Telemetriatiedon karttasovitusalgoritmi katujen kunnossapidon tilannekuvaa varten

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis
Date
2016-12-12
Department
Major/Subject
Geoinformatiikka
Mcode
M3002
Degree programme
Geomatiikan koulutusohjelma
Language
fi
Pages
88 + 6
Series
Abstract
Tämän diplomityön tavoitteena oli edesauttaa Vantaan kaupungin satelliittipaikannukseen perustuvan ajoneuvojen telemetriajärjestelmän tuottaman liikeratadatan käyttöä sovittamalla se tunnettuun digitaaliseen tieverkkoon. Tällaista ohjelmallista toimenpidettä kutsutaan karttasovitukseksi. Tutkimuksessa keskityttiin katujen talvikunnossapitoa tekevien ajoneuvojen liikeratoihin. Diplomityön tutkimukseen kuului kirjallisuustutkimus sekä konstruktiivinen osio, jossa toteutettiin kaksi eri menetelmiin perustuvaa algoritmia ja niitä vertailtiin empiirisin kokein. Teoreettinen pohja tutkimuksen tekemiselle luotiin perehtymällä liikennetelematiikkaan, satelliittipaikannukseen sekä karttasovitukseen. Kirjallisuustutkimuksessa perehdyttiin kattavasti eri sovelluksia varten kehitettyihin karttasovitusalgoritmeihin, ja tunnistettiin nykyisin parhaana pidetyt algoritmit ongelman ratkaisemiseksi. Työssä toteutettiin kirjallisuudessa hyvin tunnettu Markovin piilomalliin pohjautuva algoritmi ja uudenlainen sumeaan logiikkaan ja reitinhakuun pohjautuva karttasovitusalgoritmi. Kehitetty sumean logiikan algoritmi otti huomioon havaintodatan ja tieverkon geometriset, topologiset ja temporaaliset ominaisuudet muodostamalla pisteytyksen sumeassa järjestelmässä kuudesta eri muuttujasta lukuisille erilaisille reittikandidaateille, joista pystyttiin lopuksi muodostamaan globaalisti optimaalinen reitti. Algoritmien sovitustarkkuutta sekä laskennallista suorituskykyä vertailtiin kerätyn referenssiaineiston avulla. Tutkimuksessa sumeaan logiikkaan pohjautuva karttasovitus todettiin sovitustarkkuudeltaan paremmaksi kuin Markovin piilomalliin pohjautuva algoritmi. Sumean logiikan algoritmi integroitiin osaksi Vantaan paikkatietoinfrastruktuuria luomalla geoprosessointiketjut, joiden tuloksena havaintodatasta luotiin jatkuvasti päivittyvä karttasovitettujen reittien tietokanta katujen kunnossapitotilanteesta. Tietokannan sisältö julkaistiin WMS- ja WFS-paikkatietorajapinnoissa sekä REST-kyselyrajapinnassa tiedon jatkohyödyntämistä varten.

The purpose of this master's thesis was to help better utilize data produced by the telemetry system installed on the vehicle fleet of city of Vantaa by matching the GNSS-positioned data to a digital road network. Algorithmic matching of trajectory data to a digital road network is known as map matching. This study focused on vehicles performing duties related to winter maintenance of the road network. The study involved a literature study and a constructive part where two map matching algorithms based on different methods were implemented and compared by empiric tests. Theoretical background to perform the study was acquired by studying the existing literature on transportation telematics, satellite positioning and map matching. The literature study involved a thorough review of existing map matching algorithms and methods related to different applications. Best practices and algorithms to suit the needs of this study were identified during this phase. A well-known map matching algorithm based on hidden Markov model was implemented in the study as well as a novel map matching algorithm based on fuzzy logic and path finding. The developed fuzzy logic algorithm evaluated the geometric, topological and temporal properties of the trajectory data as well as the digital road network based on six input parameters. A fuzzy inference system produced a scoring based on the inputs for multiple possible candidate paths. Globally optimal final route was produced by modeling the candidate paths as a graph. Map matching accuracy and computational performance of the implemented algorithms was evaluated by comparison with manually labeled reference data. The fuzzy logic algorithm outperformed the hidden Markov model algorithm in map matching accuracy and slightly outperformed it in computational performance. The fuzzy logic algorithm was integrated into the GIS infrastructure of city of Vantaa by creating a geoprocessing chain that produces continuously updating database of map matched paths including attribute data related to maintenance telemetry. The data was published as WMS and WFS GIS web services as well as a RESTful API that enables querying the database.
Description
Supervisor
Virrantaus, Kirsi
Thesis advisor
Junttila, Kimmo
Rapo, Sami
Keywords
karttasovitusalgoritmi, sumea logiikka, Markovin piilomalli, liikennetelematiikka, telemetria
Other note
Citation