一种浮动车地图匹配数据预处理方法及系统

摘要

本发明涉及一种浮动车地图匹配数据预处理方法及系统。本发明所述的方法包括以下步骤：对系统参数进行初始化设置；接收GPS定位数据，陀螺仪和加速度计数据，并提取GPS速度，陀螺仪测量的航向角的角速率值，计算加速度计测量值与重力加速度g的差值Acc；判断是否是首次定位，判断车辆是否静止，及判断车辆是否正在慢速行驶，根据判断情况进行定位数据的更新等操作。采用本发明所述的方法和系统可以利用GPS历史定位数据解决车辆在低速行驶时航向角不准的问题，及车辆静止时GPS定位数据产生的漂移问题，从而提高地图匹配的精度和匹配的性能，以便能正确将定位数据匹配到相应的路段上并进行拥堵分析，为城市道路拥堵收费提供全面的定位技术支持。

说明书

技术领域

本发明属于智能交通车载定位技术领域，特别涉及一种用于城市道路 拥堵分析的浮动车地图匹配数据预处理方法及系统。

背景技术

基于GPS浮动车的城市道路交通拥堵分析技术被认为是实现先进的交 通诱导的重要途径,基于GPS浮动车交通参数检测技术作为一种新的检测 方式，如何提高其检测性能是目前的核心问题。城市道路拥堵分析主要包 括浮动车GPS定位数据获取、地图匹配、路段交通状态及路网拥堵计算、 交通决策等内容。

全球定位系统（Global Positioning System，简称GPS）提供实时、 全天候和全球性的导航服务，可以提供车辆定位、行驶路线监控等功能。 由于GPS技术所具有的全天候、高精度和自动测量的特点，已经融入了国 民经济建设、国防建设和社会发展的各个应用领域。随着城市车辆保有量 的急剧增加，城市道路拥挤不堪，交通事故频频发生，把GPS用于城市道 路拥堵收费，将显著提高城市道路运营的效率和增加行车的安全性。

地图匹配技术是指通过浮动车装载的GPS接收机获取车辆的实时位置 信息，通过一定的算法将其匹配到当时车辆所在的路段或者交通区域内。 目前常用的地图匹配算法有:几何投影匹配算法、证据理论算法、概率匹配 算法、模糊推理算法等。

但是，现有的GPS卫星定位技术用于车辆定位时存在以下两类显著的 误差，一则车辆低速行驶时其航向角存在较大的误差，二则在静止时也存 在较大的漂移。现有地图匹配技术尚未充分考虑并处理上述GPS的定位问 题，这样将导致地图匹配精度变差，性能变坏，甚至产生错误的结果。

因此，当浮动车处于静止状态或低速行驶状态时，其车载GPS接收机 产生的定位数据中航向角的误差较大，如果不进行预处理，则在地图匹配 计算时将使得匹配精度或性能降低，甚至产生错误的匹配结果，从而在进 行道路拥堵分析中产生错误的结果。为此，需要提出一种数据预处理方法， 能够修正定位数据，提高定位精度，从而在地图匹配时提高匹配精度和匹 配性能，正确进行道路拥堵计算。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种用于城市道路 拥堵分析的浮动车地图匹配数据预处理方法及系统。该方法及系统能够利 用GPS历史定位数据解决车辆在低速行驶时航向角不准的问题，及车辆静 止时GPS定位数据产生的漂移问题，从而提高地图匹配的精度和匹配的性 能，以便能正确将定位数据匹配到相应的路段上并进行拥堵分析，为城市 道路拥堵收费提供全面的定位技术支持。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是，一种浮动车地图匹配数 据预处理方法，包括以下步骤：

步骤一、对系统参数进行初始化设置，包括设置数据缓存区BL_Cache， 用于存放历史的经、纬度，设定缓存长度Len_Cache=1；

步骤二、接收GPS定位数据，陀螺仪和加速度计数据，并提取GPS速 度V_GPS，陀螺仪测量的航向角的角速率值G_Ang，计算加速度计测量值与 重力加速度g的差值Acc；

