CN103033832B - 导航系统及道路匹配方法与装置 - Google Patents
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Abstract
一种导航系统及道路匹配方法与装置，所述道路匹配方法包括：接收定位信息，所述定位信息包括车辆位置的经纬度、航向；基于经纬度以及航向在电子地图数据库中搜索出定位的车辆位置所在的预设区域内所有的路段中通行方向与航向接近的路段；在与航向接近的路段中选择与上次匹配的路段具有连接关系的路段；从具有连接关系的路段中确定与定位的车辆位置之间的距离最小且小于预设阈值的路段；若确定路段数量为一条，则匹配到该路段，否则基于第一预定时间内车辆的移动速度变化识别出车辆的运动状态，并基于所确定的路段的实时交通信息匹配路段，所匹配的路段的实时交通信息与所述车辆的运动状态对应。本技术方案能快速、准确地匹配到正确的路段。
Description
技术领域
本发明涉及导航领域，特别涉及一种导航系统及道路匹配方法与装置。
背景技术
目前车辆导航定位的三大重要技术是全球定位系统(GPS，Global PositionSystem)、航位推算(DR，Dead Reckoning)以及地图匹配(MM，Map Matching)。
目前由于受GPS定位精度的影响，而且在城市路段复杂的情况下，往往会出现高楼和高架桥阻挡接收机的信号，使GPS定位信息有较大的偏差甚至失去信号，单纯用GPS定位很难得到满意的定位效果。航位推算可以实现车辆的自主导航，但是它需要车辆初始位置的输入，并且惯性器件(例如陀螺仪、加速度仪等)的漂移误差和标定误差将使累计误差随时间而增大。而地图匹配这一软件纠错技术恰恰避免了以上两种定位技术无法克服的局限性。地图匹配是一种通过软件方法和相应的匹配电路，校正定位(例如GPS定位或者航位推算定位)误差的技术，即将其他定位方法获得的车辆位置或行驶轨迹，与车载的电子地图数据库中的道路数据相比较、匹配，找到车辆所在的道路，计算出车辆在道路上的位置，进而校正定位误差，因而能够极大地提供车辆的定位精度，减少定位误差。
地图匹配指的就是其他定位技术获得的定位信息(例如GPS定位信息)和电子地图数据库中的道路数据的匹配。地图匹配除了能将这两者匹配起来之外，它还可以满足一些终端用户的需要，比如说终端用户要求定位信息还能满足交通规则的要求，如车辆在我们国家应该是靠右行驶，某些路段只是单行道等。地图匹配根据其匹配目的的不同，可将其分为道路匹配和非道路匹配。道路匹配是将定位信息匹配到地理信息系统中的道路上，而非道路匹配是建立在道路匹配的基础上，是指车辆进入加油站、停车场或者其他地方作短暂的旅行，偏离道路时候的匹配。为了使道路匹配更加有效，在进行匹配之前首先提出两个前提：(1)车辆总是行驶在路上；(2)使用电子地图的精度要远大于GPS定位精度。对于这二个条件总是满足的，否则匹配结果会难以让人想象。事实上，在正常的交通情况下，和飞机导航与海洋运输不同，公路运输车辆局限于有限的公路网络系统，仅仅是进入停车场或其他的短暂旅行(如加油站)作为例外情况，因而条件(1)是可以满足的。条件(2)可以通过使用高精度的电子地图数据库来实现。很明显，用于车载导航的数字电子地图必须相对准确，否则导航系统将产生错误的位置输出，这种错误输出会严重降低导航系统的性能。因而数字电子地图允许的误差范围为15m(真实地面距离)。
传统的导航系统一般使用GPS提供的定位信息(主要是经纬度和航向)来进行路段匹配，其具体实现通常如下：
(1)设定匹配路段的最小阈值D，只有定位的车辆位置(通过GPS对车辆位置进行定位后，将经纬度转换为电子地图的坐标，显示于电子地图上的位置)与目标路段的距离小于此值，才认为是匹配到该路段。
(2)求定位的车辆位置到路段的距离的方法
路段是由一系列线段组成的折线，由当前点(定位的车辆位置)对这些线段依次作垂线，求出点到垂足的距离d1、d2、d3...dn，取这些距离中的最小值作为点到目标路段的距离。图1是定位的车辆位置到路段的距离的示意图，如图1所示，点P为定位的车辆位置，R1、R2、R3、R4分别为点P附近的4条路段，由点P分别对线段R1、R2、R3、R4作垂线，得到定位的车辆位置到路段的距离，即点P到垂足的距离分别为d1、d2、d3、d4。
(3)根据经纬度在电子地图数据库中搜索距定位的车辆位置较近的若干条路段的集合A，如图1所示，集合A包括路段R1、R2、R3和R4。
(4)根据航向扫描路段的集合A，从路段的集合A中选择出路段的通行方向与航向接近的路段的集合B，如图1所示，假设车辆的航向为东西航向(自东向西或者自西向东，如图1所示的均为双向通行的路段)，则选出的集合B包括R1和R3，从路段的集合B中确定距离最近的路段，从d1、d3取最小值作为点P至目标路段的距离，d1为最小值，则R1作为目标路段。
(5)如果d1＜D，则匹配到该条路段R1，可认为车辆行驶于路段R1上；否则匹配到空地。
这样的方法对于平面中的相距较远的路段可以很好的区分，但是对于平面中距离较近的且航向相同的平行路段就会无法区分，从而造成匹配错误的情况。此时，根据车辆行驶时，只能从一条道路运动到另一条与其有连接关系的道路，不可能从一条道路突然“飞行”到与其没有连接关系的道路这一事实，一般还可以通过道路网络拓扑关系(即连接关系)进行区分。具体地，在步骤(4)中，除了选择路段的通行方向与航向接近的路段的集合B，需要进一步在路段的集合B中选择出与上次匹配的路段具有连接关系的路段的集合C，再从路段的集合C中确定距离最近的路段，之后再进行步骤(5)。如此便能解决当车辆行驶在平面中距离较近且依靠平面坐标无法区分的路段上时，更准确地匹配到正确的路段。
然而，如果当航向相同的平行路段处于不同的水平面，并且处于较高水平面的路段覆盖了处于较低水平面的路段(即具有覆盖关系)，路段之间具有连接关系，那么从一个水平面的路段驶向另一个水平面的路段时，即使依靠道路网络拓扑关系也无法准确地匹配到正确的路段。最为典型的例子是高架道路与位于高架道路之下的地面道路。图2是具有覆盖关系以及连接关系的高架道路与地面道路示意图，如图2所示，当车辆由地面道路经上高架的匝道驶向高架道路时，获取卫星的定位信息进行道路匹配时，即使考虑道路网络拓扑关系也仍然无法区别出是驶向高架道路还是仍走地面道路。同理，当车辆由高架道路经下高架的匝道驶向地面道路时同样无法准确地匹配到正确的路段。
关于道路匹配的相关技术，还可参考公开号为CN101363907A的中国专利申请，该专利申请公开了一种基于卫星定位的道路匹配方法和系统。
发明内容
本发明解决的问题是现有技术中航向相同的平行路段处于不同的水平面，并且具有覆盖关系以及连接关系，当车辆从一个水平面的路段驶向另一个水平面的路段时，无法准确地匹配到正确的路段。
为解决上述问题，本发明的技术方案提供一种道路匹配方法，包括：
接收定位信息，所述定位信息包括车辆位置的经纬度信息以及航向信息；
基于所述经纬度信息以及航向信息在电子地图数据库中搜索出定位的车辆位置所在的预设区域内所有的路段中通行方向与航向接近的路段；
在所述通行方向与航向接近的路段中选择与上次匹配的路段具有连接关系的路段；
从所述与上次匹配的路段具有连接关系的路段中确定与定位的车辆位置之间的距离最小且所述距离小于第一预设阈值的路段；
若确定的路段的数量为一条，则匹配到该路段，否则获取所确定的路段的实时交通信息，基于第一预定时间内车辆的移动速度变化识别出车辆的运动状态，并基于所确定的路段的实时交通信息匹配路段，所匹配的路段的实时交通信息与所述车辆的运动状态对应。
可选的，所确定的路段的实时交通信息包括路段处于畅通状态、拥堵状态或缓行状态，若识别出车辆的运动状态为快行，则匹配到处于畅通状态的路段，若识别出车辆的运动状态为缓行，则匹配到处于缓行状态的路段，若识别出车辆的运动状态为时停时开，则匹配到处于拥堵状态的路段。
可选的，若识别出车辆的运动状态为快行，且所确定的路段中不存在处于畅通状态的路段，则匹配到处于缓行状态的路段；若识别出车辆的运动状态为缓行，且所确定的路段中不存在处于缓行状态的路段，则匹配到处于畅通状态的路段。
