一种自适应候选路段搜索方法技术

本发明专利技术公开了一种自适应候选路段搜索方法。本方法首先通过DP轨迹压缩方法压缩轨迹，主要作用是去除连续漂移点和一系列停滞点，保证在一个小范围内只有一个噪点或停驻点；然后利用传统候选路段搜索方法计算压缩轨迹的候选集；最后通过基于最短路径的可疑噪点检测方法检测出所有可疑点，并自适应地扩大搜索范围，计算新的候选集。

An adaptive search method for candidate segments

【技术实现步骤摘要】
一种自适应候选路段搜索方法
本算专利技术属于智能交通
，涉及一种搜索候选路段方法，具体专利技术了一种自适应候选路段搜索方法。
技术介绍
智能交通系统在解决城市交通问题上显示出强大的优势。它的一个重要作用是能够通过浮动车及时反映交通状况，并且随着内置GPS传感器的电子移动设备的普及，每天会产生大量的行驶轨迹。但是，由于卫星定位系统的局限性，尤其是在卫星能见度有限、高楼林立的城市化地区，卫星信号被遮挡和折射，导致定位数据的不准确和丢失。所以我们通过电子设备采集的定位数据是不精确的。所以，在利用这些轨迹数据进行分析和应用之前，必须要对他们进行预处理过程，即地图匹配。地图匹配中其中一个关键问题是要根据观察到的车辆的GPS坐标位置从庞大的路网中快速找到该车辆可能经过的路段(即候选路段)，然后根据候选路段利用高级统计模型(例如：HMM等)推断车辆最可能行经的路径。每辆浮动车都需要从整个路网中选择候选路段，由于城市路网的复杂性导致候选路段的选择很耗时，是影响地图匹配系统实时性的一个重要因素。常用的候选点搜索方法是利用半径r的圆形区间搜索或k近邻搜索的方式来获取候选路段。前者需要根据统计理论确定搜索圆半径的大小(即r)，后者则需要通过统计来确定候选路段个数(即k)，整个过程既复杂又耗时。实际上，大部分的GPS点都接近车辆实际行驶的道路。也就是说，只要通过较小的搜索半径所查询到的候选集中就能包含其正确的候选路段。然而，由于噪点的存在(偏离实际行驶道路太远)，导致我们不得不扩大搜索范围，以保证正确的候选路段被包含在候选集中，这样虽然能保证后续的匹配准确率，但是同时会增加计算时间成本。
技术实现思路
本专利技术针对现有的候选路段搜索方法效率低下的问题，提出了一种自适应候选路段搜索方法。本方法首先通过DP轨迹压缩方法压缩轨迹，主要作用是去除连续漂移点和一系列停滞点(保证在一个小范围内只有一个噪点或停驻点)；然后利用传统候选路段搜索方法计算压缩轨迹的候选集；最后通过基于最短路径的可疑噪点检测方法检测出所有可疑点，并自适应地扩大搜索范围，计算新的候选集。一种自适应候选路段搜索方法，实现具体包括以下步骤：步骤一：通过基于几何信息的滑动窗口轨迹压缩方法压缩原始轨迹；步骤二：通过小半径的圆形区域搜索每个GPS点候选路段，并计算GPS点到每个候选路段的最近候选点；步骤三：利用Dijkstra最短路径算法搜索步骤二得到的相邻候选点的最短路径，针对GPS点每三个pa-1、pa和pa+1为一组，a＝2,3,…,n-1，通过距离约束表达式dis(pa-1→pa→pa+1)＞dis(pa-1→pa+1)判断pa点是否为噪点，若满足表达式则pa为噪点，然后自适应地扩大搜索范围，并计算pa新的候选点。该组检测完成后，再次选择下一组a＝a+1的三个GPS点进行检测，重复上述过程，直至所有的GPS点检测完成。本专利技术的有益效果：1.本方法通过轨迹压缩，一方面可以去掉一部分后续匹配过程中冗余的GPS采样点，另一方面又保证在一个小范围内只有一个噪点或停驻点，以确保后续的自适应候选路段搜索方法能够顺利进行。2.本方法通过基于Dijkstra最短路径算法的方法检测出噪点集合，然后自适应地扩大搜索范围，计算新的候选集。本专利技术具有搜索效率高和鲁棒性好的优点。附图说明图1为本专利技术轨迹压缩示意图；图2为本专利技术轨迹压缩效果图；图3为本专利技术候选路段搜索示意图；图4为本专利技术小半径圆形区域候选路段搜索示意图；图5为本专利技术自适应候选路段搜索示意图；具体实施方式1.轨迹压缩本方法通过轨迹压缩的方法，一方面可以去掉一部分冗余的GPS采样点，同时又保证在一定距离的区域只有一个噪点或停驻点。