[发明专利]一种GPS轨迹数据匹配和补全的方法

权利要求书

1.一种GPS轨迹数据匹配和补全的方法，其特征在于，包括以下具体步骤：

步骤一：数据预处理，包含对路网数据以及轨迹数据的预处理，建立路网数据的拓扑网络结构，得到了节点、路段数据集，对轨迹数据的噪声点和停靠点进行过滤与分析，基于地理围栏与时间阈值完成了对轨迹数据的分段；

步骤二：轨迹匹配，建立基于投影距离和车辆运行方向、速度的地图匹配算法，首先通过距离阈值和路网拓扑结构确定轨迹点数据的备选路段，在步骤一数据处理的基础上，基于路网结构的地图匹配算法对轨迹分段数据按照起始点集合和剩余点集合分别进行地图匹配，最终得到了匹配点集合；

轨迹匹配步骤与计算方法包括以下步骤：

起始轨迹数据点集合筛选，通过设置距离阈值对起始轨迹点进行筛选，得到起步轨迹数据点集合，求取该点集合的平均中心和平均方向；

起步轨迹点匹配，采用基于几何的匹配算法，求取平均中心点的投影距离近的候选路段集合，结合轨迹趋势，对轨迹点进行最短路径分析，确定唯一匹配路段，求平均中心点到匹配路段的投影点，作为起步轨迹点的匹配点；

基于路网匹配算法的剩余轨迹点匹配，将起始点的匹配点与轨迹数据点作为轨迹数据，首先，根据距离阈值和拓扑关系获得轨迹点的候选路段集合，然后将与路网的投影距离、车辆运行状态信息作为参数因子，建立基于投影距离和方向因子的权重概率模型，计算每个轨迹点与每一候选路段的权重值，权重概率值最大的候选路段即为匹配路段，求取轨迹点到匹配路段的投影点，即为匹配点位；

步骤三：轨迹补全，在步骤二的数据处理基础上，根据轨迹匹配结果，基于时间差阈值，获取需补全的轨迹点对集合，确定缺失轨迹数据列表，提取缺失路段特征点，并计算各个特征点的时间值，然后基于距离阈值与时间阈值对轨迹数据进行插值，最后对计算结果进行格式化输出。

2.根据权利要求1所述的一种GPS轨迹数据匹配和补全的方法，其特征在于，所述步骤一中的数据预处理步骤与计算方法包括以下步骤：

路网数据预处理，包含路网数据化简、路网特征点提取和路网结构建立三个部分，首先通过设置阈值对路网数据进行化简，去除冗余的路线点，缓解数据存储、传输压力，提高后面分析计算的速度，路网的特征点包含路段的端口以及拐点，提取路段的特征点，并建立每一个路段对应的特征点集合，作为后面进行地图匹配和补全的数据基础，基于路网之间的拓扑结构，建立路网的邻接表结构，该结构是前后轨迹数据点位置匹配和轨迹数据补全的数据基础；

轨迹数据预处理，包含噪声点和停靠点的过滤与分析，以及轨迹数据的分段，首先是噪声点的过滤，噪声点是指GPS定位偏差较大或前后定位点距离速度超出合理值的轨迹点，通过设定阈值基于路网数据对GPS轨迹数据进行判定，过滤掉噪声点，通过速度阈值对前后轨迹点的时间与距离进行判定，过滤掉噪声点，然后是停靠点分析，对轨迹点集合数据按照时间与空间位置阈值进行聚类分析，提取轨迹点数据的停靠点，确定轨迹数据处理的空间区域，基于地理围栏技术对轨迹数据进行空间区域分段，最后基于时间阈值和时间单元，对轨迹数据进行分割。

3.根据权利要求1所述的一种GPS轨迹数据匹配和补全的方法，其特征在于，所述步骤三中的轨迹数据补全步骤与计算方法包括以下步骤：

筛选待补全轨迹点对数据，对步骤二计算得到的轨迹数据进行遍历，计算相邻轨迹点的间隔时间，筛选出间隔时间大于阈值的轨迹点对，得到需要进行轨迹数据补全的轨迹点对集合，轨迹路径信息列表，包含路径的编号信息和时间信息；

待补全轨迹点对的控制点计算，对上面步骤得到的轨迹点对分别进行路径规划分析，得到每个路段的起始点和拐点，将其作为控制点集合，并计算每个控制点的时间信息；

基于距离与时间的轨迹数据插值，对上面得到的控制点集合，依据时间和距离约束，将时间区间设置为5s,将距离区间设置为10m,每个路段进行轨迹数据点补全；

轨迹数据格式化与输出，将所有路段补全的轨迹点数据进行合并，并按照原始采集的轨迹数据格式进行格式化处理，输出最终的轨迹数据集合。