CN112765303A - 一种道路坐标配准方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种道路坐标配准方法及装置，所述方法包括：1)、获取道路的高精度地图中各个点的第一点坐标集合，以及高精度地图中的道路附属物的第二点坐标集合，其中，所述道路附属物包括：道路交点、交通灯、井盖、电线杆中的一种或组合；2)、利用RTK技术采集道路上的控制点的坐标，其中，所述控制点在所述高精度地图中具有对应的点；3)、根据所述控制点以及与第一坐标点集合中的对应点之间的差异，和/或所述控制点以及与第二坐标点集合中的对应点之间的差异构建校正矩阵；4)、利用所述变换矩阵对高精度地图中的点的坐标进行校正。应用本发明实施例，提高了高精度地图中坐标的精度。

Description

一种道路坐标配准方法及装置
技术领域
本发明涉及一种坐标校准方法及装置，具体涉及一种道路坐标配准方法及装置。
背景技术
目前道路标线的喷涂采用的是人工作业的方式，是一种效率低、高强度、重复性高的工作。
目前，通常基于高精度地图数据利用计算机制图的方式制作标线，供自动化设备喷涂，进而可以部分替代人工标绘的工作量。高精度地图数据主要通过视觉、激光或者二者融合后提取道路线数据。道路线数据与实际道路线仍然存在误差，如：距离上的误差、比例误差、几何形变；这些误差导致高精度地图中的数据是不能直接用于道路标线的喷涂。
因此，现有技术存在高精度地图中数据精度不高的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于如何提供一种道路坐标配准方法及装置以提高道路坐标的精度。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
本发明实施例提供了一种道路坐标配准方法，所述方法包括：
1)、获取道路的高精度地图中各个点的第一点坐标集合，以及高精度地图中的道路附属物的第二点坐标集合，其中，所述道路附属物包括：道路交点、交通灯、井盖、电线杆中的一种或组合；
2)、利用RTK技术采集道路上的控制点的坐标，其中，所述控制点在所述高精度地图中具有对应的点；
3)、根据所述控制点以及与第一坐标点集合中的对应点之间的差异，和/或所述控制点以及与第二坐标点集合中的对应点之间的差异构建校正矩阵；
4)、利用所述变换矩阵对高精度地图中的点的坐标进行校正。
应用本发明实施例，在利用RTK采集的控制点与高精度地图中对应坐标点的差异构建校正矩阵，可以将坐标对应的多种变形进行校正，进而可以将高精度地图中坐标校正为与实际坐标相同的状态，进而提高了高精度地图中坐标的精度。
可选的，所述步骤1)，包括：
高精度地图中获取道路中各个车道线的数据，将所述车道线的数据转换成若干个坐标点的第一点坐标集合；
从高精度地图中获取等道路附属物数据的数据，并将所述道路附属物的数据转换成对应的坐标点的第二点坐标集合。
可选的，所述步骤2)，包括：
如果存在道路边线特征，采集道路边线数据并作为控制点的坐标；
如果不存在道路边线特征，采集道路附属物数据并作为控制点的坐标。
可选的，所述步骤3)，包括：
将第一点坐标集合与第二坐标点集合转换成WGS84椭球下的第一投影分带数据；
将控制点数据转换成WGS84椭球下的第二投影分带数据；
根据所述第一投影分带数据与第二投影分带数据之间的差异计算第一投影分带数据与第二投影分带数据之间的旋转矩阵、缩放矩阵以及平移矩阵；
利用公式，M＝T*S*R，计算第一投影分带数据与第二投影分带数据之间的校正矩阵，其中，
M为第一投影分带数据与第二投影分带数据之间的校正矩阵；T为第一投影分带数据与第二投影分带数据之间的平移矩阵；S为第一投影分带数据与第二投影分带数据之间的缩放矩阵；R为第一投影分带数据与第二投影分带数据之间的旋转矩阵。
