[发明专利]一种基于最小二乘优化的路网结构生成方法

说明书

本发明涉及一种基于最小二乘优化的路网结构生成算法，属于地图创建技术领域。对可用的GPS轨迹数据进行数据预处理，采用Web Mercator投影将GPS的经纬度数据转换成平面坐标；确定转弯点；基于转弯点的位置，利用加权的Mean‑shift算法提取路网关键节点；当确定所有关键节点的位置之后，进行关键节点之间的拓扑关系构建；对关键节点之间的拓扑关系进行检验；在关键节点判定和拓扑结构构建后，利用所有原始GPS点的信息对关键节点的位置进行纠正，建立最小二乘优化模型。采用本发明，数据获取的成本低、来源广、数据量大、效率高为地图的生成提供了新途径。

技术领域

本发明涉及一种地图创建技术领域，特别是一种基于最小二乘优化的路网结构生成方法。

背景技术

随着信息技术的发展和数字成图技术的成熟，数字道路地图服务已经逐渐渗透到人们的日常生活和生产中，成为人们生产、生活中重要的出行辅助工具(如车载导航，物流配送，地址查询等)。但在当前技术条件下，数字道路地图数据更新速度慢，无法满足日益发展的智能交通系统的需求。传统道路地图数据的获取主要由专业测绘部门实地测量和遥感影像的矢量化制图两种方式，不仅成本高，信息获取周期长，后续数据处理工作量大，而且难以达到人们对道路网络数据实时性高的要求。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术上的缺点，提供一种基于最小二乘优化的路网结构生成方法，为更好地利用GPS轨迹数据，提供路网构建的新途径。

本发明的基于最小二乘优化的路网结构生成方法，实现路线如图1所示，输入GPS轨迹数据，经过数据预处理后便可输入到最小二乘优化模型中，进行关键节点识别、拓扑结构构建和全局优化三步操作后，便可得到有向的路网图。具体实现步骤如下：

(1)对可用的GPS轨迹数据进行数据预处理，采用Web Mercator投影将GPS的经纬度数据转换成平面坐标；

(2)确定轨迹转弯点，计算每条轨迹上每个GPS轨迹点的方位角，轨迹上相邻两点之间方位角之差定义为每个GPS点的转弯角度，转弯角度在一定范围内的GPS点称为转弯点；

(3)基于转弯点的位置，利用加权的Mean-shift算法提取路网关键节点；

(4)当确定所有关键节点的位置之后，进行关键节点之间的拓扑关系构建；

(5)利用Kolmogorov-Smirnov检验，对关键节点之间的拓扑关系进行检验；

(6)在关键节点判定和拓扑结构构建后，利用所有原始GPS点的信息对关键节点的位置进行纠正，建立了最小二乘优化模型。

在上述技术方案中，所述步骤(2)和(3)中轨迹转弯点和关键节点的确定，其具体实施过程如下：

(1)计算每条轨迹上每个GPS轨迹点的方位角θ_p；

(2)根据上一步中的方位角θ_p，计算每个GPS点的转弯角度Δθ_P＝θ_P′-θ_P，其中转弯角度为轨迹上相连两点之间方位角之差；

(3)将转弯点进行加权的Mean-shift聚类，聚类所得的中心点便是关键节点k。

在上述技术方案中，所述步骤(2)中每个GPS点方位角的计算公式如下：

其中，θ_P表示GPS点P的方位角，(x_p，y_p)表示GPS点P的坐标。

在上述技术方案中，所述步骤(3)中加权Mean-shift的聚类算法的具体计算步骤如下：