一种基于公交GPS轨迹数据的路况信息生成方法技术

本发明专利技术公开了一种基于公交GPS轨迹数据的路况信息生成方法，包括:步骤一、在公交路网数据结构中，将实际的公交站点、站位点、线路交点和路口节点均采用节点表示，位于一个道路上的同向且相邻的两个节点之间由一线段连接，将该线段定义为路段，用于表示一个单方向的实际的道路段，并且将该道路段的行驶方向作为该路段的关联属性；步骤二、获取n辆公交车的一定时间段T内的所有GPS轨迹数据；步骤三、将n辆公交车的所有GPS轨迹数据匹配至公交路网数据结构中；步骤四、以相应的路段所匹配的h辆公交车的平均速度作为该实际道路段的路况信息。本发明专利技术利用点要素和线要素构建整个公交路网数据结构，准确反映出该路段的路况。

【技术实现步骤摘要】
一种基于公交GPS轨迹数据的路况信息生成方法
本专利技术涉及交通领域，尤其涉及一种基于公交GPS轨迹数据的路况信息生成方法。
技术介绍
近年来随着城市化进程的加快和城市人口的增加，机动车保有量和居民出行量显著提高，交通供需关系逐渐失衡，道路拥堵现象日益突出，发展智能交通系统早已成为世界各国应对城市交通问题的主要途径。其中，开展智能公交系统的研究和应用更体现了公交优先、绿色出行的发展理念，承担着提升公交智能运营调度能力和公共交通科技与服务水平的重大责任。路况信息是综合反映城市道路交通运行状况，以及具体表达城市交通路网的拥堵或畅通程度的信息，既能向管理部门和公众提供实时的调度依据和出行参考，也是进行众多智能交通研究应用工作的数据基础。现今多种固定式和移动式交通信息采集设备为路况信息的生成提供了可能，特别是浮动车技术和数据得到了广泛应用。然而对于同样能覆盖城市各等级道路、运营调度相对独立且特殊的公交系统来说，大多分布于快速路、主干路的固定式检测设备的信息密度，与基于城市普通路网数据结构的路况生成处理手段还无法集中体现或满足公交系统的兴趣关注点和实际运营调度需求。本专利技术提出的基于公交GPS数据的路况信息生成方法，着重于从公交系统的路网结构和专题特性出发，更加适用于公交路况信息的处理和应用。普通的道路网在公交系统运营调度和路况信息处理上的适应度不高，原因在于：一方面，传统路网的矢量化过程或结构缺少专门针对公交路网的拓扑关系；另一方面，各条公交线路按照各自的站点分隔，多条线路堆叠在一起，因而重叠路段边缘的模糊不清给计算该路段路况的过程中引入了较大的误差。如图1所示，已知末站为B的线路b，则由归属于b的浮动车数据生成区间mB的路况，其作用域只在mB，笼统地将mn路况作为mB路况来计算会造成信息精确度的大幅降低。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术提供了一种更精确地计算路况信息的基于公交GPS轨迹的路况信息生成方法。本专利技术提供的技术方案为：一种基于公交GPS轨迹数据的路况信息生成方法，包括：步骤一、实际的公交路网包含形成在道路网上的若干条公交线路，将实际的具有相同站位号的多个公交站点合并并称为站位点，将不同的公交线路彼此相交的点称为线路交点，将道路路口或道路等级发生变化的点称为路口节点；用节点和线段构建公交路网数据结构，在公交路网数据结构中，将实际的公交站点、站位点、线路交点和路口节点均采用节点表示，位于一个道路上的同向且相邻的两个节点之间由一线段连接，将该线段定义为路段，用于表示一个单方向的实际的道路段，并且将该道路段的方位角作为该路段的关联属性；步骤二、获取在所述公交路网内的n辆公交车的一定时间段T内的所有GPS轨迹数据，每辆公交车在所述时间段T内对应有多组GPS轨迹数据；步骤三、将n辆公交车的所有GPS轨迹数据匹配至所述公交路网数据结构中，从而确定出每个路段匹配h辆公交车，以及同一辆公交车在一个路段上匹配有k组GPS轨迹数据；步骤四、对于任一个实际的道路段，以相应的路段所匹配的h辆公交车的平均速度作为该实际道路段的路况信息。