CN104019821B - 一种电子地图的匹配方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子地图的匹配方法和装置，属于智能交通领域。方法包括：获取全球定位系统GPS轨迹的当前坐标点和所述当前坐标点的邻域坐标点；根据所述当前坐标点和所述当前坐标点的邻域坐标点，得到当前拟合曲线；对预先获取的电子地图曲线和所述当前拟合曲线进行匹配，得到电子地图的匹配结果。本发明解决了目前电子地图的匹配方法算法复杂、时间复杂度很高以及匹配精度相对较低的问题，提高了匹配效率，降低了匹配误差。

Description

一种电子地图的匹配方法和装置

技术领域

本发明涉及智能交通领域，特别涉及一种电子地图的匹配方法和装置。

背景技术

随着通信技术的飞速发展，利用电子地图与GPS（Global Positioning System，全球定位系统）信息进行匹配，依据城市道路状况和运输线路，选择运输途径，可以避免运输道路选择的盲目性，提高城市车辆的调度和管理水平。

电子地图的匹配，是通过车辆的GPS轨迹与电子地图上矢量化的路段相匹配，寻找当前行驶的道路，并将车辆的GPS定位点投影到电子地图上。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

现有技术的电子地图匹配方法，匹配精度较高的方法一般算法较为复杂，时间复杂度很高，匹配时间很长；或者现有技术的电子地图匹配方法，时间复杂度低，但对轨迹整体趋势考虑较少，在复杂道路网情况下匹配精度相对较低。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种电子地图的匹配方法和装置。所述技术方案如下：

一方面，提供了一种电子地图的匹配方法，所述方法包括：

获取全球定位系统GPS轨迹的当前坐标点和所述当前坐标点的邻域坐标点；

根据所述当前坐标点和所述当前坐标点的邻域坐标点，得到当前拟合曲线；

对预先获取的电子地图曲线和所述当前拟合曲线进行匹配，得到电子地图的匹配结果。

具体地，所述根据所述当前坐标点和所述当前坐标点的邻域坐标点，得到当前拟合曲线，包括：

根据所述当前坐标点和所述当前坐标点的邻域坐标点，拟合出最小二乘平面；所述最小二乘平面为与所述当前坐标点的距离以及与所述邻域坐标点的距离之和最小的平面；

根据所述当前坐标点和所述邻域坐标点到所述最小二乘平面的距离，得到所述当前拟合曲线。

进一步地，所述根据所述当前坐标点和所述邻域坐标点到所述最小二乘平面的距离，得到所述当前拟合曲线，包括：

计算所述当前坐标点到所述最小二乘平面的距离的平方与所述邻域坐标点到所述最小二乘平面的距离的平方之和对应的曲线多项式；

计算所述曲线多项式取值最小时对应的曲线，将所述曲线作为所述当前拟合曲线。

具体地，所述对预先获取的电子地图曲线和所述当前拟合曲线进行匹配，得到电子地图的匹配结果，包括：

将所述预先获取的电子地图曲线和第一矩阵做乘积后与第二矩阵相加，将相加后的结果与所述当前拟合曲线做差，得到第一计算结果；

将所述第一计算结果取值最小时对应的第一矩阵作为旋转矩阵、对应的第二矩阵作为平移矩阵；

根据所述旋转矩阵和所述当前拟合曲线的乘积与所述平移矩阵之和进行迭代变换，直到迭代后的当前拟合曲线与所述电子地图曲线匹配成功，将匹配成功的拟合曲线对应的坐标点作为电子地图的匹配结果。

进一步地，所述将匹配成功的拟合曲线对应的坐标点作为电子地图的匹配结果之后，还包括：

将匹配成功的拟合曲线对应的坐标点在所述电子地图对应的位置中显示。

另一方面，提供了一种电子地图的匹配装置，所述装置包括：

获取模块，用于获取全球定位系统GPS轨迹的当前坐标点和所述当前坐标点的邻域坐标点；

拟合模块，用于根据所述当前坐标点和所述当前坐标点的邻域坐标点，得到当前拟合曲线；

匹配模块，用于对预先获取的电子地图曲线和所述当前拟合曲线进行匹配，得到电子地图的匹配结果。

具体地，所述拟合模块，包括：

平面拟合单元，用于根据所述当前坐标点和所述当前坐标点的邻域坐标点，拟合出最小二乘平面；所述最小二乘平面为与所述当前坐标点的距离以及与所述邻域坐标点的距离之和最小的平面；

