度。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟（1)中，所述路段定義為：以信號燈控路口、非燈控 路口或沿街出入口為一條路段的起點(diǎn)或終點(diǎn)，并分別在數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)WGS-84坐標(biāo)系下的 經(jīng)煒度和笛卡爾坐標(biāo)系兩種二維坐標(biāo)表示方式，且該路段具有行駛方向?qū)傩?；所述子路?定義為：將單條路段按照等長度原則分別劃分為不同的子路段，子路段是以路段的起點(diǎn)為 參考點(diǎn)，以子路段的長度和子路段的行駛方向采用一維坐標(biāo)表示。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟（1)中所述的路段與子路段的關(guān)系為：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于稀疏出租車GPS數(shù)據(jù)的大范圍城市路網(wǎng)旅行時(shí)間估計(jì)方法，其特征在于， 該方法包括以下步驟： (1) 定義路段和子路段、建立標(biāo)準(zhǔn)化的靜態(tài)路網(wǎng)基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫： a) 定義路段和子路段：所述路段包括多條首尾相連的子路段； b) 建立標(biāo)準(zhǔn)化的靜態(tài)路網(wǎng)基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫，包括路段信息和子路段信息；所述路段信 息，包括路段起點(diǎn)坐標(biāo)、路段的終點(diǎn)坐標(biāo)和路段行駛方向；所述子路段信息包括子路段起點(diǎn) 坐標(biāo)、子路段終點(diǎn)坐標(biāo)和子路段行駛方向； (2) 建立出租車GPS數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)表： 首先，定位間隔定義為出租車GPS坐標(biāo)數(shù)據(jù)上傳的時(shí)間間隔，以秒為單位；然后，數(shù)據(jù) 處理間隔定義為將一定時(shí)間段內(nèi)的GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行集中處理，以分鐘為單位；以數(shù)據(jù)處理間 隔為界限，臨時(shí)存儲(chǔ)當(dāng)前間隔內(nèi)的所有出租車GPS定位數(shù)據(jù)，并對所述GPS定位數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù) 處理，得到符合預(yù)設(shè)記錄格式的出租車GPS數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)