基於浮動車數據提取車輛排隊長度的方法
2023-05-15 11:08:51
專利名稱：基於浮動車數據提取車輛排隊長度的方法
技術領域：
本發明屬於智能交通道路實時信息處理技術領域，特別涉及一種利用浮動車數據獲取交通信息的方法。具體地說，是一種利用浮動車數據提取路段交叉口排隊長度的 方法。
背景技術：
浮動車也稱GPS探測車，是近年來國際智能交通系統(ITS)中所採用的獲取路 段交通信息的先進技術手段之一，具有應用方便、經濟、覆蓋範圍廣的特點。浮動車是由安裝有車載GPS (Global Position System，全球定位系統)設備，自由
行駛在實際路段上的車輛構成，目前大部分浮動車是由正常運營的裝有GPS設備的出租 車構成。浮動車按照一定的周期通過無線通信向後臺回傳數據，數據包括車輛GPS設備 編號、車輛GPS位置坐標、瞬時速度、方位角(行駛方向角)、回傳時間等。後臺計算機處理中心將浮動車數據進行匯總，經過特定的模型和算法處理，生 成反映實時路段情況的交通信息如路段平均速度、行程時間、擁堵狀態等，為交通管 理部門和公眾提供動態、準確的交通控制、誘導信息。在智能交通控制系統中，路網中各路段交叉口的車輛排隊長度是最關鍵的交通 參數之一，可以為交通信號控制和管理提供非常重要的信息。目前常用的檢測交叉口車 輛排隊長度的方法有兩種第一種是視頻檢測技術測量交叉口的車輛排隊長度，即通過固定攝像頭得到的 車輛排隊的視頻序列，綜合利用車輛檢測和運動檢測來計算車輛排隊長度。它需要在交 叉口安裝檢測設備，此外視頻流檢測排隊長度容易受天氣、光照、攝像頭抖動等因素的影響。第二種是通過建立基於統計的排隊長度與信號燈配時、車輛到達率及交通量的 關係模型，它需要大量實測數據，且模型移植性差。在現有技術中，還沒有利用浮動車數據檢測交叉口車輛排隊的方法。這是因為 缺乏有效的利用浮動車數據進行交叉口排隊車輛點提取和判斷方法。在浮動車傳回的數據中，可分為兩大類，一類是移動點浮動車數據，也就是浮 動車處於行駛狀態，瞬時速度不為O時回傳的GPS數據，另一類是停止點浮動車數據， 也就是浮動車處於停止狀態，瞬時速度為0時回傳的GPS數據。在交通管理部門的後臺計算機中心的浮動車信息資料庫中存放有包括移動點、 停止點在內的所有浮動車數據記錄，其中所有移動點浮動車數據已經通過常規的地圖匹 配方法完成了路段的匹配。常規的地圖匹配方法是通過投影距離和車輛行駛方向與路段矢量方向差值加權 的方法來進行地圖匹配，判斷出車輛行駛的路段。這種方法需要用車輛行駛方向的方位 角作為主要參數，當浮動車的瞬時速度不是O時，其回傳的GPS方位角是準確的，可以 用常規的方法進行地圖匹配，當浮動車的瞬時速度是O時，其回傳的GPS方位角是不準確的，不能用常規的方法 進行地圖匹配。若想用浮動車數據進行排隊長度的計算，只能使用停止點浮動車數據，而不能 用移動點浮動車數據，因為車輛排隊時處於停止狀態，交叉口附近停止點浮動車數據與 車輛排隊狀態有一定的聯繫，與路段也有聯繫，如何利用這些聯繫，判斷停止點浮動車 所在路段，並估算出排隊長度是本發明要解決的問題。
發明內容