步骤三、判断是否是首次定位，如果是首次定位，则更新定位数据， 将当前定位数据赋值给BL_Cache(Len_Cache)，结束预处理，否则继续后 续步骤处理；

步骤四、判断车辆是否静止，若是，则维持定位数据不变，否则返回 步骤二；

步骤五、判断车辆是否正在慢速行驶，若是，则取出缓存中的第一条 记录BL_Cache(1)和最后一条记录BL_Cache(Len_Cache)，并利用 BL_Cache(1)和BL_Cache(Len_Cache)存储的经纬度来重新计算航向角，否 则，更新定位数据，将当前定位数据（经纬度）赋值给 BL_Cache(Len_Cache)，结束预处理。

进一步，步骤一中对系统参数进行初始化设置还包括：

1)设置陀螺仪零值门限G_Static;

2)设置加速度零值门限Acc_Static;

3)设定速度静止门限值V_Static；

4)设定速度低速门限值V_Low；

5)设置距离门限值S_Lmt，用于车辆低速行驶时重新计算航向角。

更进一步，

1)所述陀螺仪零值门限G_Staticy为0.03-0.07度/秒;

2)所述加速度零值门限Acc_Static为0.2-0.9m/s²;

3)所述速度静止门限值V_Static为0-1.8km/h；

4)所述速度低速门限值V_Low为20-40km/h；

5)所述距离门限值S_Lmt为25-35m。

再进一步，

1)所述陀螺仪零值门限G_Staticy为0.05度/秒;

2)所述加速度零值门限Acc_Static为0.6m/s²;

3)所述速度静止门限值V_Static为1km/h；

4)所述速度低速门限值V_Low为30km/h；

5)所述距离门限值S_Lmt为30m。

进一步，步骤四中，判断车辆是否静止的方法是：当陀螺仪输出的航 向角的角速率低于零值门限G_Static值，且加速度计输出的数值与重力加 速度g的差值低于加速度零值门限Acc_Static值时，且GPS接收机输出的 速度值低于速度静止门限值V_Static时，则判断车辆处于静止状态。

进一步，步骤五中，判断车辆是否正在慢速行驶的方法是：

(1)取出缓存中的第一条定位数据，设该位置与当前定位位置的距离为 S1，如果S1<距离门限值S_Lmt，则跳转步骤(4)；

(2)取出缓存中的第二条定位数据，设该位置与当前定位位置的距离为 S2，如果S2<距离门限值S_Lmt，则跳转步骤(4)；

(3)执行如下循环语句：

For i=1to Len_Cache-1

BL_Cache(i)=BL_Cache(i+1)

End

(4)缓冲区的长度加1，即令Len_Cache=Len_Cache+1；

(5)判断V_GPS<V_Low是否成立，如果成立，则说明车辆正在慢速行驶。

一种浮动车地图匹配数据预处理系统，包括预处理模块，与预处理模 块连接的GPS定位模块、速度计，地图数据模块和陀螺仪，所述的预处理 模块包括以下装置：

初始化装置，用于对系统参数进行初始化设置，包括设置数据缓存区 BL_Cache，用于存放历史的经、纬度，设定缓存长度Len_Cache=1；

数据接收及提取装置，用于接收GPS定位数据，陀螺仪和加速度计数 据，并提取GPS速度V_GPS，陀螺仪测量的航向角的角速率值G_Ang，计算 加速度计测量值与重力加速度g的差值Acc；

判断装置一，用于判断是否是首次定位，如果是首次定位，则更新定 位数据，将当前定位数据赋值给BL_Cache(Len_Cache)，结束预处理，否 则继续后续步骤处理；

