准实时的车辆行驶路线生成方法、系统及设备与流程

1.本发明涉及交通技术领域，尤其涉及一种准实时的车辆行驶路线生成方法、系统及设备。


背景技术：

2.车辆的gps记录了车辆行驶过程中的相关数据信息，分析这些数据信息就可以得到车辆行驶的路线和状态。然而，由于设备的原因记录gps轨迹点都有一定误差，特别是在道路比较密集的情况下会给车辆行驶轨迹分析造成困难。
3.通过轨迹匹配技术可以对车辆行驶的轨迹点位置信息作一些矫正。轨迹匹配通常是结合电子地图，对每个记录的轨迹点搜索周围的道路，然后通过一些算法选择每个轨迹点最优道路，将所有gps轨迹点匹配到电子地图的路网上，并且得到相应最优的路线，可以帮助后续分析车辆行驶轨迹和行为，从而能较准确地统计车辆运行的里程及控制车辆巡行成本。
4.车辆轨迹匹配的算法包括基于时空信息的算法、基于概率模型的算法以及基于形态分析的算法等等。各种算法有各自的优缺点，然而，一个普遍的问题就是轨迹点匹配的实时性。目前的匹配方法都是逐个处理轨迹点，等到所有轨迹点都处理完毕后再根据一定规则选择最终的行驶轨迹路线以及确定相应的匹配点，因此通常轨迹匹配都是离线处理，导致现有的轨迹匹配方法实时性较低。
5.因此，亟需一种实时的车辆行驶路线生成方案。


技术实现要素：

6.本发明提供一种准实时的车辆行驶路线生成方法、系统及设备，其主要目的在于解决现有技术中无法在车辆行驶过程中实时完成轨迹点匹配，形成路线。
7.第一方面，本发明实施例提供一种准实时的车辆行驶路线生成方法，包括：
8.s1，获取按时间序列排序的车辆轨迹点集，以及各轨迹点经搜索得到的对应候选道路；
9.s2，从所述车俩轨迹点集中首个轨迹点开始，依次计算各轨迹点匹配到所对应的各条候选道路的累积概率值；
10.s3，若遇当前轨迹点其候选道路仅有一条，则回溯选择该点之前累积概率值最大对应的各轨迹点的候选路段，生成行驶路线；
11.其中，将候选道路仅有一条的轨迹点的累积概率值置零，并将其相邻下一轨迹点标记为首个轨迹点，继续执行步骤s2，直至最后一个轨迹点。
12.优选地，所述计算各轨迹点匹配到所对应的各条候选道路的累计概率值，包括：
13.s21，采用隐马尔可夫模型，计算轨迹点匹配到对应各候选道路的匹配概率，以及相邻轨迹点之间的转移概率；
14.s22，根据所述匹配概率和转移概率，计算出轨迹点匹配到所对应的各条候选道路
的累积概率值。
15.优选地，采用隐马尔可夫模型进行匹配概率计算时，设定轨迹点在候选道路的投影距离，以及轨迹点与各候选道路的行驶方向夹角符合二维高斯分布。
16.优选地，计算转移概率时，取相邻轨迹点之间的直线距离和预测距离分别与导航距离存在不同相对误差下，计算求得的转移概率相对较大值。
17.优选地，计算转移概率时，设定相邻轨迹点之间的直线距离和预测距离分别与导航距离存在的相对误差符合二维高斯分布。
18.优选地，采用维特比算法，根据轨迹点的匹配概率和转移概率，计算出其累积概率值；计算过程和结果中概率值均以概率对数的形式进行表达。
19.优选地，步骤s1之前，还包括：
20.依次计算相邻轨迹点之间的距离和时间间隔，将超过预设距离阈值或预设时间间隔阈值的相邻轨迹点进行切分，得到至少一个车辆轨迹点集。
21.优选地，所有车辆轨迹点集生成行驶路线之后，还包括：
22.将每一车辆轨迹点集对应的行驶路线按照时间顺序进行排序后，各相邻行驶路线在首、尾轨迹点之间搜索取最短路径，并依次连接。
23.第二方面，本发明实施例提供一种准实时的车辆行驶路线生成系统，包括：
24.搜索模块，用于获取按时间序列排序的车辆轨迹点集，以及各轨迹点经搜索得到的对应候选道路；
25.概率计算模块，用于从所述车俩轨迹点集中首个轨迹点开始，依次计算各轨迹点匹配到所对应的各条候选道路的累积概率值；
26.生成模块，用于若遇当前轨迹点其候选道路仅有一条，则回溯选择该点之前累积概率值最大对应的各轨迹点的候选路段，生成行驶路线；
27.重置模块，用于将候选道路仅有一条的轨迹点的累积概率值置零，并将其相邻下一轨迹点标记为首个轨迹点。
28.第三方面，本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述准实时的车辆行驶路线生成方法的步骤。
