基于公交车GPS轨迹数据动态生成矢量路网算法的研究

摘要

作为构成ITS（Intelligent Transportation Systems，智能交通系统）的基础设施之一，路网地图在许多应用中扮演着一个非常关键的角色。基于路网地图为用户提供服务的许多应用对路网地图的精度和准确性要求很高，否则将可能会因为从路网地图中获得错误的信息从而给用户带来不便和损失。　　传统路网地图的生成方法有两类，一类是测绘，另一类是从数字图像中提取。然而以上两类方法不但存在周期长、成本高等缺点，此外由于使用的数据源往往是过时的，这会导致提取出来的路网拓扑结构往往和现实情况不完全匹配。随着GPS（Global Positioning System,全球定位系统）定位精度的提高和GPS接收设备小型化的发展，越来越多的车辆安装了基于 GPS技术的汽车导航系统，这使得在短时间内从车辆上采集海量的城市交通数据成为可能。GPS轨迹数据中蕴含着丰富的地理空间信息，如道路的位置结构、交通信号灯的位置等。GPS数据来源广泛、精度高并且具有实时性，因此它逐渐成为一种新型的用于提取路网结构的数据源。公交车的行驶路线几乎覆盖了城市中的所有主干道，而且公交车的GPS数据容易获取，因此本文提出了一种利用公交车的GPS轨迹数据动态生成矢量路网地图的方法。该方法分为三步，首先是在深入分析公交车行驶特性的基础上消除原始 GPS数据中的错误和冗余，基于统计学的原理筛选出在视觉上能表达出道路雏形的种子点；然后我们对种子点的位置进行修正、聚类并计算出能决定道路几何形状的特征点，在将特征点沿着道路方向排序和平滑处理之后，我们把单条道路表示为一组有序的矢量边；最后我们将单条道路作为输入单位，追加式的探索更新已有的路网拓扑结构，主要包含交叉路口的检测和重合路段的识别这两个操作。　　在提取到路网的拓扑结构之后，我们利用谷歌地球为专业编程人员提供的格式化数据接口将提取到的路网拓扑结构直观的显示出来。实验结果证明本方法具有较高的准确性和可行性，能够在非常短时间内以较低的代价动态生成高精度的城市矢量路网地图。

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第1章 绪论

1.1研究背景和意义

1.2 国内外发展现状

1.3 论文的组织结构

1.4 本文的创新点

第2章 路网地图制作相关技术

2.1 地图的数据结构

2.2 地图数据库模型

2.3 卫星定位导航系统

2.4 城市交通数据采集技术

2.5 本章小结

第3章 数据预处理

3.1 数据误差来源分析

3.2 预处理流程简述

3.3 数据切分

3.4 数据清洗

3.5 种子点的筛选

3.6 本章小结

第4章 矢量化单条道路的提取

4.1方法概述

4.2 空间两点距离的计算方法

4.3 种子点的修正

4.4 特征点的聚类

4.5 特征点的排序

4.6 矢量边方位角的计算方法

4.7 道路的平滑处理

4.8 矢量道路的提取

4.9 本章小结

第5章 矢量路网地图的生成

5.1 矢量路网的数据模型

5.2 方法概述

5.3交叉路口的检测

5.4 路网拓扑结构的更新

5.5 实验结果的展示

5.6 本章小节

第6章 总结与展望

参考文献

攻读学位期间取得的学术成果

致谢