CN102102992A - 基于多级网络划分的匹配道路初筛方法及地图匹配系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于多级网络划分的匹配道路初筛方法及地图匹配系统，属于GPS移动车辆数据的地图匹配技术；通过对整个地图进行第一级格段划分，第一级划分格段的定位，第二级格段划分，第二级划分后定位，第三级筛选作为初筛结果，基于初筛结果，通过组合筛选判断，选择初筛结果中满足最终目标的一条路段作为匹配路段，即行驶路段，从而解决现有技术中地图匹配技术在处理海量匹配时，初筛过程速度过慢、锁定区域不够精确的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于多级网络划分的匹配道路初筛方法及地图匹配系统，属于电子信息技术领域中数据定位的方法及GPS移动车辆数据的地图匹配技术，具体说特别涉及一种基于海量GPS数据的基于多级网络划分的匹配道路初筛方法及地图匹配系统。
背景技术
地图匹配，即根据原始GPS定位数据，通过地图匹配算法从路网中找出其最可能行驶的路段、以及在该路段上最可能的定位点的过程。
现有地图匹配技术中较为常见的地图匹配方法，往往从匹配道路选取的角度来进行方法的研发，如：基于相关度计算的地图匹配、基于拓扑/自适应模糊决策的地图匹配、基于曲线拟合的地图匹配、基于权重的地图匹配算法等。但在进行匹配道路选取前如何从路网中快速定位待匹配点可能的待选路段，从而进行匹配路段选取并定位是决定地图匹配算法速度的重要一环，这一处理即是匹配道路初筛。匹配道路初筛方法已有多种解决策略，如直接计算法、移动窗口技术和交错式移动窗口技术等。这些方法一般具有较高的处理速度与准确性，但在海量GPS数据处理的应用中，这些方法由于无法准确定位，对地图匹配过程中的准确性和处理速度仍然有极其重要的影响。
发明内容
本发明提供了一种基于多级网络划分的匹配道路初筛方法，以实现改善现有技术中的匹配道路初筛过程中不够精确，匹配速度慢等问题的目的。
为达到所述目的，本发明的匹配道路初筛方法的步骤是：
一种基于多级网络划分的匹配道路初筛方法，包括下列步骤：
(1)第一级划分与存储：确定误差半径R与格段边长，并对整个地图区域进行以格段边长为L＝K×R的格段划分，其中的K为≥2的整数；将地图均匀地等分为M*N个格段；将全部原始路网数据根据已完成的格段划分，划至对应格段，并将格段编号与对应的道路编号信息存储；
(2)第一级格段定位：基于待匹配点定位坐标，结合第一级格段划分结果，通过坐标对比与计算，进行待匹配点格段定位，先初步确定待匹配点所在的第一级划分格段编号；结合误差半径R，以及第一级划分后的定位结果，将待匹配点所在的待选区域锁定在以待匹配点当前坐标点所在一级格段为中心的9个一级划分格段中；
(3)第二级格段划分：对第一级划分后的格段以R为边长，将其沿二维方向均匀划分为大小形状相同的K个格段，即进行K×K的第二级格段均等划分。
(4)第二级格段定位：通过坐标对比，确定定位点在第二级划分后的格段中的位置；结合误差半径R，以及第二级划分后的定位结果，将待匹配点在第一级划分格段中所在的待选区域进一步锁定；通过第一级划分后格段与对应路段的存储，直接获取锁定的一级子格段中的路段信息，即为第二级划分与定位后的待选路段筛选结果。
(5)第三级筛选：要判断路段是否落在格段内，即判断路段是否与格段相交，通过对二级划分后所有待选路段与2R*2R范围内目标待选区域的相交判断，最终锁定目标区域内的路段作为初筛结果。
(6)匹配筛选：基于初筛结果，通过方向角、道路连通性以及距离等指标的组合筛选判断，进行匹配计算，选择初筛结果中满足最终目标的一条路段作为匹配路段，即行驶路段。
所述步骤(1)第一级划分与存储中格段边长L的范围为100米-800米。
所述步骤(1)第一级划分与存储在对整个地图区域进行第一级划分之前，还包括从数据库中读取原始地图上路段编号、路段上所有节点坐标、路段方向属性等所有路段的属性信息的步骤。