29.本发明提出的准实时的车辆行驶路线生成方法、系统及设备，通过计算各轨迹点匹配到所对应的各条候选道路的累计概率值，在遇到只有一条候选道路的轨迹点时，则回溯选择该点之前累积概率值最大对应的各轨迹点的候选路段，生成行驶路线，从而实现了实时的路线生成，该方案在车辆行驶过程中即可对轨迹点进行匹配计算，并且准实时的输出路线结果，无需车辆行驶结束后再对所有轨迹点进行分析，具有较高的实时性。
附图说明
30.图1为本发明实施例提供的一种准实时的车辆行驶路线生成方法较佳实施例的应用环境示意图；
31.图2为本发明实施例提供的一种准实时的车辆行驶路线生成方法的流程图；
32.图3为本发明实施例中累计概率值计算过程示意图；
33.图4为本发明实施例提供一种准实时的车辆行驶路线生成系统的系统框图；
34.图5为本发明实施例提供的一种计算机设备的结构示意图。
35.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
36.应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
37.一般车辆上会安装gps设备，gps设备会定时(大约几秒)将车辆的轨迹发送至服务器端，即发送的就是轨迹点数据，轨迹点数据包括车辆此时的车速、获取该轨迹点的当前时间、车辆的行驶方向、经纬度信息等。
38.该准实时的车辆行驶路线生成方法可应用在如图1的应用环境中，在具体实施时，车辆的gps设备采集车辆在行驶过程中的轨迹点数据，并将轨迹点数据发送给服务端，服务端执行该准实时的车辆行驶路线生成方法，实现对该轨迹点数据与电子地图的道路匹配。
39.需要说明的是，车辆的gps设备包括但不限于各种个人计算机、笔记本电脑、智能手机、平板电脑和便携式可穿戴设备。服务端可以用独立的服务器来实现，也可以由多个服务器组成的集群来实现，车辆的gps设备和服务端可以通过蓝牙、usb(universal serial bus，通用串行总线)或者其他通讯连接方式进行连接，本发明实施例在此不做限制。
40.本发明实施例提供一种准实时的车辆行驶路线生成方法，如图2所示，该方法在图1所示的服务端中执行，该方法包括：
41.s1，获取按时间序列排序的车辆轨迹点集，以及各轨迹点经搜索得到的对应候选道路；
42.在步骤s1之前，获取到车辆的各轨迹点数据后，首先将各轨迹点数据按照时间序列进行排序，然后，依次计算相邻轨迹点之间的距离和时间间隔，将超过预设距离阈值或预设时间间隔阈值的相邻轨迹点进行切分，得到至少一个按时间序列排序的车辆轨迹点集。需要说明的是，当遇到gps信号差时，会出现在某个时间段没有获取到轨迹点，例如，车辆行驶到隧道时，隧道信号较差，那在整个隧道内行驶的轨迹点可能都没有获取得到，通过对车辆的各轨迹点数据进行分段处理，形成至少一个轨迹点集，每个轨迹点集中的轨迹点是连续的，可以方便后续计算，另外，后续匹配计算步骤均是以一个轨迹点集进行说明，即每个轨迹点集的匹配计算方式相同。在本发明实施例中，预设距离阈值设定为3km，预设时间间隔阈值设定为30min，可选地，预设距离阈值和预设时间间隔阈值可根据实际情况进行修改。
43.得到车辆轨迹点集后，对于车辆轨迹点集中的每个轨迹点，按照一定预设搜索规则在电子地图上进行搜索，将符合要求的道路作为相应轨迹点的候选道路，该预设搜索规则可以根据实际情况进行确定或者改变，具体地，本发明实施例中的预设搜索规则如下：
44.对每个轨迹点设置搜索半径和预设角度阈值，每个轨迹点的搜索半径可以相同也可以不同，具体可以根据实际情况进行确定，同理，预设角度阈值也可以根据实际情况进行确定。本发明实施例中，将搜索半径设置为15米，预设角度阈值设置为60度，即以该轨迹点为圆心，半径为15米画圆形区域，在该区域内的所有道路，保留方向与轨迹点行驶方向之间的角度差小于60度的道路，即为该轨迹点的候选道路。
45.进一步地，在步骤s1前，可以对获取得到的轨迹点数据进行过滤大量聚集的停留数据点以及抽稀，方便后续计算，过滤大量聚集的停留数据点具体包括：首先设置最小速度
