[發明專利]一種基于滑動平均算法的車輛軌跡優化方法

在審

• 申請號: 202011207444.4
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112382121A
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 王星東;劉碩;王玉華;楊淑繪;楊震
• 申請（專利權）人: 河南工業大學
• 主分類號: G08G1/123
• 分類號: G08G1/123;G08G1/01;G01C21/34
• 代理公司: 鄭州銀河專利代理有限公司 41158
• 代理人: 陳玄

本發明公開了一種基于滑動平均算法的車輛軌跡優化方法，提出一種解決方案：首先將接收到的GPS數據用滑動平均算法進行處理，對定位異常的噪點進行過濾；然后用道格拉斯?普克算法對去噪之后的數據進行抽稀，在保證軌跡曲線大體不變的情況下將多余的數據剔除，不僅可以讓軌跡曲線更平滑，而且可以節省存儲空間。車輛在行駛過程中，由于多路徑效應和其他復雜環境的影響，接收到的GPS數據都會含有噪點，導致形成的軌跡不能表達車輛的原始行駛路線。本發明在保證軌跡曲線大體不變的情況下將多余的數據剔除，不僅可以讓軌跡曲線更平滑，而且可以節省存儲空間。實驗結果表明：該方法有效的去除了噪點和冗余節點，節約了存儲空間，軌跡優化效果明顯。

技術領域

本發明涉及導航定位技術領域，具體設計一種基于滑動平均算法的車輛軌跡優化方法。

背景技術

隨著社會經濟的發展和LBS(Location Based Services)服務的廣泛應用，GPS(Global Positioning System)技術在車輛定位監測的應用已經十分成熟。而基于GPS定位的車輛軌跡顯示是地圖導航定位和交通管理決策的一項重要功能。其原理是利用GPS技術周期性的獲取車輛定位信息，并通過無線網絡技術將定位信息發送到遠程服務器，服務器后臺根據客戶端的請求將存放的定位信息進行提取處理，并在電子地圖中顯示車輛的行駛軌跡。當我們處理GPS設備傳過來的數據時，會產生由于設備定位異常所導致的噪點；如果噪點過多，軌跡線就會呈現出非?；靵y的折線；同時我們沒有必要將所有獲取的定位信息都用來繪制軌跡，在保證曲線形狀大體不變的情況下將多余的節點剔除。因此，如何保證軌跡曲線平滑的同時又能節省存儲空間，成為車輛軌跡優化的關鍵。

對于此問題，國內外學者對其進行了深入的研究，提出了許多解決方案。Banerjee等人提出了一種基于分段圓弧擬合的平滑算法來對軌跡進行去噪，使用動態程序來尋找給定軌跡的最佳弧擬合。 Benjamin等人提出了一種軌跡優化算法，該方法在考慮各種時變系統約束的情況下以漸進的視界方式生成路徑跟蹤軌跡。樊慶富等人提出基于偏移量計算的在線GPS軌跡數據壓縮算法，較好的保留了軌跡信息。張倩等人提出一種基于GPS和地圖匹配的車輛配送路徑軌跡弧長偏差可視化校正方法，進行路徑偏差校正。

通常來說，設備所收集的GPS定位數據都是含有噪點的，車輛在彎道行駛過程中，由于速度過快，導致兩點定位距離較遠，用 Cesium的Entity.polyline()函數繪制的軌跡，比較僵硬，不能真實的反應車輛的運動軌跡；通常這些噪點是由于設備異常產生的，在硬件層面提升定位精度的成本太大，因此一般都是通過程序來過濾這些噪點。常用的去噪算法有：非局部均值去噪法、中值濾波法和滑動平均法。非局部均值去噪法需要采集的信息較多，實現過程較為復雜，不利于具體實施。中值濾波算法是把數字圖像或數字序列中某一點的值用該點的一個鄰域中各點值的中值代替，讓周圍的像素值更接近真實值，從而消除孤立的噪聲點。但該算法過于依賴歷史軌跡數據樣本。

現有的車輛軌跡優化主要是將絕大部分運算都集中在車載智能終端上，對終端的性能提出了較高的要求。此外，利用專用短程無線通信頻繁地傳輸地圖和信號燈數據，也會占用原本就稀缺的信道資源，對存儲空間占用量也大。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種基于滑動平均算法的車輛軌跡優化方法，以解決現有技術中車輛拐彎時的軌跡精度較低、存儲空間占用量大、車輛行駛軌跡匹配路網的準確度低的技術問題。

針對以上軌跡優化中存在的問題，提出一種解決方案如下：首先用滑動平均算法對獲取的GPS定位數據進行去噪處理，消除異常軌跡點；然后再引入道格拉斯-普克算法對去噪之后的節點進行抽稀，進一步壓縮軌跡節點，節省存儲空間；最后將軌跡數據借助Cesium 提供的Entity.polyline進行繪制展示，對比前后的軌跡曲線和軌跡點數量，結果表明，優化后的軌跡平滑效果顯著，節省了內存空間。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：