基于车路协同的高速公路车辆行驶路径匹配方法及系统与流程

1.本发明属于车辆与路径匹配相关技术领域，尤其涉及基于车路协同的高速公路车辆行驶路径匹配方法及系统。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.高速公路路面设计及养护工作作为高速公路规划设计中的重要环节，如何在设计过程中提升生产要素使用效率，实现科学性决策及精细化管理具有重要意义。交通荷载分析是路面设计工作中的主要影响因素之一，交通荷载参数的精确性将直接影响路面设计及管理养护工作的质量。车路协同智慧高速公路中的联网收费系统可以对收费数据进行实时上传，这些数据蕴含着大量有价值的信息，包括车辆出入口收费站、车辆出入口时间、车道类型、车辆类型、车牌号等相关信息。
4.在进行货车出行规律及道路运行状况分析和高速公路轴载谱分析时，需要获取车辆的行驶轨迹信息。基于车路协同智慧高速公路联网收费数据进行车辆行驶轨迹重构时，由于部分高速公路门架存在漏拍等问题，生成的车辆路径存在部分缺失，为了更准确地反映货车在高速公路网上的行驶路径，和更准确地获得高速公路网上各路段的货运承载量，需要对货车车辆行驶路径进行匹配。


技术实现要素：

5.为克服上述现有技术的不足，本发明提供了基于车路协同的高速公路车辆行驶路径匹配方法及系统，通过建立车辆缺失路径的高速公路拓扑结构，根据路径最近原则得到车辆的缺失路径。
6.为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：基于车路协同的高速公路车辆行驶路径匹配方法，包括：
7.获取车辆经过收费站已知的轨迹记录以及车辆收费站缺失路径；
8.根据车辆已知的所经过的收费站的轨迹记录以及高速公路上收费站情况，根据相邻收费站原则建立高速路网拓扑结构；
9.基于车辆收费站缺失路径以及所建立的高速路网拓扑结构，根据最短路径原则，得到车辆收费站缺失路径中所经过的收费站，进而得到车辆的完整路径。
10.第二个方面，本发明的一个或多个实施例提供了基于车路协同的高速公路车辆行驶路径匹配系统，包括：
11.获取模块：获取车辆经过收费站已知的轨迹记录以及车辆收费站缺失路径；
12.高速路拓扑结构建立模块：根据车辆已知的所经过的收费站的轨迹记录以及高速公路上收费站情况，根据相邻收费站原则建立高速路网拓扑结构；
13.路径匹配模块：基于车辆收费站缺失路径以及所建立的高速路网拓扑结构，根据
最短路径原则，得到车辆收费站缺失路径中所经过的收费站，进而得到车辆的完整路径。
14.第三方面，本发明实施例提供一种计算机设备，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当计算机设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述机器可读指令被所述处理器执行时执行如上述基于车路协同的高速公路车辆行驶路径匹配方法的步骤。
15.第四方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行如上述基于车路协同的高速公路车辆行驶路径匹配方法的步骤。
16.以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
17.在本发明中，基于高速公路联网收费数据建立高速路网拓扑结构，通过最短路径法补全缺失路径，最终实现基于高速公路联网收费数据的货车车辆行驶路径匹配。
18.本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
19.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
20.图1为本发明实施例一中的基于车路协同的高速公路车辆行驶路径匹配方法流程示意图；
21.图2为本发明实施例一中相邻收费站连接示意图；
22.图3为本发明实施例一中收费站以及路段编号示意图。
具体实施方式
23.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
24.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
