一种基于稀疏GPS采样点的还原精细运行轨迹的方法及装置

摘要

本发明公开了一种基于稀疏GPS采样点的还原精细运行轨迹的方法及装置，所述方法包括以下步骤：步骤1，通过车载终端数据采集单元分别采集同一线路数个班次的公交车辆运行过程中的站点数据和轨迹数据；步骤2，选取一个班次为基准班次；步骤3，对所述轨迹数据，根据所述站点数据和所述轨迹数据的时间参数，构造轨迹点模型M；步骤4，判断所述轨迹点是否为拐弯点；步骤5，对所述拐弯点进行插值；步骤6，对其他轨迹点进行插值。本发明的还原轨迹运行的方法，为公交公司的管理和决策提供有效的依据；降低了成本；消除了GPS本身信号弱的影响；大大缩短了的采样周期，只需车辆在既定轨迹上行驶数次，即可实现快速拟合生成新的精确线路轨迹。

说明书

技术领域

本发明涉及智能交通研究领域和GPS应用领域，尤其是交通路线或者运行路线轨迹的还原方法，具体涉及一种基于稀疏GPS采样点的还原精细运行轨迹的方法及装置。

背景技术

随着我国交通的快速发展和城市乘客容量的加大，公交线路不断扩张，如何快速又准确的确定新增公交线路的实际运行轨迹，成为了公交公司的一大难题，同时以公交为首的公共交通面临着巨大的管理压力，如何确定公交车是在预定的轨迹上面行驶成为了公交公司的重要管理需求，因此公交车辆的轨迹还原技术变得更加重要。现有的实现方法是利用高精度的密集GPS采样来完成，这需要高精度的GPS采样器来采样，成本高；采样间隔短，时间周期长，需要往复采样确保覆盖；同时一些地方经常出现GPS信号弱、GPS丢失、GPS漂移的情况，从而导致得出的轨迹不准，因此现有方法存在很多局限和不足。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于稀疏GPS采样点的还原精细运行轨迹的方法及装置，该方法通过对车辆采集的站点和轨迹数据的分析，精确还原公交的运行轨迹，为公交公司的管理和决策提供有效的依据。

为达到上述目的，本发明是通过以下的技术方案来实现的。

步骤1，通过车载终端数据采集单元分别采集同一线路n个班次的公交车辆运行过程中的站点数据和轨迹数据，其中n＞1，所述站点数据为在公交站点采集到的数据，所述站点数据的集合为{班次号，时间，站点序，经度，纬度，GPS信号}，所述GPS信号为位置精度因子PDOP,所述轨迹数据为在公交站点以外的其他点采集到的数据，所述轨迹数据的集合为{时间，经度，纬度}；

步骤2，从步骤1的所述多个班次的站点数据中选取其中一个站点数据最齐全、位置信息最准确的班次为基准班次，所述基准班次的站点数据为基准站点数据；

步骤3，对所述轨迹数据，根据所述站点数据和所述轨迹数据的时间参数，构造轨迹点模型M{经度，纬度，起始站点序，终止站点序}，所述轨迹点模型中的每个点称为轨迹点，所述起始站点序为轨迹点的前一个站点，所述终止站点序为轨迹点的后一个站点，如果所述轨迹点的起始站点序和终止站点序对应的不是相邻的站点，则所述轨迹点舍弃，加入待插值列表，否则进入下一步；