本發明的目的是提出一種基於浮動車數據提取車輛排隊長度的方法，該方法首 先通過路段匹配技術提取出路段交叉口前正常排隊等待通過的浮動車數據；然後對浮動 車停止點距離交叉口的位置分布變化進行統計，估算出排隊長度。本方法無需安裝檢測 設備及人工進行大量的現場實測，可節省大量的人力物力。為實現上述目的，本發明採用以下技術方案一種基於浮動車數據提取車輛排隊長度的方法，包括以下步驟步驟一、設立停止點浮動車記錄子資料庫從後臺計算機處理中心的浮動車信息總資料庫中取出停止點浮動車記錄，每條 停止點浮動車數據記錄包括GPS設備編號及回傳時間、GPS位置坐標、瞬時速度、方位 角，將各條記錄按回傳的時間順序排列，存放在停止點浮動車記錄子資料庫中；步驟二、計算停止點浮動車的投影距離用步驟一得到的停止點浮動車記錄子資料庫中的數據計算每輛停止點浮動車的 投影距離，投影距離是每輛停止點浮動車的GPS位置坐標到路段間的直線距離，將計算 好的投影距離存放在浮動車投影距離子資料庫中；步驟三、用投影距離最大允許值過濾停止點浮動車所在路段將步驟二得到的浮動車投影距離子資料庫中的投影距離與最大允許值進行比 較，取所有投影距離小於最大允許值的停止點浮動車記錄，將其存放在浮動車投影距離 滿足設定條件子資料庫中；步驟四、通過回查的方式二次判定停止點浮動車所在路段將步驟三得到的浮動車投影距離滿足設定條件子資料庫中停止點浮動車的GPS 設備編號與浮動車信息總資料庫中原有的移動點浮動車路段匹配子資料庫中移動點浮動 車的GPS設備編號進行對比，如果記錄在浮動車投影距離滿足設定條件子資料庫中的停 止點浮動車的GPS設備編號能夠在移動點浮動車路段匹配子資料庫中找到相同的移動點 浮動車GPS設備編號，則匹配成功，就判定該停止點浮動車屬於該路段，將所有匹配成 功的停止點浮動車數據放入停止點浮動車二次路段匹配子資料庫中；步驟五、計算每輛停止點浮動車到交叉口的距離從步驟四得到的浮動車二次路段匹配子資料庫中取出每輛停止點浮動車GPS位 置坐標，根據點到直線距離公式，計算出每輛停止點浮動車到路段交叉口的直線距離， 將計算後得到的距離存放在浮動車到交叉口距離子資料庫中；步驟六、對停止點浮動車的排隊位置進行排序對步驟五得到的浮動車到交叉口距離子資料庫中各條浮動車記錄按到交叉口距 離從小到大的順序進行排列，然後將排序好的浮動車記錄放在浮動車到交叉口排隊序列子資料庫中；步驟七、設定參考長度閥值設定一個參考長度閥值，該參考長度閥值是通過比較多個實測排隊長度數據和 浮動車單位長度內排隊車輛密度分布之間的關係得到的最佳判斷建議值；步驟八、對停止點浮動車的數量進行一次統計以步驟七中的參考長度閥值為一次度量區間，對步驟六得到的浮動車到交叉口 排隊序列子資料庫中的浮動車的數量進行統計，統計出每個一次度量區間內的浮動車的 數量，直到出現連續兩個一次度量區間內浮動車的數量為零；將統計結果放入排隊車輛 一次統計結果表中；步驟九、求最大和找出步驟八得到的浮動車數量最大的和次大的兩個一次度量區間，對這兩個一 次度量區間中的浮動車數量進行相加求最大和；步驟十、對停止點浮動車的數量進行二次統計以步驟七中的參考長度閥值的兩倍作為二次度量區間，以一次度量區間大小為 間隔，對步驟六得到的浮動車到交叉口排隊序列子資料庫中的浮動車的數量進行統計， 依次統計出每個二次度量區間內的浮動車的數量，將統計結果放入排隊車輛二次統計結 果表中；步驟十一、確定排隊長度用步驟九得到的最大和與步驟十得到的排隊車輛二 次統計結果表中的每個二次度量區間的浮動車數量比較，直到第一次出現二次度量區間 內浮動車的數量小於最大和的1/4，則取該二次度量區間的中間值為排隊長度值。浮動車數據由移動點數據和停止點數據兩部分組成，停止點數據中又有相當一 部分是車輛在交叉口排隊等待信號燈時產生的，這些停止點集中在路段交叉口附近，位 置沿路段距交叉口距離由小到大排列。由於等待信號燈而引起的停止點在區間排列具有 一定的規律性，和單位時間段內實際的車輛排隊長度具有較強的相關性，是排隊車輛的 數據表現形式，因此我們可以利用這些停止點數據計算車輛排隊長度。本方法首先將停止點浮動車數據匹配到路段上，提取出排隊車輛點；然後以交 叉口為起點，按照到交叉口距離從近到遠的順序排列。