CN102226700A - 一种用于立交桥路网电子地图匹配的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种立交桥路网电子地图匹配的方法，立交桥路网建立方法为，将曲线路段用带有方向的一系列点的集合标示，将直线路段用方向性直线标示，然后将路段标示和路段分割点的经纬度信息进行关联，并存储在路网数据库中。根据车辆经纬度获取车辆进入立交桥前后的位置信息，并由其速度、时间和方向确定将几级邻接路段作为候选路段；对候选路段或路段点的集合中各点的匹配度计算，确定车辆实际在路段上的位置。

Description

一种用于立交桥路网电子地图匹配的方法

技术领域：

本发明涉及一种用于立交桥路网电子地图匹配的方法，属于智能交通与导航定位技术领域。

技术背景：

随着智能交通系统的深入发展，电子地图越来越多的被用来展示城市交通基础设施信息及用户的位置，从而结合形成一种新领域交通地理信息系统GIS-T(Geographic Information System-Transportation)。

GIS-T的应用就要求能将交通中涉及到的各类型道路，建筑，车辆，行人精确地显示在电子地图中。当电子地图中路网信息和用户车辆定位GPS信息足够精确时，我们只需将从GPS接收机得到的车辆位置简单的拖到路网中最近的结点或道路上，便可以得到车辆当前实际行驶的位置。然而，由于GPS接收机、卫星及大气层等不确定因素的累积影响，即使使用了相当好的校准传感器及传感融合技术，也会导致出现定位误差，车辆GPS定位设备定位误差可达到15米左右甚至更高。同时当前的电子地图通常无法满足地图匹配对地图精度的要求，这就需要通过地图匹配的方法来对不精确的数据进行较正。地图匹配就是通过整合定位位置信息数据和空间路网数据(道路中心线)，来确定车辆所行驶的道路并找出车辆在该道路上的实际位置，其前提是车辆总是行驶在道路上。当前已有的地图匹配方法通常没有考虑立交桥这种城市中普遍存在的特殊路网结构，即便有涉及也是把立交桥当作普通的交叉路口对待，导致在立交桥地图匹配领域存在空白。

综合以上分析，需要针对立交桥建立一种路网，并在此基础上对车辆进行地图匹配，用以确定车辆在立交桥这种复杂路网中的实时精确位置。随着高效的计算、存储技术及设备的出现，也为本发明提供实现的可能。本发明可广泛应用于智能交通中车辆导航、交通态势展示、行驶时间预测、交通监控、事故检测、车辆调度等领域。

发明内容：

本发明的目的在于为填补智能交通领域中在立交桥路网建模和地图匹配中的空白，采用先进的计算机处理、存储等高科技技术，建立一种适于立交桥的空间路网，并通过基于匹配度的地图匹配方法确定车辆在路网中的实际位置，为进行精确的GIS展示打下基础。本发明将GPS设备增加了数据存储模块、地图匹配模块和电子地图模块，通过数据运算，实现立交桥路网上的地图匹配方法。

本发明的技术方案实现如下：

一种用于立交桥路网电子地图匹配的方法，步骤如下：

1)在电子地图上建立立交桥空间路网，将立交桥上的曲线路段用带有方向的一系列点的集合标示，直线路段用方向性直线标示；确定直线路段与曲线路段的连接点和曲线路段上点的个数及位置；

2)根据步骤1确定的结果，在电子地图上进行路网信息采集，获取电子地图上直线路段与曲线路段的连接点和曲线路段上点的经纬度；

3)将步骤2)得的经纬度转化为以度为单位的经纬度，同时将曲线路段用带有方向的一系列点的集合标示与曲线路段的连接点和曲线路段上的点的经纬度相对应，直线路段的方向性直线标示和直线路段与曲线路段的连接点的经纬度相对应，并存储在路网数据库中；

4)将车辆GPS的实时经纬度与立交桥的经纬度范围做比较，获取进入立交桥前后该车辆的速度、定位时间和方向信息，根据该信息计算车辆可能行驶的路段集合；

5)利用车辆实时方向、速度和历史匹配结果，将车辆可能行驶的路段集合中各个路段与当前车辆的方向、速度和历史匹配结果进行匹配计算，得到各个路段的匹配度；所述的历史匹配结果是指利用本次匹配方法匹配得到的前一时刻的匹配结果；

6)选择直线路段和曲线路段的匹配度最大值，则最大值所对应的路段为匹配路段；

7)如果匹配路段为直线路段，车辆GPS经纬度对应的点在直线路段上的投影点为最终匹配点；如果匹配路段为曲线路段，则曲线路段点集中匹配度最大的点为最终匹配点；

8)重复步骤4。

所述步骤4)中根据信息计算车辆可能行驶的路段集合的方法：

从GPS装置102中提取当前车辆点P₁信息，假设行驶速度为V₁，定位时间为T₁，前一时刻车辆P₀匹配到M₀，其速度为V₀，定位时间为T₀，如果(V₁+V₀)*(T₁-V₀)＜ξ，那么路段M₀N₁及一级邻接路段N₁N₂，N₁N₄为车辆可能行驶的路段集合；如果(V₁+V₀)*(T₁-T₀)＞＝ξ，那么路段M₀N₁及一级邻接路段N₁N₂，N₁N₄，二级邻接路段N₂N₃，N₄N₆为车辆可能行驶的路段集合，其中，ξ为门限值。