步骤4，判断所述轨迹点是否为拐弯点，具体步骤如下：

对任两个相邻基准站点数据构建数据结构Sn为：

S{direction,top_gps,top_count,bottom_gps,bottom_count,left_gps,left_count,right_gp s,right_count}，其中所述top_gps、bottom_gps、left_gps、right_gps分别初始化为所述两个相邻基准站点数据中纬度最大的点、纬度最小的点、经度最小的点、经度最大的点，用所述两个相邻基准站点之间的轨迹点依次更新Sn后，被更新了的top_gps、bottom_gps、left_gps、right_gps分别为两个相邻基准站点之间的轨迹点中纬度最大的点、纬度最小的点、经度最小的点、经度最大的点，即为拐弯点，未被更新的top_gps、bottom_gps、left_gps、right_gps值为“null”，null表示某方向不存在拐弯点，拐弯点以外的其他轨迹点加入待插值列表，所述top_count、bottom_count、left_count、right_count指相应的更新次数，初始化值都为0，所述direction为根据所述更新次数和相邻站点方向确定的两相邻站点间的拐弯方向，初始化值可以取左上拐弯、左下拐弯、右上拐弯、右下拐弯四种，所述两相邻站点方向为先行驶站点指向后行驶站点的方向，包括右上方向、右下方向，左上方向，左下方向；

步骤5，根据所述拐弯方向和相邻站点方向确定先后插入的拐弯点为s1、s2，假设起始的两个相邻站点为：站点1,站点2，则插值后的轨迹集为{站点1,s1,s2,站点2}，对于未被插值的拐弯点，加入待插值列表；

步骤6，对所述待插值轨迹点进行插值，若所述待插值轨迹点的纬度值和经度值分别位于已插值的相邻两轨迹点的纬度值和经度值之间，则把所述待插值轨迹点插入到所述已插值的相邻两轨迹点之间。

优选的，所述步骤1中的所述轨迹数据的集合中还包含GPS信号：位置精度因子PDOP，位置精度因子PDOP大于3的轨迹数据舍弃。

优选的，所述步骤2中选取其中一个站点数据最齐全、位置信息最准确的班次为基准班次，具体选取方法如下：定义每个班次的原始分值均为100分，如果某个班次缺少一个站点信息，则减去10分，如果一个站点数据中的GPS信号为0或者GPS的位置精度因子PDOP大于3，则减去5分，最终分值最高的一个班次为基准班次。

进一步，所述步骤4中的用所述两个相邻基准站点之间的轨迹点依次更新Sn，具体如下：

如果所述轨迹点的纬度大于top_gps，则用所述轨迹点替换更新top_gps，同时top_count数值增加1；

如果所述轨迹点的纬度小于bottom_gps，则用所述轨迹点替换更新bottom_gps，同时bottom_count数值增加1；

如果所述轨迹点的经度大于right_gps，则用所述轨迹点替换更新right_gps，同时right_count数值增加1；

如果所述轨迹点的经度小于left_gps，则用所述轨迹点替换更新left_gps，同时left_count数值增加1；

进一步的，所述步骤4中根据所述更新次数和相邻站点方向确定两相邻站点间的拐弯方向，具体为：

对于右上方向的两相邻站点方向：如果

top_count+left_count>bottom_count+right_count则往左上拐弯，否则为右下拐弯；

对于右下方向的两相邻站点方向：如果

top_count+right_count>bottom_count+left_count则往右上拐弯，否则往左下拐弯；

对于左上方向的两相邻站点方向：如果

left_count+bottom_count>right_count+top_count则往左下拐弯，否则往右上拐弯；

对于左下方向的两相邻站点方向：如果

left_count+top_count>right_count+bottom_count则往左上拐弯，否则往右下拐弯；

所述步骤5中根据所述拐弯方向和相邻站点的方向确定先后插入的拐弯点为s1、s2，具体方法如下：

对于右上方向的两相邻站点方向，如果往左上拐弯，则s1为top_gps、left_gps中经度小的或者纬度小的，s2为top_gps、left_gps中经度大的或者纬度大的，如果往右下拐弯，则s1为bottom_gps、right_gps中经度或者纬度小的，s2为bottom_gps、right_gps中经度或者纬度大的；

对于右下方向的两相邻站点方向，如果往右上拐弯，则s1为top_gps、right_gps中经度大的或者纬度小的，s2为top_gps、right_gps中经度小的或者纬度大的，如果往左下拐弯，则s1为bottom_gps、left_gps中经度大的或者纬度小的，s2为bottom_gps、left_gps中经度小的或者纬度大的；

