[发明专利]一种基于平均速度的超速事件探测方法

权利要求书

1.一种基于平均速度的超速事件探测方法，其特征在于，用平均速度大于限速值的两GPS轨迹点状态来描述超速事件，即：一起超速事件是从速度大于限速值的位置开始至速度小于或等于限速值的位置结束；超速事件被视为一个包含起止点的线事件，由平均速度大于限速值的两GPS轨迹点状态描述；超速事件SE表示为：其中，是GPS轨迹点P_i和P_i+n间的平均速度，V_ilimit表示限速值；

探测方法具体包括以下步骤：

步骤1：计算描述超速事件GPS轨迹点P_i和P_i+n之间的平均速度式中，D_i,i+n为两GPS轨迹点P_i和P_i+n间的行程距离；T为两GPS轨迹点的间隔时长；n为两GPS轨迹点之间的间隔时间个数，n≥1；时间间隔，即GPS采样间隔时间用Δt表示；

步骤2：根据GPS轨迹点P_i和P_i+n的经纬度坐标，确定此两GPS轨迹点所在路段，从而获取该路段限速值V_ilimit；

步骤3：比较平均速度与路段限速值V_ilimit的大小，若则将GPS轨迹点P_i和P_i+n及其之间的轨迹点记为一个超速事件单元；

步骤4：识别GPS轨迹中的超速事件单元，对于孤立的超速事件单元，则每个超速事件单元即为一起超速事件；对于相邻的超速事件单元，则组合后记为一起超速事件；

步骤5：确定一条GPS轨迹中超速事件总体数量，每起超速事件发生时间及位置、超速范围和持续时间；

所述超速事件总体数量即为该条GPS轨迹中的所有超速事件数量之和；对于某一起超速事件，其包含GPS轨迹点P_i，P_i+1，…，P_i+n，超速事件发生时间表示为{t_i,t_i+n}；超速事件发生位置由GPS轨迹点P_i位置L_i和P_i+n位置L_i+n表示，即{L_i,L_i+n}；超速范围，由下式计算得到：

式中，ΔV_i为第i起超速事件的超速范围；是GPS轨迹点P_i和P_i+n间的平均速度，又是第i起超速事件的速度值；

超速事件持续时间是GPS轨迹点P_i和P_i+n间的间隔时长T，由下式计算得到：

T＝t_i+n-t_i＝nΔt

式中，t_i+n为GPS轨迹点P_i+n处时刻；t_i为GPS轨迹点P_i处时刻；Δt为GPS采样间隔时间；

两GPS轨迹点P_i和P_i+n间的行程距离具体为：

设GPS轨迹点P_i的经纬度坐标为(Lon_i,Lat_i)，其相邻GPS轨迹点P_i+1的经纬度坐标为(Lon_i+1,Lat_i+1)，二者之间的行程距离D_i,i+1表示为：

D_i,i+1＝R×arccos(C_i,i+1)

式中，R表示地球半径；C_i,i+1表示中心角的余弦；则GPS轨迹点P_i和P_i+n之间的行程距离表示为：

两GPS轨迹点的间隔时长具体为：

设GPS采样间隔时间为Δt，则GPS轨迹点P_i和P_i+n之间的间隔时长T表示为：

T＝n×Δt/3600

式中，n两GPS轨迹点之间的间隔时间个数，n≥1；

通过行车实验获得超速违法位置所在的路段限速值V_ilimit，具体为：

1)选择具有车载GPS装置的车辆；2)预先选择若干条行驶路径；3)车辆行驶之前，在后排座位架设摄像机，调整摄像机角度以对准速度仪表盘，并由一名实验人员手护固定；4)车辆开动伊始，启动摄像机记录车辆速度仪表盘上的速度值，与此同时另外一名实验人员记录沿途所经路段限速值；5)待行驶完预先选定的路径，导出GPS数据和车辆速度仪表盘上的速度数据，并整理所经路段限速值记录；

通过交警部门搜集车辆超速违法记录获得超速违法位置所在的路段限速值V_ilimit，具体为：

1)到交警部门搜集营运车辆的超速违法记录；2)根据所选定营运车辆超速违法的发生时间，在交警部门筛选相应时段对应车辆的GPS轨迹数据；3)根据所选定营运车辆超速违法的发生地点，经现场调查确定该地点所在路段的限速值；

基于行车实验数据确定描述超速事件的两GPS轨迹点之间的间隔时间个数n，具体为：

通过车辆速度仪表盘视频回放，结合路段限速值，人工查找出车辆行驶路径所发生的全部超速事件，包括发生时间、地点，用集合Ω表示；

初步以相邻两GPS轨迹点间的平均速度为判定条件；依据所设计的超速事件探测算法探测出车辆行驶GPS轨迹中的超速事件，用集合Ω₁表示；将集合Ω₁与集合Ω比较，若集合Ω₁包含于集合Ω，则增加计算平均速度的两GPS轨迹点之间的间隔时间个数，重新计算平均速度并探测车辆行驶GPS轨迹中的超速事件，直至集合Ω₁与集合Ω相等为止，将此时两GPS轨迹点之间的间隔时间个数表示为n；

基于交警部门调研数据确定描述超速事件的两GPS轨迹点之间的间隔时间个数n，具体为：

探测出营运车辆行驶GPS轨迹中的全部超速事件，用集合Ψ₁表示；将集合Ψ₁与同一营运车辆的超速违法记录集合Ψ₂比较，若集合Ψ₁与集合Ψ₂相离或相交，则增加超速事件动态探测算法中两GPS轨迹点之间的间隔时间个数，重新探测该营运车辆行驶GPS轨迹中的超速事件，直至集合Ψ₁包含集合Ψ₂为止，将此时两GPS轨迹点之间的间隔时间个数表示为n；本发明将超速事件视为一个包含起止点的线事件，考虑根据GPS轨迹数据动态获取路段限速值，计算两GPS轨迹点间的平均速度，识别并查找大于路段限速值的平均速度，设计基于平均速度的超速事件探测算法，通过行车实验和/或交警部门调研获取车辆GPS轨迹数据、速度仪表盘数据、路段限速值及超速违法记录，在此基础上训练超速事件探测算法，以确定计算平均速度的两GPS轨迹点之间的最佳间隔时间个数，并进一步检验超速事件动态探测算法的精度，从而形成基于平均速度的超速事件动态探测方法，获取车辆行驶GPS轨迹中的超速事件信息。