25.在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
26.实施例一
27.如图1所示，本实施例公开了基于车路协同的高速公路车辆行驶路径匹配方法，包括：
28.步骤1：获取车辆经过收费站已知的轨迹记录以及车辆收费站缺失路径；
29.步骤:2：根据车辆已知的所经过的收费站的轨迹记录以及高速公路上收费站情况，根据相邻收费站原则建立高速路网拓扑结构；
30.步骤3：基于车辆收费站缺失路径以及所建立的高速路网拓扑结构，根据最短路径原则，得到车辆收费站缺失路径中所经过的收费站，进而得到车辆的完整路径。
31.在本实施例步骤1中，获取车辆出入口收费站、车辆出入口时间、车道类型、车辆类型、车牌号等车路协同智慧高速公路联网收费数据。
32.利用字符串的查询功能可以查询存在收费站缺失的路径记录。如收费数据中的路径为a|b|c～m|n|o，其中a、b、c、m、n、o均为收费站名称，收费站间用“|”隔开，收费站中间有缺失的情况由“～”连接。
33.需要说明的是，收费数据中车辆轨迹缺失路径会以“～”标出，只需查询轨迹中是否有“～”字符即可。
34.例如如表1所示，为某高速公路所获取的一些车辆的轨迹情况。
35.表1：
36.入口入口时间出口出口时间车牌号车辆类型轨迹xxxxxxxxxxxx鲁******货1a|b|c～m|n|oxxxxxxxxxxxx鲁******货2c|i|mxxxxxxxxxxxx鲁******货6a|b～g|hxxxxxxxxxxxx鲁******货6f|c|d|exxxxxxxxxxxx鲁******货6g|h|nxxxxxxxxxxxx鲁******货6a|b～d|e
37.如图2所示，在本实施例步骤2中，首先根据已有路径建立高速路网拓扑结构，构建拓扑结构时，设定相邻收费站的定义如下：若从收费站a到收费站b可由高速公路不经过任何其他收费站连接，则称收费站a与收费站b相邻。读取路径文件，如“a|b～d|e”。
38.然后提取相邻收费站路径对，即路径中不存在缺失收费站的、以“|”连接的收费站对，如“a|b”、“d|e”，加入到相邻收费站路径对集合，并在相邻收费站路径对集合中去除重复数据。
39.遍历相邻收费站路径集，针对车辆经过的已有收费站和高速公路上的实际的收费站情况建立车辆已知经过的每一个收费站建立其与相邻收费站的集合，如从“a|b”、“a|f”提取到与收费站a的相邻收费站有{b，f}。
40.根据所建立的相邻收费站集合构建相邻矩阵x，其中若收费站i、j相邻，则x
ij
＝1，反之，若收费站i、j不相邻，则x
ij
＝0。
41.如表2所示，为所建立一个相邻矩阵x的例子：
42.表2：
[0043] abcdefghimnoa010000000000b101000000000c010101001000d001010000000e000100000000f001000100000g000001010000h000000100010i001000000100m000000001010n000000010101
o000000000010
[0044]
在本实施例步骤3中，根据上述所建立的相邻矩阵x，采用f l oyd最短路算法，计算收费站之间的最短路径，具体为：
[0045]
即从n
×
n邻接矩阵开始，其中n为收费站总数，迭代n次进行更新。从任意一条单边路径开始，两收费站点之间的距离是边的权，如果两点之间没有边相连，则权为无穷大。对于每一对顶点即收费站u和v，看看是否存在一个顶点w使得从u到w再到v比已知的路径更短。如果是则进行更新。
[0046]
对如表1的路径文件进行遍历，查询f l oyd算法生成的path矩阵进行修复。例如，路径文件为“a|b～d|e”，检查到出现待修复路段“b～d”，查询path矩阵中path[b][d]的值，path[b][d]值为c，则将“b～d”修补为“b|c～d”，继续查询path[c][d]，若path[c][d]值为d，说明c、d直接相连，将“b|c～d”修补为“b|c|d”。从而得到完整的路径文件，如表3所示。
[0047]
表3：
[0048][0049][0050]