同一级划分后的各正方形格段面积相同。
所述步骤(3)第二级格段划分与所述步骤(2)第一级格段定位两个步骤的顺序不分先后，可以先进行第二级格段划分，也可以先进行第一级的格段定位。
所述步骤(1)格段划分的划分原则是：
基于地图中所有路段坐标，先确定获取路网所在地图的最小经度、最小纬度及其所在地图上的交汇点A；其次确定获取最大经度、最大纬度以及其在地图上的交汇点B；以A、B两点连线作为对角线的矩形地图区域即要进行区域划分前的原始地图区域；
要计算划分后格段数，首先取原始矩形地图区域中A、B两点的水平方向距离，即为两点的x坐标差值，设为L1，以该距离除以L，即为M1＝L1/L；对M1取整，若M1只要小数点后的值非0，将返回M1的整数部分+1，设取整后的M1转换为M，则M即为x方向可分割的格段数；
以同样的原理进行竖直方向格段数计算，则可取A、B两点的竖直方向距离，即为A、B的y坐标差值，设为L2，以该距离除以L，即为N1＝L2/L；同样对N1取整，设取整后的N1转换为N，则N即为y方向可分割的格段数；则原始矩形地图区域可划分格段数为M×N。
所述步骤(1)中，判断路网中各条路段是否在某格段中的算法是：首先判断路段为对角线的所在矩形区域与目标区域格段是否相交。若两矩形区域相交，则需判断路段端点是否在格段内或与格段的各边界相交。若路段上任一点在格段内或格段边界上，则该路段即与该格段相交。否则，即不相交。
所述步骤(2)中，匹配点在格段中定位的计算算法是：假设P点为待匹配点，其坐标可直接由GPS定位获得；设其坐标为(xp，yp)；基于P点在路网中的实际坐标，以A(xA，yA)为新坐标系的原点，则P点在新坐标系中的坐标为(xp-xA，yp-yA)；基于P点在新坐标系中的坐标，以A点为起点，L为单位格段长度，则P点在新的格段坐标系中的格段坐标为((xp-xA)/L，(yp-yA)/L)，对P点的格段坐标中横坐标值和纵坐标值分别取整，取整原则是只要小数点后的值非0，将返回整数部分+1；设取整后的格段坐标为(X，Y)，则(X，Y)即为P点在新的格段坐标系中的格段坐标。
所述步骤(5)中，判断路段与格段相交的算法是：判断路段中两端点是否在格段中或路段与格段各边界是否相交；若路段中任一点在格段范围内，则该路段即与该格段相交。
所述步骤(6)匹配筛选中匹配计算算法是：
(a)对第三级筛选的结果进行方向角判断与筛选：判断车辆行驶方向角与路段方向是否同向或反向；若方向角不符，则车辆必不在该路行驶，则将该路段从筛选结果中删除；否则，保留；若方向角判断的结果中待选路段数不唯一，则继续进行(b)。
(b)进行道路连通性判断与排除：依次对待选路段集进行连通性判断，判断是否与上一轨迹点行驶路段相连通，若不连通，则将该路段排除；判断循环结束后，继续进行(c)。
(c)进行待匹配点到路段投影点坐标及距离计算：计算待匹配点到各待选路段的距离，求得待匹配点到路段距离最小且投影点在路段上的路段，则该路段即是匹配路段，待匹配点到匹配路段的投影点坐标即是修正后的匹配点。
一种用于实现基于多级网络划分的匹配道路初筛方法的基于多级网络划分的地图匹配系统，所述基于多级网络划分的地图匹配系统包括：
第一级划分与存储模块，用以对所述整个定位区域进行第一级格段划分，并将划分后的格段编号与格段内的路段编号对应存储；
第一级格段定位模块，结合第一级格段划分规则，基于待匹配点定位坐标确定该点在第一级划分后的所在格段坐标，并初定待匹配点的待选区域。
第二级划分与定位模块，将第一级划分格段进行二级格段划分，结合待匹配点所在一级格段的编号与二级格段的位置，并结合误差半径，进一步缩小待选区域范围，确定待匹配点定位误差范围内的所有一级格段的编号，并通过一级划分结果的存储获取对应格段内的路段信息，作为待选路段；
第三级筛选模块，将二级定位与筛选后的待选路段中所有路段与正方形的目标区域进行相交判断，最终确定目标区域内的准确路段数，作为初筛结果；