优选的是，所述的基于公交GPS轨迹数据的路况信息生成方法中，所述步骤二中，一组GPS轨迹数据包括时间值和瞬时速度；所述步骤四中，一个路段所匹配的h辆公交车的平均速度的具体计算过程为：计算该路段匹配的每辆公交车的平均速度，其中，编号为m的公交车的平均速度为Vm,n为编号为m的公交车的第n组GPS轨迹数据的瞬时速度，计算该路段匹配的h辆公交车的平均速度优选的是，所述的基于公交GPS轨迹数据的路况信息生成方法中，所述步骤一中，将位于一个道路上的同向且具有相同站名的公交站点中相隔距离小于5m的公交站点合并，并在所述公交路网数据结构中由一个节点表示，所述线路交点为线路分叉点或线路汇合点，其中，线路分叉点为不同的公交线路之间由重叠段进入非重叠段的点，线路汇合点为不同的公交线路之间由非重叠段进入重叠段的点。优选的是，所述的基于公交GPS轨迹数据的路况信息生成方法中，所述步骤一中，在所述公交路网数据结构中，将同属于同一公交线路的a个同向且首尾相连的路段所组成的路段集合定义为区间；所述步骤三中，所述区间匹配b辆公交车，以及同一辆公交车在该区间内匹配有c组GPS轨迹数据；所述步骤四中，对于任一组实际的连续分布的道路段，以相应的区间所匹配的b辆公交车的平均速度作为该组实际的道路段的路况信息。优选的是，所述的基于公交GPS轨迹数据的路况信息生成方法中，所述步骤二、步骤三、步骤四和步骤五构成一个循环，每隔30s依次执行步骤二、步骤三、步骤四和步骤五。优选的是，所述的基于公交GPS轨迹数据的路况信息生成方法中，还包括：步骤五、依据每个路段匹配的h辆公交车的平均速度以及该路段所关联的道路类型，为每个路段分配拥堵等级，每个拥堵等级对应由一个颜色表示，更新电子地图，在电子地图上使用相应的颜色表示每个路段的拥堵等级。优选的是，所述的基于公交GPS轨迹数据的路况信息生成方法中，所述步骤二中，将一组GPS轨迹数据定义成坐标由经纬度确定的轨迹点；所述步骤三具体包括以下步骤：逐个对n辆公交车进行以下计算过程，对于其中任一公交车：步骤(1)对于多个轨迹点中的任一个轨迹点Pi，在所述公交路网数据结构中确定该轨迹点的多个候选匹配路段，并组成一个候选匹配路段集合，计算轨迹点Pi到每个候选匹配路段Qi，j的投影点和投影距离di，j，将上述投影点称为候选匹配点P’i，j；在两个候选匹配点中，以第一个候选匹配点为起点沿其所在路段行进，依次经过若干的中间路段，一直行进至第二个候选匹配点，并以第二候选匹配点为终点，所行进的距离定义为两个候选匹配点之间的行驶距离；步骤(2)、为第一个轨迹点确定唯一的一个匹配路段和一个匹配点，逐个对除第一个轨迹点之外的剩余轨迹点的候选匹配路段集合进行判断：对于第N个轨迹点，(1)当其仅有一个该候选匹配路段属于第N-1个轨迹点的任一个候选匹配点所在路段的第M级后继路段时，则将第N个轨迹点在该候选匹配路段上的候选匹配点判定为匹配点，(2)当有多个候选匹配路段属于第N-1个轨迹点的其中一个候选匹配点所在路段的第M级后继路段时，则再对每一个候选匹配路段进行以下判断：如果在一个候选匹配路段的第Z级后继路段是第N+1个轨迹点的候选匹配路段，则将第N个轨迹点