所述步骤5)所述的匹配计算是利用地图匹配计算模块103进行的，匹配计算的公式如下：

$D(p_c,p_r)=\frac{1}{1+\frac{\left|\right|p_c-p_r\left|\right|}{{\mathrm{\σ}}^2}},$ $V({\stackrel{\‾}{v}}_c,{\stackrel{\‾}{v}}_r)=\frac{({\stackrel{\‾}{v}}_c,{\stackrel{\‾}{v}}_r)}{{\left|\right|{\stackrel{\‾}{v}}_c\left|\right|}^2{\left|\right|{\stackrel{\‾}{v}}_r\left|\right|}^2}={\cos \mathrm{\θ}}_{\mathrm{\δ}}$

得到方向和速度对匹配度的贡献度，车辆行驶速度和投影到路段上的速度分别为和

σ为定位误差的标准偏差，θ_δ为车辆行驶方向与路段前进方向的夹角；

由Q(k)＝αD(k)+βV(k)+γQ(k-1)

得到匹配度，选取最大的Q^m(k)作为匹配路段，进而得到相应的匹配位置，式中，α，β和γ分别为分配给距离、方向、历史位置对匹配贡献度指标的权值，是通过有限次权值设定与已知结果对比实验，确定最优权值。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明涉足到大多数城市中都比较常见，但在城市路网中相对特殊的立交桥路网，填补了智能交通地图匹配在这方面的空白。

2、本发明利用一种全新的方式来呈现城市中普遍存在的立交桥路网，将曲线路段用带有方向的一系列点的集合标示，将直线路段用方向性直线标示；用直线段或点的方向来直观的指示道路的行驶方向。

3、根据车辆进入立交桥范围前后的GPS位置、速度、定位时间，确定将几级邻接路段作为本次地图匹配的候选路段；缩小了匹配范围，缩短了匹配时间。

附图说明：

图1是GPS设备与存储模块，地图匹配模块及电子地图连接结构框图；

图2是本发明建立的立交桥空间路网及匹配示例图；

图3是本发明实例结果示例图；

图4是本发明在立交桥路网上进行地图匹配方法的流程图；

其中，101是路网数据库存储模块，102是GPS定位模块，103是地图匹配计算模块，104是电子地图展示模块。

具体实施：

以下结合附图和实施例对本发明做详细的说明，但不限于此。

如图1，图2，图4所示，本发明一种用于立交桥路网电子地图匹配的方法，步骤如下：

1)在电子地图上建立立交桥空间路网，将立交桥上的曲线路段用带有方向的一系列点的集合标示，直线路段用方向性直线标示；确定直线路段与曲线路段的连接点和曲线路段上点的个数及位置；

2)根据步骤1确定的结果，在电子地图上进行路网信息采集，获取电子地图上直线路段与曲线路段的连接点和曲线路段上点的经纬度；

3)将步骤2)得的经纬度转化为以度为单位的经纬度，同时将曲线路段用带有方向的一系列点的集合标示与曲线路段的连接点和曲线路段上的点的经纬度相对应，直线路段的方向性直线标示和直线路段与曲线路段的连接点的经纬度相对应，并存储在路网数据库101中；

4)利用GPS定位模块102，将车辆GPS的实时经纬度与立交桥的经纬度范围做比较，获取进入立交桥前后该车辆的速度、定位时间和方向信息，根据该信息计算车辆可能行驶的路段集合；

从GPS装置102中提取当前车辆点P₁信息，假设行驶速度为V₁，定位时间为T₁，前一时刻车辆P₀匹配到M₀，其速度为V₀，定位时间为T₀，如果(V₁+V₀)*(T₁-T₀)＜ξ，那么路段M₀N₁及一级邻接路段N₁N₂，N₁N₄为车辆可能行驶的路段集合；如果(V₁+V₀)*(T₁-T₀)＞＝ξ，那么路段M₀N₁及一级邻接路段N₁N₂，N₁N₄，二级邻接路段N₂N₃，N₄N₆为车辆可能行驶的路段集合，其中，ξ为门限值。

5)利用车辆实时方向、速度和历史匹配结果，将车辆可能行驶的路段集合中各个路段与当前车辆的方向、速度和历史匹配结果进行匹配计算，得到各个路段的匹配度；所述的历史匹配结果是指利用本次匹配方法匹配得到的前一时刻的匹配结果；

以上匹配计算是利用地图匹配计算模块103进行的，匹配计算的公式如下：

$D(p_c,p_r)=\frac{1}{1+\frac{\left|\right|p_c-p_r\left|\right|}{{\mathrm{\σ}}^2}},$ $V({\stackrel{\‾}{v}}_c,{\stackrel{\‾}{v}}_r)=\frac{({\stackrel{\‾}{v}}_c,{\stackrel{\‾}{v}}_r)}{{\left|\right|{\stackrel{\‾}{v}}_c\left|\right|}^2{\left|\right|{\stackrel{\‾}{v}}_r\left|\right|}^2}={\cos \mathrm{\θ}}_{\mathrm{\δ}}$