阈值，将轨迹点速度小于该最小速度阈值的去除，最小速度阈值的取值具体根据实际情况进行确定，本发明实施例中，取值为0.5km/h；抽稀的过程具体包括：依次计算时间序列上相邻两个轨迹点之间的距离，如果距离大于预设距离滤波阈值，再计算相邻两个轨迹点之间的行驶方向夹角，如果夹角小于方向滤波阈值，则过滤掉时间序列靠后的轨迹点。预设距离滤波阈值和预设方向滤波阈值的取值可以根据实际情况进行确定，本发明实施例中，预设距离滤波阈值设置为5m，预设方向滤波阈值设置为15
°
。
46.s2，从所述车俩轨迹点集中首个轨迹点开始，依次计算各轨迹点匹配到所对应的各条候选道路的累积概率值；
47.在步骤s2中，该累积概率值具体是指从首个轨迹点开始，直到当前轨迹点为止各轨迹点对应各候选道路的匹配概率以及相邻轨迹点之间的转移概率的累积。
48.s3，若遇当前轨迹点其候选道路仅有一条，则回溯选择该点之前累积概率值最大对应的各轨迹点的候选路段，生成行驶路线；将候选道路仅有一条的轨迹点的累积概率值置零，并将其相邻下一轨迹点标记为首个轨迹点，继续执行步骤s2，直至最后一个轨迹点。
49.在步骤s3中，当前轨迹点的候选道路仅为一条时，意味着该当前轨迹点的所处道路已确定，即为该唯一的候选道路，那么即可直接输出截止到该当前轨迹点的路线，因为即使在车辆行驶结束后，再对所有轨迹点进行分析，那么该轨迹点也是直接确定输出该唯一的候选道路，对于该轨迹点前后的轨迹点来说，不会造成任何影响。
50.具体的，从首个轨迹点开始截止到当前轨迹点，由于各轨迹点对应至少一个候选道路，所以会计算出多个累积概率值，例如，现有按照时间顺序排序的a(候选道路有a1和a2)、b(候选道路有b1和b2)、c(候选道路仅有c)三个轨迹点，那么计算a到c轨迹点之间的累积概率值时，会有三者各候选道路为a1
‑
b1
‑
c、a1
‑
b2
‑
c、a2
‑
b1
‑
c以及a2
‑
b2
‑
c的四个累积概率值结果，由于c轨迹点的候选道路仅有一条，那么选择该四个累积概率值中最大的累积概率值对应的各轨迹点的候选路段，生成行驶路线。
51.同时，将该当前轨迹点的累积概率值设置为0，并将当前轨迹点的下一个轨迹点作为首个轨迹点，继续执行步骤s2，直至最后一个轨迹点。
52.本发明实施例提供一种准实时的车辆行驶路线生成方法，通过计算各轨迹点匹配到所对应的各条候选道路的累计概率值，在遇到只有一条候选道路的轨迹点时，则回溯选择该点之前累积概率值最大对应的各轨迹点的候选路段，生成行驶路线，从而实现了实时的路线生成，该方法在车辆行驶过程中即可对轨迹点进行匹配计算，并且准实时的输出路线结果，无需车辆行驶结束后再对所有轨迹点进行分析，具有较高的实时性。
53.在上述实施例的基础上，优选地，如图3所示，所述计算各轨迹点匹配到所对应的各条候选道路的累计概率值，包括：
54.s21，采用隐马尔可夫模型，计算轨迹点匹配到对应各候选道路的匹配概率，以及相邻轨迹点之间的转移概率；
55.具体的，匹配概率根据各轨迹点坐标在各候选道路的投影距离、轨迹点记录的行驶方向与候选道路的行驶方向的夹角进行计算，并设定各轨迹点对应各候选道路的投影距离和各轨迹点行驶方向与各候选道路行驶方向的夹角之间符合二维高斯分布，通常情况下，在使用隐马尔可夫模型进行计算匹配概率时，仅会将各轨迹点在对于候选道路的投影距离设定符合二维高斯分布，而各轨迹点对于候选道路的行驶方向角度差则会用其他函数
描述，比如余弦，经反复研究、实验，在行驶方向角度差较大时，仅假设投影距离符合二维高斯分布，会导致极大的计算误差，所以本发明实施例，还设定各轨迹点对应各候选道路的投影距离和各轨迹点行驶方向与各候选道路行驶方向的夹角之间符合二维高斯分布。
56.匹配概率计算公式具体如下：
[0057][0058]
其中，p
proj
(i,j)表示第i个轨迹点匹配到第j条候选道路的匹配概率，σ
d
表示各轨迹点对应各候选道路的投影距离的预设距离标准差，σ
θ
表示各轨迹点行驶方向与各候选道路行驶方向的预设角度标准差，d
proj
表示第i个轨迹点在第j条候选道路上的投影距离，θ
diff
表示第i个轨迹点行驶方向与第j条候选道路行驶方向之间的夹角。
[0059]
具体地，预设距离标准差可以根据实际情况进行确定，本发明实施例中，由于车辆gps设备的定位精度大约是5米，因此，预设距离标准差的取值设置为5。同样地，预设角度标准差的取值也可以根据实际情况进行确定，本发明实施例中，将预设角度标准差的取值设置为π/5。