可选的，所述基于第一预定时间内车辆的移动速度变化识别出车辆的运动状态包括：获取第一预定时间内车辆的移动速度的采样值，求所有采样值的算术平均值，若所求得的算术平均值大于第二预设阈值，则判断小于所述第二预设阈值的采样值非连续出现的次数是否大于或等于预定数量，是则识别出车辆的运动状态为时停时开，否则当所求得的算术平均值小于第三预设阈值，识别出车辆的运动状态为缓行，当所求得的算术平均值大于或等于第三预设阈值，识别出车辆的运动状态为快行。
可选的，所述获取第一预定时间内车辆的移动速度的采样值是在判断出所述定位的车辆位置与行驶方向上最近的交叉路口之间的距离小于或等于第四预设阈值时开始进行的。
可选的，所确定的路段的实时交通信息包括路段处于畅通状态、拥堵状态或缓行状态，若识别出车辆的运动状态为匀速运动或加速运动，则匹配到处于畅通状态的路段，若识别出车辆的运动状态为减速运动，则匹配到处于缓行状态或拥堵状态的路段。
可选的，所述车辆的移动速度是从所述定位信息中获取的或者是从车载的车速传感器中获取的。
可选的，所述道路匹配方法还包括：当所确定的路段中存在一条以上路段的实时交通信息与所述车辆的运动状态对应时，则获取用于定位的卫星的数量和/或信号强度，判断第二预定时间内卫星数量和/或卫星信号强度的变化量是否超过各自的预定值，是则匹配到与上次匹配的路段的道路属性不同的路段，否则匹配到与上次匹配的路段的道路属性相同的路段。
可选的，所述上次匹配的路段的道路属性为地面道路，若判断出所述第二预定时间内卫星数量的增加量和/或卫星信号强度的增强量超过各自的预定值，则匹配道路属性为高架道路的路段，否则匹配道路属性为地面道路的路段。
可选的，所述上次匹配的路段的道路属性为高架道路，若判断出所述第二预定时间内卫星数量的减少量和/或卫星信号强度的减弱量超过各自的预定值，则匹配道路属性为地面道路的路段，否则匹配道路属性为高架道路的路段。
可选的，所述道路匹配方法还包括存储所匹配的路段的历史记录。
可选的，所述定位信息为GPS卫星定位信息或北斗卫星定位信息。
为解决上述问题，本发明的技术方案还提供了一种道路匹配装置，包括：
接收单元，用于接收定位信息，所述定位信息包括车辆位置的经纬度信息以及航向信息；
搜索单元，用于基于所述经纬度信息以及航向信息在电子地图数据库中搜索出定位的车辆位置所在的预设区域内所有的路段中通行方向与航向接近的路段；
选择单元，用于在所述通行方向与航向接近的路段中选择与上次匹配的路段具有连接关系的路段；
确定单元，用于从所述与上次匹配的路段具有连接关系的路段中确定与定位的车辆位置之间的距离最小且所述距离小于第一预设阈值的路段；
第一获取单元，用于获取车辆的移动速度和所确定的路段的实时交通信息；
第一识别单元，用于基于第一预定时间内车辆的移动速度变化识别出车辆的运动状态；
第一匹配单元，用于若确定的路段的数量为一条，则匹配到该路段，否则基于所确定的路段的实时交通信息匹配路段，所匹配的路段的实时交通信息与所述车辆的运动状态对应。
为解决上述问题，本发明的技术方案还提供了一种包括上述道路匹配装置的导航系统。
与现有技术相比，本技术方案具有以下优点：
通过获取所确定的一条以上路段的实时交通信息，并基于第一预定时间内车辆的移动速度变化识别出车辆的运动状态，进而基于所述车辆的运动状态和路段的实时交通信息之间的对应关系匹配路段，由此在航向相同的平行路段处于不同的水平面，并且具有覆盖关系以及连接关系，当车辆从一个水平面的路段驶向另一个水平面的路段时，能够快速、准确地匹配到正确的路段。
当所确定的路段中存在一条以上路段的实时交通信息与所述车辆的运动状态对应时，基于所述车辆的运动状态和路段的实时交通信息难以快速匹配路段，则通过对第二预定时间内卫星数量和/或卫星信号强度的变化量进行分析，基于卫星数量和/或卫星信号强度的变化情况确定所要匹配的路段，也能实现准确地匹配到正确的路段。
附图说明
图1是定位的车辆位置到路段的距离的示意图；
图2是具有覆盖关系以及连接关系的高架道路与地面道路示意图；
图3是本发明实施例一提供的道路匹配方法的流程示意图；
图4是本发明实施例一提供的道路匹配装置的结构示意图；
图5是本发明实施例二提供的道路匹配方法的流程示意图；
图6是本发明实施例二提供的道路匹配装置的结构示意图。
具体实施方式
现有技术中，航向相同的平行路段处于不同的水平面，并且具有覆盖关系以及连接关系，当车辆从一个水平面的路段驶向另一个水平面的路段时，无法准确地匹配到正确的路段。本技术方案通过获取所确定的一条以上路段的实时交通信息，并基于第一预定时间内车辆的移动速度变化识别出车辆的运动状态，进而基于所述车辆的运动状态和路段的实时交通信息之间的对应关系匹配路段，由此能够快速、准确地匹配到正确的路段。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。
实施例一
图3是本发明实施例一提供的道路匹配方法的流程示意图。如图3所示，本实施例提供的道路匹配方法包括：
步骤S101，接收定位信息，所述定位信息包括车辆位置的经纬度信息以及航向信息；
步骤S102，基于所述经纬度信息以及航向信息在电子地图数据库中搜索出定位的车辆位置所在的预设区域内所有的路段中通行方向与航向接近的路段；
步骤S103，在所述通行方向与航向接近的路段中选择与上次匹配的路段具有连接关系的路段；
步骤S104，从所述与上次匹配的路段具有连接关系的路段中确定与定位的车辆位置之间的距离最小且所述距离小于第一预设阈值的路段；
步骤S105，判断所确定的路段的数量是否为一条；
是则执行步骤S106，匹配到该路段，否则执行步骤S107，获取所确定的路段的实时交通信息；
步骤S108，基于第一预定时间内车辆的移动速度变化识别出车辆的运动状态；
执行步骤S109，基于所确定的路段的实时交通信息匹配路段，所匹配的路段的实时交通信息与所述车辆的运动状态对应。
下面对上述道路匹配方法的步骤作详细说明。
首先，执行步骤S101，接收定位信息，所述定位信息包括车辆位置的经纬度信息以及航向信息。本实施例中，所述定位信息具体为GPS卫星定位信息，在其他实施例中，所述定位信息也可以为北斗卫星定位信息。具体地，可通过车载的GPS接收机接收GPS卫星传送的所述定位信息，该定位信息中包括用于确定车辆位置的经纬度坐标、行驶方向(航向)等信息。此外，所述定位信息中还包括车辆的行驶速度、所能接收到卫星信号的卫星数量、接收的卫星信号的强度等信息。
然后执行步骤S102，基于所述经纬度信息以及航向信息在电子地图数据库中搜索出定位的车辆位置所在的预设区域内所有的路段中通行方向与航向接近的路段。
本领域技术人员知晓，在车载导航系统中，通常以现有的城市地图作为背景，然后把车辆的定位信息实时显示在背景图(电子地图)上。导航过程中，由于车辆始终在道路上行驶，因此现有的电子地图数据库中的道路网络数据可以提供道路信息，而用其他信息作为背景显示。在车载导航过程中，要求实时地把车辆定位在电子地图上，而对于庞大的城市道路网络数据来说，不采取合理的数据结构来组织数据是难以满足导航的实时要求的。因此，一般可采取分带索引的方式，所谓分带索引就是对处于电子地图坐标系中的整个城市的道路网络，沿着X轴方向(或Y轴方向)按照一定的间隔进行分带，带宽可以根据实际需要而定(例如，可取100m或200m)；然后将每带的起始位置从小到大或从大到小进行存储，同时将每条道路赋予一个唯一的道路标识号(ID)，将道路边界矩形(道路的最大最小坐标范围)落在带内道路的ID号与该带的起始坐标对应存储。特别地，当对处于电子地图坐标系中的整个城市的道路网络，沿着X轴方向以及Y轴方向同时进行分带时，则形成了目前应用较为广泛的网格化存储结构。在这种结构中，每一块网格一般存储了一条或多条道路的某一段(也可能为整条道路)，又可称为路段。本实施例中正是基于网格化存储结构对路段进行搜索和匹配，步骤S102中所述的预设区域即指每一块网格。
