一種視頻與gps相結(jié)合的車輛行駛軌跡全樣本數(shù)據(jù)獲取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于道路交通技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及車輛行駛軌跡數(shù)據(jù)采集技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 車輛行駛軌跡全樣本數(shù)據(jù)能夠支持道路上任意交通流參數(shù)的獲取與分析，是進(jìn)行 交通流基礎(chǔ)理論研究、道路交通運(yùn)行特征分析、駕駛行為解析等最為理想的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。然 而，已有的車輛行駛軌跡全樣本數(shù)據(jù)獲取方法需要耗費(fèi)大量的人力物力，在一般的研究與 應(yīng)用中往往因為投資不足而難W完成。
[0003] 航拍、GPS(全球定位系統(tǒng)）、蜂窩定位、視頻攝像等技術(shù)被用于車輛行駛軌跡數(shù)據(jù) 的獲取。航拍技術(shù)通過建立直升機(jī)拍攝道路的正射模型，用背景差分法檢測車輛，基于特征 算法跟蹤目標(biāo)車輛，由此獲取車輛的行駛軌跡。不過航拍技術(shù)需要較高的投資，難W在一般 的實際應(yīng)用中推廣使用。GPS技術(shù)可記錄車輛隨時間變化的車速和位置信息，經(jīng)過地圖匹配 處理后方便的獲得車輛行車軌跡數(shù)據(jù)，但GI^技術(shù)通常局限于進(jìn)行道路車輛的抽樣采集，采 集全樣本數(shù)據(jù)的前提是對進(jìn)入觀測路段的所有車輛安裝GPS，運(yùn)一要求在實際中往往無法 得到滿足。蜂窩定位技術(shù)利用基站對手機(jī)的測算距離來確定手機(jī)或移動終端所在位置，精 度依賴于周邊基站位置，難W準(zhǔn)確判斷交通方式，且與GI^技術(shù)一樣需要進(jìn)入觀測路段的所 有車輛都攜帶相應(yīng)的手機(jī)或移動終端，因此也未能在車輛行駛軌跡全樣本數(shù)據(jù)獲取中獲得 廣泛應(yīng)用。視頻攝像技術(shù)近年來亦開始被用于車輛行駛軌跡全樣本數(shù)據(jù)的獲取，但因坐標(biāo) 轉(zhuǎn)換、車輛移動目標(biāo)追蹤等環(huán)節(jié)的技術(shù)需要，對拍攝位置、高度、角度的要求均較高，因此通 常需要?？诮ㄔO(shè)相應(yīng)的視頻攝像系統(tǒng)來完成，運(yùn)必然需要較大規(guī)模的投資，在普通的研究 與應(yīng)用中難W實現(xiàn)。
[0004] 拍攝要求高、人力物力耗費(fèi)大、對車輛自身裝備要求高是造成目前車輛行駛軌跡 全樣本數(shù)據(jù)獲取困難，不能在實際的研究與應(yīng)用中獲得廣泛使用的根本原因。中國專利 CN104374391A公開了一種基于路面圖像和車輛自身行駛參數(shù)采集系統(tǒng)進(jìn)行車輛行駛軌跡 計算的方法。中國專利CN104464028A公開了一種基于車載系統(tǒng)和服務(wù)器進(jìn)行車輛行駛軌跡 還原和回放的方法。中國專利CN104778842A公開了一種基于車牌識別的云端車輛行駛軌跡 跟蹤系統(tǒng)與方法。中國專利CN104504930A公開了一種基于定位系統(tǒng)獲取車輛行駛軌跡的方 法。然而，上述專利公開的都是面向單獨(dú)車輛的行駛軌跡獲取技術(shù)，因?qū)囕v裝備要求高， 無法實現(xiàn)對觀測路段內(nèi)所有車輛行駛軌跡的獲取。
[0005] 綜上所述，設(shè)計一種所需投資較小、對觀測路段內(nèi)車輛自身裝備無特殊要求的車 輛行駛軌跡全樣本數(shù)據(jù)獲取方法，將可提高在實際研究與應(yīng)用中獲取觀測路段車輛行駛軌 跡全樣本數(shù)據(jù)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性，從而為交通流基礎(chǔ)理論研究、道路交通運(yùn)行特征分析、駕 駛行為解析等工作提供更好的數(shù)據(jù)支撐。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種新的車輛行駛軌跡全樣本數(shù)據(jù)獲取方法，該方法將視 頻攝像技術(shù)與GI^技術(shù)相結(jié)合，可顯著降低對視頻攝像技術(shù)的要求，且對觀測路段內(nèi)的車輛 裝備無特殊要求，能夠提高車輛行駛軌跡全樣本數(shù)據(jù)獲取在實際研究與應(yīng)用中的技術(shù)經(jīng)濟(jì) 可行性。
[0007] 為了實現(xiàn)發(fā)明目的，本發(fā)明視頻與GPS相結(jié)合的車輛行駛軌跡全樣本數(shù)據(jù)獲取方 法步驟包括：
[0008] 1)選擇合適的路側(cè)拍攝點(diǎn)對觀測路段進(jìn)行高空視頻拍攝，并于拍攝期間派出一輛 載有GI^的試驗車在觀測路段上巡回行駛。
[0009] 2)進(jìn)行視頻穩(wěn)定性處理，并根據(jù)后期數(shù)據(jù)處理分析精度需要選擇帖率，完成視頻 圖片化操作。
