浮动车gps轨迹的实时流式地图匹配方法与实现

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1、分类号TP391学校代码10590UDC621.3密级公开深圳大学硕士学位论文浮动车GPS轨迹的实时流式地图匹配方法与实现学位申请人姓名谢金运专业名称信息与通信工程学院（系、所）信息工程学院指导教师姓名李清泉教授原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文浮动车GPS轨迹的实时流式地图匹配方法与实现是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律后果由本人承担。论文作者签名：日期：年月日浮

2、动车GPS轨迹的实时流式地图匹配方法与实现摘要在许多智能交通应用中，安装了GPS设备的车辆（简称浮动车）产生了大量的轨迹数据，分析和挖掘这些数据是当今交通及计算机等领域的一个研究热点，如计算交通路网状态、检测交通异常和城市动态分析等。由于GPS存在定位误差，车辆的GPS轨迹通常无法和路网数据直接关联，所以在对车辆轨迹数据进行分析挖掘前，精确地把车辆的行车轨迹匹配到路网上，即地图匹配，是一个必不可少的步骤。浮动车只要在运行过程中，GPS设备就会每30秒~1分钟左右向服务器传送经纬坐标等相关数据，从而形成了GPS流数据。对GPS流数据进行地图匹配，不

3、仅要考虑GPS和路网间的偏差，还涉及到较为稀疏的GPS点对车辆轨迹恢复造成的多义性；与此同时，更要满足实时匹配的计算要求。因此，本研究提出一种分布式地图匹配方法，可以高效准确地处理海量浮动车流数据。该方法基于隐马尔科夫模型，可同时顾及到采集的GPS经纬坐标与路网之间的偏差、前后匹配点的可达性以及车辆的行车速度等多种因素，以提高匹配精度和降低路径恢复的多义性。实验采用了Jstorm分布式系统作为设计并行处理流数据地图匹配算法的基本框架，以提高计算效率。论文的主要工作包括：1）提出了地图匹配算法加速策略。为了应对大规模浮动车数据，以及提高匹配算法的实

4、时性能，本文详细介绍了网格索引和最短路径列表加速策略，其中网格索引主要用于确定候选路段，最短路径列表则用于可达性的分析过程中；2）改进了原有的隐马尔科夫地图匹配算法。首先概述了基于隐马尔科夫的地图匹配算法，阐述了算法的改进和该算法用于实时数据流的实现方法，最后探讨了地图匹配过程的异常以及相应的处理方法；3）分布式地图匹配系统设计。处理海量的浮动车数据，仅依赖单个计算节点的性能已不足以满足实时的需求，本文介绍了Jstorm分布式框架，在此框架之下，本文设计了基于spout/bolt编程模型的浮动车地图匹配算法。在上述基础之上，本文设计了两组实验，分

5、别用于验证地图匹配的正确性和基于[1]Jstorm框架下的地图匹配算法效率。实验中涉及到两组数据，分别是文献公开的用于验证地图匹配算法正确性的浮动车数据和深圳市2015年1月1日至1月7日7天的浮I浮动车GPS轨迹的实时流式地图匹配方法与实现动车数据。实验结果表明：本文算法的FScore为95.8%以上，计算效率能够满足大规1模浮动车流数据实时处理的需要。关键词：GPS轨迹；地图匹配；隐马尔科夫模型；Jstorm分布式框架；流数据IIAnEfficientMapMatchingAlgorithmandArchitectureforLarge-s

6、caleVehicleGPSStreamDataAbstractInmanyintelligenttransportationapplications,floatingvehicleswhichhavebeeninstalledGPSgeneratesalotofdata.Inthefieldsoftransportationandcomputernowadays,ithasbeenaresearchhotspottoanalyzeandprobeintothesedata,suchasthecalculationoftrafficstateof

7、roadnetwork,thedetectionoftrafficabnormalityandtheanalysisofurbandynamics.OnaccountoftheexistenceofGPSpositioningerror,usuallythereisnodirectlinksbetweentheGPStracksandthedataofroadnetwork.Thus,beforetheconductoftheresearch,itisanessentialsteptomatchtherunningtrackswiththeroa

8、dnetwork,namely,themap-matching.Duringthefloatingvehicle'soperation,