可选的，所述步骤4)，包括：
将第一点坐标集合与第二坐标点集合对应的成WGS84椭球下的第一投影分带数据；
将第一投影分带数据中的每一个数据与所述校正矩阵相乘，得到校正后的坐标点。
本发明实施例提供了一种道路坐标配准装置，所述装置包括：
获取模块，用于获取道路的高精度地图中各个点的第一点坐标集合，以及高精度地图中的道路附属物的第二点坐标集合，其中，所述道路附属物包括：道路交点、交通灯、井盖、电线杆中的一种或组合；
采集模块，用于利用RTK技术采集道路上的控制点的坐标，其中，所述控制点在所述高精度地图中具有对应的点；
构建模块，用于根据所述控制点以及与第一坐标点集合中的对应点之间的差异，和/或所述控制点以及与第二坐标点集合中的对应点之间的差异构建校正矩阵；
校正模块，用于利用所述变换矩阵对高精度地图中的点的坐标进行校正。
可选的，所述获取模块，用于：
高精度地图中获取道路中各个车道线的数据，将所述车道线的数据转换成若干个坐标点的第一点坐标集合；
从高精度地图中获取等道路附属物数据的数据，并将所述道路附属物的数据转换成对应的坐标点的第二点坐标集合。
可选的，所述采集模块，用于：
如果存在道路边线特征，采集道路边线数据并作为控制点的坐标；
如果不存在道路边线特征，采集道路附属物数据并作为控制点的坐标。
可选的，所述构建模块，用于：
将第一点坐标集合与第二坐标点集合转换成WGS84椭球下的第一投影分带数据；
将控制点数据转换成WGS84椭球下的第二投影分带数据；
根据所述第一投影分带数据与第二投影分带数据之间的差异计算第一投影分带数据与第二投影分带数据之间的旋转矩阵、缩放矩阵以及平移矩阵；
利用公式，M＝T*S*R，计算第一投影分带数据与第二投影分带数据之间的校正矩阵，其中，
M为第一投影分带数据与第二投影分带数据之间的校正矩阵；T为第一投影分带数据与第二投影分带数据之间的平移矩阵；S为第一投影分带数据与第二投影分带数据之间的缩放矩阵；R为第一投影分带数据与第二投影分带数据之间的旋转矩阵。
可选的，所述校正模块，用于：
将第一点坐标集合与第二坐标点集合对应的成WGS84椭球下的第一投影分带数据；
将第一投影分带数据中的每一个数据与所述校正矩阵相乘，得到校正后的坐标点。
本发明的优点在于：
应用本发明实施例，在利用RTK采集的控制点与高精度地图中对应坐标点的差异构建校正矩阵，可以将坐标对应的多种变形进行校正，进而可以将高精度地图中坐标校正为与实际坐标相同的状态，进而提高了高精度地图中坐标的精度。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种道路坐标配准方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种道路坐标配准装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例提供的一种道路坐标配准方法的流程示意图，如图1所示，所述方法包括：
S101：获取道路的高精度地图中各个点的第一点坐标集合，以及高精度地图中的道路附属物的第二点坐标集合，其中，所述道路附属物包括：道路交点、交通灯、井盖、电线杆中的一种或组合。
具体的，可以将车道线视作由大量的点连续分布得到的线条，因此可以从高精度地图中获取道路中各个车道线的数据，将所述车道线的数据转换成若干个坐标点的第一点坐标集合；另外，从高精度地图中获取等道路附属物数据的数据，并将所述道路附属物的数据转换成对应的坐标点的第二点坐标集合。
可以理解的是，对于车道线，所获取的车道线的数据可以为车道线的中心线的点的坐标，还可以为车道线所占区域的各个顶点、边缘的坐标，还可以为车道线中的随机取样点的坐标。类似的，对于道路附属物中井盖的坐标为例，可以为井盖中心点坐标，还可以为井盖上气孔的坐标等；对于道路交点，可以为道路线之间的几何交点的坐标。
