Entwicklung eines Map-Matching- Algorithmus zur Ortung von Fahrzeugen in Stadtgebieten

Transkript

1 11. Vermessungsingenieurtag - Ein Map-Matching-Algorithmus Entwicklung eines Map-Matching- Algorithmus zur Ortung von Fahrzeugen in Stadtgebieten Prof. Dr. Paul Rawiel HFT Stuttgart auf Basis der Bachelor-Arbeit von Frau Kerstin Fill Prof. Dr. P. Rawiel 1

2 11. Vermessungsingenieurtag - Ein Map-Matching-Algorithmus Agenda 1. Problemstellung - Anwendungsfall car2go 2. Entwicklungskonzept 3. Verfahrensschritte 4. Untersuchung erster Ergebnisse 5. Erkenntnisse und Fazit Prof. Dr. P. Rawiel 2

3 Problemstellung Anwendungsfall car2go Car Sharing ohne feste Standplätze Kunden müssen Fahrzeuge finden car2go App für Smartphones Navigation zum nächsten freien Fahrzeug Betreiber muss die Fahrzeuge wiederfinden Wartung der Fahrzeuge Reinigung der Fahrzeuge Tanken bzw. aufladen der Fahrzeuge Umverteilen der Fahrzeuge Essentiell wichtig für car2go: genaue Position der Fahrzeuge 3

4 Problemstellung Anwendungsfall car2go Problem der ungenauen Position 4

5 Problemstellung Anwendungsfall car2go Problem der ungenauen Position 5

6 Problemstellung Anwendungsfall car2go Erfassen einer gefahrenen Trajektorie mit Hilfe von Radimpulssensoren Beschleunigungssensoren Gyroskopen Magnetometer barometrischer Höhenmesser 6

7 Problemstellung Anwendungsfall car2go 7

8 Problemstellung Anwendungsfall car2go 8

9 Entwicklungskonzept Gegeben lokale Koordinaten Gesucht Start Ende unscharfe Fahrzeugtrajektorie Istkurve (Sensordaten) Sollkurve (Straßenkarte) Zuordnung 9

10 Entwicklungskonzept - Datengrundlage Trajektorie als diskrete geordnete Punktfolge IST Straßennetz modelliert als Graph Knoten = Kreuzungen, Formpunkte Kanten = Straßensegmente SOLL 10

11 Verfahrensschritte Merkmalsdetektion Suche nach signifikanten Richtungsänderungen. Approximation von Abbiegepunkten durch eine Regelform. Kodierung eines Parameters der Regelform (z.b. Dreieckswinkel). IST SOLL

12 Verfahrensschritte Suche im Straßennetz Sammlung passender Straßenmerkmale für jedes Merkmal der Trajektorie Suche plausibler Verbindungen zwischen den Merkmalssammlungen. IST SOLL 6 6: ~193 m 193 m 96 7: ~ m 8 8: ~ 187 m 12

13 Verfahrensschritte Einpassung ins Straßennetz Transformation der Trajektorie ins System der Straßenkarte. Projektion der transformierten Trajektorieenden auf die Straßentrasse. SOLL 13

14 Verfahrensschritte Bemessung der Ähnlichkeit Bemessung der Übereinstimmung zwischen jedem Kurvenpaar (Straßentrasse - transformierte Trajektorie). ähnlichste Vergleichstrasse = Map-Matching-Ergebnis 0,9737 SOLL 0, plausible Straßentrassen z.b. Hausdorff-Abstand Fréchet-Abstand 14

15 Test des Verfahrens Testdaten 15 GPS-Trajektorien 6 OSM-Karten Länge [m]: Merkmale: 2 5 Größe [m]: x Merkmale:

16 Test des Verfahrens Prototypische Implementierung 16

17 Test des Verfahrens Ergebnisse 15 6 eindeutig & korrekt Abweichung vom letzten GPS-Trackpunkt: ~ 10 m 4 mehrdeutig Hausdorff-Abstand Profilverfahren Koordinatenverfahren Fréchet-Abstand 5 falsch Scheiterungsgründe z.b. Kreisverkehr komplexe Kreuzung 17

18 Test des Verfahrens Erkenntnisse zwei Merkmale ausreichend Approximation über einfache Regelform Abhängigkeit von Schwellwerten Merkmalsdetektion Trassensuche Merkmal = Abbiegung irrelevant: z.b. Fahrspurwechsel 18

19 Fazit wichtige Fragen Produziert der Algorithmus korrekte Einpassungsergebnisse? JA erfolgreich eingepasste Merkmalsfolgen ABER Optimierungsbedarf Weiterentwicklung Ist der Algorithmus car2go-tauglich? JA lokale Fahrzeugkoordinaten unscharfe Trajektorie Start Zuordnung Ende 19

20 11. Vermessungsingenieurtag - Ein Map-Matching-Algorithmus Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Prof. Dr. P. Rawiel 20

21 11. Vermessungsingenieurtag - Ein Map-Matching-Algorithmus Fréchet-Abstand Eine Person schreitet auf der einen Kurve entlang. Sie hält einen Hund an der Leine, der sich entsprechend des Verlaufs der anderen Kurve fortbewegt. Es ist zulässig, dass sie ihre Schrittgeschwindigkeit variieren. Hingegen ist die Richtung ihres Durchschreitens identisch und nicht umkehrbar. Der Fréchet-Abstand zwischen den traversierten Kurven kommt der minimal möglichen Länge der Hundeleine gleich, bei welcher es der Person und dem Hund möglich ist, mit ihrer individuell gewählten Geschwindigkeit ihre Kurve vom Anfang bis zum Ende zu durchlaufen. Prof. Dr. P. Rawiel 21

22 11. Vermessungsingenieurtag - Ein Map-Matching-Algorithmus Hausdorff-Abstand Von einem Punkt aus einer Punktmenge A werden die Abstände zu allen Punkten einer Punktmenge B berechnet. der minimale Punktabstand wird gespeichert. Dies wird für alle Punkte der Menge A durchgeführt. Der maximale Punktabstand dieser minimalen Abstände ist der Hausdorff-Abstand zwischen den Mengen A und B. Prof. Dr. P. Rawiel 22

23 11. Vermessungsingenieurtag - Ein Map-Matching-Algorithmus Transformationsverfahren zur Bestimmung der Ähnlichkeit Prof. Dr. P. Rawiel 23

24 11. Vermessungsingenieurtag - Ein Map-Matching-Algorithmus Profilverfahren zur Bestimmung der Ähnlichkeit Prof. Dr. P. Rawiel 24