将接收到的经纬度信息(经纬度坐标)经转换后对应到电子地图坐标系中后，可以根据转换后的坐标搜索出定位的车辆位置具体处于哪一块网格之中，由此可以获得该网格中存储的所有路段的集合a，然后再基于所述航向信息从路段的集合a中搜索出路段的通行方向与航向接近的路段，形成路段的集合b。例如，如果车辆当前正由西往东行驶(航向自西向东)，那么从路段的集合a中应该搜索出接近东西走向的路段，而南北走向的路段则不属于路段的集合b中的路段。此外，如果存在单向行驶的路段，那么限定自东向西通行的路段则同样不属于路段的集合b中的路段。至于判断路段的通行方向是否与航向接近，可根据现有技术中常用手段实现，在此不再赘述。
搜索出上述路段的集合b后，执行步骤S103，在所述通行方向与航向接近的路段中选择与上次匹配的路段具有连接关系的路段，即从路段的集合b中选择与上次匹配的路段具有连接关系的路段，形成路段的集合c。在道路网络中，一条道路虽然被分为多条路段存储于不同网格之中，但是这些路段与路段之间是具有连接关系的；另一方面，一条道路的路段与其他一条或多条道路的路段之间也可能存在连接关系。因此，路段的起点与终点都可称为结点，通过对道路网络中所有的结点进行编号，路段与路段之间的连接处因具有相同的结点，所以编的号是相同的，如此便能够将所有路段之间的连接关系存储于电子地图数据库中。举例来说，假设某条道路的ID号为302，这条路被分为4段，分别存储于4块网格之中，这4条路段具有5个不同编号的结点，如果编号分别为1、2、3、4、5，那么可以将这4条路段表示为1-2、2-3、3-4、4-5。另外，还能够表示出路段的通行方向，例如，1-2与2-1分别表示该路段不同的通行方向，如果该路段属于单向行驶的，那么存储的仅为1-2或者2-1，如果是双向行驶的，则将1-2和2-1同时存储。假设还有条道路的ID号为303，被分为2段，其中一条路段与ID号为302的道路连接，也具有编号为2的结点，这两条路段其余结点的编号如果是6和7，那么ID号为303的道路的这两条路段可以分别表示为2-6、6-7(或者分别表示为2-7、7-6)。
由于上一次匹配的路段中包括其结点的编号(起点和终点)，因此只要根据搜索出的路段的集合b中的各路段的结点的编号，选择出结点的编号相同的路段，便是与上一次匹配的路段具有连接关系的路段，由此形成路段的集合c。
选择出上述路段的集合c后，然后执行步骤S104，从所述与上次匹配的路段具有连接关系的路段中确定与定位的车辆位置之间的距离最小且所述距离小于第一预设阈值的路段。具体地，从路段的集合c中确定与定位的车辆位置之间距离最小的路段，并将该距离值与第一预设阈值进行比较，判断是否小于所述第一预设阈值，是则确定匹配到该路段，否则匹配到空地。所述第一预设阈值即为背景技术中所述的最小阈值D，是界定匹配到路段还是匹配到空地的临界值，一般可根据实际情况进行设定。至于确定定位的车辆位置与路段的集合c中路段的距离，可通过当前点(定位的车辆位置)对路段的集合c中的路段依次作垂线，求出点到垂足的距离d1、d2、d3...dn，取这些距离中的最小值作为点到目标路段的距离。
接着执行步骤S105至S109。
步骤S105，判断所确定的路段的数量是否为一条。如背景技术中所述，如果当航向相同的平行路段处于不同的水平面，路段之间具有连接关系以及覆盖关系，那么从一个水平面的路段驶向另一个水平面的路段时，即使依靠道路网络拓扑关系也无法准确地匹配到正确的路段。例如，当车辆由地面道路经上高架的匝道驶向高架道路时，获取卫星的定位信息进行道路匹配时，即使考虑道路网络拓扑关系也仍然无法区别出是驶向高架道路还是仍走地面道路，因为通过步骤S104确定出与定位的车辆位置之间的距离最小且所述距离小于第一预设阈值的路段的数量不止一条，既包括上高架的匝道以及高架道路，也包括继续行驶在地面道路。同理，当车辆由高架道路经下高架的匝道驶向地面道路时同样无法准确地匹配到正确的路段。因此，需要通过步骤S105进行判断，如果是则执行步骤S106，匹配到该路段，否则执行步骤S107，获取所确定的路段的实时交通信息(TMC，Traffic Message Channel)。
所述实时交通信息就是我们常说的实时交通路况，最早是作为欧洲的辅助GPS导航的功能系统。全球主要有三种此类系统，分别为美国的TravTek系统、日本的VICS系统以及欧洲的RDS-TMC(RDS：Radio Data System)系统。其中，欧洲的RDS-TMC是一种基于FM广播的实时交通路况发送和接收系统。目前，TMC已经不仅仅局限于交通路况信息，还可以传输天气信息，而最终的发展演变可能可以传送停车场车位、电影院入座、餐馆就餐等许多即时资讯。当然，从提供的信息来看，现阶段TMC更多的作用是告知驾驶员道路拥堵程度、突发交通事件、交通管制等交通信息。最简单的实时交通信息的应用是用不同的颜色来表示电子地图上的道路的交通状况。比如道路呈绿色表示交通状况良好，一般平均车速高于60公里/小时；黄色表示交通略有阻塞(缓行)，一般平均车速高于30公里/小时；红色表示交通堵塞，一般车速不高于10公里/小时。因此，所述确定的路段的实时交通信息包括路段处于畅通状态、拥堵状态或缓行状态，通过获取所确定的路段的实时交通信息便能得知路段所处的状态。车辆在道路上行驶时，如果某个路段是畅通的，那么车辆在该路段上行驶的状态为快速行驶的状态(快行)，如果某个路段是缓行或拥堵状态，则车辆在该路段上行驶的状态为缓速行驶的状态(缓行)，甚至是时停时开的。正是基于以上事实，发明人考虑，如果对一段采样时间内车辆的移动速度进行分析，识别出车辆在这段时间内的运动状态，那么再结合获取到的路段的实时交通信息(通过车载导航系统获取)，当所确定的路段中仅存在一条路段的实时交通信息与所述车辆的运动状态对应时，则应当匹配到车辆的运动状态与路段的实时交通信息具有对应关系的那条路段。
具体实施时，若通过步骤S105判断出所确定的路段的数量为两条，并且通过步骤S107获取的所确定的这两条路段的实时交通信息相同时，则这两条路段的实时交通信息都可能与所述车辆的运动状态对应，此时依靠本实施例后续步骤便难以判定应匹配到哪条路段，于是执行步骤S108便显得意义不大了。因此，在执行步骤S107之后，执行步骤S108之前，还可以进行一个预判的步骤，即：如果判断出所确定的路段的数量为两条，且这两条路段的实时交通信息相同(这两条路段都处于畅通、缓行或者时停时开)，则不需要执行后续步骤，此时需要采用其他方法(详见实施例二)才能匹配所确定的路段。
当然，通过步骤S105判断出所确定的路段的数量也可能为两条以上，例如：从某地面道路经上高架的匝道驶向高架道路或是经下隧道的匝道驶向隧道道路(地下道路)，此时所确定的路段的数量就可能为三条。这种情况下，在步骤S107与步骤S108之间增加上述预判的步骤就不能完全适用了(仅适用判断出三条路段的实时交通信息都相同的情况，而其中两条路段的实时交通信息相同则不适用，需要进一步分析)，此时应在步骤S107获取到所确定的路段的实时交通信息之后，执行步骤S108，基于第一预定时间内车辆的移动速度变化识别出车辆的运动状态。
具体地，所述基于第一预定时间内车辆的移动速度变化识别出车辆的运动状态包括：获取第一预定时间内车辆的移动速度的采样值，求所有采样值的算术平均值，若所求得的算术平均值大于第二预设阈值，则判断小于所述第二预设阈值的采样值非连续出现的次数是否大于或等于预定数量，是则识别出车辆的运动状态为时停时开，否则当所求得的算术平均值小于第三预设阈值，识别出车辆的运动状态为缓行，当所求得的算术平均值大于或等于第三预设阈值，识别出车辆的运动状态为快行。所述第二预设阈值是界定车辆处于停止状态还是行驶状态(运动状态)的临界值，所述第三预设阈值是界定车辆的运动状态处于缓行还是快行的临界值，明显地，第三预设阈值大于第二预设阈值。一般地，当一段时间内采样的车辆的移动速度的平均值小到一定程度，可判定此时车辆处于停止状态，该判定标准即为所述第二预设阈值，例如可将所述第二预设阈值设定为2(米/秒)。而由于车辆行驶状态的快慢都是相对而言的，并无明确的标准，因此在具体实施时，可根据实际情况对所述第三预设阈值进行设定，例如可依据路段处于畅通状态或缓行状态的判定标准对第三预设阈值进行设定。