S102：利用RTK(Real-time kinematic，实时动态)技术采集道路上的控制点的坐标，其中，所述控制点在所述高精度地图中具有对应的点。
具体的，如果存在道路边线特征，采集道路边线数据并作为控制点的坐标；如果不存在道路边线特征，采集道路附属物数据并作为控制点的坐标。
示例性的，在S101步骤中获取的点为第101号井盖的圆心点，该圆心点可以作为第一坐标点；若干个第一坐标点构成了第一坐标点集合。在本步骤中需要利用RTK技术获取该井盖的圆心点，类似的可以得到第二坐标点以及第二坐标点集合。
S103：根据所述控制点以及与第一坐标点集合中的对应点之间的差异，和/或所述控制点以及与第二坐标点集合中的对应点之间的差异构建校正矩阵。
首先，可以将第一点坐标集合与第二坐标点集合转换成WGS84(World GeodeticSystem一1984Coordinate System，大地坐标系)椭球下的第一投影分带数据；将控制点数据转换成WGS84椭球下的第二投影分带数据。
然后，根据所述第一投影分带数据与第二投影分带数据之间的差异计算第一投影分带数据与第二投影分带数据之间的旋转矩阵、缩放矩阵以及平移矩阵。
以旋转矩阵为例，将第一投影分带数据中的各个点的坐标作为矩阵中的元素组成第一矩阵；然后将第二投影分带数据中的各个点的坐标作为矩阵中的元素组成第二矩阵，且第一矩阵中与第二矩阵中相同位置的元素代表的相同点位的X轴坐标、或者Y轴坐标，或者Z轴坐标。
根据第一矩阵与第二矩阵之间的偏移关系计算出二者之间的平移矩阵
Figure BDA0002936269740000071
其中，Tx为在X方向上的平移量；Ty为Y方向上的平移量；Tz为Z方向上的平移量，X，Y为平面坐标轴，Z为空间坐标，遵循右手坐标系。
根据第一矩阵与第二矩阵之间的旋转关系计算出二者之间的旋转矩阵，如沿X轴旋转的旋转矩阵为
Figure BDA0002936269740000081
其中，θ为旋转角度(弧度)。
沿Y轴旋转的旋转矩阵为
Figure BDA0002936269740000082
沿Z轴旋转的旋转矩阵为
Figure BDA0002936269740000083
根据第一矩阵与第二矩阵之间的缩放关系计算出二者之间的缩放矩阵
Figure BDA0002936269740000084
其中，S1为X轴方向上的缩放比例；S2为Y轴方向上的缩放比例；S3为Z轴方向上的缩放比例。
最后，利用公式，M＝T*S*R，计算第一投影分带数据与第二投影分带数据之间的校正矩阵，其中，M为第一投影分带数据与第二投影分带数据之间的校正矩阵；T为第一投影分带数据与第二投影分带数据之间的平移矩阵；S为第一投影分带数据与第二投影分带数据之间的缩放矩阵；R为第一投影分带数据与第二投影分带数据之间的旋转矩阵。
需要强调的是，坐标点转换到WGS84坐标系的方法为现有技术，本发明实施例在此不再赘述。
S104：利用所述变换矩阵对高精度地图中的点的坐标进行校正。
具体的，将第一点坐标集合与第二坐标点集合对应的成WGS84椭球下的第一投影分带数据；将第一投影分带数据中的每一个数据与所述校正矩阵相乘，得到校正后的坐标点。
进一步的，当采用自动化道路喷涂作业时，根据校正后的高精度地图进行导航，以实现高精度喷涂作业。。
另外，高精度地图数据来源广泛，不同厂商的地图数据的精度存在差异，如果使用不同厂商的高精度地图时会使喷涂效果存在差异，应用本发明实施例，将高精度地图中的坐标进行校准，可以校准到同样的精度水平，进而可以使道路线配图效果更佳一致。
应用本发明实施例，在利用RTK采集的控制点与高精度地图中对应坐标点的差异构建校正矩阵，可以将坐标对应的多种变形进行校正，进而可以将高精度地图中坐标校正为与实际坐标相同的状态，进而提高了高精度地图中坐标的精度。
