[發明專利]一種基于稀疏探測數據的城市信號控制干道車輛軌跡重構方法

有效

• 申請號: 202010024550.2
• 申請日: 2020-01-10
• 公開（公告）號: CN111199646B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 陳鵬;魏磊;王云鵬
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G08G1/01
• 分類號: G08G1/01
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于稀疏探測數據的城市信號控制干道車輛軌跡重構方法。主要步驟包括：首先，結合干道旅行時間和交通波，估計車輛在交叉口附近由于信號控制造成的潛在停車位置；其次，計算粒子濾波初始粒子，包括不停車粒子和停車粒子，其中停車粒子又包括一次粒子和停車多次粒子；之后，計算適用于城市信號控制干道的粒子濾波測量準則，包括旅行時間調整準確性、時間調整可能性和干道速度限制；最后，對初始粒子進行重要性采樣，計算各粒子下一時刻出現的概率，即獲得粒子權重。迭代更新后，輸出權重最大的粒子，得到車輛運行重構軌跡。

技術領域

本申請涉及交通信息領域，具體而言，涉及一種基于稀疏探測數據的城市信號控制干道車輛軌跡重構方法。

背景技術

車輛軌跡能夠提供大量豐富交通時空信息，包括車輛位置、時間、點速度等，應用范圍非常廣泛，如交通狀態估計、車輛能耗估計、旅行時間估計、延誤估計、交叉口排隊長度估計、道路流量估計等。因此，完整的車輛軌跡數據為交通管理與控制提供高效服務。

目前，車輛軌跡數據的收集方式主要包括兩類：1)固定點檢測，如視頻采集、航拍等；2)移動檢測，如探測車、手機導航等。基于定點檢測器獲取的軌跡數據覆蓋范圍往往非常有限，且安裝維護成本高，基于移動檢測有效獲取大范圍的軌跡數據，但由于移動無線通信不能一直保持穩定可靠，同時考慮到通信成本，這種探測數據在時空上往往是稀疏的，并且可能包含大量數據錯誤。不完整的原始探測軌跡數據無法提供完整的交通時空信息。

盡管就定位技術而言，GPS設備采樣實現很高的更新頻率，但這將導致巨大的通信成本和潛在的隱私泄露問題。因此，實際中的探測車無法每秒更新一次軌跡數據。當前，作為中國最大的移動出行平臺——滴滴出行，其探測車輛的采樣更新間隔主要為3-6秒，對于存在信號控制的城市干道而言，由于難以獲取探測車在交叉口附近的確切停車等待時間，甚至無法判斷車輛是否在交叉口停車，這種采樣間隔不能滿足精細化的交通管理和控制要求。因此，對于城市干道而言，3到6秒的采樣頻率仍然被認為是一種低水平的采樣頻率。即使未來車輛完全實現網聯化、智能化，移動檢測的更新頻率達到很高水平，但由于隱私保護、攻擊漏洞等安全問題，探測數據仍然會存在缺失或錯誤的情況。因此，如何基于稀疏的探測數據重構車輛完整軌跡，是交通信息領域待解決的關鍵問題。

發明內容

1.發明目的

本發明針對目前車輛運行軌跡數據缺失無法準確反應交通流時空信息，制約著精細化交通管理與控制方案的制定，提出一種基于稀疏探測數據的城市信號控制干道車輛軌跡重構方法，實現完整車輛運行軌跡的獲取。

2.本發明所采用的技術方案

本發明提出的利用稀疏探測數據基于粒子濾波算法進行城市信號控制干道車輛軌跡重構通過以下步驟來實現：

(1)將研究路段劃分為若干個具有一定長度的道路單元，利用歷史數據，基于極大似然估計對道路單元旅行時間進行估計；

(2)根據步驟(1)中估計的干道旅行時間，結合交通波對車輛在交叉口附近由于信號控制造成的潛在停車位置進行估計，據此建立粒子濾波初始粒子，包括不停車粒子和停車粒子，其中停車粒子又包括一次粒子和停車多次粒子；

(3)根據道路結構和稀疏更新數據特點，建立適用于城市信號控制干道的粒子濾波測量準則，包括旅行時間調整準確性、時間調整可能性和干道速度限制；

(4)基于步驟(3)建立的測量準則，對構建的初始粒子進行重要性采樣，得到各粒子下一時刻出現的概率，即獲得粒子權重。迭代更新后，輸出權重最大的粒子，得到車輛運行重構軌跡。