曲线拟合单元，用于根据所述当前坐标点和所述邻域坐标点到所述最小二乘平面的距离，得到所述当前拟合曲线。

进一步地，所述曲线拟合单元，用于计算所述当前坐标点到所述最小二乘平面的距离的平方与所述邻域坐标点到所述最小二乘平面的距离的平方之和对应的曲线多项式；计算所述曲线多项式取值最小时对应的曲线，将所述曲线作为所述当前拟合曲线。

具体地，所述匹配模块，包括：

第一匹配单元，用于将所述预先获取的电子地图曲线和第一矩阵做乘积后与第二矩阵相加，将相加后的结果与所述当前拟合曲线做差，得到第一计算结果；将所述第一计算结果取值最小时对应的第一矩阵作为旋转矩阵、对应的第二矩阵作为平移矩阵；

第二匹配单元，用于根据所述旋转矩阵和所述当前拟合曲线的乘积与所述平移矩阵之和进行迭代变换，直到迭代后的当前拟合曲线与所述电子地图曲线匹配成功，将匹配成功的拟合曲线对应的坐标点作为电子地图的匹配结果。

进一步地，所述匹配模块，还包括：

显示单元，用于所述第二匹配单元将匹配成功的拟合曲线对应的坐标点作为电子地图的匹配结果之后，将匹配成功的拟合曲线对应的坐标点在所述电子地图对应的位置中显示。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过获取GPS轨迹的当前坐标点和当前坐标点的邻域坐标点，并根据当前坐标点和当前坐标点的邻域坐标点得到当前拟合曲线；然后对预先获取的电子地图曲线和当前拟合曲线进行匹配，得到电子地图的匹配结果，解决了目前电子地图的匹配方法算法复杂、时间复杂度很高以及匹配精度相对较低的问题，提高了匹配效率，降低了匹配误差。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的电子地图的匹配方法流程图；

图2是本发明实施例二提供的电子地图的匹配方法流程图；

图3是本发明实施例二提供的移动最小二乘法拟合曲线示意图；

图4是本发明实施例二提供的近邻点迭代算法匹配示意图；

图5是本发明实施例三提供的电子地图的匹配装置第一种结构示意图；

图6是本发明实施例三提供的电子地图的匹配装置第二种结构示意图；

图7是本发明实施例三提供的电子地图的匹配装置第三种结构示意图；

图8是本发明实施例三提供的电子地图的匹配装置第四种结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

参见图1，本发明实施例提供了一种电子地图的匹配方法，该方法包括：

101、获取全球定位系统GPS轨迹的当前坐标点和当前坐标点的邻域坐标点；

102、根据当前坐标点和当前坐标点的邻域坐标点，得到当前拟合曲线；

103、对预先获取的电子地图曲线和当前拟合曲线进行匹配，得到电子地图的匹配结果。

具体地，根据当前坐标点和当前坐标点的邻域坐标点，得到当前拟合曲线，包括：

根据当前坐标点和当前坐标点的邻域坐标点，拟合出最小二乘平面；最小二乘平面为与当前坐标点的距离以及与邻域坐标点的距离之和最小的平面；

根据当前坐标点和邻域坐标点到最小二乘平面的距离，得到当前拟合曲线。

进一步地，根据当前坐标点和邻域坐标点到最小二乘平面的距离，得到当前拟合曲线，包括：

计算当前坐标点到最小二乘平面的距离的平方与邻域坐标点到最小二乘平面的距离的平方之和对应的曲线多项式；

计算曲线多项式取值最小时对应的曲线，将曲线作为当前拟合曲线。

具体地，对预先获取的电子地图曲线和当前拟合曲线进行匹配，得到电子地图的匹配结果，包括：

将预先获取的电子地图曲线和第一矩阵做乘积后与第二矩阵相加，将相加后的结果与当前拟合曲线做差，得到第一计算结果；

将第一计算结果取值最小时对应的第一矩阵作为旋转矩阵、对应的第二矩阵作为平移矩阵；

根据旋转矩阵和当前拟合曲线的乘积与平移矩阵之和进行迭代变换，直到迭代后的当前拟合曲线与电子地图曲线匹配成功，将匹配成功的拟合曲线对应的坐标点作为电子地图的匹配结果。