分段統計路段上單位長度內排隊 車輛點的密度分布，設定判斷條件確定排隊隊尾位置，推導出某一時間段內交叉口的最 大排隊長度。本發明避免了常規方法中使用視頻檢測設備及現場實測數據的不足，節省 人力、物力和時間。路段匹配分兩次進行，初次匹 配時，用偏移範圍初步判定屬於路段的停止點， 過濾異常停止點，二次匹配時，將停止點與同一路段上已經匹配成功的移動點相比較， 採用回查的方式驗證停止點數據。排隊長度計算的基本原理是對時間段內排隊車輛的密度分布進行統計，設定 最佳判斷閥值條件，計算出車輛的排隊長度。本發明利用浮動車數據進行交叉口排隊車輛點提取和判斷，可以估算出交叉口 車輛排隊的長度。這種方法不需要外部搭建設備和設施，利用浮動車數據可以輕鬆快速 的完成對路網內所有交叉口車輛排隊長度的估算。
圖1是本 發明的原理框圖。圖2是在一交叉口為20分鐘內浮動車的分布情況示意圖。圖3是停止點浮動車記錄子資料庫。圖4是浮動車投影距離子資料庫。圖5是浮動車投影距離滿足設定條件結果子資料庫。圖6是移動點浮動車路段匹配子資料庫。圖7是浮動車二次路段匹配子資料庫。圖8是浮動車到交叉口距離子資料庫。圖9是浮動車到交叉口排隊序列子資料庫。圖10是排隊車輛一次統計結果表。圖11是排隊車輛二次統計結果表。圖12是排隊車輛一次統計分布曲線圖。
具體實施例方式本發明是一種基於浮動車數據提取車輛排隊長度的方法，包括十一個步驟，流 程如圖1所示。本方法的各步驟都是通過計算機運行程序，對數據進行處理實現的，具 有實用價值。下面詳細描述其原理請參照圖2，圖2表示一個路段交叉口附近20分鐘內浮動車的分布情況，該交叉 口由路段1、路段2、路段3組成，黑色小圈代表浮動車的停止點。本實施例中，共有43個浮動車停止點。這些停止點對應的浮動車的GPS設備編 號分別是5097、6694、3313、2469、2006、4752、9284、7262、7826、5861、7710、 8112, 3571, 9828, 7716, 5384, 4115, 3319, 1915, 7351, I960, 3483, 4901, 7364, 7878, 6816, 7649, 1248, 4323, 1207, 4323, 1248, 7383, 8426, 5856, 7066、 6847、 2132、 4253、 2840、 2093、 528、 5395。下面詳細說明本方法的各個步驟步驟一、設立停止點浮動車記錄子資料庫從後臺計算機處理中心的浮動車信息總資料庫中取出停止點浮動車記錄，每條 停止點浮動車數據記錄包括GPS設備編號及回傳時間、GPS位置坐標(GPS經緯度坐 標)、瞬時速度、方位角，將各條記錄按回傳的時間順序進行排列，存放在「停止點浮動 車記錄子資料庫」中如圖3所示。請參照圖3，從圖3可以看出圖2中的43個停止點浮動車回傳了數據，這些記 錄被存放在後臺計算機處理中心的浮動車信息總資料庫中，每條停止點浮動車數據記錄 包括GPS設備編號、GPS位置坐標(GPS經度和緯度)、瞬時速度、方位角及回傳時間。其中GPS設備編號為1248的浮動車回傳了兩次數據回傳時間分別是{9:49:42} 禾口 {9:51:19}。其中GPS設備編號為4323的浮動車也回傳了兩次數據回傳時間分別是 {9:51:05}和{9:51:16}。其餘的停止點浮動車都只回傳了 一次數據。