具体采用基于几何信息的滑动窗口轨迹压缩方法，利用距离阈值来寻找原始轨迹中关键点，即拐点，距离阈值可以根据需要的压缩量进行改变。该方法既可用于在线压缩，也可用于离线压缩。用一个例子来描述该压缩方法主要思想：如图1所示，有一条原始的GPS轨迹T:p1→p2→…→p6，首选将p1,p2放入滑动窗口，然后每放入一个GPS点，通过公式1计算窗口内的点到窗口两个端点pipj连接所成直线的垂直欧几里得距离pm为关键点，p点坐标为(x,y)，假设存在i<m<j，PEDthreshold为设置的垂直欧几得里距离阈值，那么将pj-1成为关键点，然后更新窗口。在图1中，因为所以将p3作为关键点，并且将p3,p4作为新的窗口起点。重复以上过程，最终原始轨迹可以被一条压缩轨迹替代。图2是一部分压缩效果图。2.候选集准备候选集准备过程分为两个子步骤，第一步：建立路网数据的R-tree索引，主要针对路段建立索引，以方便快速查找候选路段。第二步：基于路段的R-tree索引，快速查询轨迹上每个采样点在路网中的所有可能路段，即候选路段集，进而计算对应的候选点。具体的，针对GPS轨迹T:p1→p2→…→pn中的每个轨迹点pi,i＝1,2,...,n，以GPS点坐标(pi.lon,pi.lat)为圆心、在路网中搜索半径范围内的所有路段作为候选路段，记为表示GPS轨迹点pi的第个候选路段。对每个候选路段通过计算轨迹点pi到该路段上的投影得到对应的候选点记为如果轨迹点pi在路段的范围内存在垂点，则选取该垂点作为轨迹点pi的候选点，否则，选取该路段离轨迹点最近的起点或者终点作为候选点。如图3所示，GPS轨迹点p1拥有一条候选路段r4，对应有一个候选点GPS点p2拥有四条候选路段，路段r2和r3对应的候选点和落在路段范围内，而路段r1和r4对应的候选点和落在路段对应的起始节点。图4是小半径圆形区域搜索的结果，候选路段用e标注，每个GPS点仅有一个候选点，并且其最近的候选点也就是其唯一的候选点。3.自适应调节噪点候选范围通过半径圆形区域搜索，大部分的GPS点的候选集中包含后续地图匹配所需要的正确候选路段，但是噪声GPS点的候选集则往往不包含真实路段。例如图4中p2，我们预期的是其候选路段集不仅包含e6,还包含e7。本专利技术巧妙地使用了基于最短路径的噪点检测方法检测出了这些噪点，然后自适应地调节这些点的搜索半径，最后更新这些GPS点的候选路段集。具体思想如下：三个GPS点pa-1、pa和pa+1为一组，a＝2,3,…,n-1，首先通过小半径圆形区域搜索候选点，如果一个GPS点拥有多个候选点，选择离该GPS点最近的候选点保存起来，然后通过Dijkstra最短路径算法计算每个GPS点对应最近的候选点之间的转移路径长度，如果第一个点到第三个点距离小于第一个点到第二点和第二个点到第三个点距离之和，那么定义第二个点为噪点，具体判别式如式2所示；然后自适应地扩大搜索半径计算噪点的候选点。一组检测完成后，选择下一组a＝a+1的三个点再进行检测，重复以上过程，直至所有的GPS点检测完成。图5是本方法检测出噪点从而扩大搜索半径的示意图。dis(pa-1→pa→pa+1)＞dis(pa本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自适应候选路段搜索方法，其特征在于，该方法实现具体包括以下步骤：/n步骤一：通过基于几何信息的滑动窗口轨迹压缩方法压缩原始轨迹；/n步骤二：通过小半径的圆形区域搜索每个GPS点候选路段，并计算GPS点到每个候选路段的最近候选点；/n步骤三：利用Dijkstra最短路径算法搜索步骤二得到的相邻候选点的最短路径，针对GPS点每三个p

【技术特征摘要】
1.一种自适应候选路段搜索方法，其特征在于，该方法实现具体包括以下步骤：
步骤一：通过基于几何信息的滑动窗口轨迹压缩方法压缩原始轨迹；
步骤二：通过小半径的圆形区域搜索每个GPS点候选路段，并计算GPS点到每个候选路段的最近候选点；
步骤三：利用Dijkstra最短路径算法搜索步骤二得到的相邻候选点的最短路径，针对GPS点每...

【专利技术属性】
技术研发人员：周后盘，严盛隆，于娟，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33