在该候选匹配路段上的候选匹配点判定为匹配点，并依次计算第1个轨迹点的匹配点到第N+1个轨迹点的所有候选匹配点的第一行驶距离，如果一个候选匹配路段的第Z级至第Z+a级后继路段都不是第N+1个轨迹点的候选匹配路段，则计算第1个轨迹点的匹配点到该候选匹配路段的第Z+a级后继路段的终点的第二行驶距离，将多个候选匹配路段进行比较，当一个候选匹配路段的第二行驶距离均大于剩余的候选匹配路段的第一行驶距离，则将该候选匹配路段从候选匹配路段集合中剔除，其中，M为取值大于等于1的正整数，Z、a为取值大于等于1的正整数，其中，N为取值大于1的正整数，每进行完一个轨迹点的候选匹配路段集合的判断，N取值加1，重复执行上述过程。优选的是，所述的基于公交GPS轨迹数据的路况信息生成方法中，步骤(2)具体通过以下过程实现：步骤①从第i-1个轨迹点在相应的第1个候选匹配路段Q(i-1)，1上的候选匹配点P(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于公交GPS轨迹数据的路况信息生成方法，其特征在于，包括：步骤一、实际的公交路网包含形成在道路网上的若干条公交线路，将实际的具有相同站位号的多个公交站点合并并称为站位点，将不同的公交线路彼此相交的点称为线路交点，将道路路口或道路等级发生变化的点称为路口节点；用节点和线段构建公交路网数据结构，在公交路网数据结构中，将实际的公交站点、站位点、线路交点和路口节点均采用节点表示，位于一个道路上的同向且相邻的两个节点之间由一线段连接，将该线段定义为路段，用于表示一个单方向的实际的道路段，并且将该道路段的方位角作为该路段的关联属性；步骤二、获取在所述公交路网内的n辆公交车的一定时间段T内的所有GPS轨迹数据，每辆公交车在所述时间段T内对应有多组GPS轨迹数据；步骤三、将n辆公交车的所有GPS轨迹数据匹配至所述公交路网数据结构中，从而确定出每个路段匹配h辆公交车，以及同一辆公交车在一个路段上匹配有k组GPS轨迹数据；步骤四、对于任一个实际的道路段，以相应的路段所匹配的h辆公交车的平均速度作为该实际道路段的路况信息。

【技术特征摘要】
1.一种基于公交GPS轨迹数据的路况信息生成方法，其特征在于，包括：步骤一、实际的公交路网包含形成在道路网上的若干条公交线路，将实际的具有相同站位号的多个公交站点合并并称为站位点，将不同的公交线路彼此相交的点称为线路交点，将道路路口或道路等级发生变化的点称为路口节点；用节点和线段构建公交路网数据结构，在公交路网数据结构中，将实际的公交站点、站位点、线路交点和路口节点均采用节点表示，位于一个道路上的同向且相邻的两个节点之间由一线段连接，将该线段定义为路段，用于表示一个单方向的实际的道路段，并且将该道路段的方位角作为该路段的关联属性；步骤二、获取在所述公交路网内的n辆公交车的一定时间段T内的所有GPS轨迹数据，每辆公交车在所述时间段T内对应有多组GPS轨迹数据；步骤三、将n辆公交车的所有GPS轨迹数据匹配至所述公交路网数据结构中，从而确定出每个路段匹配h辆公交车，以及同一辆公交车在一个路段上匹配有k组GPS轨迹数据；步骤四、对于任一个实际的道路段，以相应的路段所匹配的h辆公交车的平均速度作为该实际道路段的路况信息；所述步骤二中，将一组GPS轨迹数据定义成坐标由经纬度确定的轨迹点；所述步骤三具体包括以下步骤：逐个对n辆公交车进行以下计算过程，对于其中任一公交车：步骤(1)对于多个轨迹点中的任一个轨迹点Pi，在所述公交路网数据结构中确定该轨迹点的多个候选