匹配模块，基于所述的初筛结果，通过方向角、道路连通性以及距离等指标的组合筛选判断，进行匹配计算，最终锁定方向角与车辆行驶一致、前后连通且与定位点距离最小的路段作为其匹配路段；
所述的模块通过软件实现用以根据定位点的定位数据、通过初筛方法从整个定位区域迅速有效锁定误差区域内的待选路段，并通过组合筛选判断，进行匹配筛选，最终锁定方向角与车辆行驶一致、前后连通且与定位点距离最小的路段作为其匹配路段；各模块间通过服务器中央处理器的同步机制单元及运算处理单元，自动生成单元中的存储数据或终端送至与其连接的同步机制单元及运算处理单元，该同步机制单元由时钟设定固定的时间长度，该运算处理单元为由运算器、控制器和存储器组成的微电脑处理器，该运算处理单元在同步机制单元的控制下，将固定时间长度内进入自动生成单元的全部数据进行计算，运算处理单元将计算结果信息回传界面单元。
所述地图匹配系统还包括一数据库，该数据库存储有路网中全部路段的坐标数据以及编号等属性数据，以及一级划分后的路段编号与格段编号的对应关系信息，以及待匹配点的原始定位数据。
采用本发明匹配道路初筛方法的优点是：
根据整个定位区域内所有路段的位置数据和误差半径，结合待匹配点的坐标，通过初筛方法从整个定位区域内锁定误差区域(误差半径为R，单位为米(m))内所有待匹配点可能的行驶路段，并结合匹配筛选步骤进行匹配路径的选择以及匹配点的选取。首先通过对整个地图进行第一级格段划分，即以格段边长为K×R(k≥2，k为整数)，将路网均匀地等分为M×N个格段，将全部原始路网坐标数据根据已完成的格段划分，划至对应格段，并将划分格段与对应道路编号对应存储；第二，对待匹配点坐标进行第一级划分格段的定位。基于待匹配点坐标值，通过坐标对比与计算，初步确定待匹配点坐落的第一级划分格段编号；第三，对第一级划分后的格段以R为边长，进行K×K的第二级格段均等划分。基于坐标对比，确定定位点在第二级划分后的格段中的位置。结合误差半径，以及第二级划分后的定位结果，将待匹配点在一级划分格段中所在的待选区域进一步缩小并锁定。基于第一级划分后格段与对应路段存储，直接获取锁定的一级子格段中的路段信息，即为第二级划分与定位后的待选路段的筛选结果；第四，通过各待选路段与待匹配点为中心、边长为2R的矩形目标区域的相交判断，获取最终的2R*2R范围目标区域内的路段，作为初筛结果；第五，基于初筛结果，通过方向角、道路连通性以及距离等指标的组合筛选判断，选择初筛结果中满足最终目标的一条路段作为匹配路段，即行驶路段，从而解决了现有技术中地图匹配技术在处理海量匹配时，初筛过程速度过慢、锁定区域不够精确的问题。
附图说明
图1为本发明的基于多级网络划分的地图匹配系统的模块构成及系统框架图；
图2为本发明的基于多级网络划分的匹配道路初筛方法的流程图；
图3为本发明的基于多级网络划分的地图匹配系统的功能流程图；
图4为本发明的第一级区域划分与第二级划分图示；
图5为本发明采用的路段与矩形区域相交判断方案图示。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的方法详细说明如下：
请参阅图1和图2所示；本发明一种基于多级网络划分的匹配道路初筛方法，包括下列步骤：
(1)第一级划分与存储：确定误差半径R与格段边长，对整个地图区域进行以格段边长为L＝K×R的格段划分，其中的K为≥2的整数，K值的取值取决于格段边长与R。R值取决于GPS定位设备的定位精度以及地图的精度，在设备与地图不变的情况下该值基本不变。为简化计算，R和格段边长通常取整数。格段边长，由于其取值过小会造成划分的格段过多，会使相邻格段的路段重复性加剧，造成存储数据的增多与方法效率的降低，而取值过大，会使各格段中包含路段数量太多，失去划分格段从而减小运算量的意义，因此，本方法的推荐格段边长取值范围为[100，800]；基于格段边长L，将地图均匀地等分为M*N个格段；将全部原始路网数据根据已完成的格段划分，划至对应格段，并将格段编号与对应的道路编号信息存储。
