基于动态GPS信息的诱导平台关键技术研究

论文摘要

随着经济的快速发展和汽车保有量的迅速增长,交通拥挤、拥堵等城市交通问题日益严重地困扰着世界各大中城市,造成巨大的经济损失和不良的社会影响。交通诱导系统作为智能交通系统的核心部分,在解决目前各国城市交通拥挤、拥堵等交通问题的过程中发挥着越来越重要的作用。国内外实践证明,城市交通诱导系统可以有效实现路网交通流的合理分配,从而有效缓解交通拥挤。我国大中城市普遍存在汽车保有量迅速增长、道路面积率严重不足、交通拥挤日益严重等问题,建立多元化、立体化的全方位城市交通诱导系统已经势在必行。GPS技术的快速发展为交通信息采集提供了新的方式,建立基于GPS信息的诱导信息平台成为缓解交通拥挤,实现动态交通信息诱导,提高道路通行能力的新方式。交通运输部也于2008年提出：鼓励各省市建立基于GPS信息的交通诱导平台,缓解城市交通拥堵,实现交通流的合理分配。本文依托国家高科技研究发展计划(863计划)项目“基于动态信息的智能导航软件与应用系统研发”和昆明市公安局交通警察支队项目“基于多源交通信息的昆明主城区交通诱导理论方法和实施技术研究”,针对城市中无法实现中心式动态诱导的困境,对基于实时GPS信息的诱导信息平台关键技术进行了研究,重点针对基于GPS数据保障技术、平台端海量GPS数据地图匹配算法研究、多模式动态交通诱导信息发布技术、交通诱导系统评价技术与方法进行了研究。全文共分为七章,第二章到第六章都本文的重点研究内容,具体对上述几项技术进行了深入研究。第一章是本文的绪论,主要介绍了本文的研究背景、目的及意义和国内外的研发现状。取得了以下具体研究成果：(1)GPS数据质量是保证地图匹配算法准确率和实时性的基础,而广州市过多的高楼、高架桥导致GPS数据频繁出现丢失和错误数据的现象。本文在对广州市城市路网进行分析的基础上,针对GPS数据收到高楼遮挡导致多径效应,使GPS数据的经纬度信息、速度、方向角等不符合车辆行驶规则,提出针对动态漂移数据的识别及修复算法,主要包括经纬度阈值识别、拓扑性判断、速度阈值识别法、时距阈值识别法。经过实际数据的操作和地图匹配算法验证,表明本文提出的动态漂移数据识别和修复方法,可以准确剔除GPS数据中的错误数据,有效的提高了GPS数据的质量和准确性,为下文提出的地图匹配提供了更好的数据保障和输入。(2)地图匹配算法是浮动车信息采集系统的关键技术。与传统的车载端地图匹配算法不同,中心平台端地图匹配算法存在GPS数据量大,周期长、路段间拓扑性较差的特点,应用于车载终端匹配算法中一般都较难应用与中心端地图匹配。本文为了保证GPS数据采样完整性和准确性,提出了一种可以进行延时匹配的地图匹配算法,该算法分为正常匹配模块和延时匹配模块。当待匹配道路匹配度满足直接匹配要求时进入正常匹配模块；当待匹配道路无法满足直接匹配要求时,进行延时匹配,在后续GPS点可以匹配确定真实行驶道路时,根据确定道路与未直接匹配GPS点的待匹配道路间的拓扑性进行判断,确定未匹配GPS点的车辆真实道路。通过广州实际跑车数据进行了算法验证,结果表明本文提出的延时匹配算法,可以准确实现车辆真实道路的确定,实现了中心端准确、快速地图匹配。(3)交通信息发布系统是交通诱导实现的核心组成部分。本文针对目前广州市交通信息发布方式较多、发布信息效率差距较大的现状,对多种交通信息发布方式进行了深入分析,建立了多模式交通诱导发布优选指标体系和模型,通过模糊综合评价法对广州市存在的七种交通信息发布方式的进行了优选。最终对优选后的交通信息发布方式进行了分析,确定了可变信息板和车载终端为广州市主要的交通信息发布方式,提高了诱导平台的效率,完善了诱导平台的功能。(4)对交通诱导系统评价方法进行了深入研究,确定了交通诱导系统评价的框架和意义。针对本文基于GPS信息的诱导平台评价,根据广州市道路网拓扑性,建立了仿真区域,确定了诱导系统评价的核心参数行程时间和车辆速度。通过软件仿真和数据对比分析,证明了本文提出的基础动态GPS信息的交通诱导平台具有较高的实用性,提高了车辆运行速度,实现了路网交通流的合理分配,减少了车辆出行延误时间,大大缓解了广州市主城区的交通拥挤。近几年,城市交通拥挤、拥堵愈发严重,严重的堵塞可能造成驾车人和乘客的烦躁不安和心理失衡,以至增加交通事故,而且车辆和路面的损耗也明显增大。如果能够将本文的研究内容应用于实际,建立基于动态GPS信息的的交通诱导信息平台,通过平台端对采集大量数据进行进行分析、挖掘的基础上,对城市路网运行状态进行准确判别,并实时向出行者下发诱导信息,改变出行者的出行方式,合理分配路网交通流,那将有效改变城市的交通现状,实现真正的动态交通诱导。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 依托课题
• 1.1.2 研究背景
• 1.2 诱导信息平台研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 问题提出
• 1.3.1 问题提出
• 1.3.2 研究意义
• 1.4. 研究内容
• 1.4.1 基础技术