进一步地，将匹配成功的拟合曲线对应的坐标点作为电子地图的匹配结果之后，还包括：

将匹配成功的拟合曲线对应的坐标点在电子地图对应的位置中显示。

本发明实施例提供的方法，通过获取GPS轨迹的当前坐标点和当前坐标点的邻域坐标点，并根据当前坐标点和当前坐标点的邻域坐标点得到当前拟合曲线；然后对预先获取的电子地图曲线和当前拟合曲线进行匹配，得到电子地图的匹配结果，解决了目前电子地图的匹配方法算法复杂、时间复杂度很高以及匹配精度相对较低的问题，提高了匹配效率，降低了匹配误差。

实施例二

参见图2，本发明实施例提供了一种电子地图的匹配方法，该方法包括：

201、获取全球定位系统GPS轨迹的当前坐标点和当前坐标点的邻域坐标点；

具体地，本发明实施例中的邻域坐标点是指根据预设要求与当前坐标点相邻的GPS轨迹的坐标点，比如将与当前坐标点前后相邻的10个坐标点作为邻域坐标点；对于不同的精度要求所获取的邻域坐标点的数量不同。

电子地图匹配，是通过车辆的GPS轨迹与电子地图上矢量化的路段相匹配，寻找当前行驶的道路，并将车辆的GPS定位点投影到电子地图上。

202、根据当前坐标点和当前坐标点的邻域坐标点，采用移动最小二乘法得到当前拟合曲线；

具体地，由于GPS存在误差，本发明实施例采用MLS（Moving Least Squares，移动最小二乘法）对GPS轨迹进行拟合；MLS生成的曲线曲面具有精度高且光滑性好的特点，在消除误差的同时还能够使局部曲线更加平滑。参见图3，对每个GPS点q，首先根据其邻域点集拟合出一个最小二乘平面H；然后根据邻域点到H的距离进行局部多项式逼近；最后将该q投影到该多项式表示的曲线上。当然，本发明实施例也可以采用其他算法对GPS轨迹进行拟合，对此本发明实施例不做限制。

参见图3，根据获取的当前坐标点和当前坐标点的邻域坐标点，采用移动最小二乘法得到当前拟合曲线具体为：根据当前坐标点和当前坐标点q的邻域坐标点p，拟合出最小二乘平面H；该最小二乘平面H为与当前坐标点q的距离以及与邻域坐标点p的距离之和最小的平面；根据当前坐标点和邻域坐标点到最小二乘平面H的距离，得到当前拟合曲线g。

进一步地，所述根据所述当前坐标点q和所述邻域坐标点p到所述最小二乘平面H的距离，得到所述当前拟合曲线g，包括：

计算所述当前坐标点q到所述最小二乘平面H的距离的平方与所述邻域坐标点p到所述最小二乘平面H的距离的平方之和对应的曲线多项式；

计算所述曲线多项式取值最小时对应的曲线，将该曲线作为所述当前拟合曲线g。

203、采用近邻点迭代算法对预先获取的电子地图曲线和当前拟合曲线进行匹配，得到电子地图的匹配结果。

具体地，本发明实施例采用ICP（Iterative Closest Point，近邻点迭代算法），ICP算法是基于最小二乘法的最优匹配算法，该算法通过重复进行“确定对应关系点集后计算最优变换”的过程，直到表示正确匹配的准则得到满足，目的是找到目标点集（当前拟合曲线）与参考点集（电子地图曲线）之间的旋转和平移变换，使得两匹配数据中间满足某种程度度量准则下的最优匹配；对于ICP的每次迭代，最小化对应点的均方差使得点集更接近。

其中，对预先获取的电子地图曲线和当前拟合曲线进行匹配，得到电子地图的匹配结果，具体包括：

将预先获取的电子地图曲线和第一矩阵做乘积后与第二矩阵相加，将相加后的结果与当前拟合曲线做差，得到第一计算结果；该第一矩阵和第二矩阵可以为任一矩阵；

当第一计算结果取值最小时，将此时的第一矩阵作为旋转矩阵、第二矩阵作为平移矩阵；

根据旋转矩阵和当前拟合曲线的乘积与平移矩阵之和进行迭代变换，直到迭代后的当前拟合曲线与电子地图曲线匹配成功，将匹配成功的拟合曲线对应的坐标点作为电子地图的匹配结果。