如图3所示，在本实施例中，在如图3所示的实际路网文件中，由于此路网文件中考虑在建高速，将收费站a-b之间道路分成了两段l1和l2，但a-b之间并无其他收费站，因此a、b仍是相邻收费站。在此实际路网文件中对各路段分别进行标号。
[0051]
上面通过f l oyd算法得到的最短路径仅仅能够帮助补全缺失路径，即b～d补全为b|c|d，可以得到车辆是通过b到c再走到d的，但是在路网文件中并不能直接知道从b到c是走的编号为几的路段，因此在此处需要找到所有相邻收费站之间最短路径具体的路段编号，如图4所示，b到c需要走路段编号为l3的路段，此处需要使用迪杰斯特拉算法在实际路网文件中寻找相邻收费站之间的最短路径，得到最短路径的路段编号。上面采用f l oyd算法是对构建的路网拓扑结构进行的，此时a-b之间抽象为一个路段，而实际路网文件中a-b之间因为各种路网建立的原因，可能包含多条路段，尽管之间没有任何其他收费站，比如中间有立交桥，另行收费的桥隧等，在建立路网时都不会为一整条路段。另外f l oyd算法计算会计算所有收费站之间的最短路径，而此时只需要得到相邻收费站之间的最短路径，选择迪杰斯特拉算法效率更高。在上述实际路网文件中采用迪杰斯特拉算法，对每一个收费站寻找与其相邻的收费站的最短路径，此处要得到相邻收费站之间经过的路段的具体编号，并将最短路径的路段编号记录在收费站间路径字典矩阵中。如：首先构建收费站间路径字典矩阵i，在邻接矩阵x中x(a，b)＝1，则寻找a与b之间的最短路径。若a与b间的最短路径包含路段l1、l2，则记录i(a，b)＝[l1、l2]。
[0052]
路径字典矩阵如表4所示：
[0053]
[0054]
在本实施例中，对路径进行匹配，如对路径“a|b|c|f|g|h”，分别查询i(a，b)，i(b，c)，i(c，f)，i(f，g)，i(g，h)，上述查询结果的并集即为组成该路径的全部路段编号的集合({l1，l2，l3，l4，l5，l
13
})。然后利用使用gis平台将对应编号的路段显示出来，得到车辆完整的路径。
[0055]
实施例二
[0056]
本实施例公开基于车路协同的高速公路车辆行驶路径匹配系统，包括：
[0057]
获取模块：获取车辆经过收费站已知的轨迹记录以及车辆收费站缺失路径；
[0058]
高速路拓扑结构建立模块：根据车辆已知的所经过的收费站的轨迹记录以及高速公路上收费站情况，根据相邻收费站原则建立高速路网拓扑结构；
[0059]
路径匹配模块：基于车辆收费站缺失路径以及所建立的高速路网拓扑结构，根据最短路径原则，得到车辆收费站缺失路径中所经过的收费站，进而得到车辆的完整路径。
[0060]
在高速路拓扑结构建立模块中，所述相邻收费站原则为：若收费站a到收费站b之间不经过任何其他收费站，则称收费站a与收费站b相邻。
[0061]
在路径匹配模块中，对收费站进行编码以及对相邻收费站之间的路段进行编号，采用迪杰斯特拉算法，对每一个收费站寻找与其相邻的收费站的最短路径，将最短路径的路段编号记录在收费站间路径字典矩阵中，将车辆经过的已知收费站与收费站间路径字典矩阵相匹配，得到车辆路径完整的路段编号。
[0062]
实施例三
[0063]
本实施例的目的是提供一种计算装置,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述方法的步骤。
[0064]
实施例四
[0065]
本实施例的目的是提供一种计算机可读存储介质。
[0066]
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时执行上述方法的步骤。
[0067]
以上实施例二、三和四的装置中涉及的各步骤与方法实施例一相对应，具体实施方式可参见实施例一的相关说明部分。术语“计算机可读存储介质”应该理解为包括一个或多个指令集的单个介质或多个介质；还应当被理解为包括任何介质，所述任何介质能够存储、编码或承载用于由处理器执行的指令集并使处理器执行本发明中的任一方法。
[0068]
本领域技术人员应该明白，上述本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算机装置来实现，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。
