[发明专利]基于低精度GPS数据获取交通道路信息的方法

说明书

技术领域

本发明属于交通信息控制领域，涉及一种获取交通道路信息的方法，具体涉及一种基于低精度GPS数据获取交通道路信息的方法，可用于在较短时间内低成地获取交通道路信息。

背景技术

交通道路信息是交通领域研究工作的必备数据材料，它需要能够准确的描述道路拓扑结构以及道路宽度。具备精准的交通道路信息是研究车辆分布、车辆密度、节点度以及区域连通性等交通特性的前提条件。传统的交通道路信息是通过地面测量的方式获取，通常采用激光传感器、视觉系统，通过专用数据采集车辆收集交通道路原始信息，然后对收集到的交通道路原始信息进行数据整合。由于地面测量受到地理因素的限制，采集数据进度较慢，采集成本较高且时间长，在许多交通道路信息尚未完成获取完成时，该道路的拓扑结构就已经放生了变化，另外在后续的信息维护工作中也需要通过实际的地面工作采集数据，将耗费较高的劳动成本。为了解决地面测量方式获取交通道路信息及维护信息工作周期过长的缺陷，当前航空测量已经被广泛应用于交通道路信息获取工作中。航空测量不会受到地理因素的影响，能够一次性采集大量信息，加快数据采集进度，但是相对地面测量，利用航空设备采集信息会增加数据采集和数据传输成本，同时由于数据处理技术的不成熟，导致在后期的交通道路信息整合以及维护工作中，仅仅依靠图像处理技术也将会花费较高时间成本。

随着全球定位系统，即GPS的广泛应用，大量移动终端的位置信息以及运动状况能够被及时采集，并且上传到GPS数据中心。然而，最初由于数据存储技术和数据处理技术的不成熟，仅仅只有部分在当时被认为有用的GPS数据，如旅游巴士的经纬度数据等会被保存下来，而大量其他的数据，如公交车和出租车的位置数据、速率数据以及方向数据等都被视为冗余数据，并未进行处理和存储。直到本世纪初，基于大量GPS数据可用于维护交通道路信息的观点，过去冗余的GPS数据开始被用来挖掘交通道路信息。由于装备GPS设备的移动终端在移动过程中具有时空限制，如汽车必须行驶在车道上且在限定的速度以内，因此通过复杂的数据清洗过程，删除误差较大的数据后，将GPS数据点按时间戳顺序连接后便能够获取简单的道路拓扑信息。为了提高获取道路信息的精度和信息量，对于GPS数据特性的数学分析逐渐被应用于信息获取方法中。Tao Guo等人在论文“Towards High Accuracy Road Maps Generation from Massive GPS Traces Data，”(published in Proceedings of the 2007 IEEE International Geoscience&Remote Sensing Symposium,Barcelona,ESP,2007,pp.667-670.)提出了一种基于海量GPS轨迹数据绘制道路地图的方法。该方法针对交通道路上GPS数据点呈现对称分布的特性，利用最小二乘法直接拟合这些GPS数据点，将拟合出来的直线视为道路中线。论文中将该方法被称为“ROAD Map Reverse Update”(反向地图更新)，即通过采集的位置数据更新交通道路信息。然而，由于缺少对于数据特性的深入分析，导致交通道路的精度不够高，内容不够全面。虽然结果不够理想，但是它依然开启了获取交通道路信息的新方向。目前，Kichun Jo等人在论文“Generation of a Precise Roadway Map for Autonomous Cars,”(published in Intelligent Transportation Systems,IEEE Transactions on,2014,vol.15,no.3,pp.925-937)中，提出了一种利用自动汽车生成道路地图的方法。该方法首先通过专用车辆装载高精度GPS接收机在特定区域内行驶，经过一段时间或行驶一定距离后采集车辆的GPS数据；其次，一种利用固定间隔最优平滑理论将GPS数据整合为交通道路几何数据；最后，利用B-spline道路模型构成完整的道路信息。基于GPS数据采集快速和采集范围广阔的特性，将极大的缩短地图绘制周期。然而高精度GPS数据获取需要昂贵的专属采集设备以及采集周期，同时缺乏利用GPS数据特性研究道路宽度的工作。因此，如何降低交通道路信息获取成本以及获取时间，如何增加获取信息的完整性依旧是值得研究的方向。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提出了一种基于低精度GPS数据获取交通道路信息的方法，用于解决现有技术中存在的成本高和数据时效性低的技术问题。