参见图4，在步骤202得到当前拟合曲线Q后，使用基于ICP的匹配方法将由连续多个定位点构成的GPS轨迹曲线Q匹配到最相近的电子地图曲线P上；首先，对预先获取的电子地图曲线P和当前拟合曲线Q，基于ICP的匹配需要寻找旋转矩阵R和平移矩阵T；具体为：将电子地图曲线P中的点与当前拟合曲线Q中的点代入到P-(RQ+T)中，计算P-(RQ+T)的最小值，此时对应的第一矩阵R为旋转矩阵，对应的第二矩阵T为平移矩阵。

然后，将旋转矩阵R和平移矩阵T以及当前拟合曲线Q，代入到Q₁=RQ+T中得到第一次迭代曲线Q₁；然后通过Q_i+1=RQ_i+T(i=1、2、、、n)对Q₁进行多次迭代变换，直到n次迭代后的拟合曲线Q_n与电子地图曲线P匹配成功，将匹配成功的拟合曲线Q_n对应的坐标点作为电子地图曲线P最后的匹配结果。

204、将与电子地图匹配成功的拟合曲线对应的坐标点在电子地图对应的位置中显示。

具体地，在将拟合曲线与电子地图曲线匹配成功后，将匹配成功的拟合曲线对应的坐标点即GPS轨迹在电子地图中对应的位置中显示，以便于用户及时获知自己所在的位置。

本发明实施例在匹配GPS轨迹时，使用连续多个点就是引入了轨迹的历史信息，包含了行车路线和交通规则。ICP中计算出的近邻点集合考虑了GPS轨迹点到矢量化地图的最近距离，因此能够从整体上把握车辆行驶的轨迹曲线，匹配精度和算法鲁棒性都得到了提高，本发明实施例在智能交通的各个领域中都有着重要作用。

本发明实施例提供的方法，通过获取GPS轨迹的当前坐标点和当前坐标点的邻域坐标点，并根据当前坐标点和当前坐标点的邻域坐标点得到当前拟合曲线；然后对预先获取的电子地图曲线和当前拟合曲线进行匹配，得到电子地图的匹配结果，解决了目前电子地图的匹配方法算法复杂、时间复杂度很高以及匹配精度相对较低的问题，提高了匹配效率，降低了匹配误差。

实施例三

参见图5，本发明实施例提供了一种电子地图的匹配装置，该装置包括：

获取模块501，用于获取全球定位系统GPS轨迹的当前坐标点和当前坐标点的邻域坐标点；

拟合模块502，用于根据当前坐标点和当前坐标点的邻域坐标点，采用移动最小二乘法得到当前拟合曲线；

匹配模块503，用于采用近邻点迭代算法对预先获取的电子地图曲线和当前拟合曲线进行匹配，得到电子地图的匹配结果。

具体地，参见图6，拟合模块502，包括：

平面拟合单元502a，用于根据当前坐标点和当前坐标点的邻域坐标点，拟合出最小二乘平面；最小二乘平面为与当前坐标点的距离以及与邻域坐标点的距离之和最小的平面；

曲线拟合单元502b，用于根据当前坐标点和邻域坐标点到最小二乘平面的距离，得到当前拟合曲线。

进一步地，曲线拟合单元502b，用于计算当前坐标点到最小二乘平面的距离的平方与邻域坐标点到最小二乘平面的距离的平方之和对应的曲线多项式；计算曲线多项式取值最小时对应的曲线，将曲线作为当前拟合曲线。

具体地，参见图7，匹配模块503，包括：

第一匹配单元503a，用于将预先获取的电子地图曲线和第一矩阵做乘积后与第二矩阵相加，将相加后的结果与当前拟合曲线做差，得到第一计算结果；将第一计算结果取值最小时对应的第一矩阵作为旋转矩阵、对应的第二矩阵作为平移矩阵；

第二匹配单元503b，用于根据旋转矩阵和当前拟合曲线的乘积与平移矩阵之和进行迭代变换，直到迭代后的当前拟合曲线与电子地图曲线匹配成功，将匹配成功的拟合曲线对应的坐标点作为电子地图的匹配结果。

进一步地，参见图8，匹配模块503，还包括：

显示单元503c，用于第二匹配单元503b将匹配成功的拟合曲线对应的坐标点作为电子地图的匹配结果之后，将匹配成功的拟合曲线对应的坐标点在电子地图对应的位置中显示。