举例来说，假设所述第一预定时间为15秒，每秒获取车辆的移动速度的1个采样值，共15个车辆的移动速度的采样值(单位：米/秒)，所述第二预设阈值为2(米/秒)，所述预定数量为3，所述第三预设阈值为6(米/秒)。
表1
| 采样值序号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 算术平均值 |
| 时停时开 | 1.2 | 1.6 | 4 | 5 | 3 | 1.9 | 1.8 | 1.2 | 2.5 | 4 | 6 | 1.9 | 1.7 | 6 | 5 | 3.12 |
| 快行 | 4.4 | 4.6 | 5.2 | 5.6 | 5.8 | 6 | 6 | 7.5 | 7.2 | 8 | 8.6 | 9 | 11 | 10.8 | 12 | 7.45 |
| 缓行 | 1.9 | 2.4 | 2.8 | 3 | 3.2 | 2.9 | 3 | 3.8 | 3.5 | 4 | 6 | 5.9 | 5.4 | 5.2 | 5 | 3.87 |
表1是通过对车辆的移动速度的采样值求算术平均值以识别车辆的运动状态的示例。参阅表1，第一行“1～15”表示第一预定时间15秒内的15个采样值序号，第二至第四行分别为三种运动状态下每一个采样值序号对应的车辆的移动速度的采样值。其中，第二行中，所有采样值的算术平均值为3.12(米/秒)，大于第二预设阈值2(米/秒)，然而有7个采样值(序号1、2、6、7、8、12、13)小于第二预设阈值2(米/秒)且非连续出现的次数为3次，已等于预定数量3，则识别出车辆的运动状态为时停时开。第三行中，所有采样值的算术平均值为7.45(米/秒)，不仅大于第二预设阈值2(米/秒)，也不满足采样值小于第二预设阈值2(米/秒)且非连续出现的次数大于或等于3次，而且大于第三预设阈值6(米/秒)，则识别出车辆的运动状态为快行。第四行中，所有采样值的算术平均值为3.87(米/秒)，不仅大于第二预设阈值2(米/秒)，也不满足采样值小于第二预设阈值2(米/秒)且非连续出现的次数大于或等于3次，而且小于第三预设阈值6(米/秒)，则识别出车辆的运动状态为缓行。至于所有采样值的算术平均值小于第二预设阈值2(米/秒)的情况，则识别出车辆的运动状态为停止状态，此时匹配上一次所匹配的路段即可。
本实施例中，所述获取第一预定时间内车辆的移动速度的采样值是在判断出所述定位的车辆位置与行驶方向上最近的交叉路口之间的距离小于或等于第四预设阈值时开始进行的。其中，所述行驶方向上最近的交叉路口具体指的便是车辆从一个水平面的路段驶向另一个水平面的路段时两个路段之间的交叉点；所述第四预设阈值是在车辆即将驶过所述交叉路口前，为了启动对车辆的移动速度的采样而设定的值，一般应确保在第一预定时间内，车辆行驶的距离大于所述第四预设阈值，即保证车辆能够驶过所述交叉路口，此时便能够基于车辆的移动速度的采样值，识别出车辆驶过所述交叉路口这段时间内该车辆的运动状态，从而对匹配到正确的路段更具针对性，因为如果车辆仍行驶在上次匹配的路段上，而未经过所述交叉路口行驶到另一条路段，此时基于车辆的移动速度的采样值识别出车辆的运动状态，对于匹配到正确的路段则显得意义不大。具体实施时，可根据实际情况设定所述第四预设阈值，例如为20(米)、30(米)等。
由于当遇到车辆从一个水平面的路段驶向另一个水平面的路段的情况时，通过步骤S105会判断出所确定的路段的数量至少为一条以上，此时才可能需要执行步骤S108，因此，需要在所述交叉点之前一定距离便开始对车辆的移动速度进行采样以识别出车辆在通过该交叉点时的运动状态，进而在后续步骤中能够根据获取的所确定的路段的实时交通信息与所识别出的车辆的运动状态之间的对应关系匹配路段。举例来说，假设所述第四预设阈值设定为20(米)，当判断出定位的车辆位置与行驶方向上最近的交叉路口之间的距离小于或等于20米时，便启动对车辆的移动速度的采样。本实施例中，所述车辆的移动速度是通过从所述定位信息中获取的，在其他实施例中，所述车辆的移动速度也可以通过从车载的车速传感器中获取。需要说明的是，本实施例并不局限于在一个第一预定时间内获取采样值，采样时间可以由多个第一预定时间组成或是将所述第一预定时间设置地足够长，从判断出所述定位的车辆位置与行驶方向上最近的交叉路口之间的距离小于或等于第四预设阈值时开始采样，可以在驶过所述交叉路口一定距离后结束采样，只需确保获取到足够的采样值以实现对所确定的路段的匹配即可。
在识别出车辆的运动状态后，执行步骤S109，基于所确定的路段的实时交通信息匹配路段，所匹配的路段的实时交通信息与所述车辆的运动状态对应。当然，在执行步骤S109时，还可以包括：判断所确定的路段中是否存在一条以上路段的实时交通信息与所述车辆的运动状态对应，是则需要采用其他方法(详见实施例二)匹配所确定的路段，否则匹配到车辆的运动状态与路段的实时交通信息具有对应关系的那条路段。
具体地，如前所述，所确定的路段的实时交通信息包括路段处于畅通状态、拥堵状态或缓行状态，当所确定的路段中仅存在一条路段的实时交通信息与所述车辆的运动状态对应时，若识别出车辆的运动状态为快行，则匹配到处于畅通状态的路段，若识别出车辆的运动状态为缓行，则匹配到处于缓行状态的路段，若识别出车辆的运动状态为时停时开，则匹配到处于拥堵状态的路段。此外，基于上述匹配方式，还存在其他的匹配方式，包括：若识别出车辆的运动状态为快行，且所确定的路段中不存在处于畅通状态的路段，则匹配到处于缓行状态的路段；若识别出车辆的运动状态为缓行，且所确定的路段中不存在处于缓行状态的路段，则匹配到处于畅通状态的路段。下面列表对上述匹配方式进行举例说明。
表2
如表2所示，假设所确定的路段有两条，分别为路段A和路段B，具体实施例中，若路段A是地面道路，则路段B是上高架的匝道及高架道路，若路段A是高架道路，则路段B是下高架的匝道及地面道路。路段A和路段B的实时交通信息(TMC)可组合出6种状态：A畅通/B畅通，A畅通/B缓行(B畅通/A缓行则同理)，A畅通/B拥堵(B畅通/A拥堵则同理)，A缓行/B缓行，A缓行/B拥堵(B缓行/A拥堵则同理)，A拥堵/B拥堵。其中，若识别出车辆的运动状态为停止，则无论路段A和路段B的实时交通信息如何，推导结果均为此时车辆停止，匹配上一次所匹配的路段即可。若识别出车辆的运动状态为时停时开、缓行或快行，则根据前面提及的步骤S107与步骤S108之间所增加的预判的步骤，可先将A畅通/B畅通、A缓行/B缓行、A拥堵/B拥堵这三种A、B路段的实时交通信息相同的情况排除，以其他方式确定匹配路段A还是匹配路段B。当然，在车辆的运动状态为时停时开的时候，一般不可能会出现一条路段缓行而另一条路段畅通的情况(表2中仅示出A畅通/B缓行的情况，A缓行/B畅通的情况同理)；在车辆的运动状态为缓行时，也不可能会出现两条路段均为拥堵的情况；在车辆的运动状态为快行时，也不可能会出现两条路段均为缓行或拥堵的情况。而当路段A与路段B的实时交通信息不相同时，若车辆的运动状态为时停时开，则匹配到处于拥堵状态的路段，例如表2中A畅通/B拥堵、A缓行/B拥堵的情况，则均匹配到路段B；若车辆的运动状态为缓行，则匹配到处于缓行状态的路段，例如表2中A畅通/B缓行、A缓行/B拥堵的情况，则分别对应匹配到路段B、路段A；若车辆的运动状态为快行，则匹配到处于畅通状态的路段，例如表2中A畅通/B缓行、A畅通/B拥堵的情况，则均匹配到路段A。此外，还会存在如下两种情况：若车辆的运动状态为缓行，但出现一条路段畅通而另一条路段拥堵的情况，则应匹配到处于畅通状态的路段，因为此时完全可以在畅通的路段上缓行，而在拥堵的路段上缓行则可能性较低，例如表2中A畅通/B拥堵的情况，则应匹配到路段A；若车辆的运动状态为快行，但出现一条路段缓行而另一条路段拥堵的情况，则应匹配到处于缓行状态的路段，因为此时在拥堵的路段上快行则可能性很低，例如表2中A缓行/B拥堵的情况，则应匹配到路段A。
需要说明的是，上面所举的例子是以所确定的路段的数量为两条为例，对路段的匹配方式进行说明。在实际情况中，所确定的路段的数量也可能为两条以上，如前所述，从地面道路经上高架的匝道驶向高架道路或是经下隧道的匝道驶向隧道道路(地下道路)，此时所确定的路段的数量就可能为三条。