值得一提的是在浮動車信息總資料庫中還存放有移動點浮動車的記錄，由於 其方向角不為零，所以已經通過常規的地圖匹配方法與路段匹配上了。這些移動點浮動車的記錄都存放在「移動點浮動車路段匹配子資料庫」中如圖 6所示。移動點浮動車數據包括車輛GPS (全球定位系統)設備編號、車輛GPS位置坐 標、瞬時速度、方位角、回傳時間、所在路段等。常規的地圖匹配方法是通過投影距離和車輛行駛方向與路段矢量方向差值加權的方法來進行地圖匹配，判斷出車輛行駛的路段。步驟二、計算停止點浮動車的投影距離用步驟一得到的「停止點浮動車記錄子資料庫」中的數據計算每輛停止點浮動 車的投影距離，投影距離是每輛停止點浮動車的GPS位置坐標(經度和緯度坐標)到路段 1的直線距離，將計算好的投影距離存放在圖4所示的「浮動車投影距離子資料庫」中；由於路段1的起點和終點坐標是已知的，停止點浮動車GPS位置坐標也是已知 的，根據點到直線距離公式，就可以計算出停止點浮動車到路段1的投影距離。請參照 圖2、圖4，以編號為7649丨9:49:13丨的浮動車為例在{9:49:13丨這一時刻，其GPS位置 坐標到路段1的距離R1 = 7米。步驟三、用投影距離最大允許值過濾停止點浮動車所在路段將步驟二得到的「浮動車投影距離子資料庫」中的投影距離與最大允許值進行 比較，取所有投影距離小於最大允許值的停止點浮動車記錄，將其存放在「浮動車投影 距離滿足設定條件子資料庫」中。本實施例中，投影距離的最大允許值是20米，從圖4可以看出，GPS設備編號 為2006、4752、9284、7262的停止點浮動車記錄由於大於20米，而被刪除。將其餘沒 有被刪除的停止點浮動車記錄放入「浮動車投影距離滿足設定條件結果子資料庫」中如 圖5所示。從圖2可以看出，GPS設備編號為2006、4752、9284、7262的停止點浮動車實 際上是處於路段2。設置步驟三的作用是將可能處在別的路段上的浮動車數據刪除。步驟四、通過回查的方式二次判定停止點浮動車所在路段將步驟三得到的「浮動車投影距離滿足設定條件子資料庫」(如圖5所示)中 停止點浮動車的GPS設備編號與浮動車信息總資料庫中原有的「移動點浮動車路段匹配 子資料庫」(如圖6所示)中移動點浮動車的GPS設備編號進行對比，如果記錄在「浮 動車投影距離滿足設定條件子資料庫」中的停止點浮動車的GPS設備編號能夠在「移動 點浮動車路段匹配子資料庫」中找到相同的移動點浮動車GPS設備編號，則匹配成功， 這說明該停止點浮動車屬於路段1，因為在此之前，該浮動車恰好在路段1上處於移動狀 態。將所有經回查匹配成功的停止點浮動車數據，放入「浮動車二次路段匹配子數 據庫」中如圖7所示。也就是說，將圖5中停止點浮動車記錄和圖6中移動點浮動車記錄進行對比，如 果能在圖6中找出和圖5中相同的GPS設備編號，說明這些停止點浮動車屬於路段1，因 為在此之前，該浮動車恰好在路段1上處於移動狀態。
通過比較，GPS設備編號為6694，9828，4323，8426的停止點浮動車記錄沒有 在圖6中找到各自的設備編號，所以不屬於路段1，而被刪除。步驟五、計算每輛停止點浮動車到交叉口的距離從步驟四獲得的「浮動車二次路段匹配子資料庫」中取出每輛停止點浮動車 GPS位置坐標(GPS經度和緯度)，根據點到直線距離公式，計算出每輛停止點浮動車到 路段交叉口的直線距離，將計算後得到的距離存放在圖8所示的「浮動車到交叉口距離 子資料庫」中。由於路段1的終點坐標是已知的，即圖2中路段1與路段3的交叉口位置是已知 的，停止點浮動車GPS位置坐標也是已知的，根據點到直線距離公式，就可以計算出停 止點浮動車到路段1終點的投影距離，該距離就是停止點浮動車到路段交叉口的直線距 離請參照圖2和圖8，以GPS設備編號為7649的浮動車為例在丨9:49:13丨這一時 刻，其GPS位置坐標到交叉口(路段3)的直線距離L1 = 112米。