[0060]
本发明实施例中，采用二维高斯分布描述各轨迹点对应各候选道路的投影距离和各轨迹点行驶方向与各候选道路行驶方向的夹角，对投影距离较大和行驶方向夹角较大的轨迹点有较好的鲁棒性。
[0061]
进一步地，转移概率即为相邻轨迹点对应候选道路之间的转移概率，转移概率根据相邻轨迹点之间的直线距离、由轨迹点记录的时间和行驶速度计算得到的预测距离以及导航距离计算得到，另外，在计算时，设定导航距离与相邻轨迹点之间的直线距离或者预测距离的相对误差符合高斯分布，使得计算结果效果有较好的鲁棒性，由于高斯分布具备对称性，在进行计算时，直线距离或预设距离少一些或多一些对于计算概率结果并无影响。转移概率的具体计算公式为；
[0062][0063]
其中，p
trans
(i
→
i 1，j
→
k)表示第i个轨迹点的第j条候选道路转移到第i 1个轨迹点的第k条候选道路的转移概率，r表示相邻轨迹点之间的直线距离或者预测距离分别与导航距离之间的相对误差，σ
r
表示相对误差的标准差。σ
r
具体取值可以根据实际情况进行确定，本发明实施例中，设置σ
r
＝0.5。需要说明的是，在进行计算相邻轨迹点之间的转移概率时，r依次取相邻轨迹点之间的直线距离和预测距离分别与导航距离之间的相对误差，各自代入公式中计算，计算结果较大者作为最终的转移概率。
[0064]
本发明实施例计算转移概率时，同时考虑相邻轨迹点之间的直线距离和预测距离，可以减小车辆由于转弯，特别是掉头产生的计算误差。
[0065]
s22，根据所述匹配概率和转移概率，计算出轨迹点匹配到所对应的各条候选道路的累积概率值。
[0066]
具体地，用维特比算法计算轨迹点的候选道路的累积概率。累积概率计算公式为；
[0067][0068]
其中，p
ij
表示第i个轨迹点的累积概率，表示第i
‑
1个轨迹点的累积概率，p
trans
(i
‑1→
i，j
→
k)表示第i个轨迹点的第j条候选道路转移到第i 1个轨迹点的第k条候选道路的转移概率，p
proj
(i,j)表示第i个轨迹点匹配到第j条候选道路的匹配概率。
[0069]
其中，为了防止概率相乘导致累计概率过小而产生下溢，累计概率计算采用取对数并相加的形式。
[0070]
其中，对于轨迹点i，记录到轨迹点i之前各轨迹点之间转移到对应各候选道路的最佳路线，即，记录当前轨迹点的最佳回溯路线，也就是使得对第i个轨迹点第j条候选道路最大的那条路线，以便当遇到候选道路仅为一条的轨迹点或计算到最后一个轨迹点时，直接根据记录信息，回溯选择该点之前累积概率值最大对应的各轨迹点的候选路段，生成行驶路线。
[0071]
在上述实施例的基础上，优选地，所有车辆轨迹点集生成行驶路线之后，还包括：
[0072]
将每一车辆轨迹点集对应的行驶路线按照时间顺序进行排序后，各相邻行驶路线在首、尾轨迹点之间搜索取最短路径，并依次连接。
[0073]
具体的，每个轨迹点集对应的行驶路线进行连接之后，即为该车辆的完整行驶路线。
[0074]
本发明实施例提供一种准实时的车辆行驶路线生成系统，如图4所示，该系统包括搜索模块410、概率计算模块420、生成模块430和重置模块440，其中：
[0075]
搜索模块410用于获取按时间序列排序的车辆轨迹点集，以及各轨迹点经搜索得到的对应候选道路；
[0076]
概率计算模块420用于从所述车俩轨迹点集中首个轨迹点开始，依次计算各轨迹点匹配到所对应的各条候选道路的累积概率值；
[0077]
生成模块430用于若遇当前轨迹点其候选道路仅有一条，则回溯选择该点之前累积概率值最大对应的各轨迹点的候选路段，生成行驶路线；
[0078]
重置模块440用于将候选道路仅有一条的轨迹点的累积概率值置零，并将其相邻下一轨迹点标记为首个轨迹点，继续执行，直至最后一个轨迹点。
[0079]
关于准实时的车辆行驶路线生成系统的具体限定可以参见上文中对于准实时的车辆行驶路线生成方法的限定，其实施过程与上述准实时的车辆行驶路线生成方法的过程相同，详情请参考上述准实时的车辆行驶路线生成方法实施例，本系统实施例在此不再赘述。上述准实时的车辆行驶路线生成系统中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
