基于公交车大数据挖掘的城市路网自动生成与实时更新算法研究

摘要

城市路网矢量地图是ITS(Intelligent Transportation System)的核心组成部分，在众多应用系统中都扮演着重要角色，如位置服务、路径规划、智能交通诱导系统等都离不开精确、完整的路网矢量地图。然而，随着城市经济的快速发展，路网结构日趋复杂而且变动频繁，给路网地图的维护带来更大挑战。目前，路网矢量地图大多依赖手工完成，成本高且更新周期较长，不易及时反映出路网结构的变动。因此，研究一种低成本且高效的城市路网地图自动生成方法有着极高的应用价值。
　　近年来，越来越多的GPS车载设备被安装在了公交车、出租车上，这些浮动车分布于城市的各条道路上，通过GPS定位，实时上传着车辆的位置信息，大量的轨迹数据蕴藏着丰富的道路信息，而且这些数据具有精度高、道路覆盖范围广、采集成本低等优势。
　　本文在深入分析公交车GPS数据特点的基础上，提出了一种基于公交车GPS数据自动生成城市路网地图的方法。论文首先对课题中涉及到的相关技术作了介绍，主要有浮动车数据采集技术和方法、GPS系统组成及定位原理、城市路网数据结构、道路网模型等。然后针对公交车实时采集的原始GPS数据存在的误差，分别进行了识别与处理，对缺失数据及异常数据进行修复或剔除;并且采用统计学的方法对大量的GPS数据进行直方图统计，筛选出高频轨迹点作为构建道路的核心点。在此基础上，提出了基于公交车GPS数据的单条道路路线生成方法，并对生成的道路路线通过去除异常点和拐角插值进行了进一步修正。在提取到单条道路路线后，本文提出了一种追加式路网生成方法，该方法通过不断追加道路路线来获取交叉口，切分路段，构建路网拓扑结构，从而逐渐形成完整的路网矢量地图。
　　最后，本文利用济南市公交车辆的GPS数据进行了实验，实验结果表明该方法能够生成城市路网矢量地图，并且地图的位置精度较高，具有良好的应用价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外发展现状

1．2．1 路网地图制作方法

1．2．2 路网地图自动生成研究现状

1．3 问题的提出

1．4 论文结构

第二章 城市路网实时生成技术

2．1 城市交通数据采集

2．1．1 浮动车采集技术

2．1．2 全球卫星定位系统

2．1．3 公交车营运数据采集及数据格式

2．2 空间路网数据结构与路网模型

2．2．1 空间路网数据结构

2．2．2 空间路网模型

2．3 国内主流地图对比分析

2．4 本章小结

第三章 城市路网自动生成算法的设计与流程

3．1 公交车运行数据的特点分析

3．2 算法设计与算法流程

3．3 本章小结

第四章 公交车GPS数据预处理与统计筛选

4．1 公交车GPS数据的预处理

4．1．1 异常数据的来源分析

4．1．2 异常数据的处理

4．2 直方图统计与筛选

4．3 本章小结

第五章 基于公交车大数据的单路线自动生成方法

5．1 基于GPS数据的单条道路路线生成

5．1．1 提取道路核心点

5．1．2 构建道路路线

5．1．3 道路路线修正

5．2 实验结果及其分析

5．2．1 基于公交车GPS数据的单条道路路线生成结果

5．2．2 道路路线位置精度分析

5．3 本章小结

第六章 追加式城市路网生成方法

6．1 追加式路网生成方法

6．1．1 交叉口的获取

6．1．2 合并重合路段

6．1．3 构建路网拓扑结构

6．2 道路路网拓扑结构生成结果及其分析

6．3 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文专利及参加的科研项目