[發明專利]基于時空軌跡大數據的城市交叉口車道級結構提取方法

有效

• 申請號: 201610329524.4
• 申請日: 2016-05-18
• 公開（公告）號: CN105788274B
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發明（設計）人: 唐爐亮;楊雪;牛樂;李清泉
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G08G1/01
• 分類號: G08G1/01
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙)42222
• 代理人: 趙麗影

技術領域

本發明涉及基于時空軌跡大數據的城市交叉口車道級結構提取方法，屬于地理信息系統與智能交通研究領域。

背景技術

城市道路網絡信息是智能交通相關應用的基礎。按照城市道路網絡信息的精細度，可以將城市道路網絡分為：道路中心線網絡、車行道級別網絡以及車道級別網絡，其中表達路段的弧段和表達路網拓撲點的節點是道路網絡構成的重要組成部分。目前，獲取城市道路網絡信息的數據源包括：高分辨率遙感影像、時空軌跡數據、激光點云數據等，而隨著GPS裝置的不斷普及，時空軌跡數據成為獲取城市道路信息的重要數據源。相較于高精度遙感影像及激光點云數據，記錄移動目標隨時間變化的空間位置及其他運動屬性的時空軌跡大數據(大數據是指無法在可承受的時間范圍內用常規軟件工具進行捕捉、管理和處理的數據集合)來源廣、成本低蘊含大量城市道路靜態、動態信息。近幾年，從時空軌跡數據中提取城市道路信息，包括靜態路網信息及動態交通流信息成為研究熱點。國內學者唐爐亮等人從2011年到2015年先后對城市車行道級別路網及車道級路網獲取進行了研究，并提出一種基于認知規律的城市車行道級別路網提取以及一種基于混合高斯混合模型方法的城市道路車道數量獲取。交叉口作為城市道路網絡拓撲點類型中的一種，是城市道路系統的重要組成部分，是城市道路上各類交通匯合、轉換、通過的地點，是管理、組織道路各類交通的控制點。國外學者FathiAlireza和JohnKrumm(2010)采用圖形描述器方法從專業采集車和輔助大眾運輸車輛采集的高精度時空軌跡數據中探測城市交叉口并確定交叉口位置。此后，Liu Jiang等人(2013)提出基于測量車獲取的高精度時空軌跡數據構建城市交叉口范圍內的道路拓撲圖。Wang等人(2014)提出一種基于高采樣率時空軌跡數據的城市交叉口位置識別方法流程。該流程首先利用核密度方法，去除時空軌跡數據中的漂移點；然后利用物理模型方法對時空軌跡進行融合，將沒有融合在一起的時空軌跡作為處于交叉口位置的疑似軌跡點；然后利用局部G統計，對疑似軌跡點進行密度評估，選擇符合評估閾值的軌跡點作為處于交叉口位置的軌跡數據，并進一步對這些軌跡數據進行聚類，且構建以這些交叉口點為連接點的城市道路網絡圖。然而，以上研究并未對交叉口局部范圍內的平面結構進行深入解析和識別，也沒有進一步探究車道級路網與交叉口平面結構的空間融合。

發明內容

本發明在以上研究的基礎上，提出了一種基于時空軌跡大數據的城市交叉口車道級結構提取(交叉口范圍確定，交叉口各轉向點提取，交叉口各轉向點與相鄰路段車道級路網空間融合)的新方法。

本發明提供一種基于時空軌跡大數據的城市交叉口車道級結構提取方法，包括以下步驟，

步驟1、根據已有道路中心級別路網圖，得到城市交叉口空間位置點，以各交叉口空間位置點為中心點，設置圓形緩沖區；

步驟2、利用軌跡跟蹤方法，計算位于圓形緩沖區內各軌跡的航向角變化，提取出航向角度變化值的絕對值大于45度的軌跡點，標記為轉向變化點；

步驟3、采用密度聚類方法對轉向變化點進行聚類提取各類別中心點，計算中心點間的空間距離選取最大值作為交叉口范圍圓的直徑；

步驟4、再一次利用軌跡跟蹤方法，計算軌跡穿過交叉口范圍圓后留下入口交點與出口交點的航向角變化，并按照兩個交點將軌跡分為位于交叉口范圍內的軌跡與位于交叉口相鄰路段的軌跡；

步驟5、根據航向角變化值與轉向屬性之間的關系，對各條軌跡的入口交點和出口交點的轉向屬性進行標示，并分別計算屬于同一個轉向屬性的出口點集與入口點集的中心點，提取交叉口出入口點平面圖；

步驟6、對交叉口相鄰路段的車道中心線進行提取，采用基于幾何匹配和語義匹配方法將交叉口平面結構與其響鈴路段的車道級結構進行空間匹配，完成交叉口車道級結構的提取。

所述步驟1，根據已有道路中心線級別的道路地圖中已知交叉口空間位置點(道路中心線級別的道路地圖是由拓撲點和線條表示，其中拓撲點表示為道路交叉口空間位置點，而連接兩個拓撲點之間的線條即為道路路段)，以其作為中心點設置圓形緩沖區，圓形緩沖區的半徑推薦設置為50米(可按照所在城市地區具體的交叉口設計面積自行設定緩沖區閾值)；

所述步驟2，根據步驟1獲取的每一個交叉口的圓形緩沖區，采用軌跡跟蹤方法，跟蹤經過每一個圓形緩沖區的所有時空軌跡數據，并計算每一條軌跡在該圓形范圍內航向角的變化情況，如果經過圓形緩沖區內軌跡的前一個軌跡點的航向角與后一個航向角的角度差值的絕對值超過45°，那么就將這兩個軌跡點標記為轉向變化點對；