对于左上方向的两相邻站点方向，如果往左下拐弯，则s1为bottom_gps、left_gps中经度小的的或者纬度大的，s2为bottom_gps、left_gps中经度大的或者纬度小的，如果往右上拐弯，则s1为top_gps、right_gps中经度小的的或者纬度大的，s2为top_gps、right_gps中经度大的或者纬度小的；

对于左下方向的两相邻站点方向，如果往左上拐弯，则s1为left_gps、top_gps中经度大的或者纬度大的，s2为left_gps、top_gps中经度小的或者纬度小的，如果往右下拐弯，则s1为right_gps、bottom_gps中经度大的或者纬度大的，s2为right_gps、bottom_gps中经度小的或者纬度小的。

相应地，本发明实施例还提供了一种基于稀疏GPS采样点的还原精细运行轨迹的装置，包括以下单元：

车载终端数据采集单元，用于分别采集同一线路n个班次的公交车辆运行过程中的站点数据和轨迹数据，其中n＞1，所述站点数据为在公交站点采集到的数据，所述站点数据的集合为{班次号，时间，站点序，经度，纬度，GPS信号}，所述GPS信号为位置精度因子PDOP,所述轨迹数据为在公交站点以外的其他点采集到的数据，所述轨迹数据的集合为{时间，经度，纬度}；

第一数据分析单元，用于从车载终端数据采集单元采集的所述多个班次的站点数据中选取其中一个站点数据最齐全、位置信息最准确的班次为基准班次，所述基准班次的站点数据为基准站点数据；

第二数据分析单元，用于对所述轨迹数据，根据所述站点数据和所述轨迹数据的时间参数，构造轨迹点模型M{经度，纬度，起始站点序，终止站点序}，所述轨迹点模型中的每个点称为轨迹点，所述起始站点序为轨迹点的前一个站点，所述终止站点序为轨迹点的后一个站点，如果所述轨迹点的起始站点序和终止站点序对应的不是相邻的站点，则所述轨迹点舍弃，加入待插值列表，否则进入下一步；

第三数据分析单元，用于判断所述轨迹点是否为拐弯点，具体步骤如下：对任两个相邻基准站点数据构建数据结构Sn为：

S{direction,top_gps,top_count,bottom_gps,bottom_count,left_gps,left_count,right_gp s,right_count}，其中所述top_gps、bottom_gps、left_gps、right_gps分别初始化为所述两个相邻基准站点数据中纬度最大的点、纬度最小的点、经度最小的点、经度最大的点，用所述两个相邻基准站点之间的轨迹点依次更新Sn后，被更新了的top_gps、bottom_gps、left_gps、right_gps分别为两个相邻基准站点之间的轨迹点中纬度最大的点、纬度最小的点、经度最小的点、经度最大的点，即为拐弯点，未被更新的top_gps、bottom_gps、left_gps、right_gps值为“null”，null表示某方向不存在拐弯点，拐弯点以外的其他轨迹点加入待插值列表，所述top_count、bottom_count、left_count、right_count指相应的更新次数，初始化值都为0，所述direction为根据所述更新次数和相邻站点方向确定的两相邻站点间的拐弯方向，初始化值可以取左上拐弯、左下拐弯、右上拐弯、右下拐弯四种，所述两相邻站点方向为先行驶站点指向后行驶站点的方向，包括右上方向、右下方向，左上方向，左下方向；

第一轨迹还原单元，用于根据所述拐弯方向和相邻站点方向确定先后插入的拐弯点为s1、s2，假设起始的两个相邻站点为：站点1,站点2，则插值后的轨迹集为{站点1,s1,s2,站点2}，对于未被插值的拐弯点，加入待插值列表；

第二轨迹还原单元，用于对所述待插值轨迹点进行插值，若所述待插值轨迹点的纬度值和经度值分别位于已插值的相邻两轨迹点的纬度值和经度值之间，则把所述待插值轨迹点插入到所述已插值的相邻两轨迹点之间。