(2)第一级格段定位：基于待匹配点定位坐标，结合第一级格段划分结果，通过坐标对比与计算，进行待匹配点格段定位，先初步确定待匹配点所在的第一级划分格段编号；结合误差半径R，以及第一级划分后的定位结果，将待匹配点所在的待选区域锁定在以待匹配点当前坐标点所在一级格段为中心的9个一级划分格段中；
(3)第二级格段划分：对第一级划分后的格段以R为边长，将其沿二维方向均匀划分为大小形状相同的K个格段，即进行K×K的第二级格段均等划分。
(4)第二级格段定位：通过坐标对比，确定第二级划分后定位点在格段中的位置；结合误差半径R，以及第二级划分后的定位结果，将待匹配点在一级划分格段中所在的待选区域进一步锁定；通过第一级划分后格段与对应路段的存储，直接获取锁定的一级子格段中的路段信息，即为第二级划分与定位后的待选路段的筛选结果。
(5)第三级筛选：要判断路段是否落在格段内，即判断路段是否与格段相交，通过对二级划分后所有待选路段与2R*2R范围内目标待选区域的相交判断，最终锁定目标区域内的路段作为初筛结果。
(6)匹配筛选：基于初筛结果，通过方向角、道路连通性以及距离等指标的组合筛选判断，进行匹配计算，选择初筛结果中满足最终目标的一条路段作为匹配路段，即行驶路段。
所述步骤(1)第一级划分与存储中格段边长L的范围为100米-800米。
所述步骤(1)第一级划分与存储在对整个地图区域进行第一级划分之前，还包括从数据库中读取原始地图上所有路段的编号、节点坐标、方向属性等路段属性数据的步骤。
同一级划分后的各正方形格段面积相同。
所述步骤(3)第二级格段划分与所述步骤(2)第一级格段定位两个步骤的顺序不分先后，可以先进行第二级格段划分，也可以先进行第一级的格段定位。
一种用于实现基于多级网络划分的匹配道路初筛方法的基于多级网络划分的地图匹配系统，所述基于多级网络划分的地图匹配系统包括：
第一级划分与存储模块，用以对所述整个定位区域进行第一级格段划分，并将划分后的格段编号与格段内的路段编号对应存储；
第一级格段定位模块，结合第一级格段划分规则，基于待匹配点定位坐标确定该点在第一级划分后的所在格段坐标，并初步确定待匹配点的待选区域。
第二级划分与定位模块，将第一级划分格段进行二级格段划分，结合待匹配点所在一级格段的编号与二级格段的位置，并结合误差半径，以进一步缩小待选区域范围，确定待匹配点定位误差范围内的所有一级格段的编号，并通过一级划分结果的存储获取对应格段内的路段信息，作为待选路段；
第三级筛选模块，将二级定位与筛选后的待选路段中所有路段与正方形的目标区域进行相交判断，最终确定目标区域内的准确路段数，作为初筛结果；
匹配模块，基于所述的初筛结果，通过方向角、道路连通性以及距离等指标的组合筛选判断，进行匹配计算，最终锁定方向角与车辆行驶一致、前后连通且与定位点距离最小的路段作为其匹配路段；
所述的模块通过软件实现用以根据定位点的定位数据，通过初筛方法从整个定位区域迅速有效锁定误差区域内的待选路段，并通过组合筛选判断，进行匹配筛选，最终锁定方向角与车辆行驶一致、前后连通且与定位点距离最小的路段作为其匹配路段；各模块间通过服务器中央处理器的同步机制单元及运算处理单元，自动生成单元中的存储数据或终端送至与其连接的同步机制单元及运算处理单元，该同步机制单元由时钟设定固定的时间长度，该运算处理单元为由运算器、控制器和存储器组成的微电脑处理器，该运算处理单元在同步机制单元的控制下，将固定时间长度内进入自动生成单元的全部数据进行计算，运算处理单元将计算结果信息回传界面单元。
所述地图匹配系统还包括一数据库，该数据库存储有路网中全部路段的坐标数据以及编号等属性数据，以及一级划分后的路段编号与格段编号的对应关系信息，以及待匹配点的原始定位数据。
如图1、图2、图3所示，本发明的基于多级网络划分的地图匹配系统包括后台数据库、第一级格段划分与存储模块、第一级格段定位模块、第二级划分与定位模块、第三级筛选模块、匹配筛选模块。