判断装置二，用于判断车辆是否静止，若是，则维持定位数据不变， 否则返回数据接收及提取装置继续接收及提取相关数据；

判断装置三，用于判断车辆是否正在慢速行驶，若是，则取出缓存中 的第一条记录BL_Cache(1)和最后一条记录BL_Cache(Len_Cache)，并利用 BL_Cache(1)和BL_Cache(Len_Cache)存储的经纬度来重新计算航向角，否 则，更新定位数据，将当前定位数据（经纬度）赋值给 BL_Cache(Len_Cache)，结束预处理。

本发明的效果在于：采用本发明所述的方法及系统，可以解决两个方 面的定位问题，一则，可以解决浮动车在低速行驶时航向角不准的问题。 二则可以解决车辆静止时GPS定位数据产生的漂移的问题。从而提高地图 匹配的精度和匹配的性能，以便能正确将定位数据匹配到相应的路段上并 进行拥堵分析，为城市道路拥堵收费提供全面的定位技术支持。

附图说明

图1是本发明所述方法的流程图；

图2是本发明所述方法具体实施方式的流程图；

图3是本发明所述系统具体实施方式的结构图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。

如图1所示，一种用于城市道路拥堵分析的浮动车地图匹配数据预处 理方法，包括以下步骤：

S1，步骤一：对系统参数进行初始化设置；

S2，步骤二：接收GPS定位数据，陀螺仪和加速度计数据，并提取GPS 速度V_GPS，陀螺仪测量的航向角的角速率值G_Ang，计算加速度计测量值 与重力加速度g的差值Acc；

S3，步骤三：判断是否是首次定位，如果是首次定位，则更新定位数 据，将当前定位数据（经纬度）赋值给BL_Cache(Len_Cache)，结束预处 理，否则继续后续步骤处理；

S4，步骤四：判断车辆是否静止，若是，则维持定位数据不变，否则 返回步骤二；

S5，步骤五：判断车辆是否正在慢速行驶，若是，则取出缓存中的第 一条记录BL_Cache(1)和最后一条记录BL_Cache(Len_Cache)，并利用 BL_Cache(1)和BL_Cache(Len_Cache)存储的经纬度来重新计算航向角，否 则，更新定位数据，将当前定位数据（经纬度）赋值给 BL_Cache(Len_Cache)，结束预处理。

如图2所示，本实施例中，一种用于城市道路拥堵分析的浮动车地图 匹配数据预处理方法,具体包括以下步骤。

步骤一：对系统参数进行如下初始化设置：

1)设置陀螺仪零值门限G_Static，当陀螺仪输出的航向角的角速率低 于此门限值时，则判断车辆处于静止状态;

2)设置加速度零值门限Acc_Static，当加速度计输出的数值与重力加 速度g的差值Acc低于此门限值时，则判断车辆处于静止状态;

3)设定速度静止门限值V_Static，当GPS接收机输出的速度值低于此 门限值时，则判断车辆处于静止状态；

4)设定速度低速门限值V_Low，当GPS接收机输出的速度值低于此门 限值时，则认为车辆处于低速运行状态，此时，GPS接收机输出的航向角 具有较大的偏差，需要进行处理;

5)设置距离门限值S_Lmt，用于车辆低速行驶时重新计算航向角。

6)设置数据缓存区BL_Cache，用于存放历史的经、纬度。

7)设定缓存长度Len_Cache=1。

步骤二：接收GPS定位数据，陀螺仪和加速度计数据，并提取GPS速 度V_GPS，陀螺仪测量的航向角速率值G_Ang，计算加速度计测量值与重力 加速度g的差值Acc；

步骤三：判断是否是首次定位？如果是首次定位，则跳转步骤十一。

步骤四：判断G_Ang<G_Static，且Acc<Acc_Static，且 V_GPS<V_Static？如果以上条件都满足，则说明车辆静止，维持定位数据 不变。返回步骤二继续接收GPS定位数据。