优选的，所述车载终端数据采集单元具体用于：

所述采集的轨迹数据的集合中还包含GPS信号：位置精度因子PDOP，位置精度因子PDOP大于3的轨迹数据舍弃。

优选的，所述第一数据分析单元具体用于：

选取其中一个站点数据最齐全、位置信息最准确的班次为基准班次，具体选取方法如下：定义每个班次的原始分值均为100分，如果某个班次缺少一个站点信息，则减去10分，如果一个站点数据中的GPS信号为0或者GPS的位置精度因子PDOP大于3，则减去5分，最终分值最高的一个班次为基准班次。

进一步的，所述第三数据分析单元具体用于：

用所述两个相邻基准站点之间的轨迹点依次更新Sn，具体如下：

如果所述轨迹点的纬度大于top_gps，则用所述轨迹点替换更新top_gps，同时top_count数值增加1；

如果所述轨迹点的纬度小于bottom_gps，则用所述轨迹点替换更新bottom_gps，同时bottom_count数值增加1；

如果所述轨迹点的经度大于right_gps，则用所述轨迹点替换更新right_gps，同时right_count数值增加1；

如果所述轨迹点的经度小于left_gps，则用所述轨迹点替换更新left_gps，同时left_count数值增加1；

进一步的，所述第三数据分析单元具体用于：

根据所述更新次数和相邻站点方向确定两相邻站点间的拐弯方向，具体为：

对于右上方向的两相邻站点方向：如果

top_count+left_count>bottom_count+right_count则往左上拐弯，否则为右下拐弯；

对于右下方向的两相邻站点方向：如果

top_count+right_count>bottom_count+left_count则往右上拐弯，否则往左下拐弯；

对于左上方向的两相邻站点方向：如果

left_count+bottom_count>right_count+top_count则往左下拐弯，否则往右上拐弯；

对于左下方向的两相邻站点方向：如果

left_count+top_count>right_count+bottom_count则往左上拐弯，否则往右下拐弯；

所述第一轨迹还原单元具体用于：

根据所述拐弯方向和相邻站点的方向确定先后插入的拐弯点为s1、s2，具体方法如下：

对于右上方向的两相邻站点方向，如果往左上拐弯，则s1为top_gps、left_gps中经度小的或者纬度小的，s2为top_gps、left_gps中经度大的或者纬度大的，如果往右下拐弯，则s1为bottom_gps、right_gps中经度或者纬度小的，s2为bottom_gps、right_gps中经度或者纬度大的；

对于右下方向的两相邻站点方向，如果往右上拐弯，则s1为top_gps、right_gps中经度大的或者纬度小的，s2为top_gps、right_gps中经度小的或者纬度大的，如果往左下拐弯，则s1为bottom_gps、left_gps中经度大的或者纬度小的，s2为bottom_gps、left_gps中经度小的或者纬度大的；

对于左上方向的两相邻站点方向，如果往左下拐弯，则s1为bottom_gps、left_gps中经度小的的或者纬度大的，s2为bottom_gps、left_gps中经度大的或者纬度小的，如果往右上拐弯，则s1为top_gps、right_gps中经度小的的或者纬度大的，s2为top_gps、right_gps中经度大的或者纬度小的；

对于左下方向的两相邻站点方向，如果往左上拐弯，则s1为left_gps、top_gps中经度大的或者纬度大的，s2为left_gps、top_gps中经度小的或者纬度小的，如果往右下拐弯，则s1为right_gps、bottom_gps中经度大的或者纬度大的，s2为right_gps、bottom_gps中经度小的或者纬度小的。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明的还原轨迹运行的方法，为公交公司的管理和决策提供有效的依据；不需要很高精度的GPS采样器，降低了成本；即使出现GPS丢失，GPS偏移的情况下，依然可以精确还原车辆运行轨迹，消除了GPS本身信号弱的影响；另外大大缩短了的采样周期，只需车辆在既定轨迹上行驶几次，即可实现快速拟合生成新的精确线路轨迹，同时还可以用于其他领域的轨迹还原。

附图说明

图1为本发明的基于稀疏GPS采样点的还原精细运行轨迹的方法示意图；

图2为本发明的基于稀疏GPS采样点的还原精细运行轨迹的装置示意图；

具体实施方式

为了阐明本发明的技术方案和工作原理，下面结合附图与具体实施例对本发明做详细的介绍，目的是使得本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。本实施例中，所述公交车辆包括但不限于公交公司的公交车辆，也包括其他车辆的，甚至是一切运动的物体。

