顾及航向角变化的轨迹丢失点补全方法

移动载体及其用户的轨迹数据记录相关的行为特征和运动规律,具有重要的社会研究价值,也是轨迹数据挖掘、行为特征匹配等方面的研究重点。然而,在采用GPS获取轨迹数据的过程中会因为信号丢失或者干扰等影响造成轨迹数据的缺失。在路网未知的条件下,由于缺乏快速有效的轨迹修补算法,大多数缺失轨迹会被舍弃或者简单预估处理,严重影响轨迹信息提取的准确性和可用性。针对这一问题,根据轨迹丢失具体情况,确定轨迹丢失点和分类判断规则;以航向角动态变化作为标尺,提出一种丢失轨迹点插值拟合补全算法;最后,利用该算法对采集过程中几类缺失的轨迹数据分别进行实验分析。实验结果表明,在路网未知的条件下,该算法能够快速、准确地完成缺失轨迹点的补全工作,具有一定的实用价值。     

路网更新的轨迹-地图匹配方法

全面准确的路网信息作为智慧城市的重要基础之一,在城市规划、交通管理以及大众出行等方面具有重要意义和价值。然而,传统的基于测量的路网数据获取方式往往周期较长,不能及时反映最新的道路信息。近几年,随着定位技术在移动设备的广泛运用,国内外学者在研究路网信息获取时逐渐将视野转向移动对象的轨迹数据中所蕴含的道路信息。当前,基于移动位置信息的路网生成和更新方法多是直接面向全部轨迹数据施加道路提取算法,在处理大规模轨迹或者大范围道路时,计算量极大。为此,本文基于轨迹地图匹配技术,提出一种采用"检查→分析→提取→更新"过程的螺旋式路网数据更新策略。其主要思想是逐条输入轨迹,借助HMM地图匹配发现已有路网中的问题路段,进而从问题路段周边局部范围内的轨迹数据中提取并更新相关道路信息。该方法仅在局部范围内利用少量轨迹数据来修复路网,避免了对整个轨迹数据集进行计算,从而有效减少了计算量。基于OpenStreetMap的武汉市区路网数据以及武汉市出租车轨迹数据的试验表明,本文提出的路网更新方法不仅可行,而且灵活高效。     

基于GPS时空轨迹的路网拓扑自动变化检测

充分利用出租车GPS时空轨迹数据分布广和时效性强的特点,提出一种基于车载GPS轨迹数据的路网拓扑自动变化检测新方法。该方法首先利用向量相似性度量模型,度量GPS轨迹向量与路网局部拓扑向量之间的相似性,检测疑似道路拓扑变化点,然后通过比较疑似道路拓扑变化点与路网拓扑关系,完成新增、废弃、改建等道路变化,实现基于车载GPS轨迹的路网拓扑自动变化检测。实验结果表明,该方法不仅有效地检测出道路新增、道路废弃与道路改扩建等变化,而且能利用出租车实时和大范围分布特点来实现城市路网大范围实时变化检测。     

Estimating traffic speed and speeding using passively collected big mobility data and a distributed computing framework

With the increasing availability of location-aware devices, passively collected big GPS trajectory data offer new opportunities for analyzing human mobility. Processing big GPS trajectory data, especially extracting information from billions of trajectory points and assigning information to corresponding road segments in road networks, is a challenging but necessary task for researchers to take full advantage of big data. In this research, we propose an Apache Spark and Sedona-based computing framework that is capable of estimating traffic speeds for statewide road networks from GPS trajectory data. Taking advantage of spatial resilient distributed datasets supported by Sedona, the framework provides high computing efficiency while using affordable computing resources for map matching and waypoint gap filling. Using a mobility dataset of 126 million trajectory points collected in California, and a road network inclusive of all road types, we computed hourly speed estimates for approximately 600,000 segments across the state. Comparing speed estimates for freeway segments with speed limits, our speed estimates showed that speeding on freeways occurred mostly during the nighttime, while analysis of travel on residential roads showed that speeds were relatively stable over the 24-h period.     

