[发明专利]基于GPS时空轨迹的路网拓扑变化自动检测方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于GPS时空轨迹的路网拓扑变化自动检测方法及系统，属于地理信息系统与智能交通研究领域。

背景技术

传统道路变化检测方法，根据所使用数据源的不同，主要分为三种：影像与影像比较的变化检测、影像与矢量比较的变化检测、矢量与矢量比较的变化检测三种，这三种方法都是通过前后两期地图数据对比检测到路网数据的变化，往往具有数据获取周期长、成本高，检测算法复杂、计算难度大、检测时间长、检测效果差等缺点。

城市道路变化主要有城市道路的新建、改建、废弃等类型，道路新建就是增加道路，增加路网拓扑关系；道路废弃就是删除道路，减少路网拓扑关系；而道路改建是道路的拓宽或变窄，如果没有改变道路的拓扑关系，对于现有非车道级的道路变化检测来说，不需要进行道路数据更新。因此，道路变化检测的本质是路网拓扑变化检测，通过检测路网的拓扑变化实现路网变化检测。

安装GPS的出租车每天行驶在城市大街小巷，GPS时空轨迹遍布城市任何道路和路段，是一种采集成本低、时效性强且蕴含丰富道路信息的数据源。目前国内一些学者提出利用出租车GPS时空轨迹进行道路变化检测，但由于城市GPS数据精度低、城市路网结构复杂，严重地影响了匹配效果和变化检测结果，最终的变化检测结果不理想。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种成本低廉、高效、检测精度高的基于GPS时空轨迹的路网拓扑变化自动检测方法及系统。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一、基于GPS时空轨迹的路网拓扑变化自动检测方法，包括步骤：

步骤1，基于GPS时空轨迹构建局部时空轨迹向量：

以当前轨迹点的上一时刻轨迹点为起点、当前轨迹点为终点，构建向量

以当前轨迹点为起点、当前轨迹点的下一时刻轨迹点为终点，构建向量

将与的合向量平移至以当前轨迹点为起点，即当前轨迹点的局部时空轨迹向量；

步骤2，基于路网数据和GPS时空轨迹构建局部道路拓扑向量：

获得当前轨迹点及其上一时刻轨迹点、下一时刻轨迹点的最小包围矩形，构建最小包围矩形的面状缓冲区；

将面状缓冲区中属于同一拓扑路段且连续的图形路段作为一条局部拓扑路段，其他图形路段本身分别作为局部拓扑路段，局部拓扑路段方向同其来源的拓扑路段；

从局部拓扑路段的起点指向终点的向量即当前轨迹点的局部道路拓扑向量；

步骤3，局部时空轨迹向量和局部道路拓扑向量的相似性度量：

获得当前轨迹点的局部时空轨迹向量和局部道路拓扑向量的综合相似性S，S＝λ·S_Dis+(1-λ)·S_Ang，以综合相似性最大值为有效综合相似性；S_Dis、S_Ang分别表示局部时空轨迹向量和局部道路拓扑向量的距离相似性、方向相似性，λ、(1-λ)为权值，根据实验验证确定；

步骤4，提取变化轨迹点，并构建变化轨迹点局部范围的道路拓扑关系：

根据当前轨迹点的有效综合相似性提取变化轨迹点；

获得包括变化轨迹点的轨迹拓扑边界点，轨迹拓扑边界点即(1)匹配到不同拓扑路段的相邻轨迹点，或(2)一个匹配到拓扑路段、另一个未匹配到拓扑路段的相邻轨迹点；

根据包含变化轨迹点的轨迹拓扑边界点反映的路网拓扑连通关系，构建变化轨迹点局部范围的道路拓扑关系；

步骤5，将变化轨迹点局部范围的道路拓扑关系和原始路网对比，获得路网拓扑变化。

步骤2中，所述的面状缓冲区大小为城市街区平均宽度。