实施例一：

附图1为本发明的基于稀疏GPS采样点的还原精细运行轨迹的方法示意图，结合该图，该方法主要包括以下步骤：

步骤1，通过车载终端数据采集单元分别采集一条新线路同一方向的3个班次的公交车辆运行过程中的站点数据和轨迹数据，所述站点数据为在公交站点采集到的数据，所述站点数据的集合为{班次号，时间，站点序，经度，纬度，GPS信号}，所述GPS信号为位置精度因子PDOP,所述轨迹数据为在公交站点以外的其他点采集到的数据，所述轨迹数据的集合为{时间，经度，纬度}；所述站点数据和轨迹数据如表1和表2所示：

表1.3个班次的站点数据表

表2.3个班次的轨迹数据表

P1P2P3P4P5……(8:01,-0.2,0.3)(8:02,0,0.5)(8:03,0.2,0.8)(8:04,0.5,1.2)(8:05,0.7,1.1)……

步骤2，对每个班次按一定评分方法评分，选取分值最高的一个班次为基准班次，所述评分方法为：每个班次的原始分值均为100分，如果某个班次缺少一个站点信息，则减去10分，如果一个站点数据中的GPS信号为0或者GPS的位置精度因子PDOP大于3，则减去5分；即班次1，没有站点和GPS缺失，因此得分为100，班次2，缺失了第三站的GPS数据，因此得分为95，班次3缺失第六站的信息，因此得分为90，因此从步骤1的所述3个班次的所述站点数据中选取其中一个站点数据最齐全、位置信息最准确的班次1为基准班次，所述基准班次(班次)的站点数据为基准站点数据；

步骤3，对所述轨迹数据，根据所述站点数据和所述轨迹数据的时间参数，构造轨迹点模型M，如表3所示，所述轨迹点模型中的每个点称为轨迹点，轨迹点的集合为{经度，纬度，起始站点序，终止站点序}，所述起始站点序为轨迹点的前一个站点，所述终止站点序为轨迹点的后一个站点，如果所述轨迹点的所述起始站点序和所述终止站点序对应的不是相邻的站点，则所述轨迹点舍弃，加入待插值列表，否则进入下一步。

表3.轨迹点模型M表

m1m2m3m4m5……(-0.2,0.3,1,2)(0,0.5,1,2)(0.2,0.8,1,2)(0.5,1.2,1,2)(0.7,1.1,1,2)……

步骤4，判断所述轨迹点是否为拐弯点，具体步骤如下：

对任两个相邻基准站点数据构建数据结构Sn为：

S{direction,top_gps,top_count,bottom_gps,bottom_count,left_gps,left_count,right_gp s,right_count}，其中所述top_gps、bottom_gps、left_gps、right_gps分别初始化为所述两个相邻基准站点数据中纬度最大的点、纬度最小的点、经度最小的点、经度最大的点，用所述两个相邻基准站点之间的轨迹点依次更新Sn后，被更新了的top_gps、bottom_gps、left_gps、right_gps分别为两个相邻基准站点之间的轨迹点中纬度最大的点、纬度最小的点、经度最小的点、经度最大的点，即为拐弯点，其他轨迹点加入待插值列表，所述top_count、bottom_count、left_count、right_count指相应的更新次数，初始化值都为0，所述direction为根据更新次数和相邻站点的方向确定两相邻站点间的拐弯方向，初始化值可以取左上拐弯、左下拐弯、右上拐弯、右下拐弯四种。

比如对第一个基准站点和第二个基准站点数据构建数据结构Sn，其中top_gps初始化值为站点2(1,1)，bottom_gps初始化值为站点1(0,0)，left_gps初始化值为站点1(0,0)，right_gps初始化值为站点2(1,1)；