User-centered road network traffic analysis with MobilityDB

Performance indicators of road networks are a long-lasting topic of research. Existing schemes assess network properties such as the average speed on road segments and the queuing time at intersections. The increasing availability of user trajectories, collected mainly using mobile phones with a variety of applications, creates opportunities for developing user-centered performance indicators. Performing such an analysis on big trajectory data sets remains a challenge for the existing data management systems, because they lack support for spatiotemporal trajectory data. This article presents an end-to-end solution, based on MobilityDB, a novel moving object database system that extends PostgreSQL with spatiotemporal data types and functions. A new class of indicators is proposed, focused on the users' experience. The indicators address the network design, the traffic flow, and the driving comfort of the motorists. Furthermore, these indicators are expressed as analytical MobilityDB queries over a big set of real vehicle trajectories.     

一种顾及道路复杂度的增量路网构建方法

针对传统路网采集和更新需要昂贵的实地测量以及大量的后续内业处理问题,提出了一种从大规模粗糙轨迹数据中自动生成路网的方法。该方法包含轨迹滤选和路网增量构建两步:第1步通过构建空间、时间、逻辑约束的规则模型,在消除数据中的噪音和冗余的同时,将原始轨迹进行合理分割,滤选形成规范轨迹集合;第2步基于信息熵计算轨迹点周围道路的复杂度,据此自动调节道路分割参数,不断将新产生的路段加入到路网,同时计算道路平均交通流量和速度等路况信息,遍历各规范轨迹的定位点重复以上处理过程,最终得到完整路网。通过昆明市200辆出租车采集的约6851万条轨迹数据进行路网构建试验,并与OpenStreetMap数据比较,证明了本文方法的有效性。与已有典型方法比较,本文方法能用更少节点提取更高质量的路网。     

基于介数中心性的交通拥堵指数计算

本文以北京城市交通为例,选取北京城市路网数据,计算城市路网介数中心性,以反映城市各道路路段的通达情况;并利用北京出租车GPS定点数据,计算实际的交通轨迹。传统的路网介数中心性主要依据各路段最短路径的比重评价理论上的道路通达性,而本文以网络介数中心性为基础,提出动态介数的方法,从城市各路段交通量比重的角度评价各道路实际拥堵情况。利用两个介数的对比能够全面客观地反映交通拥堵状况,提高交通拥堵指数的参考价值,并为城市建设规划决策及道路改建等方案提供依据,有利于缓解城市道路交通拥堵现状。     

A MATLAB-based Kriged Kalman Filter software for interpolating missing data in GNSS coordinate time series

GNSS coordinate time series data for permanent reference stations often suffer from random, or even continuous, missing data. Missing data interpolation is necessary due to the fact that some data processing methods require evenly spaced data. Traditional missing data interpolation methods usually use single point time series, without considering spatial correlations between points. We present a MATLAB software for dynamic spatiotemporal interpolation of GNSS missing data based on the Kriged Kalman Filter model. With the graphical user interface, users can load source GNSS data, set parameters, view the interpolated series and save the final results. The SCIGN GPS data indicate that the software is an effective tool for GNSS coordinate time series missing data interpolation.     

车载GPS道路信息采集和更新系统研究

介绍了车载道路信息采集和更新系统 (CRICUS)的设计和研究进展。该系统利用 3S集成技术采集道路信息并生成数字道路网数据库。初步实验表明 ,该系统的定位精度可达 1m。     

面向野外地质调查工作的道路提取方法研究

为弥补传统的依靠管理组织、法律、经济、教育等进行对野外地质工作安全管理工作的不足,通过百度SDK采集GPS步行轨迹数据,基于单向GPS轨迹数据的特点,进行轨迹的分割分段处理。最后利用BP神经网络算法拟合道路,通过反复实验确定BP网络的参数配置信息。并以中国地质大学西区为研究区域,提取路网信息,验证算法的有效性和实用性。为野外地质调查工作的信息化建设和救援指挥调度系统建设提供重要的技术支撑。     

