一种基于隐马尔科夫路网匹配的超速判别方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及物理领域，尤其设及测量技术，特别是一种基于隐马尔科夫路网匹配 的超速判别方法。
【背景技术】
[0002] 随着生活水平的不断提高，汽车数量也不断加大。带来的问题是车辆事故数量也 不断攀升。车辆超速行驶是最普遍也是危害性最大的交通违法行为，90% W上的重特大交 通事故与超速有关。因为超速行驶使制动距离大大延长，处理危机时间大大缩短，司机遇到 危险时往往措手不及。同时，超速行驶也容易使人疲劳，因为超车机会增多，行车间距缩短， 驾驶人屯、理和身体的能量消耗大大增加。超速行驶也加大了车辆的工作强度和运转负荷， 加剧了机件磨损，特别是会使轮胎溫度升高而引发爆胎事故等，所W急需车辆行驶超速判 定技术。为此，我国根据不同路段、不同时间段，设定不同的道路行驶限速。
[0003] 目前车辆大部分安装了北斗/GPS卫星定位装置，运为实现软件方法判定车辆是否 超速带来了机遇。该方法在现有卫星定位装置的基础上，设计监控软件实现车辆行驶速度 实时监控并且能够判定车辆在运个行驶路段是否超速，运大大降低了车辆监控成本。现有 技术中，广泛利用依据北斗/GPS卫星定位系统采集得到的定位信息来判断车辆是否超速。 但是，北斗/GPS卫星定位信号的漂移和低采样率影响定位数据的准确性，从而难W判断车 辆是否超速。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种基于隐马尔科夫路网匹配的超速判别方法，所述的运 种基于隐马尔科夫路网匹配的超速判别方法要解决现有技术中卫星定位信号的漂移和低 采样率影响车辆超速判断的技术问题。
[0005] 本发明一种基于隐马尔科夫路网匹配的超速判别方法，包括一个从卫星获取定位 数据的过程，在所述的从卫星获取定位数据的过程中，包括W下步骤：
[0006] 步骤一:利用隐马尔科夫路网匹配算法找出车辆最佳行驶路段；
[0007] 步骤二:利用电子地图找出车辆行驶路段的详细信息，包括限速大小，从中找出车 辆行驶的路径并得到运些路径的最大行驶速度，从道路限速数据库中获取对应路段限速大 小；
[000引步骤Ξ:从卫星获取定位数据中获取车辆行驶速度，并将所述的车辆行驶速度与 该路段的限速进行比较，对车辆行驶是否超速进行判别。
[0009] 进一步的，所述的步骤一中包括下述步骤：
[0010] -个计算观测概率的步骤，先将定位点zt在每一条临近的道路η上的可能性定义 为观测概率p(zt|ri)，假设点Zt到各个道路的投影点为Xt,i，坐标点和候选投影点的大圆距 离为llzt,广Xt,lMgreatclrcle，定位点Zt+l到各个道路的投影点为Xt + U，投影点Xt,l到投影点 Xt+1,库辆行驶距离称为记为II Xt+1,厂Xt.i I Iroute，
[0011] 假设定位误差为服从零均值的高斯分布，则观测概率为：
[0012]
(1)
[0013]其中〇z为定位点zt的标准误差；
[0014] -个计算初始观测概率的步骤，利用初始观测概率III表示在路网匹配之前从附近 的路段中找出车辆在运个路段的概率，用第一个定位数据点作为初始观测概率的起始点有 3Ti = p(zi |ri),
[0015] 计算道路转移概率的步骤，利用道路转移概率表示在时刻t到时刻t+1之间车辆在 匹配道路间的转移概率，表示为P(qt+i = rj|qt = r〇,从距离和速度两方面分别定义得出基 于定位点距离的转移概率pi(qt+i = ：Tj I qt = ：Ti)和基于定位点速度的转移概率Pv(qt+i = ：Tj I qt = r〇：
[001引 其中，
