[发明专利]一种用超大规模GPS数据实施全国道路断面调查的方法

说明书

本发明属于GPS空间大数据挖掘技术。本发明第一步，对WGS84坐标平面进行严格的序列化格网区划，第二步，在指定级别的格网之下，利用全部GPS记录数据生成目标区域内的道路数字图像，第三步，将水平／垂直相邻的道路网格集视为一个道路断面，同时视为一个统计学意义下的随机抽样总体，第四步，分道路断面统计落入该断面上的GPS记录数据的行驶速度，即能统计得到该断面的速度分布规律，第五步，将行驶速度指示替换为其它GPS记录数据所能提供的指标，即能得到该断面的相应指标的统计规律。

技术领域

本发明属于超大规模GPS空间大数据挖掘技术领域，与遥感技术、抽样调查技术、地理信息系统技术、数字图像技术、超级计算技术相关。

本发明所生产的数字化道路成果是全球卫星定位系统大规模应用的基础性数据支撑，与车辆保险、无人汽车、地图测绘、国家海洋战略、国防安全等诸多领域关系极为密切。

本发明所指GPS，是包括中华人民共和国的北斗导航系统在内的所有全球卫星定位系统，并不是特指美国的GPS系统。

背景技术

随着GPS移动终端的大规模普及应用，在全社会范围内迅速地累积起了超大规模的GPS数据。截止2017年中，交通部所属全国联网联控平台和全国公共货运平台，累积接收数据量远超过万亿条，范围覆盖全国所有实际可通行道路及部份国外道路，其中蕴含了丰富的道路断面信息，特别是断面安全速度信息。

交通运输，安全第一，预防为主。交通安全专家所谓的“十次事故九次快”的科学内涵是：大部份交通事故与车速偏离所在路段的安全速度区间相关，快了不行，容易发生单车车毁人亡的事故，慢了同样也不行，容易发生多车连环相撞的事故，所谓的“中速行车”的科学内涵是，车速尽可能地保持在所在路段的中位速度区间，也即安全速度区间，针对交通事故的实证研究表明：车速如果能保持在安全速度区间，交通事故率可以下降20%左右，同时节省燃油消耗10%左右。交通工程学理论研究表明：道路断面的速度呈正态分布，其中15%百分位速度到85%百分位速度区间，即为道路断面的安全速度区间。

如果能够事先对每一个道路断面都进行交通调查，加上GPS的实时定位功能，就能够全程指导驾驶人将车速保持在安全速度区间之内，从而从根本上降低交通事故率，其市场效益和社会效益都无可比拟。

由交通工程学发展起来的道路断面调查方法，虽然方法成熟，但存在调查费用巨大，成果时间滞后，不可能全覆盖所有道路等问题，特别是经常性开展全局性调查事实上是完全不可承受的。

本发明基于车载GPS大数据，实现对全国道路全覆盖的断面调查，从而实现源于GPS、服务GPS、优化GPS的良性循环。

本发明计算规模巨大，常规商用数据处理工具软件，如ORACLE、ARCGIS等对于万亿级数据的全局性处理，彻底无能为力，本发明的计算机实现需要从底层开发超大规模高效计算程序，目前本发明的计算实现，仅能在发明人专门研制的“霞光一号”专用超级计算机上实现。

发明内容

当我们观察铺设有路砖的道路时我会发现，同一方向（通常是水平或者垂直）空间上相邻若干块路砖就构成了一个道路断面。

在WGS84坐标系下，我们可以很方便地将整个坐标平面区划成由等经纬差网格组成的格网，而且由GPS经纬度坐标映射到网格的算法极为简单。在GPS大数据的支持下，可以准确地识别出哪些网格对应于道路（对应于一块路砖），哪些不是路砖。在此基础上，我们将水平相邻或者垂直相邻的路砖就可以组合成一个道路断面。

每一个道路断面，都可以视为统计学意义下的一个抽样总体，而每一条落入该断面的GPS数据，都可以视为对该断面的一个次随机抽样调查，依据抽样样本，按交通工程学的断面统计分析方法得到与人工调查方法完全同样的调查成果。

以1/256秒为基本单元，按照表1的参数对WGS84经纬坐标平面，做系统化的格网区划：