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一种浮动车地图匹配数据预处理方法及系统.pdf

  • 上传人：大师****2
  • 文档编号：6212353
  • 上传时间：2019-05-21
  • 格式：PDF
  • 页数：12
  • 大小：1.88MB
    • 摘要
    申请专利号：

    CN201310712862.2

    		 申请日：

    2013.12.20
    公开号：

    CN103727946A

    		 公开日：

    2014.04.16
    当前法律状态：

    授权

    		 有效性：

    有权
    法律详情：

    专利权人的姓名或者名称、地址的变更IPC(主分类):G01C 21/26变更事项:专利权人变更前:北京握奇数据系统有限公司变更后:北京握奇数据股份有限公司变更事项:地址变更前:100102 北京市朝阳区望京利泽中园101号启明国际大厦7层变更后:100102 北京市朝阳区望京利泽中园101号启明国际大厦7层|||授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G01C 21/26申请日:20131220|||公开
    IPC分类号：

    G01C21/26; G08G1/01

    		 主分类号：

    G01C21/26
    申请人：

    北京握奇数据系统有限公司
    发明人：

    余振华
    地址：

    100102 北京市朝阳区望京利泽中园101号启明国际大厦7层
    优先权：

    专利代理机构：

    北京天悦专利代理事务所(普通合伙) 11311

    		 代理人：

    田明;任晓航
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    内容摘要

    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。

    权利要求书

    权利要求书
    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_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。

    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。

    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。

    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0.6m/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。

    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_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。

    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。

    说明书

    说明书一种浮动车地图匹配数据预处理方法及系统
    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。

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    一种 浮动 地图 匹配 数据 预处理 方法 系统
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