得到方向和速度对匹配度的贡献度，车辆行驶速度和投影到路段上的速度分别为

和

σ为定位误差的标准偏差，θ_δ为车辆行驶方向与路段前进方向的夹角。

由Q(k)＝αD(k)+βV(k)+γQ(k-1)

得到匹配度，选取最大的Q^m(k)作为匹配路段，进而得到相应的匹配位置。式中，α，β和γ分别为分配给距离、方向、历史位置对匹配贡献度指标的权值，是通过有限次权值设定与已知结果对比实验，确定最优权值。

6)选择直线路段和曲线路段的匹配度最大值，则最大值所对应的路段为匹配路段；

7)如果匹配路段为直线路段，车辆GPS经纬度对应的点在直线路段上的投影点为最终匹配点；如果匹配路段为曲线路段，则曲线路段点集中匹配度最大的点为最终匹配点；

8)重复步骤4。

将步骤7)中所确定的最终匹配点输入到电子地图104上展示。实验匹配结果如图3所示。

Claims (3)

1.一种用于立交桥路网电子地图匹配的方法，包括立交桥空间路网的建立和将车辆匹配到电子地图上两部分；其特征在于，方法包括以下步骤：

1)在电子地图上建立立交桥空间路网，将立交桥上的曲线路段用带有方向的一系列点的集合标示，直线路段用方向性直线标示；确定直线路段与曲线路段的连接点和曲线路段上点的个数及位置；

2)根据步骤1确定的结果，在电子地图上进行路网信息采集，获取电子地图上直线路段与曲线路段的连接点和曲线路段上点的经纬度；

3)将步骤2)得的经纬度转化为以度为单位的经纬度，同时将曲线路段用带有方向的一系列点的集合标示与曲线路段的连接点和曲线路段上的点的经纬度相对应，直线路段的方向性直线标示和直线路段与曲线路段的连接点的经纬度相对应，并存储在路网数据库中；

4)将车辆GPS的实时经纬度与立交桥的经纬度范围做比较，获取进入立交桥前后该车辆的速度、定位时间和方向信息，根据该信息计算车辆可能行驶的路段集合；

5)利用车辆实时方向、速度和历史匹配结果，将车辆可能行驶的路段集合中各个路段与当前车辆的方向、速度和历史匹配结果进行匹配计算，得到各个路段的匹配度；所述的历史匹配结果是指利用本次匹配方法匹配得到的前一时刻的匹配结果；

6)选择直线路段和曲线路段的匹配度最大值，则最大值所对应的路段为匹配路段；

7)如果匹配路段为直线路段，车辆GPS经纬度对应的点在直线路段上的投影点为最终匹配点；如果匹配路段为曲线路段，则曲线路段点集中匹配度最大的点为最终匹配点；

8)重复步骤4。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4)中根据信息计算车辆可能行驶的路段集合的方法：

从GPS装置102中提取当前车辆点P₁信息，假设行驶速度为V₁，定位时间为T₁，前一时刻车辆P₀匹配到M₀，其速度为V₀，定位时间为T₀，如果(V₁+V₀)*(T₁-T₀)＜ξ，那么路段M₀N₁及一级邻接路段N₁N₂，N₁N₄为车辆可能行驶的路段集合；如果(V₁+V₀)*(T₁-T₀)＞＝ξ，那么路段M₀N₁及一级邻接路段N₁N₂，N₁N₄，二级邻接路段N₂N₃，N₄N₆为车辆可能行驶的路段集合，其中，ξ为门限值。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤5)所述的匹配计算是利用地图匹配计算模块103进行的，匹配计算的公式如下：

$D(p_c,p_r)=\frac{1}{1+\frac{\left|\right|p_c-p_r\left|\right|}{{\mathrm{\σ}}^2}},$ $V({\stackrel{\‾}{v}}_c,{\stackrel{\‾}{v}}_r)=\frac{({\stackrel{\‾}{v}}_c,{\stackrel{\‾}{v}}_r)}{\left|\right|{\stackrel{\‾}{v}}_c{\left|\right|}^2\left|\right|{\stackrel{\‾}{v}}_r{\left|\right|}^2}={\cos \mathrm{\θ}}_{\mathrm{\δ}}$

得到方向和速度对匹配度的贡献度，车辆行驶速度和投影到路段上的速度分别为

和

σ为定位误差的标准偏差，θ_δ为车辆行驶方向与路段前进方向的夹角；

由Q(k)＝αD(k)+βV(k)+γQ(k-1)

得到匹配度，选取最大的Q^m(k)作为匹配路段，进而得到相应的匹配位置，式中，α，β和γ分别为分配给距离、方向、历史位置对匹配贡献度指标的权值，是通过有限次权值设定与已知结果对比实验，确定最优权值。

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