[0019]式=1岭,· -II，式中i*，j*表示车辆真实的行驶路段，β用于调节dt对结果的影 响大小，设定0 = 1116山日]11；川1'广：^||)/111(2)，
[0022] U表示t时刻定位点周围的路段个数，Mzt-zwM EuclidenceDis tan ce表不地球表面弧 线距离，e'u.v表示路段的最大速度，vij表示平均速度，F(ri^rj)表示前后两个时间点之间 的观测点和实际候选点的信息，当两者距离越近则转移概率越大，V(ri^n)表示前后两个 时间点的速率信息，当平均速率和最大速率的变化程度越相似则概率越大；
[0023] 计算车辆最佳行驶路段的步骤，利用上述公式（1)、公式(2)和维特比算法计算得 到车辆行驶的最佳路径，该路径对应一个状态序列，从而推断出车辆行驶的最佳路段，在所 述的维比特算法中计算t时刻状态为i的所有单个路径中的概率并从中找出最大值max(St (i))，使用式(2)作为路径转移概率，并设相似率
，当t时刻各个路径概率的相 似率小于设定的阔值时使用公式(3)作为该时刻的路径转移概率，然后得到另外一组时刻 的路径概率并从中选出最大概率，在t+1时刻重复上述步骤，在计算所有观测概率和转移概 率之后，确定最后一时刻的最佳匹配道路，并W此反向推出第一时刻车辆到最后时刻车辆 行驶的最佳匹配路径，最后输出车辆行驶的车辆最佳行驶路段。
[0024] 进一步的，所述的步骤二中，建立各个路段行驶限速数据库。
[0025] 进一步的，所述的步骤Ξ中，在车辆行驶的速度大于该路段限速时，提示驾驶员已 经超速。
[0026] 超速判别是降低车辆安全事故发生率的重要技术保障，是W计算机软件技术为基 础，通过特定模型和算法判断车辆是否超速的数据分析处理技术。依据北斗/GPS卫星定位 系统采集得到的定位信息，利用算法减少漂移和低采样率带来的影响，将车辆行驶轨迹匹 配到相应的路段上，然后将车辆行驶速度与检索得到对应路段的限速大小进行对比，最后 判定车辆行驶是否超速。
[0027] 本发明提出的隐马尔科夫模型可W有效的降低定位误差和较为准确的找出车辆 行驶的最佳匹配路径。然后依据建立的全国道路限速大小的数据库，将车辆行驶道路的速 度与该道路的最大行驶速度进行比对得到车辆行驶是否超速的结论，如果超速那么通过导 航装置提醒驾驶员车辆已经超速。本发明采用软件技术对在不同路段上行驶的车辆在不同 时间段是否超速进行判别，大大提高了超速判别率，并且能够实时提醒驾驶员是否超速，从 而降低了事故的发生率。
[0028] 本发明与现有技术相对比，其效果是积极和明显的。本发明在现有卫星定位装置 的基础上，实现车辆行驶速度实时监控并且能够判定车辆在运个行驶路段是否超速，在保 持高准确率的基础上降低了车辆监控的成本。
【附图说明】
[0029] 图1是本发明的基于隐马尔科夫路网匹配的超速判别方法的示意图。
【具体实施方式】
[0030] 实施例1:
[0031] 如图1所示，本发明一种基于隐马尔科夫路网匹配的超速判别方法，包括一个从卫 星获取定位数据的过程，在所述的从卫星获取定位数据的过程中，包括W下步骤：
[0032] 步骤一:利用隐马尔科夫路网匹配算法找出车辆最佳行驶路段；
[0033] 步骤二:利用电子地图找出车辆行驶路段的详细信息，并从中找到路段行驶的最 大速度。
[0034] 步骤Ξ:从卫星获取定位数据中获取车辆行驶速度，并将所述的车辆行驶速度与 该路段的限速进行比较，对车辆行驶是否超速进行判别。
[0035] 进一步的，所述的步骤一中包括下述步骤：
[0036] 1.计算观测概率：
[0037] 定位点zt确实在每一条临近的道路ri上的可能性，定义为观测概率p(zt|r〇;假设 点Zt到各个道路的投影点为Xt,i，坐标点和候选投影点的大圆距离为II I I greatcir