其中的第一级格段划分与存储模块，用以对整个地图进行第一级的区域划分，并将划分后各格段与格段内对应路段的对应关系结果存储。其中在对整个地图区域进行划分之前，首先确定GPS定位的误差半径R，以及一级划分和二级划分的格段边长。R值取决于GPS定位设备的定位精度以及地图的精度，在设备与地图不变的情况下该值基本不变。设一级划分格段边长为L，则L＝K×R，其中的k为≥2的整数。K值的取值取决于L与R。L取值过小会造成划分的格段过多，会使相邻格段的路段重复性加剧，造成存储数据的增多与方法效率的降低，而取值过大，会使各格段中包含路段数量太多，失去划分格段从而减小运算量的意义，因此，本方法推荐L取值范围为[100，800]。为简化计算，L、R通常取整数。确定二级格段划分边长为R；然后确定道路网所在地图区域的初始边界，并以某一边界顶点为起点，进行一级格段划分。划分原则是格段边长为L，划分后的格段总数是整数倍格段数，经划分后格段总面积不小于原地图面积，且完全覆盖被划分的地图区域。基于地图中所有路段坐标，我们可以获取路网所在地图的最小经度、最小纬度及其所在地图上的交汇点A。我们还可以获取最大经度、最大纬度以及其在地图上的交汇点B。以A、B两点连线作为对角线的矩形地图区域即为我们要进行区域划分前的原始地图区域。要计算划分后格段数，首先取原始矩形地图区域中A、B两点的水平方向距离，即为两点的x坐标差值，设为L1，以该距离除以L，即为M1＝L1/L。对M1取整，若M1只要小数点后的值非0，将返回M1的整数部分+1，设取整后的M1转换为M，则M即为x方向可分割的格段数。以同样的原理进行竖直方向格段数计算，则可取A、B两点的竖直方向距离，即为A、B的y坐标差值，设为L2，以该距离除以L，即为N1＝L2/L。同样对N1取整，设取整后的N1转换为N，则N即为y方向可分割的格段数。则原始矩形地图区域可划分格段数为M×N。然后我们即可以以原始矩形地图区域的四个顶点中任一个顶点为起点，以L为格段边长，进行M×N的格段划分，并将每一个格段进行编号，方便存储。格段编号的规则是不重复，与格段坐标相关，以方便后续的格段定位。依次根据格段编号，确定其内对应的路段，并将对应结果存储。若判断路段是否在格段内，首先判断路段为对角线的所在矩形区域与目标区域格段是否相交。若两矩形区域相交，则需判断路段端点是否在格段内或与格段的各边界相交。若路段上任一点在格段取值范围内，则该路段即与该格段相交。否则，即不相交。依次判断出各格段与各路段的关系，并将信息存储。划分后的信息相对固定，若路段无增减或格段划分方法不改变，则只运行一次该模块并将结果存储即可。
图4所示，为依照该划分法对某城市进行第一级区域划分的部分格段图示。R取值为50m，L取值200m，则k值即为4。为方便坐标转换与后期的坐标定位，在此，选择A点作为划分起点与格段坐标的起点，(X，Y)为格段坐标，其中X为经度方向第X个格段，Y为纬度方向第Y个格段，(X，Y)所在格段编号为(X+(Y-1)×M)；格段划分并编号后，依次针对划分后的每一个格段，判断出路网中所有落在该格段内的路段，并将该路段编号与对应所在的格段编号信息存储。要判断路段是否落在格段内，方法如图5所示。首先判断AB为对角线的所在矩形与CDEF是否相交，如图，相交。则判断A、B是否在CDEF内。由于判断为否定，继续判断AB与CDEF各边界是否有交点，如图，AB与CDEF交点有G、H两个，判断出其中一个即可确定矩形与CDEF相交。
第一级格段定位模块，用以根据待匹配点的定位数据，结合第一级区域划分原则和编号规则以及划分后的各格段边界定位，基于坐标对比，获取待匹配点在第一级划分后所在格段的编号。如图4所示，P点为待匹配点，其坐标可直接由GPS定位获得。设其坐标为(xp，yp)。基于P点在路网中的实际坐标，以A(xA，yA)为新坐标系的原点，则P点在新坐标系中的坐标为(xp-xA，yp-yA)。基于P点在新坐标系中的坐标，以A点为起点，L为单位格段长度，则P点在新的格段坐标系中的格段坐标为((xp-xA)/L，(yp-yA)/L)，对P点的格段坐标中横坐标值和纵坐标值分别取整，取整原则是只要小数点后的值非0，将返回整数部分+1。设取整后的格段坐标为(X，Y)，则(X，Y)即为P点在新的格段坐标系中的格段坐标。