Improving Spatial Accuracy of Roadway Networks and Geocoded Addresses

Exposure to traffic‐related pollutants is associated with both morbidity and mortality. Because vehicle‐exhaust are highly localized, within a few hundred meters of heavily traveled roadways, highly accurate spatial data are critical in studies concerned with exposure to vehicle emissions. We compared the positional accuracy of a widely used U.S. Geological Survey (USGS) roadway network containing traffic activity data versus a global positioning system (GPS)‐validated road network without traffic information; developed a geographical information system (GIS)‐based methodology for producing improved roadway data associated with traffic activities; evaluated errors from geocoding processes; and used the CALINE4 dispersion model to demonstrate potential exposure misclassifications due to inaccurate roadway data or incorrectly geocoded addresses. The GIS‐based algorithm we developed was effective in transferring vehicle activity information from the less accurate USGS roadway network to a GPS‐accurate road network, with a match rate exceeding 95%. Large discrepancies, up to hundreds of meters, were found between the two roadway networks, with the GPS‐validated network having higher spatial accuracy. In addition, identifying and correcting errors associated with geocoding resulted in improved address matching. We demonstrated that discrepancies in roadway geometry and geocoding errors, can lead to serious exposure misclassifications, up to an order of magnitude in assigned pollutant concentrations.     

面向城市道路的多传感器融合定位导航技术

方便地获取高精度、高可靠的轨迹数据是交通、旅游等行业智能化发展的关键。鉴于此，本文设计一款集GPS、SINS和OBD于一体的多源车载组合导航系统来收集轨迹数据，提出数据融合的方法来弥补因传感器噪声导致的位置累积误差，并在GPS失锁时有效预测轨迹位置信息。此方法通过梯度提升与决策树相结合建立INS误差补偿模型，并引用粒子群算法优化模型的回归参数，可有效避免误差积累；再利用联邦滤波器实现GPS、SINS和OBD数据融合，提高了轨迹信息的准确性。实际道路测试证明，基于此方法的组合导航系统，在多种路况下可收集连续精准的轨迹数据。     

顾及邻近关系的NPP/VIIRS序列影像时空插值方法

针对可见红外成像辐射仪(visible infrared imaging radiometer suite,VIIRS)月度夜光遥感影像的数据缺失问题,提出一种利用地物邻近关系相关性的像元时空插值方法,以时、空关系互相作为约束条件,将时序变化一致性较好的像元数据作为空间插值的参考,将空间关系一致性较好的月度数据作为时序插值的参考,通过构建不同的卷积核, 在时序和空间维度分别对初步插值结果进行卷积运算,求得待插值像元的时空插值。以2015年江苏省月度夜光遥感影像修复为例,对不同维度时空插值方法进行对比分析,结果表明, 空间维度插值虽然顾及到像元的空间关联性,仍无法满足数据大范围缺失的插值要求,插值结果整体偏低;时间维度插值考虑到像元的时间趋势性,插值精度较空间维度插值有一定提高,但部分月份插值结果有较大偏差;相对于三次Hermit插值,时空插值方法获得的月度影像灯光亮度总和的最大相对误差、年度影像灯光亮度总和相对误差以及逐像元差值均显著降低。总的来看,所提时空插值方法在插值过程中同时顾及到VIIRS数据的时间趋势平稳性和空间结构稳定性,影像插值精度提高明显,且对待插值月份前后时序数据没有严格要求,更具有广泛性。     

符合认知规律的时空轨迹融合与路网生成方法

以行驶在城市大街小巷的出租车GPS时空轨迹数据为研究对象,研究了符合"感知—认知—经验"认知规律3层次的轨迹融合与路网生成方法,提出了基于Delaunay三角网的时空轨迹融合模型,实现了从GPS时空轨迹中对符合认知规律需求的路网信息的获取,并以武汉市出租车GPS轨迹为试验,实现了对武汉市出租车时空轨迹的融合与武汉市路网数据的生成,证明了该方法的有效性。     

基于点序列和要素加权法的地图匹配算法

浮动车数据(Floating Car Data,FCD)已广泛应用于城市规划、智能交通系统中,其中地图匹配一直以来都是浮动车数据应用的技术难点。本文在已有地图匹配算法的基础上,提出了基于点序列和要素加权法的地图匹配模型,不仅考虑了当前GPS点的信息,同时也考虑了GPS数据的历史信息和道路网的拓扑结构,从空间关系上分析车辆行驶轨迹和道路的相似性。作者通过上海市出租车轨迹数据对算法进行验证,结果表明:该匹配模型解决了已有地图匹配算法的一些弊端,并且提高了地图匹配的精度,具有高效、实用的特点。     

