[发明专利]行驶速度限定的浮动车地图匹配加速方法

说明书

技术领域

本发明属于导航定位和智能交通领域，具体涉及一种道路交通网络中的行驶速度限定的浮动车地图匹配加速方法。

背景技术

当前智能交通领域中，浮动车已成为一种交通、出行信息采集的重要手段。随着互联网大数据时代的到来，面向交通的地理信息服务(Geographic Information Services)需求也明显增强，关于交通、出行等信息也是其所供应地理信息数据的重要组成之一。而浮动车地图匹配方法则是实现交通及出行等信息数据挖掘的关键技术。所谓地图匹配是指通过GNSS(Global Navigation Satellite System)轨迹数据所包含的位置信息，将轨迹点逐一匹配到浮动车辆所在的道路路段上，将轨迹数据恢复为浮动车在道路网络中的真实行驶路径。

由于浮动车数据的采样间隔相对较大(40-100秒)，为了恢复其中缺失的信息，浮动车数据地图匹配中需要大量计算相邻轨迹点的候选匹配路段之间的拓扑关联信息，这种拓扑关联信息一般为连接候选匹配路段之间的最短路径。在道路网络数据中大量计算最短路径花费时间比较长。而且对于大量浮动车数据而言，某些相同路径在一天内有可能被不同浮动车重复地行驶，这样会在不同车辆的轨迹匹配时造成重复计算路径，导致匹配速度降低的问题。

名称为“利用地图栅格化的海量浮动车数据道路匹配快速算法”(作者：李宇光、李清泉，武汉大学学报(信息科学版)，2014.39(6):p.724-733)的文献给出的浮动车地图匹配快速算法仅仅是对于单点的几何特征匹配时的加速策略，并未述及相邻轨迹点之间的关联匹配分析时的速度慢问题。公开号为CN103149576A的专利公开了一种“浮动车数据的地图匹配方法”，此专利虽然针对浮动车地图匹配中的最短路径计算有一些优化，但是，其最短路径的计算仍然是在匹配时进行，并且对于大量浮动车在匹配中不可避免的会有大量重复路径，这种大量数据匹配时重复路径计算带来的效率问题该专利并未涉及。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种行驶速度限定的浮动车地图匹配加速方法，在浮动车地图匹配过程中能够极大加快匹配计算的速度，利于节省浮动车地图匹配的时间开销。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

行驶速度限定的浮动车地图匹配加速方法，包括如下步骤：

S1、计算浮动车地图匹配的最短路径上界B：

S11、从道路网络中所有道路弧段的限速值中取出最大限速值v_max，将该最大限速值v_max上浮40％得到速度阈值v_限阈，v_限阈＝(1+0.4)*v_max；

S12、根据待匹配浮动车轨迹的采样时间间隔T，计算相邻轨迹点在道路网络中的最短路径上界B，B＝v_限阈*T；

S2、对道路网络进行分割：

首先计算道路网络的最小外接矩形，然后对道路网络进行格网分割，

设定道路网络节点的数量为N、分割阈值为M，N、M均为自然数，且N大于M，计算大于N/M的最小偶数m；找到m的一个因子分解m＝m1*m2，使得m1和m2满足m1与m2之比和道路网络的最小外接矩形长宽比最接近，令m1为行数目，m2为列数目，建立基准格网；每个基准格网内道路网络节点的数量不大于M个；

将每个基准格网的边界向外拓展长度为B的宽度后得到扩展格网，计算每个扩展格网内部所包含的道路弧段与节点；

S3、在步骤S2得到的每个扩展格网内的道路网络中，通过改进后的dijkstra算法计算小于步骤S12得到的最短路径上界B的所有最短路径：

S31、初始化扩展格网内道路网络G(V，E)中所有节点对的距离标号表d及前驱节点对表pre，其中，V表示道路网络中所有节点集，E表示道路网络中所有道路弧段集；

如果节点对(v,w)的两节点不是同一节点且通过一条弧段直接相连，则其距离标号d(v,w)设为弧段长度l(v,w)，并将这些节点对(v,w)放入权重最小优先队列Q中，其在优先队列Q中的优先权重为d(v,w)，前驱节点对pre(v,w)＝0；

如果节点对(v,w)的两节点不是同一节点且不通过一条弧段直接相连，则将距离标号d(v,w)设为64位浮点数可表达的最大浮点数dbM；

如果节点对(v,w)的两节点为同一节点，则距离标号d(v,w)设为0；