下面对所确定的路段的数量为三条时的情况再作简单说明。
表3
如表3所示，假设所确定的路段有三条，分别为路段A、路段B、路段C，具体实施例中，其中一条路段是地面道路，则其他两条路段分别为：与其具有覆盖关系以及连接关系的上高架的匝道及高架道路，以及与其具有覆盖关系以及连接关系的下隧道的匝道及隧道道路。路段A、路段B、路段C的实时交通信息(TMC)可组合出多种状态，表3中仅列出了能够采用步骤S109实现路段匹配的典型示例，此外，表3中也未列出车辆的运动状态为停止状态时的结果。若识别出车辆的运动状态为时停时开、缓行或快行，参照前面提及的步骤S107与步骤S108之间所增加的预判的步骤，可先将A畅通/B畅通/C畅通、A缓行/B缓行/C缓行、A拥堵/B拥堵/C拥堵这三种A、B、C路段的实时交通信息都相同的情况排除，此时以其他方式确定匹配路段A、匹配路段B还是匹配路段C。若车辆的运动状态为时停时开，当三条路段中有且仅有一条路段处于拥堵，则匹配到该条处于拥堵的路段，例如表3中，路段A处于拥堵，而路段B和路段C之中都处于畅通或都处于缓行或其中一条路段处于畅通且另一条路段处于缓行，均匹配到路段A；同理，若车辆的运动状态为缓行，当三条路段中有且仅有一条路段处于缓行，则匹配到该条处于缓行的路段，例如表3中，路段A处于缓行，而路段B和路段C之中都处于畅通或都处于拥堵或其中一条路段处于畅通且另一条路段处于拥堵，均匹配到路段A；若车辆的运动状态为快行，当三条路段中有且仅有一条路段处于畅通，则匹配到该条处于畅通的路段，例如表3中，路段A处于畅通，而路段B和路段C之中都处于缓行或都处于拥堵或其中一条路段处于缓行且另一条路段处于拥堵，均匹配到路段A。此外，还会存在如下两种情况：若车辆的运动状态为缓行，而三条路段中不存在处于缓行状态的路段，且仅有一条路段处于畅通状态(另两条路段只能均为拥堵)，则匹配到该条处于畅通的路段，因为此时完全可以在畅通的路段上缓行，而在拥堵的路段上缓行则可能性较低，例如表3中，车辆的运动状态为缓行，路段A处于畅通，而路段B和路段C均为拥堵，则匹配到路段A；同理，若车辆的运动状态为快行，而三条路段中不存在处于快行状态的路段，且仅有一条路段处于缓行状态(另两条路段只能均为拥堵)，则匹配到该条处于缓行的路段，因为此时在拥堵的路段上快行的可能性很低，例如表3中，车辆的运动状态为快行，路段A处于缓行，而路段B和路段C均为拥堵，则匹配到路段A。除了上述能够实现匹配到正确的路段的情况之外，在其他情况下，则需要依靠其他方法(详见实施例二)匹配所确定的路段。
此外，本实施例中，还可以存储所匹配的路段的历史记录，根据所匹配路段的历史记录能够在电子地图上显示出车辆的运行轨迹。
综上，当所确定的路段中仅存在一条路段的实时交通信息与所述车辆的运动状态对应时，由于在步骤S108基于第一预定时间内车辆的移动速度变化识别出车辆的运动状态的过程中，对车辆的移动速度的采样值所进行的仅为简单的求算术平均值的运算，其运算复杂度较低从而速度较快，如此在后续步骤中基于所述车辆的运动状态和路段的实时交通信息之间的对应关系匹配路段，能够快速、准确地匹配到正确的路段。
基于上述道路匹配方法，本发明实施例还提供了一种道路匹配装置。图4是本发明实施例一提供的道路匹配装置的结构示意图。如图4所示，本实施例提供的道路匹配装置包括：接收单元401，用于接收定位信息，所述定位信息包括车辆位置的经纬度信息以及航向信息；搜索单元402，与所述接收单元401相连，用于基于所述经纬度信息以及航向信息在电子地图数据库中搜索出定位的车辆位置所在的预设区域内所有的路段中通行方向与航向接近的路段；选择单元403，与所述搜索单元402相连，用于在所述通行方向与航向接近的路段中选择与上次匹配的路段具有连接关系的路段；确定单元404，与所述选择单元403相连，用于从所述与上次匹配的路段具有连接关系的路段中确定与定位的车辆位置之间的距离最小且所述距离小于第一预设阈值的路段；第一获取单元406，与所述接收单元401相连，用于获取车辆的移动速度和所确定的路段的实时交通信息；第一识别单元407，与所述第一获取单元406相连，用于基于第一预定时间内车辆的移动速度变化识别出车辆的运动状态；第一匹配单元405，与所述确定单元404、第一获取单元406、第一识别单元407相连，用于若确定的路段的数量为一条，则匹配到该路段，否则基于所确定的路段的实时交通信息匹配路段，所匹配的路段的实时交通信息与所述车辆的运动状态对应。
具体实施时，所述确定的路段的实时交通信息包括路段处于畅通状态、拥堵状态或缓行状态，若所述第一识别单元407识别出车辆的运动状态为快行，则所述第一匹配单元405匹配到处于畅通状态的路段，若所述第一识别单元407识别出车辆的运动状态为缓行，则所述第一匹配单元405匹配到处于缓行状态的路段，若所述第一识别单元407识别出车辆的运动状态为时停时开，则所述第一匹配单元405匹配到处于拥堵状态的路段。进一步地，若所述第一识别单元407识别出车辆的运动状态为快行，所述第一匹配单元405在由所述确定单元404所确定出的路段中不存在处于畅通状态的路段时，匹配到处于缓行状态的路段；若所述第一识别单元407识别出车辆的运动状态为缓行，所述第一匹配单元405在由所述确定单元404所确定出的路段中不存在处于缓行状态的路段时，匹配到处于畅通状态的路段。
所述第一获取单元406获取第一预定时间内车辆的移动速度的采样值，所述第一识别单元407求所有采样值的算术平均值，若所求得的算术平均值大于第二预设阈值，则判断小于所述第二预设阈值的采样值非连续出现的次数是否大于或等于预定数量，是则识别出车辆的运动状态为时停时开，否则当所求得的算术平均值小于第三预设阈值，识别出车辆的运动状态为缓行，当所求得的算术平均值大于或等于第三预设阈值，识别出车辆的运动状态为快行。
本实施例中，所述第一获取单元406包括获取启动单元(图中未示出)，所述第一获取单元406获取第一预定时间内车辆的移动速度的采样值是在所述获取启动单元判断出所述定位的车辆位置与行驶方向上最近的交叉路口之间的距离小于或等于第四预设阈值时开始进行的。
本实施例中，所述道路匹配装置还包括存储单元408，用于存储所匹配的路段的历史记录，所述存储单元408与所述选择单元403、第一匹配单元405连接。所述选择单元403可通过读取所述存储单元408所记录的上次匹配的路段的信息(获得路段的结点编号等)，从而在所述通行方向与航向接近的路段中选择与上次匹配的路段具有连接关系的路段。第一匹配单元405在每次完成匹配后，将所匹配的路段的相关信息记录于所述存储单元408。当然，在其他实施例中，所述选择单元还可以与所述第一匹配单元连接，而不与所述存储单元连接，此时，所述选择单元可包括一存储器，用于存储所述第一匹配单元上一次成功匹配的路段的信息，仍然可以实现在所述通行方向与航向接近的路段中选择与上次匹配的路段具有连接关系的路段。此外，在其他实施例中，道路匹配装置还可以不包括所述存储单元，所述选择单元与所述第一匹配单元连接便能实现所述道路匹配装置的实施。
所述道路匹配装置的具体实施可参考本实施例所述道路匹配方法的具体实施，在此不再展开描述。
实施例二
参阅图3，本实施例与实施例一的区别在于：实施例一中当步骤S108基于第一预定时间内车辆的移动速度变化识别出车辆的运动状态后，当判断出所确定的路段中存在一条以上路段的实时交通信息与所述车辆的运动状态对应时，则需要采用其他方法匹配所确定的路段，即实施例一所解决的问题是当判断出所确定的路段中仅存在一条路段的实时交通信息与所述车辆的运动状态对应时，能快速、准确地匹配到正确的路段；而本实施例在实施例一的基础上进一步解决了当判断出所确定的路段中存在一条以上路段的实时交通信息与所述车辆的运动状态对应时，如何匹配到正确的路段的问题。