出租车GPS轨迹集聚和精细化路网提取

针对利用GPS数据提取双向路网和交叉路口转向信息精度低的不足,本文提出一种顾及位置与行驶方向的轨迹集聚和精细化路网提取方法,实现了精细化路网提取。为提高交叉路口路网的提取精度,首先剔除原始轨迹中的离散和异常轨迹点,并按一定的步长对轨迹段进行加密;然后引入行驶方向角来表达车辆在轨迹点处的行驶方向,顾及位置和行驶方向获取每个轨迹点的相似轨迹点集合;接着依次计算每个轨迹点的偏移距离,通过对轨迹点的迭代偏移完成轨迹集聚;最后剔除未成功集聚的轨迹点,将完成集聚的轨迹点连成轨迹线并作缓冲区,运用栅格数据数字化方法提取得到能够反映道路精细转向关系的道路网。以福州市出租车GPS数据进行轨迹集聚和路网提取试验,结果表明:本文方法能有效地将GPS轨迹按车辆行驶方向分别进行集聚,提取的道路网为双向道路并且能反映交叉路口处道路的精细转向关系。     

面向交通信息与改道建议实时发布的数据收集建模研究——以上海市延安西路为例

随着经济的快速发展,城市居民出行量迅猛上升。车辆安装GPS导航系统日渐成为趋势,在交通运行方面显示出一定优势。该项目旨在通过感应系统收集交通拥堵状况信息进行量化分析,根据分析结果对车辆路线选择提出建议,以提高交通运行效率。本项目选择上海延安西路的一个区段为例,通过连续一周各个时段的GPS定点道路流量数据收集,获得实时交通信息样例。项目对数据进行时空聚类分析,判别主路和辅路中各个路口的交通拥堵时段,为可否换道省时的时空决策提供依据。案例表明,本研究采用的集成3S技术的时空数据分析和决策方法,可为上海交通状况优化和管理效率提高提供有价值的参考意见。     

利用浮动车GPS轨迹识别与提取城市道路交叉口

道路交叉口作为道路交汇的枢纽,是路网的重要组成部分,也是最重要的基础地理信息数据之一。浮动车GPS数据具有易获取、低成本和数据量大等优点,但工作同时伴随不少噪点。为了降低噪点对交叉口提取过程的影响,提高计算效率,本文运用KNN算法建立空间索引;计算向量夹角,判定道路出入口,粗筛取交叉口附近点;分别采用K-means算法、DBSCAN算法和层次算法进行聚类分析,进一步确定交叉口位置。最后以成都某区域浮动车GPS数据为例,提取道路交叉口并进行了对比分析,进一步表明本文方法可以服务于智能交通研究与应用。     

基于出租车GPS数据的城市居民出行时空分布研究

随着城市的快速发展,道路拥堵、打车难等问题越来越突出,严重影响了居民的出行效率和生活质量。出租车GPS数据,在一定程度上包含了部分居民出行行为的丰富信息。考虑到出租车载客事件发生于一维道路网络空间,本文提出对出租车上下客事件所在路段进行分析,得到不同时段居民出行的热门路段和区域,分析居民出行时空分布特征,有助于了解交通现状和居民出行需求,提高城市对居民出行活动的服务水平。     

利用轨迹大数据进行城市道路交叉口识别及结构提取

交叉口是城市交通路网生成、更新的重要组成部分。本文基于车辆时空轨迹大数据,提出了一种城市交叉口自动识别方法。该方法首先通过轨迹跟踪识别轨迹数据中包含的车辆转向点对;然后基于距离和角度的生长聚类方法进行转向点对的空间聚类,并采用基于局部点连通性的聚类方法识别交叉口;最后利用交叉口范围圆和转向点对提取城市各级别路网下的交叉口结构。以武汉市出租车轨迹大数据为例,对武汉市城区内189个交叉口进行了探测。试验结果表明,本文所提方法可以准确地从轨迹大数据中识别出城市交叉口及其结构。