本发明实施例提供的装置，通过获取GPS轨迹的当前坐标点和当前坐标点的邻域坐标点，并根据当前坐标点和当前坐标点的邻域坐标点得到当前拟合曲线；然后对预先获取的电子地图曲线和当前拟合曲线进行匹配，得到电子地图的匹配结果，解决了目前电子地图的匹配方法算法复杂、时间复杂度很高以及匹配精度相对较低的问题，提高了匹配效率，降低了匹配误差。

需要说明的是：上述实施例提供的电子地图的匹配装置在根据GPS轨迹对电子地图进行匹配时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的电子地图的匹配装置与电子地图的匹配方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电子地图的匹配方法，其特征在于，所述方法包括：

获取全球定位系统GPS轨迹的当前坐标点和所述当前坐标点的邻域坐标点；

根据所述当前坐标点和所述当前坐标点的邻域坐标点，得到当前拟合曲线；

将预先获取的电子地图曲线和第一矩阵做乘积后与第二矩阵相加，将相加后的结果与所述当前拟合曲线做差，得到第一计算结果；

将所述第一计算结果取值最小时对应的第一矩阵作为旋转矩阵、对应的第二矩阵作为平移矩阵；

根据所述旋转矩阵和所述当前拟合曲线的乘积与所述平移矩阵之和进行迭代变换，直到迭代后的当前拟合曲线与所述电子地图曲线匹配成功，将匹配成功的拟合曲线对应的坐标点作为电子地图的匹配结果。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述当前坐标点和所述当前坐标点的邻域坐标点，得到当前拟合曲线，包括：

根据所述当前坐标点和所述当前坐标点的邻域坐标点，拟合出最小二乘平面；所述最小二乘平面为与所述当前坐标点的距离以及与所述邻域坐标点的距离之和最小的平面；

根据所述当前坐标点和所述邻域坐标点到所述最小二乘平面的距离，得到所述当前拟合曲线。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述当前坐标点和所述邻域坐标点到所述最小二乘平面的距离，得到所述当前拟合曲线，包括：

计算所述当前坐标点到所述最小二乘平面的距离的平方与所述邻域坐标点到所述最小二乘平面的距离的平方之和对应的曲线多项式；

计算所述曲线多项式取值最小时对应的曲线，将所述曲线作为所述当前拟合曲线。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将匹配成功的拟合曲线对应的坐标点作为电子地图的匹配结果之后，还包括：

将匹配成功的拟合曲线对应的坐标点在所述电子地图对应的位置中显示。

5.一种电子地图的匹配装置，其特征在于，所述装置包括：

获取模块，用于获取全球定位系统GPS轨迹的当前坐标点和所述当前坐标点的邻域坐标点；

拟合模块，用于根据所述当前坐标点和所述当前坐标点的邻域坐标点，得到当前拟合曲线；

匹配模块，用于对预先获取的电子地图曲线和所述当前拟合曲线进行匹配，得到电子地图的匹配结果；

所述匹配模块，包括：

第一匹配单元，用于将所述预先获取的电子地图曲线和第一矩阵做乘积后与第二矩阵相加，将相加后的结果与所述当前拟合曲线做差，得到第一计算结果；将所述第一计算结果取值最小时对应的第一矩阵作为旋转矩阵、对应的第二矩阵作为平移矩阵；

第二匹配单元，用于根据所述旋转矩阵和所述当前拟合曲线的乘积与所述平移矩阵之和进行迭代变换，直到迭代后的当前拟合曲线与所述电子地图曲线匹配成功，将匹配成功的拟合曲线对应的坐标点作为电子地图的匹配结果。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述拟合模块，包括：

平面拟合单元，用于根据所述当前坐标点和所述当前坐标点的邻域坐标点，拟合出最小二乘平面；所述最小二乘平面为与所述当前坐标点的距离以及与所述邻域坐标点的距离之和最小的平面；

曲线拟合单元，用于根据所述当前坐标点和所述邻域坐标点到所述最小二乘平面的距离，得到所述当前拟合曲线。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述曲线拟合单元，用于计算所述当前坐标点到所述最小二乘平面的距离的平方与所述邻域坐标点到所述最小二乘平面的距离的平方之和对应的曲线多项式；计算所述曲线多项式取值最小时对应的曲线，将所述曲线作为所述当前拟合曲线。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述匹配模块，还包括：

显示单元，用于所述第二匹配单元将匹配成功的拟合曲线对应的坐标点作为电子地图的匹配结果之后，将匹配成功的拟合曲线对应的坐标点在所述电子地图对应的位置中显示。