[发明专利]基于GPS/北斗定位和云计算平台的不停车收费方法

说明书

基于GPS/北斗定位和云计算平台的不停车收费方法属于电子信息领域，本发明以GPS轨迹点为圆心圈选属于此圆的路段集，作为被选路径。本发明加入方向约束条件共同约束，并且提出如何判断方向。行车方向判断提出了一种基于线路拐点的上下行判断算法，用以判断方向。最终匹配路径的选择基于欧几里德距离的系数轨迹相似性算法。本发明可实现在行车轨迹、备选路径和最终匹配路径的优化下道路车辆监管的自动化、简单化。

技术领域

本发明属于电子信息领域，是一种基于GPS/北斗定位和云计算平台、应用于公路、隧道和大型桥梁的自动电子收费方法。

背景技术

ETC(Electronic Toll Collection，电子收费系统)技术如图1所示依赖于互联网实时将车辆信息以影像或移动钥匙的方式通过工作站上传至应用数据库。传统ETC技术存在识别速度慢、安装成本高和运营维护困难等问题，并且有些收费站位置偏远，ETC硬件设备难以安装和维护。近年来出现的基于GPS、北斗定位系统的新一代电子收费系统正在逐步发展，它通过卫星定位记录车辆行驶的路线和距离，自动计算和扣除道路通行费用，有效解决了上述传统ETC技术存在的弊端。同时，移动互联网通信、车联网和GIS等技术的发展，也为基于GPS/北斗和云计算平台的不停车收费系统提供了相应的技术铺垫。

发明内容

本发明针对传统ETC存在的缺点，设计了基于GPS/北斗和云计算平台的不停车收费系统。系统由车载定位终端、基于GIS和云平台不停车收费软件组成。其中车载定位终端通过GPS卫星/北斗定位将实时采集的车辆GPS数据通过3G/4G无线网络返回给云服务器系统。不停车收付软件包括系统涉及的路径判断策略、车载定位业务和费用清算业务进行了描述，本发明所涉及主要工作如下：

(1)如图2所示，设计了集成移动互联网、GPS/北斗定位、GIS和云平台的ETC系统架构。

(2)为了使具有一定误差的车辆GPS数据能在GIS中较准确地校正到正确的行驶道路中，设计并应用基于GPS/北斗轨迹的路径匹配算法。

(3)设计了基于GIS的车载定位业务流程。

(4)设计了云端基于GIS不停车收费系统费用清算流程。

基于GPS/北斗和云计算平台的不停车收费系统的核心算法如下：

典型的GPS/北斗运动车数据是一系列包含车辆经纬度信息的有序GPS轨迹点，主要用于实时地确定车辆当前位置。单独依靠GPS/北斗卫星定位，其精度易收到外界环境影响而产生误差。在图3所示的交叉口路段中，A、B、C、D分别为路段节点，它们连接而成的实线线段代表道路轨迹；GPS₁～GPS₄依次为车辆GPS采集点，它们连接而成的虚线线段为车辆行驶轨迹。假设GPS轨迹点GPS₁～GPS₃均能唯一地匹配到路段AB上，但经过B点时由于岔路口的出现而导致备选匹配路段增加，并且GPS₄到路段BC和路段BD的距离几乎相等，这时一般的匹配算法难以正确判断车辆的后续行驶路段，此问题称为Y-junction问题。

如果在本系统中出现以上道路判断错误，会严重影响收费系统的正常运行。所以本发明在前人研究成果基础上，改进并结合了基于交通限制条件的备选路径集算法和基于编辑代价的折线相似度算法，实现了一种基于GPS轨迹的路径匹配算法，通过将采集的GPS轨迹点与其周围的道路轨迹进行筛选和匹配，最终准确判断出车辆实际行驶道路，以确保系统的正常运行。

本发明算法以车辆GPS采样点集和路径轨迹点集作为基本数据，经过三个步骤实现真实车辆行驶道路的准确判断，具体步骤如下所示：

(1)搜索备选路径集