匹配路段，并组成一个候选匹配路段集合，计算轨迹点Pi到每个候选匹配路段Qi，j的投影点和投影距离di，j，将上述投影点称为候选匹配点P’i，j；在两个候选匹配点中，以第一个候选匹配点为起点沿其所在路段行进，依次经过若干的中间路段，一直行进至第二个候选匹配点，并以第二候选匹配点为终点，所行进的距离定义为两个候选匹配点之间的行驶距离；步骤(2)为第一个轨迹点确定唯一的一个匹配路段和一个匹配点，逐个对除第一个轨迹点之外的剩余轨迹点的候选匹配路段集合进行判断：对于第N个轨迹点，(2-1)当其仅有一个该候选匹配路段属于第N-1个轨迹点的任一个候选匹配点所在路段的第M级后继路段时，则将第N个轨迹点在该候选匹配路段上的候选匹配点判定为匹配点，(2-2)当有多个候选匹配路段属于第N-1个轨迹点的其中一个候选匹配点所在路段的第M级后继路段时，则再对每一个候选匹配路段进行以下判断：如果在一个候选匹配路段的第Z级后继路段是第N+1个轨迹点的候选匹配路段，则将第N个轨迹点在该候选匹配路段上的候选匹配点判定为匹配点，并依次计算第1个轨迹点的匹配点到第N+1个轨迹点的所有候选匹配点的第一行驶距离，如果一个候选匹配路段的第Z级至第Z+a级后继路段都不是第N+1个轨迹点的候选匹配路段，则计算第1个轨迹点的匹配点到该候选匹配路段的第Z+a级后继路段的终点的第二行驶距离，将多个候选匹配路段进行比较，当一个候选匹配路段的第二行驶距离均大于剩余的候选匹配路段的第一行驶距离，则将该候选匹配路段从候选匹配路段集合中剔除，其中，M为取值大于等于1的正整数，Z、a为取值大于等于1的正整数，其中，N为取值大于1的正整数，每进行完一个轨迹点的候选匹配路段集合的判断，N取值加1，重复执行上述过程。2.如权利要求1所述的基于公交GPS轨迹数据的路况信息生成方法，其特征在于，所述步骤二中，一组GPS轨迹数据包括时间值和瞬时速度；所述步骤四中，一个路段所匹配的h辆公交车的平均速度的具体计算过程为：计算该路段匹配的每辆公交车的平均速度，其中，编号为m的公交车的平均速度为Vm,n为编号为m的公交车的第n组GPS轨迹数据的瞬时速度，计算该路段匹配的h辆公交车的平均速度3.如权利要求1所述的基于公交GPS轨迹数据的路况信息生成方法，其特征在于，所述步骤一中，将位于一个道路上的同向且具有相同站名的公交站点中相隔距离小于5m的公交站点合并，并在所述公交路网数据结构中由一个节点表示，所述线路交点为线路分叉点或线路汇合点，其中，线路分叉点为不同的公交线路之间由重叠段进入非重叠段的点，线路汇合点为不同的公交线路之间由非重叠段进入重叠段的点。4.如权利要求2所述的基于公交GPS轨迹数据的路况信息生成方法，其特征在于，所述步骤一中，在所述公交路网数据结构中，将同属于同一公交线路的a个同向且首尾相连的路段所组成的路段集合定义为区间；所述步骤三中，所述区间匹配b辆公交车，以及同一辆公交车在该区间内匹配有c组GPS轨迹数据；所述步骤四中，对于任一组实际的连续分布的道路段，以相应的区间所匹配的b辆公交车的平均速度作为该组实际的道路段的路况信息。5.如权利要求1至4中任一项所述的基于公交GPS轨迹数据的路况信息生成方法，其特征在于，还包括：步骤五、依据每个路段匹配的h辆公交车的平均速度以及该路段所关联的道路类型，为每个路段分配拥堵等级，每个拥堵等级对应由一个颜色表示，更新电子地图，在电...

【专利技术属性】
技术研发人员：张健钦，李明轩，杜明义，徐志洁，
申请(专利权)人：北京建筑大学，
类型：发明
国别省市：北京;11