实施例2
与本发明实施例1相对应，本发明实施例还提供了一种道路坐标配准装置。
图2为本发明实施例提供的一种道路坐标配准装置的结构示意图，如图2所示，所述装置包括：
获取模块201，用于获取道路的高精度地图中各个点的第一点坐标集合，以及高精度地图中的道路附属物的第二点坐标集合，其中，所述道路附属物包括：道路交点、交通灯、井盖、电线杆中的一种或组合；
采集模块202，用于利用RTK技术采集道路上的控制点的坐标，其中，所述控制点在所述高精度地图中具有对应的点；
构建模块203，用于根据所述控制点以及与第一坐标点集合中的对应点之间的差异，和/或所述控制点以及与第二坐标点集合中的对应点之间的差异构建校正矩阵；
校正模块204，用于利用所述变换矩阵对高精度地图中的点的坐标进行校正。
应用本发明实施例，在利用RTK采集的控制点与高精度地图中对应坐标点的差异构建校正矩阵，可以将坐标对应的多种变形进行校正，进而可以将高精度地图中坐标校正为与实际坐标相同的状态，进而提高了高精度地图中坐标的精度。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述获取模块，用于：
高精度地图中获取道路中各个车道线的数据，将所述车道线的数据转换成若干个坐标点的第一点坐标集合；
从高精度地图中获取等道路附属物数据的数据，并将所述道路附属物的数据转换成对应的坐标点的第二点坐标集合。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述采集模块，用于：
如果存在道路边线特征，采集道路边线数据并作为控制点的坐标；
如果不存在道路边线特征，采集道路附属物数据并作为控制点的坐标。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述构建模块，用于：
将第一点坐标集合与第二坐标点集合转换成WGS84椭球下的第一投影分带数据；
将控制点数据转换成WGS84椭球下的第二投影分带数据；
根据所述第一投影分带数据与第二投影分带数据之间的差异计算第一投影分带数据与第二投影分带数据之间的旋转矩阵、缩放矩阵以及平移矩阵；
利用公式，M＝T*S*R，计算第一投影分带数据与第二投影分带数据之间的校正矩阵，其中，
M为第一投影分带数据与第二投影分带数据之间的校正矩阵；T为第一投影分带数据与第二投影分带数据之间的平移矩阵；S为第一投影分带数据与第二投影分带数据之间的缩放矩阵；R为第一投影分带数据与第二投影分带数据之间的旋转矩阵。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述校正模块，用于：
将第一点坐标集合与第二坐标点集合对应的成WGS84椭球下的第一投影分带数据；
将第一投影分带数据中的每一个数据与所述校正矩阵相乘，得到校正后的坐标点。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种道路坐标配准方法，其特征在于，所述方法包括：
1)、获取道路的高精度地图中各个点的第一点坐标集合，以及高精度地图中的道路附属物的第二点坐标集合，其中，所述道路附属物包括：道路交点、交通灯、井盖、电线杆中的一种或组合；
2)、利用RTK技术采集道路上的控制点的坐标，其中，所述控制点在所述高精度地图中具有对应的点；
3)、根据所述控制点以及与第一坐标点集合中的对应点之间的差异，和/或所述控制点以及与第二坐标点集合中的对应点之间的差异构建校正矩阵；
4)、利用所述变换矩阵对高精度地图中的点的坐标进行校正。
2.根据权利要求1所述的一种道路坐标配准方法，其特征在于，所述步骤1)，包括：
高精度地图中获取道路中各个车道线的数据，将所述车道线的数据转换成若干个坐标点的第一点坐标集合；