第二级划分与定位模块，基于划分格段边长R，将各一级格段进行二级划分，基于待匹配点在第一级格段和第二级格段中的定位，并结合误差半径，以进一步缩小待匹配点可能所在目标区域的范围，确定目标区域范围内的所有一级格段的编号，并通过一级划分结果的存储获取各一级格段中的对应路段。首先进行二级格段划分。二级划分的方法以格段边长为R，将各一级子格段均匀划分为K×K个大小相等的正方形。待匹配点P点所在的格段坐标为(X，Y)的第一级子格段经第二级划分后的格段及其编号如图4所示；其次，要进行P点在二级格段中的定位，即判断P点在二级划分后的二级格段坐标。如图4所示，选取P点所在的第一级划分格段，基于第一级划分格段的格段坐标，我们可以很方便地获取该格段的各顶点坐标，以其中一个顶点为参照点，我们可以很容易获得P点与该顶点的x坐标和y坐标的差值，由此判断出P点所在的二级格段的编号。若P点在编号6、7、10和11格段中，则P点与相邻一级格段的距离均超过R，故其待选区域即落在格段坐标为(X，Y)的一级格段中；如P点在编号为1、4、13、16等(X，Y)格段顶点所在的二级格段，则其待选区域所在一级格段包括了与该顶点相连的4个一级格段。例如，若P点在编号为13的二级格段中，则与格段13相邻的顶点为o点，与o点相邻的格段分别是(X-1，Y-1)、(X，Y-1)、(X-1，Y)和(X，Y)；如果P点在与(X，Y)边界临近的非顶点所在二级格段中，则其待选区域格段包括了该边界两侧的两个一级格段。如图4所示，如果P点在编号为2或3的格段中，与(X，Y)的上边界相邻，则与二级格段距离不大于R的待选区域所在格段分别是该边界两侧的(X，Y+1)和(X，Y)。由上述分析，我们确定了点P所在的待选目标区域所在的一级格段编号。基于第一级格段划分的存储结果，可以获取这些格段中对应的路段编号，即为第二级定位的筛选结果。
第三级筛选模块，即将二级筛选结果中所有路段与正方形的目标区域进行相交判断，最终确定目标区域内的准确路段数，作为初筛结果。相交判断的方法如前所述，判断路段中两端点是否在格段中或路段与格段各边界是否相交；若路段中任一点在格段范围内，则该路段即与该格段相交。若不相交，则将该路段从待选路段中删除。方法原理如图5所示。
匹配筛选模块，基于所述的初筛结果，通过方向角、道路连通性以及距离等指标的组合筛选判断，进行匹配计算，最终锁定方向角与车辆行驶一致、前后连通且与定位点距离最小的路段作为其匹配路段。具体过程是：(1)首先对第三级筛选的结果进行方向角判断与删除。判断车辆行驶方向角与路段方向是否同向或反向。若方向角不符，则车辆必不在该路行驶，则将该路段从筛选结果中删除；否则，保留。若方向角判断的结果中待选路段数不唯一，则继续进行第(2)环节的筛选。(2)进行道路连通性判断与排除。依次对待选路段集进行连通性判断，判断是否与上一轨迹点行驶路段相连通，若不连通，则将该路段排除。判断循环结束后，继续进行第(3)环节的筛选。(3)进行待匹配点到路段投影点坐标及距离计算。计算待匹配点到各待选路段的距离，求得待匹配点到路段距离最小且投影点在路段上的路段，则该路段即是匹配路段，待匹配点到匹配路段的投影点坐标即是修正后的匹配点。
Claims (12)
1.一种基于多级网络划分的匹配道路初筛方法，其特征在于，包括下列步骤：
(1)第一级划分与存储：确定误差半径R与格段边长，并对整个地图区域进行以格段边长为L＝K×R的格段划分，其中的K为≥2的整数；将地图均匀地等分为M*N个格段，其中M为≥1的整数，N为≥1的整数；将全部原始路网中的路段根据已完成的格段划分，划至对应格段，并将格段编号与对应的道路编号信息存储；