所述用所述两个相邻基准站点之间的轨迹点依次更新Sn，具体如下：m1(-0.2,0.3)的经度小于left_gps(0,0)，则用m1(-0.2,0.3)替换更新left_gps，同时left_count数值增加1；m2(0,0.5,)的值没有满足更新条件，不更新；m3(0.2,0.8)的值没有满足更新条件，不更新；m4(0.5,1.2)的纬度大于top_gps(1,1)，则用m4(0.5,1.2)替换更新top_gps，同时top_count数值增加1；m5(0.7,1.1)的值没有满足更新条件，不更新；对上述三个轨迹点计算Sn后为:{top_gps＝m4,top_count＝1,bottom_gps＝null,bottom_count＝0，left_gps＝m1,left_count＝1,right_gps＝null,right_count＝0}，因此m4和m1为为拐弯点；

所述根据更新次数和相邻站点的方向确定两相邻站点间的拐弯方向，具体为：根据所述top_count、bottom_count、left_count、right_count的更新次数确定相邻站点间的拐弯方向direction，首先确定两相邻站点方向，所述两相邻站点方向为先行驶站点指向后行驶站点的方向，站点1指向站点2的方向为右上方向；对于右上方向的两相邻站点方向：top_count+left_count＝2，bottom_count+right_count＝0，因此top_count+left_count>bottom_count+right_count则往左上拐弯。

步骤5，对所述拐弯点m1、m4进行插值，对应起始的两个相邻站点为：站点1,站点2，定义先后插入的拐弯点为s1、s2，则插值后的轨迹集为{站点1,s1,s2,站点2}，其中s1、s2的判断方法如下：

其中站点1指向站点2的方向为右上方向，拐弯方向为左上拐弯，所以对于右上方向的两相邻站点方向，往左上拐弯，则s1为top_gps、left_gps中经度小的或者纬度小的，即m4、m1中经度小的或者纬度小的，所以s1为m1，s2为top_gps、left_gps中经度大的或者纬度大的，即m4、m1中经度大的或者纬度大的，为m4，则插值两个拐点后的轨迹集为{站点1,m1,m4,站点2}，即为{(0，0),(-0.2,0.3),(0.5,1.2),(1,1)}。

步骤6，对其他轨迹点m2(0,0.5)、m3(0.2,0.8)、m5(0.7,1.1)进行对{站点1(0，0),m1(-0.2,0.3),m4(0.5,1.2),站点2(1,1)}插值，因为m2(0,0.5)位于已插值的m1(-0.2,0.3)与m4(0.5,1.2)两相邻站点之间，因此m2插入到m1、m4之间，即轨迹集变为{站点1(0，0),m1(-0.2,0.3),m2(0,0.5)，m4(0.5,1.2),站点2(1,1)}；同理，m3(0.2,0.8)插值后轨迹集变为{站点1(0，0),m1(-0.2,0.3),m2(0,0.5)，m3(0.2,0.8)m4(0.5,1.2),站点2(1,1)}；同理m5(0.7,1.1)插值后轨迹集变为{站点1(0，0),m1(-0.2,0.3),m2(0,0.5)，m3(0.2,0.8)，m4(0.5,1.2),m5(0.7,1.1)，站点2(1,1)}，即还原出的轨迹为{(0，0),(-0.2,0.3),(0,0.5)，(0.2,0.8)，(0.5,1.2),(0.7,1.1)，(1,1)}。

基于相同的技术构思，图2示例性的示出了本发明实施例提供的一种基于稀疏GPS采样点的还原精细运行轨迹的装置，该装置可以执行上述基于稀疏GPS采样点的还原精细运行轨迹的方法的流程，该装置包括：

车载终端数据采集单元，用于执行步骤1的内容；

第一数据分析单元，用于执行步骤2的内容；

第二数据分析单元，用于执行步骤3的内容；

第三数据分析单元，用于执行步骤4的内容；

第一轨迹还原单元，用于执行步骤5的内容；

第二轨迹还原单元，用于执行步骤6的内容；此处不再做重复的描述。

以上结合附图对本发明进行了示例性描述，显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制，凡是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或者未经改进、等同替换，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本发明的保护范围之内。