一种分段时空最短路径地图匹配算法的制作方法

1.本技术涉及地图匹配的离线算法领域，特别涉及一种分段时空最短路径地图匹配算法。


背景技术：

2.地图匹配指将gps定位的轨迹点与精度相对高的电子地图相匹配，对于车辆gps轨迹的地图匹配技术，可分为用于导航的在线地图匹配算法与用于轨迹还原的离线地图匹配算法。以往离线地图匹配算法存在迂回路线、稠密路网的问题，这些问题导致地图匹配精度下降，而以往算法试图解决该问题又会降低算法速度。


技术实现要素：

3.为了解决上述问题，本技术提供了一种分段时空最短路径地图匹配算法，根据运动轨迹的时空性质划分轨迹为多个子轨迹，该划分方法能够规避大部分迂回路线带来的匹配问题，再将轨迹点附近候选路段划分为“微段”，并基于微积分思想调整路段权重，该调整权重方法能够避免轨迹点误匹配到与真实路线相邻的路段上。
4.为实现上述目的，本技术的一些实施例中提出一种分段时空最短路径地图匹配算法，所述算法包括以下步骤：
5.(1)采用双层网格索引法计算各轨迹点辅助路段集与核心路段集；
6.(2)选取主轨迹点，划分时间步；
7.(3)遍历时间步，利用辅助路段集建立该时间步下的辅助路网，通过动态道路通行成本计算框架调整该时间步下所有轨迹点核心路段集的通行成本；
8.(4)计算最短路径，借用dijsktra算法的t节点与p节点描述计算最短路径过程：将第一个主轨迹点各核心路段的随机一个节点标记为第一时间步的p节点，并使其最短路径距离为0；在第一时间步下，更新p节点相邻节点的最短路径并将p节点转换为t节点，这里t节点指在当前时间步已经计算最短路的节点，当第一时间步后主轨迹点核心路段的节点均为p节点或t节点后，路网切换至下一时间步的辅助路网，同时继承上一时间步后主轨迹点核心路网的p节点，通过动态道路通行成本计算框架更新路网权重；然后用第二时间步替代第一时间步，用第三时间步替代第二时间步，循环往复，直到最后一个时间步各节点的最短路径计算完成；
9.(5)确定匹配路线，筛选最后一个时间步后主轨迹点核心路网各节点，从中得到上一节点在同一核心路网的节点，由其中通行成本最小节点索引先前节点，得到匹配路线；
10.(6)计算轨迹点到对应时间步下匹配路线各路段的距离，令到轨迹点距离最短路径段上的投影点为匹配点。
11.在本技术的一些实施例中，对于在线应用，当轨迹更新时，先调用已匹配轨迹与时间步数据，然后删除最后一个时间步，以倒数第二个时间步后主轨迹点为起点，对起点后轨迹重新划分时间步并计算新时间步各节点最短路径，最后执行步骤(5)与(6)即可。
12.在本技术的一些实施例中，采取以下步骤：(1)先通过双层网格索引法采集候选路段，即将路网分成多个格子，将格子内所有路段id放入该格子的列表中，调用轨迹点的候选路段时直接调用轨迹点所在格子以及附近格子的路段。(2)将轨迹的候选路段作为一个加权图，根据路段附近轨迹点的多少调整路段的权重，轨迹点越多，权重越低。(3)将轨迹划分为多个子轨迹，划分方法为，将候选路段无交集的轨迹点称为主轨迹点，主轨迹点两两构成子轨迹。(4)将点到点的dijsktra改良为路段集到路段集的dijsktra算法，并作多个规则对其进行限制，实现子轨迹的最小权重路计算。(5)将子轨迹的最小权重路聚集，满足连通性的整体权重最小的路线为匹配路线。
13.在本技术的一些实施例中，所述步骤(4)可以具体为：借用dijsktra算法的t节点与p节点描述计算最短路径过程：将第一个主轨迹点各核心路段的随机一个节点标记为第一时间步的p节点，并使其最短路径距离为0；在第一时间步下，更新p节点相邻节点的最短路径并将p节点转换为t节点，当第一时间步后主轨迹点核心路段的节点均为p节点或t节点后，路网切换至下一时间步的辅助路网，同时继承上一时间步后主轨迹点核心路网的p节点，通过动态道路通行成本计算框架更新路网权重；然后用第二时间步替代第一时间步，用第三时间步替代第二时间步，循环往复，直到最后一个时间步各节点的最短路径计算完成。
14.有益效果：
15.1)避免轨迹点误匹配到与真实路线相邻的路段上。