• 1.4.2 研究内容
• 1.4.2.1 GPS数据质量保障技术
• 1.4.2.2 平台端海量数据地图匹配技术
• 1.4.2.3 多模式动态交通诱导信息联动发布技术
• 1.4.2.4 交通诱导系统动态评价技术与方法
• 1.4.3 章节安排
• 1.5 本章小结
• 第二章 GPS数据质量保障技术研究
• 2.1 GPS定位技术
• 2.1.1 GPS定位原理与精度
• 2.1.2 GPS定位误差来源
• 2.1.2.1 与卫星相关误差
• 2.1.2.2 信息传播相关的误差
• 2.2 GPS数据保障技术研究进展
• 2.3 GPS浮动车数据质量保障技术
• 2.3.1 GPS数据特点
• 2.3.2 GPS数据处理流程
• 2.3.3 丢失数据处理
• 2.3.4 错误数据处理
• 2.3.4.1 静态漂移数据处理
• 2.3.4.2 动态漂移数据处理
• 2.3.4.3 动态漂移数据修正
• 2.3.4.4 算法有效性分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 平台端海量数据地图匹配研究
• 3.1 地图匹配算法概念及原理
• 3.1.1 地图匹配算法介绍
• 3.1.2 导航用电子地图
• 3.1.2.1 道路节点特征
• 3.1.2.2 道路拓扑结构
• 3.2 国内外研究进展
• 3.2.1 国外研究现状
• 3.2.2 国内研究现状
• 3.2.3 问题分析
• 3.3 基于路网拓扑判断的延时匹配算法
• 3.3.1 待匹配道路的提取及识别
• 3.3.1.1 GPS异常状态下待匹配道路的提取
• 3.3.1.2 GPS正常状态下待匹配道路的提取
• 3.3.1.3 待匹配道路二次筛选法则
• 3.3.2 距离较近路段选择
• 3.3.2.1 双向路段判断
• 3.3.2.2 主辅路选择
• 3.3.3 算法设计及实现
• 3.3.3.1 正常匹配模块
• 3.3.3.2 延时匹配模块
• 3.3.3.3 匹配算法分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 多模式动态交通诱导信息发布技术研究
• 4.1 国内外研究进展
• 4.1.1 国外研究进展
• 4.1.2 国内研究进展
• 4.1.3 问题分析
• 4.2 交通信息发布方式
• 4.2.1 交通信息发布方式的分析
• 4.2.1.1 交通呼叫中心
• 4.2.1.2 短信服务平台
• 4.2.1.3 WEB门户
• 4.2.1.4 车载终端
• 4.2.1.5 可变信息板
• 4.2.1.6 电子站牌
• 4.2.1.7 交通广播
• 4.2.2 交通信息发布方式的对比分析
• 4.3 交通信息发布策略指标建立
• 4.3.1 交通信息发布方式优选模型指标体系的建立
• 4.3.1.1 指标体系确定的原则
• 4.3.1.2 评价指标体系的建立
• 4.4 多模式交通信息联动发布策略研究
• 4.4.1 广州市交通信息发布发展现状
• 4.4.2 广州市交通信息发布方式的选择
• 4.4.2.1 交通信息发布方式的基础
• 4.4.2.2 交通信息发布方式的初选
• 4.4.3 基于模糊评价的交通信息发布方式的优选
• 4.4.3.1 模糊综合评价方法
• 4.4.3.2 模糊评价数学模型介绍
• 4.4.3.3 模糊评价模型建立
• 4.4.3.4 结果分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 交通诱导系统评价方法与研究
• 5.1 交通诱导项目评价框架
• 5.1.1 评价主体
• 5.1.2 评价原则
• 5.1.3 评价类型
• 5.1.4 评价内容
• 5.1.5 评价意义
• 5.2 评价方法研究进展
• 5.2.1 专家评价法
• 5.2.2 经济分析模型
• 5.2.3 模糊综合评价
• 5.2.4 问题分析
• 5.3 交通诱导系统综合评价指标体系
• 5.3.1 指标建立的筛选方法
• 5.3.2 交通诱导系统指标体系建立
• 5.4 基于交通仿真技术的诱导系统评价
• 5.4.1 交通流诱导仿真实现方法设计
• 5.4.2 建立区域路网
• 5.4.3 系统模拟与评价
• 5.4.3.1 低诱导信息比例
• 5.4.3.2 高诱导信息比例
• 5.4.3.3 基于GPS信息的诱导平台评价
• 5.5 本章小结
• 第六章 诱导信息平台设计及实现
• 6.1 总体目标
• 6.2 平台设计原则
• 6.3 诱导信息平台功能实现
• 6.3.1 基于GPS信息的诱导平台硬件环境
• 6.3.2 基于GPS信息的诱导平台软件环境
• 6.3.3 基于GPS信息的诱导平台运行界面
• 6.4 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的学术论文和参与的科研项目情况
• 1.攻读博士学位期间发表的学术论文
• 2 攻读博士学位期间发表专利
• 3.攻读博士学位期间参与的科研项目
• 致谢