由于GPS系统依靠24颗卫星实现定位，要实现较为准确的定位，至少需要接收3颗以上的卫星传送的定位信息，当在高架道路下方的地面道路行驶时，由于受到高架的遮挡，可接收到卫星信号的卫星(可见的卫星)数量较少且强度较弱，而当在匝道或高架上行驶时，可接收到卫星信号的卫星数量较多且强度强。正是基于以上事实，发明人考虑，如果卫星信号在一段采样时间内呈增强或减弱的趋势，那么结合道路属性(高架道路、地面道路均为道路的属性之一)，应当匹配在与上次匹配的路段的道路属性不同的路段，如果卫星信号平稳无变化或变化不明显，则匹配到与上次匹配的路段的道路属性相同的路段。
图5是本发明实施例二提供的道路匹配方法的流程示意图。如图5所示，步骤S101至步骤S108可参考实施例一中相关描述，在此不再赘述；本实施例中，当步骤S108基于第一预定时间内车辆的移动速度变化识别出车辆的运动状态后，执行步骤S110，判断所确定的路段中是否存在一条以上路段的实时交通信息与所述车辆的运动状态对应；否则执行步骤S109，基于路段的实时交通信息匹配路段，所匹配的路段的实时交通信息与所述车辆的运动状态对应；是则执行步骤S111，获取用于定位的卫星的数量和/或信号强度，然后执行步骤S112，判断第二预定时间内卫星数量和/或卫星信号强度的变化量是否超过各自的预定值，是则执行步骤S113，匹配到与上次匹配的路段的道路属性不同的路段，否则执行步骤S114，匹配与上次匹配的路段的道路属性相同的路段。
车辆在行驶过程中，特别是行驶于地面道路时，由于城市高楼大厦的遮挡，也可能会对卫星数量以及卫星信号强度产生一定影响，但此时所产生的卫星数量以及卫星信号强度的变化量相对于从地面道路经上高架的匝道驶向高架道路时所产生的卫星数量以及卫星信号强度的变化量来说要小很多，因此可通过分别设置卫星数量以及卫星信号强度的变化量的经验预定值或预定范围，根据卫星数量和/或卫星信号强度的变化量与各自所设置的预定值进行比较的结果，从而实现准确地匹配正确的路段。
步骤S112至S114具体可分为两种实施情况，第一种为从地面道路经上高架的匝道驶向高架道路的情况，即：如果上次匹配的路段的道路属性为地面道路，若判断出第二预定时间内卫星数量的增加量和/或卫星信号强度的增强量超过各自的预定值，则匹配道路属性为高架道路的路段，否则匹配道路属性为地面道路的路段。第二种为从高架道路经下高架的匝道驶向地面道路的情况，如果上次匹配的路段的道路属性为高架道路，若判断出第二预定时间内卫星数量的减少量和/或卫星信号强度的减弱量超过各自的预定值，则匹配道路属性为地面道路的路段，否则匹配道路属性为高架道路的路段。
需要说明的是，所述判断第二预定时间内卫星数量和/或卫星信号强度的变化量是否超过各自的预定值，其具体是通过在一段时间内对卫星数量和/或卫星信号强度的采样数据进行分析，从而判断出这些采样数据的变化趋势，例如可利用最小二乘法对已知数据进行最佳直线拟合，根据所拟合直线的斜率即可判断出这组数据的变化趋势。下面以第二预定时间内卫星数量的变化量是否超过预定值为例进行说明。
表4
表4是第二预定时间内卫星数量的采样示例。从表4可知，第二预定时间内共有15个采样点(采样数据)，其采样点序号分别从1至15，根据这些采样数据进行直线拟合，设x和y之间的函数关系为：y＝a+bx；其中，a代表截距，b代表斜率。这里只要求出斜率b即可，其计算公式为：
根据上面的采样数据，代入公式可计算出在地面道路驶往高架道路的过程中其拟合直线的斜率值为0.4，而在地面道路驶往地面道路的过程中其拟合直线的斜率值为0.1，假设上坡阈值(即所述预定值，具体为斜率值)为0.3，大于此值(变化量超过所述预定值)则可认为是由卫星数量由少到多的变化趋势，可确定是由地面道路驶向高架道路的过程；类似地，假设下坡阈值为-0.3(即所述预定值，具体为斜率值)，小于该值(变化量超过所述预定值)可认为是卫星数量由多到少的变化趋势，可确定是由高架道路驶向地面道路的过程；当拟合直线的斜率值在-0.3～0.3之间时，可认为卫星数量变化平缓，确定仍航行在同一个水平面的路段上，例如仍在地面道路或是在高架道路上行驶。
同理，判断卫星信号强度的变化量是否超过各自的预定值也可以通过上述方式进行实现，对此不再赘述。在实际实施时，可以通过判断第二预定时间内卫星数量的变化量是否超过预定值匹配到正确的路段，也可以通过判断卫星信号强度的变化量是否超过预定值匹配到正确的路段，还可以同时判断第二预定时间内卫星数量以及卫星信号强度的变化量是否超过各自的预定值匹配到正确的路段。
本实施例中，至少需要存储上一次匹配的路段的记录，以便执行步骤S113或者步骤S114时候，根据上次匹配的路段的道路属性确定所要匹配的道路。具体实施时，还可以存储所匹配的路段的历史记录，根据所匹配路段的历史记录能够在电子地图上显示出车辆的运行轨迹。
需要说明的是，本实施例中以具有覆盖关系以及连接关系的高架道路与地面道路为例进行说明，在其他实施例中，也可以是具有覆盖关系以及连接关系地面道路与地下道路，在这种情况下，当车辆驶入或驶出地下道路时，卫星数量以及卫星信号强度的变化量更为明显(因为车辆行驶在地下道路时，其几乎难以接收到卫星信号)，因此能更准确地匹配到正确的路段上。
基于上述道路匹配方法，本发明实施例还提供了一种道路匹配装置。图6是本发明实施例二提供的道路匹配装置的结构示意图。如图6所示，所述道路匹配装置除了包括实施例一中所述的接收单元401、搜索单元402、选择单元403、确定单元404、第一获取单元406、第一识别单元407、第一匹配单元405、存储单元408，还包括：第二获取单元606，与所述接收单元401、第一匹配单元405相连，用于当所确定的路段中存在一条以上的路段的实时交通信息与车辆的运动状态对应时，获取用于定位的卫星的数量和/或信号强度；判断单元601，与所述第二获取单元606相连，用于判断第二预定时间内卫星数量和/或卫星信号强度的变化量是否超过各自的预定值；第二识别单元607，用于对路段的道路属性进行识别；第二匹配单元605，与所述判断单元601、第二识别单元607、确定单元404相连，用于当所述判断单元601判断出所述第二预定时间内卫星数量和/或卫星信号强度的变化量超过各自的预定值时，则匹配到与上次匹配的路段的道路属性不同的路段，否则匹配与上次匹配的路段的道路属性相同的路段。
具体实施时，由于一般所述接收单元401接收的定位信息中还包括卫星数量的信息以及卫星信号强度信息，因此所述第二获取单元606当所确定的路段中存在一条以上的路段的实时交通信息与所述车辆的运动状态对应时(此时第一匹配单元405无法进行匹配，可通过发送触发信号的形式使第二获取单元606开始工作)，可以通过从所述接收单元401获取用于定位的卫星的数量和/或信号强度，所述判断单元601基于所述第二获取单元606获取的所述卫星数量和/或卫星信号强度判断第二预定时间内卫星数量和/或卫星信号强度的变化量是否超过各自的预定值，所述第二匹配单元605基于所述判断单元601的判断结果，再结合第二识别单元607识别出的上一次匹配的路段的道路属性，确定所要匹配的路段。
当所述第二识别单元607识别出所述上次匹配的路段的道路属性为地面道路，若所述判断单元601判断出第二预定时间内卫星数量的增加量和/或卫星信号强度的增强量超过各自的预定值，则由所述第二匹配单元605匹配道路属性为高架道路的路段，否则匹配道路属性为地面道路的路段。
当所述第二识别单元607识别出所述上次匹配的路段的道路属性为高架道路，若所述判断单元601判断出第二预定时间内卫星数量的减少量和/或卫星信号强度的减弱量超过各自的预定值，则由所述第二匹配单元605匹配道路属性为地面道路的路段，否则匹配道路属性为高架道路的路段。
本实施例中，所述存储单元408除了与所述选择单元403、第一匹配单元405连接，还与所述第二匹配单元605相连。选择单元403可通过读取所述存储单元408所记录的上次匹配的路段的信息(获得路段的结点编号等)，从而在所述通行方向与航向接近的路段中选择与上次匹配的路段具有连接关系的路段。第一匹配单元405或第二匹配单元605在每次完成匹配后，将所匹配的路段的相关信息记录于所述存储单元408。当然，在其他实施例中，所述选择单元还可以与所述第一匹配单元、第二匹配单元连接，而不与所述存储单元连接，此时，所述选择单元可包括一存储器，用于存储所述第一匹配单元或第二匹配单元上一次成功匹配的路段的信息，仍然可以实现在所述通行方向与航向接近的路段中选择与上次匹配的路段具有连接关系的路段。此外，在其他实施例中，道路匹配装置还可以不包括所述存储单元，所述选择单元与所述第一匹配单元、第二匹配单元连接便能实现所述道路匹配装置的实施。