步驟六、對停止點浮動車的排隊位置進行排序對步驟五中得到的「浮動車到交叉口距離子資料庫」(如圖8所示)中各條浮動 車記錄按距交叉口距離從小到大的順序進行排列，然後將排序好的浮動車記錄放在「浮 動車到交叉口排隊序列子資料庫」中如圖9所示。步驟七、設定參考長度閥值設定一個參考長度閥值，該參考長度閥值是通過比較多個實測排隊長度數據和 浮動車單位長度內排隊車輛密度分布之間的關係得到的最佳判斷建議值；本實施例中， 參考長度閥值取10米。步驟八、對停止點浮動車的數量進行一次統計以步驟七中的參考長度閥值10米為一次度量區間，對圖9所示的「浮動車到交 叉口排隊序列子資料庫」中的浮動車的數量進行統計，統計出各個一次度量區間內的浮 動車的數量，直到出現連續兩個一次度量區間內浮動車的數量為零。即統計距交叉口每 間隔10米內的車輛密度，車輛密度統計的結果放入「排隊車輛一次統計結果表」中如圖 10所示。圖中第一個一次度量區間(0-10米)的車輛數為0，這是因為車輛排隊並不是 從道路交叉口開始的，而實際是在交叉口前路口停車線處以保證另一方向車輛通行，該 位置距交叉口有一定的距離，因此車輛排隊時道路交叉口到停車線之間沒有車輛。也可以用分布圖表示車輛排隊密度，分布圖如圖12所示，以距交叉口距離為橫 坐標，車輛數為縱坐標，以10米為遞增量統計每10米內的車輛數，可以得到圖12所示 的分布曲線，我們注意到車輛密度分布隨著車輛排隊接近隊尾，單位長度內車輛的密度 在逐漸減少，直到接近於0。因此本發明採取單位長度疏密程度判斷的方法判斷排隊長 度。步驟九、求最大和找出步驟八得到的「排隊車輛一次統計結果表」中浮動車數量最大的和次大的 兩個一次度量區間，對這兩個一次度量區間中的浮動車數量進行相加求最大和。從圖10可以看出，一次度量區間內最大的車輛個數為5，次大的車輛個數為4， 兩者之和為5+4 = 9。
步驟十、對停止點浮動車的數量進行二次統計，以步驟七中的參考長度閥值的 兩倍作為二次度量區間，以一次度量區間大小為間隔對「浮動車到交叉口排隊序列子數 據庫」中的浮動車的數量進行統計，依次統計出每個二次度量區間內的浮動車的數量， 將統計結果放入「排隊車輛二次統計結果表」中。也就是說以20米作為二次度量區間，以10米大小為間隔對「浮動車到交叉口 排隊序列子資料庫」(如圖9所示)中的浮動車的數量進行統計，依次統計出每個20米 內的浮動車的數量，將統計結果放入「排隊車輛二次統計結果表」中如圖11所示。步驟十一、確定排隊長度用步驟九得到的最大和與步驟十得到的排隊車輛二 次統計結果表中的每個二次度量區間的浮動車數量比較，直到第一次出現二次度量區間 內浮動車的數量小於最大和的1/4，則取該二次度量區間的中間值為排隊長度值。 用步驟九得到的最大和9，與圖11中所示的二次度量區間內的每個數據比較， 80-100米內車輛數為1，最大和9的1/4大於1，由此可以確定最大排隊長度在80-100米 之間，即90米為最大排隊長度。
權利要求
1. 一種基於浮動車數據提取車輛排隊長度的方法，包括以下步驟 步驟一、設立停止點浮動車記錄子資料庫從後臺計算機處理中心的浮動車信息總資料庫中取出停止點浮動車記錄，每條停止 點浮動車數據記錄包括GPS設備編號及回傳時間、GPS位置坐標、瞬時速度、方位角， 將各條記錄按回傳的時間順序排列，存放在停止點浮動車記錄子資料庫中； 步驟二、計算停止點浮動車的投影距離用步驟一得到的停止點浮動車記錄子資料庫中的數據計算每輛停止點浮動車的投影 距離，投影距離是每輛停止點浮動車的GPS位置坐標到路段間的直線距離，將計算好的 投影距離存放在浮動車投影距離子資料庫中；步驟三、用投影距離最大允許值過濾停止點浮動車所在路段 