从高精度地图中获取等道路附属物数据的数据，并将所述道路附属物的数据转换成对应的坐标点的第二点坐标集合。
3.根据权利要求1所述的一种道路坐标配准方法，其特征在于，所述步骤2)，包括：
如果存在道路边线特征，采集道路边线数据并作为控制点的坐标；
如果不存在道路边线特征，采集道路附属物数据并作为控制点的坐标。
4.根据权利要求1所述的一种道路坐标配准方法，其特征在于，所述步骤3)，包括：
将第一点坐标集合与第二坐标点集合转换成WGS84椭球下的第一投影分带数据；
将控制点数据转换成WGS84椭球下的第二投影分带数据；
根据所述第一投影分带数据与第二投影分带数据之间的差异计算第一投影分带数据与第二投影分带数据之间的旋转矩阵、缩放矩阵以及平移矩阵；
利用公式，M＝T*S*R，计算第一投影分带数据与第二投影分带数据之间的校正矩阵，其中，
M为第一投影分带数据与第二投影分带数据之间的校正矩阵；T为第一投影分带数据与第二投影分带数据之间的平移矩阵；S为第一投影分带数据与第二投影分带数据之间的缩放矩阵；R为第一投影分带数据与第二投影分带数据之间的旋转矩阵。
5.根据权利要求4所述的一种道路坐标配准方法，其特征在于，所述步骤4)，包括：
将第一点坐标集合与第二坐标点集合对应的成WGS84椭球下的第一投影分带数据；
将第一投影分带数据中的每一个数据与所述校正矩阵相乘，得到校正后的坐标点。
6.一种道路坐标配准装置，其特征在于，所述装置包括：
获取模块，用于获取道路的高精度地图中各个点的第一点坐标集合，以及高精度地图中的道路附属物的第二点坐标集合，其中，所述道路附属物包括：道路交点、交通灯、井盖、电线杆中的一种或组合；
采集模块，用于利用RTK技术采集道路上的控制点的坐标，其中，所述控制点在所述高精度地图中具有对应的点；
构建模块，用于根据所述控制点以及与第一坐标点集合中的对应点之间的差异，和/或所述控制点以及与第二坐标点集合中的对应点之间的差异构建校正矩阵；
校正模块，用于利用所述变换矩阵对高精度地图中的点的坐标进行校正。
7.根据权利要求6所述的一种道路坐标配准装置，其特征在于，所述获取模块，用于：
高精度地图中获取道路中各个车道线的数据，将所述车道线的数据转换成若干个坐标点的第一点坐标集合；
从高精度地图中获取等道路附属物数据的数据，并将所述道路附属物的数据转换成对应的坐标点的第二点坐标集合。
8.根据权利要求6所述的一种道路坐标配准装置，其特征在于，所述采集模块，用于：
如果存在道路边线特征，采集道路边线数据并作为控制点的坐标；
如果不存在道路边线特征，采集道路附属物数据并作为控制点的坐标。
9.根据权利要求6所述的一种道路坐标配准装置，其特征在于，所述构建模块，用于：
将第一点坐标集合与第二坐标点集合转换成WGS84椭球下的第一投影分带数据；
将控制点数据转换成WGS84椭球下的第二投影分带数据；
根据所述第一投影分带数据与第二投影分带数据之间的差异计算第一投影分带数据与第二投影分带数据之间的旋转矩阵、缩放矩阵以及平移矩阵；
利用公式，M＝T*S*R，计算第一投影分带数据与第二投影分带数据之间的校正矩阵，其中，
M为第一投影分带数据与第二投影分带数据之间的校正矩阵；T为第一投影分带数据与第二投影分带数据之间的平移矩阵；S为第一投影分带数据与第二投影分带数据之间的缩放矩阵；R为第一投影分带数据与第二投影分带数据之间的旋转矩阵。
10.根据权利要求9所述的一种道路坐标配准装置，其特征在于，所述校正模块，用于：
将第一点坐标集合与第二坐标点集合对应的成WGS84椭球下的第一投影分带数据；
将第一投影分带数据中的每一个数据与所述校正矩阵相乘，得到校正后的坐标点。
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