[发明专利]基于交通定位数据的多粒度道路分流可视分析方法

摘要

基于交通定位数据的多粒度道路分流(交互)可视分析方法包括以下几个步骤：(1)原始交通数据重构；(2)道路匹配及路网的搭建；(3)道路流量和车辆行驶速度的计算；(4)多粒度道路状况分析组件搭建。

主权项

1.基于交通定位数据的多粒度道路分流可视分析方法包括以下几个步骤：1)原始交通数据重构：首先将GPS数据进行清理和排序，其中每一辆车的数据作为一个文件，文件中的每个数组作为一条轨迹，利用时间戳将所有轨迹按照时间排序，然后根据判断是否有载客和时间的双重约束条件将轨迹拆分为多条轨迹，这有利于后续的流量统计；其次对地图数据的清理及修正，纠正道路单双向以及道路行驶方向；2)道路匹配：匹配的目的就是为了将GPS点与所在道路绑定在一起；在上述数据预处理中，由于采集过程的偏差导致GPS无法匹配到正确道路上，而且采集设备本身没有获取车辆所行驶道路的信息，所以为了进行以道路为单位的流量与速度统计，需要将GPS点与道路之间进行匹配；其中步骤2)具体包括：(2.1)路网构建，基于清洗过的ArcMap矢量地图，对地图中每条道路创建一个最小外接矩形MBR，利用PRTree对所有MBR创建空间索引树，其中PRTree是一个实现了优先级R‑Tree以及空间索引的JAVA开发包；为待匹配的轨迹中每一个GPS点同样创建一个MBR，然后在上一步的空间索引树进行查找，将找到的所有道路的MBR作为候选路段，提取路段信息；(2.2)基于S‑T matching算法，将GPS点准确匹配到道路上，结合GPS点求与每一个候选点的观察概率：其中是第i个GPS点p_i对应的第j个候选点，点候选点之间的欧氏距离，σ＝20；(2.3)根据上一个GPS点的候选点与当前GPS点的候选点计算两者的传输概率Transmission Probability：其中d_i‑1→i＝dist(p_i,p_i‑1)为上一个GPS点与当前GPS点之间的欧氏距离，为前后两个候选点集合中每一对候选点在路网上的最短路径；(2.4)根据计算出的观察概率和传输概率计算出候选点的空间分析函数：找到最后一个GPS点的候选点集合中空间分析函数值最大的一个，反向推出上一个候选点，将候选点全部推算出后合成新的轨迹，即为匹配轨迹，并记录下每一个候选点所在的路段信息，为后续对轨迹化简时提供数据；3)道路流量和车辆行驶速度的计算：首先统计每一个路段的流量，所有路段流量总和即为此道路的总流量；路段流量可以看成车辆当前时间经过当前路段的次数，考虑到后续路口分流的可视分析，在做流量统计时，利用路段序列中当前路段与下一路段在空间中的相对位置，计算两个路段向量的夹角和外积的模，若夹角小于30度则视为直行，若大于150度则为掉头，根据外积的模可以判断转向为左转还是右转，模为正数为左转，负数为右转；对于道路车辆行驶速度v，首先计算三种平均速度，三种平均速度分别为上个路段尾点到当前点的平均速度v1、当前点到下个路段起始点的平均速度v2和当前道路的瞬时速度v3:v＝ω1v1+ω2v2+ω3v3其中ωi(i＝1,2,3)为每种速度的加权值，且∑ωi(i＝1,2,3)＝1；4)设计多粒度道路状况分析可视组件；其中步骤4)中具体包括：(4.1)交通流视觉编码：对流量进行映射时，由于每个路段流量的不统一性，所以采用动态映射方案，即根据流量的最大值和最小值进行动态的调整：其中C(i)为第i条路段的映射颜色，RGB()为计算颜色映射的函数，fmax,fmin,f分别为道路的车流量最大值、道路的车流量最小值和当前路段车流量；对于速度的颜色映射由于具有统一性，采用绝对映射；由此可以对流量和速度在地图上进行映射，得到道路全局概览图，同时设计了多个交互控制插件；(4.2)构建路段流量分析组件：设计方格矩形，由于数据庞大，利用每15分钟的数据绘制一个方格，并且流量投射到方格的上三角，速度投射到下三角，将规定时间段的所有方格按照时间顺序按照矩阵排列即可得到流量速度像素图，可以通过点击概览图的路段得到此图；(4.3)构建路口分流分析组件：将路口的分流情况绘制成一个圆，从圆边延伸出曲线作为驶入驶出的方向，称此为弦图；首先将弦图的数据源设计成一个矩阵，矩阵里的内容为每一个分类到其它分类包括本身在内的数值大小和每一分类的占比，扩展到整个圆；在路口的每个路段绘制两个弧，分别表示路口驶入和路口驶出的归一化后的流量大小，在相邻路段中间加入空白部分以作区分；由此每个路口有三个属性：路口A驶入、路口A驶出、路口A与路口B空白间隔，以此类推，每一个路口由3段组成，于是一个弦图就被分成12段，由此构建12×12的数据源矩阵：其中A→C表示路口A驶出并驶入路口C，以此类推；α为该路段归一化后的总流量；将图形的每个分类绘制成曲线弦，与有角度的路段间空白区域形成圆；并重写弦图绘制的排序数组，以防弦图图中的弦有交叉，点击路网中的路口自动绘制路口分流情况；(4.4)构建路网分流分析组件：使用节点表示路段，两点之间使用贝塞尔曲线进行连接形成路网流量传播图，并设计连线面积大小表示流量大小；同时设计使用鼠标悬浮路网流量传播图的节点时高亮相应道路的交互展示。