[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

摘要

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。

主权项

1.基于GPS/北斗定位和云计算平台的不停车收费方法，其特征在于：系统包括集成移动互联网、GPS/北斗定位、GIS和云平台的ETC；具体步骤如下所示：(1)搜索备选路径集根据连续的车辆GPS采集点描绘出车辆行驶轨迹，以GPS_i为圆心，搜索其预设半径内的所有可能的行驶道路，组成备选路径集RC_i；(2)筛选备选路径集以实际行车限制与路网几何连通性为基础，计算RC_i与各阶段总体路径P_i的后续可行路段集PN_i的交集R_insect(i)；并由R_insect(i)更新并重组备选总体路径集P_i+1；(3)选取最终匹配路径依次遍历所有轨迹点，利用相对编辑代价的思想分别计算P中路径与GPS轨迹路径的相似度r，r值最大者则视为与实际道路轨迹最为接近，并将其作为最终匹配路径；具体如下：通过计算轨迹Q前后轨迹点的坐标偏移量，将轨迹P进行相应的轨迹位移，以实现轨迹线段的坐标统一；而欧氏距离的计算方法是将移动对象的轨迹用相同维度的坐标向量表示，再计算每一个时刻上对应两个轨迹点之间的欧氏距离，然后对每一个时刻上对应两个轨迹点之间的欧氏距离进行综合，得到轨迹间欧氏距离；对于轨迹精简处理的车辆轨迹，首先将其各关键点坐标序列化，构成序列P；将行驶线路的轨迹坐标序列化，构成序列Q；p_i为P的第i个元素，q_i为序列Q的第i个元素，q_i’为序列Q中转换到P坐标系下的第i个元素；在计算序列P转换为序列Q的相对欧氏距离过程中，均以序列Q为基准，使P向Q操作变换；详细计算步骤如下：(1)计算转换偏移量欲要计算B到E的相对编辑代价，就需要将E点代入到轨迹P的坐标系内；首先需要分别计算起始点D到E的X、Y坐标偏移量，其中O为原点坐标系，如式(1‑4)、(1‑5)所示：(2)坐标替换将A根据第一步计算的偏移量移至E’，作为轨迹Q在轨迹P坐标系下的位置，E’坐标计算方法见式(1‑6)、(1‑7)：substitute(p_i,x,q_i,x)＝p_i‑1,x+der(q_i,x)      (1‑6)substitute(p_i,y,q_i,y)＝p_i‑1,y+der(q_i,y)(1‑7)(3)计算欧氏距离此时轨迹Q中的E点已转化为轨迹P的坐标系，B到E’的几何距离看做将B编辑至E’的相对编辑代价，见式(1‑8)：其中，|p_i‑q_i'|为两坐标点之间的欧氏距离；而两条轨迹之间的编辑代价则为各点编辑代价之和，见式(1‑9)：将车辆行驶轨迹A，和最终备选路径集NR(p_n)中路径B所对应的轨迹点坐标代入公式(1‑9)并获得各路径轨迹的相似度值Similartiy(A,B)_i，最后选择其中值最大者作为最终匹配路径；(4)设计了基于GIS的车载定位业务流程：面向车载定位终端的GPS数据采集和存储过程车载定位终端伺服模块完成，它作为GPS数据传输的中转站，将GPS数据分别转发给GPS数据模块和GIS伺服模块；首先云服务器系统会根据用户需求通过伺服模块向车载定位终端发送控制消息；当车载定位终端收到控制消息后进行相应控制操作；其次，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；在此传送过程中，服务器一直处于监听状态，等待车载定位终端的数据消息；当接收到数据消息后，云服务器会同时将GPS消息发送给GPS数据模块和GIS伺服模块；面向GIS的匹配过程将实时GPS数据序列化，并提供给GIS加载和仿真；GIS伺服模块等待车载定位终端伺服模块传输的经过解析的GPS数据；服务器根据车辆坐标在路网数据库中查找车辆周围路网数据，将其连同车辆行驶轨迹GPS数据序列化，随后载入GIS中，并且经过基于GPS轨迹的路径匹配算法的筛选和编辑代价计算，得到路径匹配结果；最后GIS伺服模块还需要将匹配结果递交至清算模块，供其进行最后的计费结算工作；(5)清算模块流程：首先由清算模块读取匹配结果，并根据路段ID查询路网数据表中的“是否收费”属性，若为收费道路，说明车辆还未驶离收费路段，继续接收后续匹配结果；如果为非收费路段，清算模块需要根据车辆ID查询车辆缴扣记录表，这时车辆可能处于两种情况之中：若最后一次记录中没有记载车辆驶入记录，则代表车辆还未进入该收费道路，此时应将车辆ID、路段ID和驶入时间记录；若最后一次记录中已记载该车驶入记录，则代表车辆已经经过收费道路并且驶离，这时清算模块应将车辆驶离时间信息记录在案，并根据车辆类型和相对应的路段收费标准对驾驶员个人账户进行相应的计费缴扣工作；以此来实现系统对于行驶车辆的结算业务。