16.2)只依赖经纬度和时间序列，对数据存储要求低，速度快，每秒260个轨迹点，对频率为10s到30s的轨迹准确度达到93％以上。
17.3)在不影响算法速度的前提下，解决了离线地图匹配算法存在迂回路线、稠密路网的等地图匹配精度下降的问题。
18.结合附图阅读本技术的具体实施方式后，本技术的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
19.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1是本技术实施例提供的轨迹计算示意图一；
21.图2是本技术实施例提供的轨迹计算示意图二。
具体实施方式
22.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
23.基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，
因此不能理解为对本技术的限制。
24.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
25.在本技术的一些实施例中，根据车载gps系统收集的gps轨迹点推断车辆在电子地图上实际行进路线，从而推算各路段的流量、速度、密度等。
26.在本技术的一些实施例中，采取以下步骤：(1)先通过双层网格索引法采集候选路段，即将路网分成多个格子，将格子内所有路段id放入该格子的列表中，调用轨迹点的候选路段时直接调用轨迹点所在格子以及附近格子的路段。(2)将轨迹的候选路段作为一个加权图，根据路段附近轨迹点的多少调整路段的权重，轨迹点越多，权重越低。(3)将轨迹划分为多个子轨迹，划分方法为，将候选路段无交集的轨迹点称为主轨迹点，主轨迹点两两构成子轨迹。(4)将点到点的dijsktra改良为路段集到路段集的dijsktra算法，并作多个规则对其进行限制，实现子轨迹的最小权重路计算。(5)将子轨迹的最小权重路聚集，满足连通性的整体权重最小的路线为匹配路线。
27.在本技术的一些实施例中，借用dijsktra算法的t节点与p节点描述计算最短路径过程：将第一个主轨迹点各核心路段的随机一个节点标记为第一时间步的p节点，并使其最短路径距离为0；在第一时间步下，更新p节点相邻节点的最短路径并将p节点转换为t节点，当第一时间步后主轨迹点核心路段的节点均为p节点或t节点后，路网切换至下一时间步的辅助路网，同时继承上一时间步后主轨迹点核心路网的p节点，通过动态道路通行成本计算框架更新路网权重；然后用第二时间步替代第一时间步，用第三时间步替代第二时间步，循环往复，直到最后一个时间步各节点的最短路径计算完成。
28.在本技术的一些实施例中，如图1所示，p1，p2，p3，p4，p5是一串连续的轨迹点，a、b、c、d、e是5个道路节点，实线为路网，虚线表示轨迹点移动方向。可见车辆从b点出发进入此路网迂回，然后抵达e点，即实际路线为b、c、d、a、c、d、e。
29.对于现有最短路径算法，方法是降低轨迹点附近路段权重，然后计算从b点到e点的最短路径作为匹配路线，于是以往最短路径算法匹配路线为b、c、d、e。明显是不对的。
30.在本技术的一些实施例中，先将轨迹点按时空属性分段，到轨迹点距离小于轨迹点最大漂移距离的为该轨迹点的候选路段，于是，p1的候选路段为bc，p2的候选路段为cd，p3的候选路段集为ad，p4的候选路段为ac与cd，p5的候选路段为de。
31.发现p1与p2候选路段没有交集，计算b、d之间最短路径得到b、d。
32.发现p2与p3候选路段没有交集，计算d、a之间最短路径得到d、a。
33.发现p3与p4候选路段没有交集，计算a、c之间最短路径得到a、c。
34.发现p4与p5候选路段没有交集，计算c、e之间最短路径得到c、d、e。
35.最短路径首位相连可得b、c、d、a、c、d、e。
36.该过程如图2所示，左侧时间t1到t5与p1到p5一一对应。
37.以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术所要求保护的技术方案的精神和范围。