| CN103727946A | 2014-04-16 | |||
| CN101794513A | 2010-08-04 | |||
| CN201628772U | 2010-11-10 | |||
| CN102411677A | 2012-04-11 |
北京天悦专利代理事务所（普通合伙） (CN)
| 权 利 要 求 1. 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， 包括设置数据緩存区 BL_Cache， 用于存放历史的经、 纬度， 设定緩存长度 Len_Cache=l; 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 力口速度 g的差值 Acc; 步骤三、 判断是否是首次定位， 如杲是首次定位， 则更新定位数据， 将 当前定位数据赋值给^ 3(；116 (1^11 &：1^)， 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， 则取出緩存中的第一条记 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， 将当前定位数据赋值给 BL_Cache(Len_Cache) , 结束预处理。 2. 如权利要求 1所述的一种浮动车地图匹配数据预处理方法，其特征是， 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。 3. 如权利要求 2所述的一种浮动车地图匹配数据预处理方法，其特征是， 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 _ S t a t i c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 Ac c _ S t a t i c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。 4. 如权利要求 2所述的一种浮动车地图匹配数据预处理方法，其特征是， 步骤五中， 判断车辆是否正在慢速行驶的方法是： (1)取出緩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 51, 如果 S1〈距离门限值 S_Lmt， 则跳转步骤（4); (2)取出緩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 52, 如杲 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=l to Len-Cache-1 BL_Cache (i)=BL— Cache (i + 1) End (4)緩沖区的长度力 1, 即令 Len— Cache=Len— Cache+1; (5)判断 V_GPS<V_Low是否成立， 如杲成立， 则说明车辆正在慢速行驶。 5. 如权利要求 2所述的一种浮动车地图匹配数据预处理方法，其特征是， 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 止门限值 V— Static为 0- 1.8km/h; 4) 所述速度氐速门限值 V Low为 20- 40km/h; 5) 所述 巨离门限值 S-Lmt为 25- 35m。 6. 如权利要求 5所述的一种浮动车地图匹配数据预处理方法，其特征是， 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 0.6 m/s2; 3) 所述速度静止门限值 V_Static为 lkm/h; 4) 所述速度低速门限值 V-Low为 30km/h; 5) 所述 巨离门限值 S-Lmt为 30m。 7. 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定模块、 速度计、 地图数据模和陀螺仪， 其特征在于， 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， 包括设置数据緩存区 BL_Cache， 用于存放历史的经、 纬度， 设定緩存长度 Len_Cache=l； 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， 则取出緩存中的 第一条记录 BL_Cache (1)和最后一条记录 BL— Cache (Len_Cache)， 并利用 BL_Cache(l)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， 将当前定位数据赋值给 BL_Cache (Len_Cache)， 结束预 处理。 8. 如权利要求 7所述的一种浮动车地图匹配数据预处理系统， 其特征在 于， 初始化装置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。 9. 如权利要求 8所述的一种浮动车地图匹配数据预处理系统， 其特征在 于， 判断装置二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_S tic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 Ac c _ S t a t i c值时，且 GP S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。 10. 如权利要求 8或 9所述的一种浮动车地图匹配数据预处理系统， 其 特征在于， 判断装置三判断车辆是否正在慢速行驶的方法是： (1)取出緩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 Sl<距离门限值 S_Lmt， 则跳转步骤（4); (2)取出緩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=l to Len-Cache-1 BL_Cache (i)=BL— Cache (i + 1) End (4)緩沖区的长度加 1, 即令 Len— Cache=Len— Cache+1; (5)判断 V_GPS<V_Low是否成立， 如杲成立， 则说明车辆正在慢速行驶。 |
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 （G loba l Pos i t ioning Sys tem, 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， 甚至产生错误的结杲。
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， 本发明釆用的技术方案是， 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， 包括设置数据緩存区 BL_Cache， 用于存放历史的经、 纬度， 设定緩存长度 Len_Cache=l;
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^^3(；16 (1^11 &：1^)， 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， 则取出緩存中的第一条记 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^ &(：16 (1^11^&016)， 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/s 2 ;
3) 所述速度 止门限值 V Static为 0- 1.8km/h;
4) 所述速度氐速门限值 V Low为 20- 40km/h;
5) 所述 巨离门限值 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 0.6 m/s 2 ;
3) 所述速度静止门限值 V_Static为 lkm/h;
4) 所述速度低速门限值 V-Low为 30km/h;
5) 所述 巨离门限值 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 _ S t a t i c值，且加速度计输出的数值与重力加速度 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)取出緩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 Si 巨离门限值 S_Lmt， 则跳转步骤（4);
(2)取出緩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 S 2 , 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=l to Len_Cache-l
BL.Cache ( i) =BL Ca che (i + 1)
End
(4)緩沖区的长度力 1 , 即令 Len— Cache=Len— Cache+1 ;
(5)判断 V_GPS<V_Low是否成立， 如杲成立， 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， 包括设置数据緩存区 BL.Cache , 用于存放历史的经、 纬度， 设定緩存长度 Len_Cache=l；
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_Ca che (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， 则取出緩存中的 第一条记录 BL_Cache (1)和最后一条记录 BL_Cache (Len_Cache)， 并利用
BL_Cache (l)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駛时航向角不准的问 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：
51, 步骤一： 对系统参数进行初始化设置；
52, 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 的差值 Acc;
53, 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^_ 01^ (1^11 &(；16)， 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， 步驟五： 判断车辆是否正在慢速行驶， 若是， 则取出緩存中的第一 条记录 BL_Cache (1)和最后一条记录 BL— Cache (Len_Cache)， 并利用
BL_Cache(l)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 _ S t a t i c， 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 Ac c _ S t a t i c， 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)设置数据緩存区 BL_Cache， 用于存放历史的经、 纬度。
7)设定緩存长度 Len_Cache=l。
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： 取出緩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 Sl， 如果 Sl<S— Lmt， 则跳转步骤八。
步骤六： 取出緩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=l to Len_Cache-l
BL.Cache (i)=BL Cache (i + 1)
End
步骤八： 緩冲区的长度加 1， 即令 Len_Cache=Len_Cache+l。
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： 取出緩存中的第一条记录 BL_Cache(l)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 经玮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/s 2 ;
3) 所述速度 止门限值 V— Static为 0- 1.8km/h;
4) 所述速度氐速门限值 V-Low为 20- 40km/h;
5) 所述 巨离门限值 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 0.6 m/s 2 ;
3) 所述速度静止门限值 V_Static为 lkm/h;
4) 所述速度低速门限值 V_Low为 30km/h;
5) 所述 巨离门限值 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 1、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， 包括设置数据緩存区 BL_Cache, 用于存放历史的经、 纬度， 设定緩存长度 Len_Cache=l；
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， 则取出緩存中 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(l)和 BL_Cache(Len_Cache)存储的经纬度来重新计算航向 ， 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。