[0080]
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构图可以如图5所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口和数据库。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括计算机存储介质、内存储器。该计算机存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。
该内存储器为计算机存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储执行准实时的车辆行驶路线生成方法过程中生成或获取的数据，如轨迹点数据。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种准实时的车辆行驶路线生成方法，具体如下：
[0081]
s1，获取按时间序列排序的车辆轨迹点集，以及各轨迹点经搜索得到的对应候选道路；
[0082]
s2，从所述车俩轨迹点集中首个轨迹点开始，依次计算各轨迹点匹配到所对应的各条候选道路的累积概率值；
[0083]
s3，若遇当前轨迹点其候选道路仅有一条，则回溯选择该点之前累积概率值最大对应的各轨迹点的候选路段，生成行驶路线；
[0084]
其中，将候选道路仅有一条的轨迹点的累积概率值置零，并将其相邻下一轨迹点标记为首个轨迹点，继续执行步骤s2，直至最后一个轨迹点。
[0085]
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述实施例中的准实时的车辆行驶路线生成方法的步骤。或者，处理器执行计算机程序时实现准实时的车辆行驶路线生成系统这一实施例中的各模块/单元的功能，例如图4所示的各模块/单元的功能，为避免重复，这里不再赘述。
[0086]
在一实施例中，提供一计算机存储介质，该计算机存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中准实时的车辆行驶路线生成方法的步骤。或者，该计算机程序被处理器执行时实现上述准实时的车辆行驶路线生成系统这一实施例中的各模块/单元的功能，例如图4所示的各模块/单元的功能，为避免重复，这里不再赘述。
[0087]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(ram)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram(sram)、动态ram(dram)、同步dram(sdram)、双数据率sdram(ddrsdram)、增强型sdram(esdram)、同步链路(synchlink)dram(sldram)、存储器总线(rambus)直接ram(rdram)、直接存储器总线动态ram(drdram)、以及存储器总线动态ram(rdram)等。
[0088]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。
[0089]
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、装置、物品或者方法不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、装置、物品或者方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该
要素的过程、装置、物品或者方法中还存在另外的相同要素。
[0090]
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在如上所述的一个存储介质(如rom/ram、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
[0091]
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。