(2)第一级格段定位：基于待匹配点定位坐标，结合第一级格段划分结果，通过坐标对比与计算，进行待匹配点格段定位，先初步确定待匹配点所在的第一级划分格段编号；结合误差半径R，以及第一级划分后的定位结果，将待匹配点所在的待选区域锁定在以待匹配点当前坐标点所在一级格段为中心的9个一级划分格段中；
(3)第二级格段划分：对第一级划分后的格段以R为边长，将其沿二维方向均匀划分为大小形状相同的K个格段，即进行K×K的第二级格段均等划分；
(4)第二级格段定位：通过坐标对比，确定第二级划分后定位点在格段中的位置；结合误差半径R，以及第二级划分后的定位结果，将待匹配点在一级划分格段中所在的待选区域进一步缩小并锁定；通过第一级划分后格段与对应路段的存储，直接获取确定的待选区域中各一级格段中的路段信息，即为第二级划分与定位后的待选路段筛选结果；
(5)第三级筛选：要判断路段是否落在格段内，即判断路段是否与格段相交，通过对二级划分与定位后结果中所有待选路段与2R*2R范围内目标待选区域的相交判断，最终锁定目标区域内的路段作为初筛结果；
(6)匹配筛选：基于初筛结果，通过方向角、道路连通性以及距离等指标的组合筛选判断，进行匹配计算，选择初筛结果中满足最终目标的一条路段作为匹配路段，即行驶路段。
2.根据权利要求1所述的匹配道路初筛方法，其特征在于，所述步骤(1)第一级划分与存储中格段边长L的范围为100米-800米。
3.根据权利要求1所述的匹配道路初筛方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，在对整个地图区域进行第一级划分之前，还包括从数据库中读取全部原始地图上路段编号、路段上所有节点坐标、路段方向属性等所有路段属性信息的步骤。
4.根据权利要求1所述的匹配道路初筛方法，其特征在于，同一级划分后的各格段为面积相同的正方形。
5.根据权利要求1所述的匹配道路初筛方法，其特征在于，所述步骤(3)第二级格段划分与所述步骤(2)第一级格段定位两个步骤的顺序不分先后，可以先进行第二级格段划分，也可以先进行第一级的格段定位。
6.根据权利要求1所述的匹配道路初筛方法，其特征在于，所述步骤(1)格段划分的划分原则是：
基于地图中所有路段坐标，先确定获取路网所在地图的最小经度、最小纬度及其所在地图上的交汇点A；其次确定获取最大经度、最大纬度以及其在地图上的交汇点B；以A、B两点连线作为对角线的矩形地图区域即要进行区域划分前的原始地图区域；
要计算划分后格段数，首先取原始矩形地图区域中A、B两点的水平方向距离，即为A、B两点的x坐标差值，设为L1，以该距离除以L，即为M1＝L1/L；对M1取整，若M1只要小数点后的值非0，将返回M1的整数部分+1，设取整后的M1转换为M，则M即为x方向可分割的格段数；
以同样的原理进行竖直方向格段数计算，则可取A、B两点的竖直方向距离，即为A、B的y坐标差值，设为L2，以该距离除以L，即为N1＝L2/L；同样对N1取整，设取整后的N1转换为N，则N即为y方向可分割的格段数；则原始矩形地图区域可划分格段数为M×N。
7.根据权利要求1所述的匹配道路初筛方法，其特征在于，所述步骤(1)中格段划分时，判断路网中各条路段是否在格段中的算法是：判断路段与格段是否相交，首先判断路段为对角线的所在矩形区域与目标区域格段是否相交；若两矩形区域相交，则需判断路段端点是否在格段内或与格段的各边界相交；若路段上任一点在格段内或格段边界上，则该路段即与该格段相交；否则，即不相交。
8.根据权利要求1所述的匹配道路初筛方法，其特征在于所述步骤(2)匹配点格段定位的计算算法是：假设P点为待匹配点，其坐标可直接由GPS定位获得；设其坐标为(xp，yp)；基于P点在路网中的实际坐标，以A(xA，yA)为新坐标系的原点，则P点在新坐标系中的坐标为(xp-xA，yp-yA)；基于P点在新坐标系中的坐标，以A点为起点，L为单位格段长度，则P点在新的格段坐标系中的格段坐标为((xp-xA)/L，(yp-yA)/L)，对P点的格段坐标中横坐标值和纵坐标值分别取整，取整原则是只要小数点后的值非0，将返回整数部分+1；设取整后的格段坐标为(X，Y)，则(X，Y)即为P点在新的格段坐标系中的格段坐标。