將步驟二得到的浮動車投影距離子資料庫中的投影距離與最大允許值進行比較，取 所有投影距離小於最大允許值的停止點浮動車記錄，將其存放在浮動車投影距離滿足設 定條件子資料庫中；步驟四、通過回查的方式二次判定停止點浮動車所在路段將步驟三得到的浮動車投影距離滿足設定條件子資料庫中停止點浮動車的GPS設備 編號與浮動車信息總資料庫中原有的移動點浮動車路段匹配子資料庫中移動點浮動車的 GPS設備編號進行對比，如果記錄在浮動車投影距離滿足設定條件子資料庫中的停止點 浮動車的GPS設備編號能夠在移動點浮動車路段匹配子資料庫中找到相同的移動點浮動 車GPS設備編號，則匹配成功，就判定該停止點浮動車屬於該路段，將所有匹配成功的 停止點浮動車數據放入停止點浮動車二次路段匹配子資料庫中； 步驟五、計算每輛停止點浮動車到交叉口的距離從步驟四得到的浮動車二次路段匹配子資料庫中取出每輛停止點浮動車GPS位置坐 標，根據點到直線距離公式，計算出每輛停止點浮動車到路段交叉口的直線距離，將計 算後得到的距離存放在浮動車到交叉口距離子資料庫中； 步驟六、對停止點浮動車的排隊位置進行排序對步驟五得到的浮動車到交叉口距離子資料庫中各條浮動車記錄按到交叉口距離從 小到大的順序進行排列，然後將排序好的浮動車記錄放在浮動車到交叉口排隊序列子數 據庫中；步驟七、設定參考長度閥值設定一個參考長度閥值，該參考長度閥值是通過比較多個實測排隊長度數據和浮動 車單位長度內排隊車輛密度分布之間的關係得到的最佳判斷建議值； 步驟八、對停止點浮動車的數量進行一次統計以步驟七中的參考長度閥值為一次度量區間，對步驟六得到的浮動車到交叉口排 隊序列子資料庫中的浮動車的數量進行統計，統計出每個一次度量區間內的浮動車的數 量，直到出現連續兩個一次度量區間內浮動車的數量為零；將統計結果放入排隊車輛一 次統計結果表中；步驟九、求最大和找出步驟八得到的浮動車數量最大的和次大的兩個一次度量區間，對這兩個一次度 量區間中的浮動車數量進行相加求最大和；步驟十、對停止點浮動車的數量進行二次統計以步驟七中的參考長度閥值的兩倍作為二次度量區間，以一次度量區間大小為間 隔，對步驟六得到的浮動車到交叉口排隊序列子資料庫中的浮動車的數量進行統計，依 次統計出每個二次度量區間內的浮動車的數量，將統計結果放入排隊車輛二次統計結果 表中；步驟十一、確定排隊長度用步驟九得到的最大和與步驟十得到的排隊車輛二次統 計結果表中的每個二次度量區間的浮動車數量比較，直到第一次出現二次度量區間內浮 動車的數量小於最大和的1/4，則取該二次度量區間的中間值為排隊長度值。
全文摘要
一種基於浮動車數據提取車輛排隊長度的方法，包括步驟一、設立停止點浮動車記錄子資料庫；步驟二、計算停止點浮動車的投影距離；步驟三、用投影距離最大允許值過濾停止點浮動車所在路段；步驟四、通過回查的方式二次判定停止點浮動車所在路段；步驟五、計算每輛停止點浮動車到交叉口的距離；步驟六、對停止點浮動車的排隊位置進行排序；步驟七、設定參考長度閥值；步驟八、對停止點浮動車的數量進行一次統計；步驟九、求最大和；步驟十、對停止點浮動車的數量進行二次統計；步驟十一、確定排隊長度；本方法利用浮動車數據估算出路段交叉口車輛的排隊長度，避免了現有技術中使用視頻檢測設備及現場實測數據的不足。
文檔編號G08G1/00GK102024323SQ20091009250
公開日2011年4月20日 申請日期2009年9月16日 優先權日2009年9月16日
發明者劉楠, 宋向輝, 朱書善, 李亞檬, 王東柱, 諶儀, 趙佳海, 陳豔豔 申請人:交通部公路科學研究所