本实施例中，当所确定的路段中仅存在一条路段的实时交通信息与所述车辆的运动状态对应时，采用实施例一中所述道路匹配方法即可快速、准确地匹配到正确的路段，而当所确定的路段中存在一条以上路段的实时交通信息与所述车辆的运动状态对应时，则通过识别卫星数量和/或卫星信号强度的变化量的情况准确地匹配到正确的路段。需要说明的是，虽然通过识别卫星数量和/或卫星信号强度的变化量的情况能够直接准确地匹配到正确的路段，但是由于需要通过最小二乘法等拟合计算，其运算复杂度较求算术平均值的运算高得多，所以处理速度相对较慢，难以实现快速匹配到正确的路段，因此，本实施例在所确定的路段中仅存在一条路段的实时交通信息与车辆的运动状态对应时，根据识别出车辆的运动状态与路段的实时交通信息之间的对应关系匹配路段，在所确定的路段中存在一条以上路段的实时交通信息与车辆的运动状态对应时，根据识别卫星数量和/或卫星信号强度的变化量匹配路段，既可保证匹配路段的速度，又能保证匹配路段的成功率。
所述道路匹配装置的具体实施可参考本实施例所述道路匹配方法的具体实施以及实施例一所述道路匹配方法与装置的相关内容，在此不再展开描述。
实施例三
本实施例与实施例一的区别在于：基于第一预定时间内车辆的移动速度变化识别出车辆的运动状态的方式有所不同。实施例一通过对第一预定时间内的车辆的移动速度的采样值进行求算术平均值的运算，再将所述算术平均值与第二预设阈值、第三预设阈值比较以识别出车辆的运动状态，所述车辆的运动状态包括停止、时停时开、缓行或快行；而本实施例是通过对第一预定时间内的车辆的移动速度的采样值进行直线拟合，再根据所拟合直线的斜率判断出车辆的运动状态，所述车辆的运动状态包括匀速运动、加速运动、减速运动，因此本实施例中所述车辆的运动状态反映的是车辆的运动趋势。
可参阅图3，步骤S101至步骤S107可参考实施例一中相关描述，在此不再赘述；本实施例中，步骤S108至步骤S109的具体实施包括：所述确定的路段的实时交通信息包括路段处于畅通状态、拥堵状态或缓行状态，若识别出车辆的运动状态为匀速运动或加速运动，则匹配到处于畅通状态的路段，若识别出车辆的运动状态为减速运动，则匹配到处于缓行状态或拥堵状态的路段。
需要说明的是，步骤S108至S109具体实施过程中，无论从地面道路经上高架的匝道驶向高架道路的情况，还是从高架道路经下高架的匝道驶向地面道路的情况，当获取的高架道路和地面道路的实时交通信息不同时，则能够根据识别出的车辆的运动状态与所述实时交通信息的对应关系，确定应该匹配到地面道路还是高架道路。由于地面道路上存在交通信号灯的限制，一般识别出的车辆的运动状态为减速状态，而在高架道路上行驶，一般识别出的车辆的运动状态更多为匀速或加速状态。当然，以上情况并非绝对的，实际情况中，高架道路也会发生拥堵、缓行的情况，地面道路也存在畅通的情况。
本实施例中，所述基于第一预定时间内车辆的移动速度变化识别出车辆的运动状态，其具体是通过在一段时间内对车辆的移动速度的采样值进行分析，从而判断出这些采样值的变化趋势，例如可利用最小二乘法对采样值进行最佳直线拟合，根据所拟合直线的斜率即可判断出车辆的运动状态。下面举例对第一预定时间内车辆的移动速度变化识别出车辆的运动状态进行说明。
表5
表5是对第一预定时间内车辆的移动速度的采样值进行直线拟合的示例。从表5可知，第一预定时间内共有15个采样点(采样值)，其采样点序号分别从1至15，根据这些采样值进行直线拟合，具体直线拟合的方法可参考实施例二中的相关内容。
根据表5中第二行的采样值，计算出其拟合直线的斜率值为0.02，则表明此时车辆的运动状态为匀速运动；根据表5中第三行的采样值，计算出其拟合直线的斜率值为0.79，则表明此时车辆的运动状态为加速运动；根据表5中第四行的采样值，计算出其拟合直线的斜率值为-0.78，则表明此时车辆的运动状态为减速运动。具体地，根据拟合直线的斜率值判断车辆的运动状态的依据是：如果斜率值大于零且小于第五预设阈值m(0＜m＜1)，或者斜率值小于零且大于-m，则可将车辆的运动状态识别为匀速运动；如果斜率值大于或等于m，则识别出车辆的运动状态为加速运动；如果斜率值小于或等于-m，则可将车辆的运动状态识别为减速运动。其中，m是界定车辆的运动状态处于匀速运动还是加速运动的临界值，而-m则是界定车辆的运动状态处于匀速运动还是减速运动的临界值，可根据实际情况进行设定，一般m比较接近于0，例如为0.05、0.1等。
需要说明的是，本实施例中以具有覆盖关系以及连接关系的高架道路与地面道路为例进行说明，在其他实施例中，也可以是具有覆盖关系以及连接关系地面道路与地下道路，在这种情况下，同样能准确地匹配到正确的路段上。
可参阅图4，本实施例提供的道路匹配装置与实施例一中所述道路匹配装置的结构相同，有所区别的是，本实施例中，第一获取单元406所获取的所述确定的路段的实时交通信息包括路段处于畅通状态、拥堵状态或缓行状态，若第一识别单元407识别出车辆的运动状态为匀速运动或加速运动，则第一匹配单元405匹配到处于畅通状态的路段，若第一识别单元407识别出车辆的运动状态为减速运动，则第一匹配单元405匹配到处于缓行状态或拥堵状态的路段。
此外，本发明实施方式还提供一种包括上述任意一个实施例中所述道路匹配装置的导航系统，关于所述导航系统的具体实施可参考上述实施例一至实施例三中所述道路匹配方法与装置的具体实施，在此不再赘述。
综上，本发明实施方式提供的导航系统及道路匹配方法与装置，至少具有如下有益效果：
通过获取所确定的一条以上路段的实时交通信息，并基于第一预定时间内车辆的移动速度变化识别出车辆的运动状态，进而基于所述车辆的运动状态和路段的实时交通信息之间的对应关系匹配路段，由此在航向相同的平行路段处于不同的水平面，并且具有覆盖关系以及连接关系，当车辆从一个水平面的路段驶向另一个水平面的路段时，能够快速、准确地匹配到正确的路段。
当所确定的路段中存在一条以上路段的实时交通信息与所述车辆的运动状态对应时，基于所述车辆的运动状态和路段的实时交通信息难以快速匹配路段，则通过对第二预定时间内卫星数量和/或卫星信号强度的变化量进行分析，基于卫星数量和/或卫星信号强度的变化情况确定所要匹配的路段，也能实现准确地匹配到正确的路段。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (26)
1.一种道路匹配方法，其特征在于，包括：
接收定位信息，所述定位信息包括车辆位置的经纬度信息以及航向信息；
基于所述经纬度信息以及航向信息在电子地图数据库中搜索出定位的车辆位置所在的预设区域内所有的路段中通行方向与航向接近的路段；
在所述通行方向与航向接近的路段中选择与上次匹配的路段具有连接关系的路段；
从所述与上次匹配的路段具有连接关系的路段中确定与定位的车辆位置之间的距离最小且所述距离小于第一预设阈值的路段；
若确定的路段的数量为一条，则匹配到该路段，否则获取所确定的路段的实时交通信息，基于第一预定时间内车辆的移动速度变化识别出车辆的运动状态，并基于所确定的路段的实时交通信息匹配路段，所匹配的路段的实时交通信息与所述车辆的运动状态对应。
2.根据权利要求1所述的道路匹配方法，其特征在于，所确定的路段的实时交通信息包括路段处于畅通状态、拥堵状态或缓行状态，若识别出车辆的运动状态为快行，则匹配到处于畅通状态的路段，若识别出车辆的运动状态为缓行，则匹配到处于缓行状态的路段，若识别出车辆的运动状态为时停时开，则匹配到处于拥堵状态的路段。
3.根据权利要求2所述的道路匹配方法，其特征在于，若识别出车辆的运动状态为快行，且所确定的路段中不存在处于畅通状态的路段，则匹配到处于缓行状态的路段；若识别出车辆的运动状态为缓行，且所确定的路段中不存在处于缓行状态的路段，则匹配到处于畅通状态的路段。