[0010] 3)追蹤每一輛車在連續(xù)視頻圖片帖中的像素位置，最后提取觀測路段內(nèi)所有車輛 W像素坐標(biāo)表示的行駛軌跡。
[0011] 4)提取觀測路段道路中屯、線像素點(diǎn)坐標(biāo)，構(gòu)建路段內(nèi)各像素點(diǎn)與中屯、線像素點(diǎn)的 對應(yīng)關(guān)系矩陣，建立試驗車巡回行駛時對應(yīng)的像素點(diǎn)與車輛在觀測路段內(nèi)行駛距離間的對 應(yīng)關(guān)系，最終完成路段內(nèi)各像素點(diǎn)與車輛行駛距離的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣的構(gòu)建。
[0012] 5)利用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣，將W像素坐標(biāo)表示的行駛軌跡轉(zhuǎn)換為W地理坐標(biāo)表示的行 駛軌跡。
[0013] 所述的觀測路段路側(cè)拍攝點(diǎn)的選擇方法為:可選擇緊近觀測路段的高層建筑上， 拍攝點(diǎn)與觀測道路遠(yuǎn)端連線和水平面間的角度a大于11度，與觀測道路近端連線和水平面 的角度e大于67度，條件受限時應(yīng)大于50度。
[0014] 所述載有GPS的試驗車在觀測路段時巡回行駛是指:對試驗場頂部作易于辨識的 標(biāo)識，令試驗車在視頻拍攝期間于目標(biāo)拍攝路段上沿靠近中線的車道往復(fù)行駛多次，行駛 期間不要變換車道，并應(yīng)盡可能保持勻速行駛。GPS應(yīng)盡可能選擇亞米級精度或W上類型。
[0015] 所述視頻穩(wěn)定性處理是指：因攝像機(jī)固定平臺不穩(wěn)或其它環(huán)境擾動引起視頻圖像 發(fā)生較明顯的抖動時，使用專業(yè)軟件對視頻進(jìn)行穩(wěn)定性修正，其基本原理為:選取視頻中靜 止物體的特征點(diǎn)，對視頻中連續(xù)圖像進(jìn)行處理，將所有圖像帖中的特征點(diǎn)固定在相同位置， 從而消除攝像機(jī)靜止拍攝時圖像顫抖的影響，提高畫面質(zhì)量和穩(wěn)定性。
[0016] 所述視頻圖片化是指:將視頻按一定的帖率轉(zhuǎn)換成W時間帖順序命名的連續(xù)圖片 序列。帖率的選取由實際研究或應(yīng)用中對軌跡數(shù)據(jù)的精度要求決定，帖率越大，采樣間隔越 小，軌跡數(shù)據(jù)精度越高，工作量也相應(yīng)增加。例如當(dāng)選取10巧S的帖率時，處理后的行車軌跡 每0.1秒有一個數(shù)據(jù)點(diǎn)。
[0017] 所述追蹤每一輛車在連續(xù)視頻圖片帖中的像素位置的方法為:首先確定車輛特征 點(diǎn)，即車輛上易于辨識的部位，選定后所有車輛均應(yīng)使用相同特征點(diǎn)，W特征點(diǎn)坐標(biāo)代表車 輛坐標(biāo)位置，將車輛軌跡提取簡化為車輛特征點(diǎn)的軌跡提取;然后從每一輛車（包括載有 GPS的試驗車）進(jìn)入觀測路段后的第一帖圖片開始，逐帖選取并保存車輛特征點(diǎn)的像素坐 標(biāo)，直到車輛駛出觀測路段。追蹤過程中需要對每一輛車賦予唯一車輛ID，并記錄車型、進(jìn) 口道、車輛變道等信息。車輛特征點(diǎn)的追蹤在拍攝條件較好時可采用成熟的視頻車輛識別 軟件進(jìn)行自動追蹤，再進(jìn)行人工修正;拍攝條件較差時可全部采用人工追蹤方式。
[0018] 所述利用試驗車GI^數(shù)據(jù)與像素坐標(biāo)數(shù)據(jù)得到坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣的方法步驟為：
[0019] ①提取觀測路段中屯、線。
[0020]選取一張車輛較少的觀測路段圖片帖，用連續(xù)直線段描繪道路中屯、線，曲率較大 處，應(yīng)采用較短的線段描繪中屯、線，反之亦然，取用于繪制中屯、線的路段數(shù)量為M;求出道路 中屯、線上所有像素散點(diǎn)的像素坐標(biāo)，并對中屯、線各像素點(diǎn)沿車輛行駛方向由小到大編號為 (1，2,…，k，…，N}，N為中屯、線像素點(diǎn)個數(shù)。
[0021 ]②提取觀測路段范圍內(nèi)的像素坐標(biāo)，構(gòu)建路段內(nèi)各像素點(diǎn)與中屯、線像素點(diǎn)的對應(yīng) 關(guān)系矩陣。
[0022] 首先，經(jīng)過組成道路中屯、線的每一個直線段的端點(diǎn)，繪制觀測路段的M+1個橫斷 面，橫斷面W與道路邊線或交叉口停車線的交點(diǎn)作為起止點(diǎn)；
[0023] 其次，依次連接繪制的M+1個橫斷面的端點(diǎn)，形成M個四邊形，提取M個四邊形包含 的像素點(diǎn)作為觀測路段范圍內(nèi)的像素點(diǎn)，建立觀測路段圖片像素(XXY)位置判別矩陣化：
[0024]
[0025] 其中為像素點(diǎn)坐標(biāo)，je{l，…，X}，ie{l，???，￥}; 。fl 像素點(diǎn)(j，i)在路段范圍內(nèi)
[0026] = i > Io 像素點(diǎn)a,i)不在路段范圍巧
[0027] 而后，對于化中每一個Su = I的像素點(diǎn)A，像素坐