步骤五：取出缓存中的第一条定位数据，设该位置与当前定位位置的 距离为S1，如果S1<S_Lmt，则跳转步骤八。

步骤六：取出缓存中的第二条定位数据，设该位置与当前定位位置的 距离为S2，如果S2<S_Lmt，则跳转步骤八。

步骤七：执行如下循环语句：

For i=1to Len_Cache-1

BL_Cache(i)=BL_Cache(i+1)

End

步骤八：缓冲区的长度加1，即令Len_Cache=Len_Cache+1。

步骤九：判断V_GPS<V_Low是否成立，如果成立，则说明车辆正在慢 速行驶，跳转步骤十，否则，跳转步骤十一。

步骤十：取出缓存中的第一条记录BL_Cache(1)和最后一条记录 BL_Cache(Len_Cache)，并利用BL_Cache(1)和BL_Cache(Len_Cache)存储 的经纬度来重新计算航向角。

步骤十一：更新定位数据，将当前定位数据（经纬度）赋值给 BL_Cache(Len_Cache)。

步骤十二：结束预处理后，进行地图匹配MM(Map Matching)。

通常，步骤一中对各系统参数进行如下初始化设置：

1)所述陀螺仪零值门限G_Staticy为0.03-0.07度/秒;

2)所述加速度零值门限Acc_Static为0.2-0.9m/s²;

3)所述速度静止门限值V_Static为0-1.8km/h；

4)所述速度低速门限值V_Low为20-40km/h；

5)所述距离门限值S_Lmt为25-35m。

优选的，本实施例中，步骤一中对各系统参数进行如下初始化设置：

1)所述陀螺仪零值门限G_Staticy为0.05度/秒;

2)所述加速度零值门限Acc_Static为0.6m/s²;

3)所述速度静止门限值V_Static为1km/h；

4)所述速度低速门限值V_Low为30km/h；

5)所述距离门限值S_Lmt为30m。

如图3所示，一种用于城市道路拥堵分析的浮动车地图匹配数据预处 理系统，包括预处理模块1，与预处理模块1连接的GPS定位模块2、速度 计3、地图数据模块4和陀螺仪5，所述的预处理模块1包括以下装置：

初始化装置11，用于对系统参数进行初始化设置，包括设置数据缓存 区BL_Cache，用于存放历史的经、纬度，设定缓存长度Len_Cache=1；

数据接收及提取装置12，用于接收GPS定位数据，陀螺仪和加速度计 数据，并提取GPS速度V_GPS，陀螺仪测量的航向角的角速率值G_Ang，计 算加速度计测量值与重力加速度g的差值Acc；

判断装置一13，用于判断是否是首次定位，如果是首次定位，则更新 定位数据，将当前定位数据赋值给BL_Cache(Len_Cache)，结束预处理， 否则继续后续步骤处理；

判断装置二14，用于判断车辆是否静止，若是，则维持定位数据不变， 否则返回数据接收及提取装置继续接收及提取相关数据；

判断装置三15，用于判断车辆是否正在慢速行驶，若是，则取出缓存 中的第一条记录BL_Cache(1)和最后一条记录BL_Cache(Len_Cache)，并利 用BL_Cache(1)和BL_Cache(Len_Cache)存储的经纬度来重新计算航向角， 否则，更新定位数据，将当前定位数据（经纬度）赋值给 BL_Cache(Len_Cache)，结束预处理。

根据上述实施例，可以看出本发明所述的方法及系统利用了GPS历史 定位数据解决了车辆在低速行驶时航向角不准的问题，及车辆静止时GPS 定位数据产生的漂移问题，从而提高地图匹配的精度和匹配的性能，以便 能正确将定位数据匹配到相应的路段上并进行拥堵分析，为城市道路拥堵 收费提供全面的定位技术支持。

本领域技术人员应该明白，本发明所述的方法和系统并不限于具体实 施方式中所述的实施例，上面的具体描述只是为了解释本发明的目的，并 非用于限制本发明。本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实 施方式，同样属于本发明的技术创新范围，本发明的保护范围由权利要求 及其等同物限定。