4.根据权利要求1所述的道路匹配方法，其特征在于，所述基于第一预定时间内车辆的移动速度变化识别出车辆的运动状态包括：获取第一预定时间内车辆的移动速度的采样值，求所有采样值的算术平均值，若所求得的算术平均值大于第二预设阈值，则判断小于所述第二预设阈值的采样值非连续出现的次数是否大于或等于预定数量，是则识别出车辆的运动状态为时停时开，否则当所求得的算术平均值小于第三预设阈值，识别出车辆的运动状态为缓行，当所求得的算术平均值大于或等于第三预设阈值，识别出车辆的运动状态为快行。
5.根据权利要求4所述的道路匹配方法，其特征在于，所述获取第一预定时间内车辆的移动速度的采样值是在判断出所述定位的车辆位置与行驶方向上最近的交叉路口之间的距离小于或等于第四预设阈值时开始进行的。
6.根据权利要求1所述的道路匹配方法，其特征在于，所确定的路段的实时交通信息包括路段处于畅通状态、拥堵状态或缓行状态，若识别出车辆的运动状态为匀速运动或加速运动，则匹配到处于畅通状态的路段，若识别出车辆的运动状态为减速运动，则匹配到处于缓行状态或拥堵状态的路段。
7.根据权利要求1所述的道路匹配方法，其特征在于，所述车辆的移动速度是从所述定位信息中获取的或者是从车载的车速传感器中获取的。
8.根据权利要求1所述的道路匹配方法，其特征在于，还包括：当所确定的路段中存在一条以上路段的实时交通信息与所述车辆的运动状态对应时，则获取用于定位的卫星的数量和/或信号强度，判断第二预定时间内卫星数量和/或卫星信号强度的变化量是否超过各自的预定值，是则匹配到与上次匹配的路段的道路属性不同的路段，否则匹配到与上次匹配的路段的道路属性相同的路段。
9.根据权利要求8所述的道路匹配方法，其特征在于，所述上次匹配的路段的道路属性为地面道路，若判断出所述第二预定时间内卫星数量的增加量和/或卫星信号强度的增强量超过各自的预定值，则匹配道路属性为高架道路的路段，否则匹配道路属性为地面道路的路段。
10.根据权利要求8所述的道路匹配方法，其特征在于，所述上次匹配的路段的道路属性为高架道路，若判断出所述第二预定时间内卫星数量的减少量和/或卫星信号强度的减弱量超过各自的预定值，则匹配道路属性为地面道路的路段，否则匹配道路属性为高架道路的路段。
11.根据权利要求1所述的道路匹配方法，其特征在于，还包括存储所匹配的路段的历史记录。
12.根据权利要求1所述的道路匹配方法，其特征在于，所述定位信息为GPS卫星定位信息或北斗卫星定位信息。
13.一种道路匹配装置，其特征在于，包括：
接收单元，用于接收定位信息，所述定位信息包括车辆位置的经纬度信息以及航向信息；
搜索单元，用于基于所述经纬度信息以及航向信息在电子地图数据库中搜索出定位的车辆位置所在的预设区域内所有的路段中通行方向与航向接近的路段；
选择单元，用于在所述通行方向与航向接近的路段中选择与上次匹配的路段具有连接关系的路段；
确定单元，用于从所述与上次匹配的路段具有连接关系的路段中确定与定位的车辆位置之间的距离最小且所述距离小于第一预设阈值的路段；
第一获取单元，用于获取车辆的移动速度和所确定的路段的实时交通信息；
第一识别单元，用于基于第一预定时间内车辆的移动速度变化识别出车辆的运动状态；
第一匹配单元，用于若确定的路段的数量为一条，则匹配到该路段，否则基于所确定的路段的实时交通信息匹配路段，所匹配的路段的实时交通信息与所述车辆的运动状态对应。
14.根据权利要求13所述的道路匹配装置，其特征在于，所确定的路段的实时交通信息包括路段处于畅通状态、拥堵状态或缓行状态，若所述第一识别单元识别出车辆的运动状态为快行，则所述第一匹配单元匹配到处于畅通状态的路段，若所述第一识别单元识别出车辆的运动状态为缓行，则所述第一匹配单元匹配到处于缓行状态的路段，若所述第一识别单元识别出车辆的运动状态为时停时开，则所述第一匹配单元匹配到处于拥堵状态的路段。
15.根据权利要求14所述的道路匹配装置，其特征在于，若所述第一识别单元识别出车辆的运动状态为快行，所述第一匹配单元在所确定的路段中不存在处于畅通状态的路段时，匹配到处于缓行状态的路段；若所述第一识别单元识别出车辆的运动状态为缓行，所述第一匹配单元在所确定的路段中不存在处于缓行状态的路段时，匹配到处于畅通状态的路段。
16.根据权利要求13所述的道路匹配装置，其特征在于，所述第一获取单元获取第一预定时间内车辆的移动速度的采样值，所述第一识别单元求所有采样值的算术平均值，若所求得的算术平均值大于第二预设阈值，则判断小于所述第二预设阈值的采样值非连续出现的次数是否大于或等于预定数量，是则识别出车辆的运动状态为时停时开，否则当所求得的算术平均值小于第三预设阈值，识别出车辆的运动状态为缓行，当所求得的算术平均值大于或等于第三预设阈值，识别出车辆的运动状态为快行。
17.根据权利要求16所述的道路匹配装置，其特征在于，所述第一获取单元包括获取启动单元，所述第一获取单元获取第一预定时间内车辆的移动速度的采样值是在所述获取启动单元判断出所述定位的车辆位置与行驶方向上最近的交叉路口之间的距离小于或等于第四预设阈值时开始进行的。
18.根据权利要求13所述的道路匹配装置，其特征在于，所述第一获取单元获取的所确定的路段的实时交通信息包括路段处于畅通状态、拥堵状态或缓行状态，若所述第一识别单元识别出车辆的运动状态为匀速运动或加速运动，则所述第一匹配单元匹配到处于畅通状态的路段，若所述第一识别单元识别出车辆的运动状态为减速运动，则所述第一匹配单元匹配到处于缓行状态或拥堵状态的路段。
19.根据权利要求13所述的道路匹配装置，其特征在于，所述车辆的移动速度是所述第一获取单元从所述接收单元接收的定位信息中获取的或者从车载的车速传感器中获取的。
20.根据权利要求13所述的道路匹配装置，其特征在于，还包括：
第二获取单元，用于当所确定的路段中存在一条以上路段的实时交通信息与所述车辆的运动状态对应时，获取用于定位的卫星的数量和/或信号强度；
判断单元，用于判断第二预定时间内卫星数量和/或卫星信号强度的变化量是否超过各自的预定值；
第二识别单元，用于对路段的道路属性进行识别；
第二匹配单元，用于当判断出所述第二预定时间内卫星数量和/或卫星信号强度的变化量超过各自的预定值时，则匹配到与上次匹配的路段的道路属性不同的路段，否则匹配与上次匹配的路段的道路属性相同的路段。
21.根据权利要求20所述的道路匹配装置，其特征在于，所述第二识别单元识别出所述上次匹配的路段的道路属性为地面道路，若所述判断单元判断出所述第二预定时间内卫星数量的增加量和/或卫星信号强度的增强量超过各自的预定值，则由所述第二匹配单元匹配道路属性为高架道路的路段，否则匹配道路属性为地面道路的路段。
22.根据权利要求20所述的道路匹配装置，其特征在于，所述第二识别单元识别出所述上次匹配的路段的道路属性为高架道路，若所述判断单元判断出所述第二预定时间内卫星数量的减少量和/或卫星信号强度的减弱量超过各自的预定值，则由所述第二匹配单元匹配道路属性为地面道路的路段，否则匹配道路属性为高架道路的路段。
23.根据权利要求13至19任一项所述的道路匹配装置，其特征在于，还包括存储单元，用于存储所匹配的路段的历史记录，所述存储单元与所述选择单元、第一匹配单元连接。
24.根据权利要求20至22任一项所述的道路匹配装置，其特征在于，还包括存储单元，用于存储所匹配的路段的历史记录，所述存储单元与所述选择单元、第一匹配单元以及第二匹配单元连接。
25.根据权利要求13所述的道路匹配装置，其特征在于，所述定位信息为GPS卫星定位信息或北斗卫星定位信息。
26.一种导航系统，其特征在于，包括权利要求13至25任一项所述道路匹配装置。
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- 2011-09-30 CN CN201110295878.9A patent/CN103033832B/zh active Active
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