[发明专利]一种充分借助车辆航向的三阶段在线地图匹配算法

说明书

本发明公开了一种充分借助车辆航向的在线地图匹配算法，涉及地图匹配领域，特别是涉及借助车辆航向进行的地图匹配。地图匹配对众多基于位置信息的应用是非常重要的，为支持在线的智慧交通应用，在线的地图匹配是必要的。因此，本文提出了一种充分借助车辆航向的三阶段在线地图匹配算法，该算法既可以取得准确度高的匹配结果，又具有较低时间复杂度。具体而言，第一阶段，对一个给定的GPS轨迹点，增加车辆航向信息来计算该GPS点在路网中最可能的k个候选边；第二阶段，寻找两个相邻GPS轨迹点之间的路径，用车辆航向来缩小搜索范围，并且充当有效的搜索指引，加速了搜索过程；最后阶段，用车辆航向信息为一系列GPS轨迹点挑选出车辆真实的行驶路径。

技术领域

本发明涉及地图匹配技术领域，特别是涉及到借助车辆航向的地图匹配算法。

背景技术

近几年，移动GPS设备广泛普及，该设备安装在车辆中收集用户的移动轨迹。车辆的GPS轨迹是支持基于位置信息和智慧交通服务(如路径规划、交通状况检测等)的数据基石。为了节省能量和传输成本，GPS设备通常间隔地记录车辆的位置信息，这导致了轨迹数据的稀疏性和不确定性，这些原因会导致降低应用的性能。考虑到车辆在路网中行驶，为了解决这些问题，把GPS轨迹数据映射到路网上，这个过程称为地图匹配。最近几年，车辆通常被当作交通探针来检测交通状况，在这种情况下，在线地图匹配是必要的。

地图匹配的工作一般有两个阶段，第一个阶段是在每个GPS轨迹点的候选边中找到真正的匹配边，第二个阶段是推断和找到车辆真正的行驶路径。早期的地图匹配工作通常只是为了找到GPS轨迹点的匹配边，但是该工作只能克服GPS设备的测量误差。对于每个候选边都有不同的概率成为每个给定GPS轨迹点的真正匹配边，以前的工作就曾利用方向信息信息来计算这个概率的大小，但是所用的方向信息是指前后两个GPS轨迹点的连线方向，这证明了方向信息可以帮助地图匹配，但因为在线匹配时下一个GPS轨迹点无法得知，所以该方向信息无法用在在线匹配中，因此本发明尝试运用用GPS设备收集到的车辆航向信息来那么完成在线地图匹配。

更近的地图匹配工作主要关注如何重构两个相邻GPS轨迹点之间车辆的行驶路径。详细来说，两个GPS轨迹点对应的匹配边是不连接的，甚至距离很远。这种工作主要是为了解决轨迹数据的稀疏性和不确定性。为准确地找到路径，如基于隐马尔科夫的地图匹配算法合理使用许多附加信息如路网的拓扑结构(边与边的链接关系)或者道路属性(车辆限速)来增加了匹配结果的准确性。为了推断出真正的行驶路径，需要找到任意一对相邻GPS轨迹点之间的车辆行驶路径，在这个寻找路径的过程中，Dijkstra和A*算法经常被使用。但是因为每一对相邻GPS轨迹点之间的路径都需要寻找到，所以寻找路径这一过程极其耗费时间，为此提出了借助车辆航向的一种启发式的路径搜索算法，可以极大的减少搜索时间。

发明内容

为了保证在线地图匹配的高匹配质量和低时间复杂度，本发明提供了一个充分借助车辆航向的三阶段在线地图匹配算法，对输入到算法里的GPS轨迹数据流进行在线地图匹配。对于轨迹数据流，首先将其切割成等长度的原始GPS轨迹片段，一个轨迹片段就是一个处理单元，对于每一个轨迹片段数据，运用提出的三阶段匹配算法进行匹配。

具体而言，本发明提供了一个充分借助车辆航向的三阶段在线地图匹配算法的具体方案为：

一个充分借助车辆航向的三阶段在线地图匹配算法，包括三个阶段。其中，第一个阶段为一个给定的GPS轨迹点，确定top-k个路网中的候选边；第二个阶段为寻找两个GPS轨迹点之间的潜在路径；第三个阶段为一系列GPS轨迹点挑选车辆真实的行驶路径。