[0069]
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

技术特征：
1.基于车路协同的高速公路车辆行驶路径匹配方法，其特征在于，包括：获取车辆经过收费站已知的轨迹记录以及车辆收费站缺失路径；根据车辆已知的所经过的收费站的轨迹记录以及高速公路上收费站情况，根据相邻收费站原则建立高速路网拓扑结构；基于车辆收费站缺失路径以及所建立的高速路网拓扑结构，根据最短路径原则，得到车辆收费站缺失路径中所经过的收费站，进而得到车辆的完整路径。2.如权利要求1所述的基于车路协同的高速公路车辆行驶路径匹配方法，其特征在于，所述相邻收费站原则为：若收费站a到收费站b之间不经过任何其他收费站，则称收费站a与收费站b相邻。3.如权利要求1所述的基于车路协同的高速公路车辆行驶路径匹配方法，其特征在于，根据车辆已知的经过的每一个收费站，以及根据高速公路上的收费站情况，根据相邻收费站原则建立相邻收费站路径集。4.如权利要求1所述的基于车路协同的高速公路车辆行驶路径匹配方法，其特征在于，采用floyd最短路算法，计算收费站之间的最短路径，具体的：对于每一对顶点即收费站u和收费站v，通过比较是否存在一个顶点即收费站使得从收费站u到收费站w再到收费站v比已知的路径更短，若存在则更新。5.如权利要求1所述的基于车路协同的高速公路车辆行驶路径匹配方法，其特征在于，对收费站进行编码以及对相邻收费站之间的路段进行编号，采用迪杰斯特拉算法，对每一个收费站寻找与其相邻的收费站的最短路径，将最短路径的路段编号记录在收费站间路径字典矩阵中，将车辆经过的已知收费站与收费站间路径字典矩阵相匹配，得到车辆路径完整的路段编号。6.基于车路协同的高速公路车辆行驶路径匹配系统，其特征在于，包括：获取模块：获取车辆经过收费站已知的轨迹记录以及车辆收费站缺失路径；高速路拓扑结构建立模块：根据车辆已知的所经过的收费站的轨迹记录以及高速公路上收费站情况，根据相邻收费站原则建立高速路网拓扑结构；路径匹配模块：基于车辆收费站缺失路径以及所建立的高速路网拓扑结构，根据最短路径原则，得到车辆收费站缺失路径中所经过的收费站，进而得到车辆的完整路径。7.如权利要求6所述的基于车路协同的高速公路车辆行驶路径匹配系统，其特征在于，在高速路拓扑结构建立模块中，所述相邻收费站原则为：若收费站a到收费站b之间不经过任何其他收费站，则称收费站a与收费站b相邻。8.如权利要求6所述的基于车路协同的高速公路车辆行驶路径匹配系统，其特征在于，在路径匹配模块中，对收费站进行编码以及对相邻收费站之间的路段进行编号，采用迪杰斯特拉算法，对每一个收费站寻找与其相邻的收费站的最短路径，将最短路径的路段编号记录在收费站间路径字典矩阵中，将车辆经过的已知收费站与收费站间路径字典矩阵相匹配，得到车辆路径完整的路段编号。9.一种计算机设备，其特征在于，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当计算机设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述机器可读指令被所述处理器执行时执行如权利要求1至5任一项所述的基于车路协同的高速公路车辆行驶路径匹配方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行如权利要求1至5任一项所述的基于车路协同的高速公路车辆行驶路径匹配方法的步骤。

技术总结
本发明提出了基于车路协同的高速公路车辆行驶路径匹配方法，包括：获取车辆经过收费站已知的轨迹记录以及车辆收费站缺失路径；根据车辆已知的所经过的收费站的轨迹记录以及高速公路上收费站情况，根据相邻收费站原则建立高速路网拓扑结构；基于车辆收费站缺失路径以及所建立的高速路网拓扑结构，根据最短路径原则，得到车辆收费站缺失路径中所经过的收费站，进而得到车辆的完整路径。进而得到车辆的完整路径。进而得到车辆的完整路径。


技术研发人员：邵晓明 王磊 赵珊珊 刘传起 庞化军 李万衡
受保护的技术使用者：山东省交通规划设计院集团有限公司
技术研发日：2022.12.30
技术公布日：2023/5/16