9.根据权利要求1所述的匹配道路初筛方法，其特征在于，所述步骤(5)第三级筛选中判断路段与格段相交的算法是：判断路段两端点是否在格段内或与格段的各边界相交；若路段上任一点在格段内或格段边界上，则该路段即与该格段相交。
10.根据权利要求1所述的匹配道路初筛方法，其特征在于所述步骤(6)匹配筛选中匹配计算算法是：
(a)对第三级筛选的结果进行方向角判断与筛选：由于路段的方向角是路段基本属性，而行驶方向可通过GPS定位信息直接获得，通过行驶方向角与路段方向是否同向或反向，可判断车辆是否在该路段行驶；若方向角不符，则车辆必不在该路段行驶，则将该路段从筛选结果中删除；否则，保留；若方向角判断的结果中待选路段数不唯一，则继续进行(b)；
(b)进行道路连通性判断与排除：依次对待选路段进行连通性判断，判断是否与上一轨迹点行驶路段相连通，若不连通，则将该路段排除；判断循环结束后，继续进行(c)；
(c)进行待匹配点到路段投影点坐标及距离计算：计算待匹配点到各待选路段的距离，求得待匹配点到路段距离最小且投影点在路段上的路段，则该路段即是匹配路段，待匹配点到匹配路段的投影点坐标即是修正后的匹配点。
11.一种用于实现如权利要求1所述方法的基于多级网络划分的地图匹配系统，其特征在于，所述基于多级网络划分的地图匹配系统包括：
第一级划分与存储模块，用以对所述整个定位区域进行第一级格段划分，并将划分后的格段编号与格段内的路段编号对应存储到数据库中；
第一级格段定位模块，结合第一级格段划分规则，基于待匹配点定位坐标确定该点在第一级划分后的所在格段坐标，并初定待匹配点的待选区域；
第二级划分与定位模块，将第一级划分格段进行二级格段划分，结合待匹配点所在一级格段的编号与二级格段的位置，并结合误差半径，以进一步缩小待选区域范围，确定待匹配点定位误差范围内的所有一级格段的编号，并通过一级划分结果的存储获取对应格段内的路段信息，作为待选路段；
第三级筛选模块，将二级定位与筛选后的待选路段中所有路段与正方形的目标区域进行相交判断，最终确定目标区域内的准确路段数，作为初筛结果；
匹配模块，基于所述的初筛结果，通过方向角、道路连通性以及距离等指标的组合筛选判断，进行匹配计算，最终锁定方向角与车辆行驶一致、前后连通且与定位点距离最小的路段作为其匹配路段；
所述的模块通过软件实现用以根据定位点的定位数据，通过初筛方法从整个定位区域迅速有效锁定误差区域内的待选路段，并通过组合筛选判断，进行匹配筛选，最终锁定方向角与车辆行驶一致、前后连通且与定位点距离最小的路段作为其匹配路段；各模块间通过服务器中央处理器的同步机制单元及运算处理单元，自动生成单元中的存储数据或终端送至与其连接的同步机制单元及运算处理单元，该同步机制单元由时钟设定固定的时间长度，该运算处理单元为由运算器、控制器和存储器组成的微电脑处理器，该运算处理单元在同步机制单元的控制下，将固定时间长度内进入自动生成单元的全部数据进行计算，运算处理单元将计算结果信息回传界面单元。
12.根据权利要求11所述的地图匹配系统，其特征在于，所述地图匹配系统还包括一数据库，该数据库存储有路网中全部路段的坐标数据以及编号等属性数据，以及一级划分后的路段编号与格段编号的对应关系信息，以及待匹配点的原始定位数据。
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Granted publication date: 20130417 Termination date: 20141222 |
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