Un algoritmo di Map-Matching su reti stradali complesse
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Un algoritmo di Un algoritmo di Map-MatchingMap-Matching su reti su reti stradali complessestradali complesse
LaureandoLaureandoFlavio PerriFlavio Perri
Facoltà di Scienze MatematicheFacoltà di Scienze MatematicheFisiche e NaturaliFisiche e Naturali
Laurea di I° Livello in Laurea di I° Livello in Tecnologie InformaticheTecnologie Informatiche
Responsabile InternoResponsabile InternoProf. Prof. Giorgio RichelliGiorgio Richelli
Responsabile EsternoResponsabile EsternoIng. Ing. Andrea CorbelliAndrea Corbelli Anno AccademicoAnno Accademico
2006/20072006/2007
Scopo del lavoroScopo del lavoro
Identificazione del percorso
di ogni veicolo
• Dati GPS– Antifurto satellitare– Alcuni milioni di campionamenti
• Mappe digitali (Roma, Milano)
AgendaAgenda
• Il Map-Matching (MM)
• Un nuovo algoritmo di MM– Qmatch
• Conclusioni e sviluppi futuri– Modello previsionale e data-mining
Il Il Map-MatchingMap-Matching
• Concetto di Polling time
• Interpolazione: – Operazione che unisce due
segmenti non contigui sulla mappa
• Problemi tipici:– Errore campionamenti GPS– Complessità della mappa– Errori di propagazione
““Individuare, sulla mappa digitale, il segmento di strada su Individuare, sulla mappa digitale, il segmento di strada su cui l’oggetto si trovava al momento del campionamento”cui l’oggetto si trovava al momento del campionamento”
Il Il Map-Matching on-lineMap-Matching on-line
• Obiettivo: – individuare in tempo reale ogni cambiamento di
posizione dell’oggetto
• Usato in ambienti: GNSS, PNA
• Caratteristiche:– Polling time molto basso (>1 ricez. al secondo)
• Uso limitato di interpolazione
– Identificazione arco corrente in base a limitata serie storica
Il Il Map-Matching off-lineMap-Matching off-line
• Obiettivo: generare percorsi di singoli oggetti (automobili)
• Usato generalmente per analisi– Tempi di percorrenza, modelli del traffico
• Caratteristiche:– Polling time elevato
• Maggiore distanza tra campionamenti • Uso intensivo di interpolazione
– Tutti i punti offrono supporto al Map-Matching
Perché un nuovo algoritmo?Perché un nuovo algoritmo?
• Un problema diversodiverso
– Campionamenti non pensatinon pensati per il Map-Matching• Ampi intervalli di tempo e di spazio tra due acquisizioni• Dati a supporto limitati
– Rete stradale molto complessa (Roma, Milano)
– Inapplicabilità degli algoritmi presenti in letteratura
L’algoritmo L’algoritmo QmatchQmatch
• Principali difficoltà:
– Scelta del corretto arco sulla mappa
– Supporto limitato• Informazioni campionamento• Pochi punti per percorso
– Propagazione dell’errore • Interpolazione• Startup errato
Propagazione dell’errorePropagazione dell’errore
Percorso calcolatoPercorso calcolato
CampionamentoCampionamento
L’algoritmo L’algoritmo QmatchQmatch
• Concetto di “Qualità di un puntoQualità di un punto”– Rispetto alla rete stradale, indipendente dagli altri
• Range QueryRange Query– Sfruttamento dati a supporto
• GPS Quality• Engine Status• Compass• Delta Position
• Punteggio finale al percorso
Range QueryRange Query
• Ellisse d’errore– Direzione asse maggiore uguale
a Compass
• Caratteristiche arco candidato
– Compatibilità geometrica
– Compatibilità fisica
– Compatibilità semantica
L’algoritmo L’algoritmo QmatchQmatch
• Fase preliminare o Pre-Matching– CleanupCleanup ed estrazione inputinput– Assegnazione qualità punti
• Fase centrale – Costruzione parziale percorso
• Fase finale – Completamento e calcolo punteggio percorso
L’algoritmo L’algoritmo Qmatch – fase 1Qmatch – fase 1
PuntoQualit
à
1 0.5
2 5.9
3 10.2
4 1.4
... ...
n 0.8
Range queryRange queryper ogni puntoper ogni punto
Calcolo qualità(p) Cleanup ed
estrazione
Pre-processing
L’algoritmo L’algoritmo Qmatch – fase 2Qmatch – fase 2
PuntoQualit
à
1 0.5
2 5.9
3 10.2
4 1.4
... ...
n 0.8
• SuccessoSuccesso: arco associato
• Associazione non eseguitanon eseguita– Più di un candidato compatibile
Incremento qualitàpunti adiacenti
PuntoQualit
à
1 0.5
2 5.9
3 10.2
4 1.4
... ...
n 0.8
PuntoQualit
à
1 0.5
2 5.9
3 10.2
4 1.4
... ...
n 0.8
PuntoQualit
à
1 0.5
2 8.3
3 10.2
4 3.9
... ...
n 0.8
PuntoQualit
à
1 0.5
2 5.9
3 -1
4 1.4
... ...
n 0.8
L’algoritmo L’algoritmo Qmatch – fase 3Qmatch – fase 3
PuntoQualit
à
1 2.5
2 9.2
3 -1
4 8.3
5 -1
6 -1
7 11.3
... ...
n 1.8
Scegli punto non associato con miglior supporto
•Sfruttamento punti già associati
•Si esegue un matching definitivo
Un percorso ricostruitoUn percorso ricostruito
Andata...Andata... ...e ritorno...e ritorno
StartStart
EndEnd
EndEnd
StartStart
Sviluppi futuriSviluppi futuri
• Modello traffico• Data-mining
– Road-pricing– Marketing
• Implementazione Qmatch molto efficiente
• Progetto di ricerca– IBM– Ipre– Caspur– Politecnico di Bari– ...
Archivio PercorsiEstrazione Percorsi
ConclusioniConclusioni
• Qmatch:– Un nuovo algoritmo di Map-Matching off-line– Una soluzione ad un problema specifico
• Rete stradale complessa• Elevato intervallo di campionamento GPS• Dati a supporto limitati
– Componente di un progetto di ricerca• Modello previsionale e data-mining
GrazieGrazie
Cen-to cen-to cen-to!
On-line vs. Off-lineOn-line vs. Off-line
ProprietàProprietà On-lineOn-line Off-lineOff-line
Punti in ingresso (k) k 1 k = n
Polling time ~ 1/sec >1/minuto
Individuazione su mappa in tempo reale
Sì No
Analisi statistiche In parte Sì
Calcolo percorso globale No Sì
Interpolazione Limitata Necessaria
Uso di tecniche geometriche Sì Sì
StartupStartup errato errato