面向道路交通状态监测的GPS与GIS数据预处理关键技术研究

论文摘要

城市道路实时交通状态检测是实现交通管理及控制、诱导,进而改善道路交通条件的基础,对市民出行、公交调度、城市规划等也具有重要参考价值。随着安装车载GPS装置的车辆逐渐增多,GPS浮动车技术已成为一种新型的道路交通状态检测方法。GPS与GIS数据预处理是实现GPS浮动车技术的基础环节,可以为道路交通状态检测提供更可靠的数据源,并将直接影响道路交通状态检测的效率和准确率。因此,深入研究GPS与GIS数据预处理关键技术,对于基于GPS浮动车的道路交通状态检测具有重要意义。论文在深入分析MapInfo格式电子地图、GPS原始数据和现有地图匹配算法基础上,针对本课题研究背景和应用需求,提出了GPS与GIS数据预处理方案。重点研究了电子地图预处理、GPS异常数据处理及地图匹配算法。针对地图预处理阶段需要解决的核心问题,研究了地图处理关键技术:根据应用需求,设计了地图数据库,实现了空间数据与属性数据的关联;针对MapInfo格式电子地图不具备拓扑结构、路网不连通问题,提出了基于路网信息预处理的城市路网拓扑结构构建算法;研究了路段边线节点自动生成算法,满足新地图匹配算法和交通状态GIS动态显示对路段边线节点信息的需求。在GPS数据预处理方面,针对车载GPS装置采集的GPS原始数据存在多种测量误差,给出了相应的预处理方法,能够有效地修补缺失数据和修复错误数据,提高了原始数据的可靠性;此外,鉴于本课题中地图匹配的目的、对象规模、速度和匹配率要求都有别于车辆导航地图匹配,本文提出了一种新的基于地图预处理的地图匹配算法,与现有导航地图匹配算法不同,它是一种点到面（区域）的地图匹配算法;同时,针对需要对双向道两个方向的车辆进行分类的问题,提出了车辆行驶方向判断方法。最后,利用重庆市公交电子地图和公交车辆GPS实时定位数据,在VB6.0+MapX平台上对上述几项关键技术进行了实验。结果表明,基于路网信息预处理的城市路网拓扑结构构建算法的精度和效率较其它算法明显提高;路段边线节点自动生成算法简单有效;基于地图预处理的地图匹配算法和车辆行驶方向判断方法的效率高且精度满足路段平均速度估计的需求。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 城市交通的主要问题及解决途径
• 1.1.2 基于浮动车的道路交通状态检测的意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 浮动车技术的研究现状
• 1.2.2 数据预处理关键技术的研究现状
• 1.3 课题的提出、研究目的意义及论文的研究内容
• 1.3.1 课题的提出及研究目的和意义
• 1.3.2 研究内容
• 2 相关技术概述
• 2.1 引言
• 2.2 浮动车技术概述
• 2.3 GIS的概述
• 2.3.1 GIS的概念
• 2.3.2 GIS的主要功能
• 2.4 组件式GIS
• 2.4.1 组件式GIS的特点
• 2.4.2 GIS组件产品
• 2.5 Mapx组件技术
• 2.5.1 MapX的空间数据结构
• 2.5.2 MapX组件的模型结构
• 2.5.3 MapX的功能概述
• 2.6 GPS定位技术
• 2.6.1 GPS系统的组成
• 2.6.2 GPS的定位原理及精度
• 2.6.3 车辆GPS定位
• 2.7 数据库技术
• 2.8 本章小结
• 3 GPS与GIS数据预处理问题分析及方案设计
• 3.1 引言
• 3.2 数据预处理概述
• 3.3 地图预处理问题分析
• 3.3.1 电子地图概述
• 3.3.2 MapInfo电子地图数据存在的问题及预处理的必要性
• 3.4 GPS数据存在的问题及预处理的必要性
• 3.5 数据预处理方案设计
• 3.6 本章小结
• 4 地图数据库设计及地图预处理
• 4.1 引言
• 4.2 地图数据库设计
• 4.2.1 GIS的数据类型
• 4.2.2 MapInfo的数据结构
• 4.2.3 系统空间数据库组织
• 4.2.4 系统空间数据库的设计
• 4.2.5 系统属性数据库的设计
• 4.2.6 空间数据库与属性数据库关联
• 4.3 地图预处理流程
• 4.4 地图预处理关键技术
• 4.4.1 路网拓扑结构构建算法
• 4.4.2 路段边线节点自动生成算法
• 4.4.3 直线段方向角计算方法
• 4.5 本章小结
• 5 GPS数据预处理
• 5.1 引言
• 5.2 GPS数据预处理流程
• 5.3 GPS异常数据预处理方法
• 5.3.1 缺失数据的识别
• 5.3.2 错误数据的识别
• 5.3.3 数据的修复
• 5.4 地图匹配技术
• 5.4.1 地图匹配的基本描述
• 5.4.2 现有地图匹配算法分析
• 5.4.3 基于地图预处理的地图匹配算法
• 5.4.4 车辆行驶方向判断方法
• 5.5 本章小结
• 6 实验结果分析
• 6.1 引言
• 6.2 地图预处理结果分析
• 6.2.1 路网拓扑结构构建实验结果分析
• 6.2.2 路段边线节点自动生成实验结果
• 6.3 地图匹配结果分析
• 6.4 车辆行驶方向判断结果分析
• 6.5 本章小结
• 7 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录