CN1604147A - 智能车辆定位导航系统的电子地图位置匹配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智能车辆定位导航系统的电子地图位置匹配方法，位置匹配控制单元接收GPS接收单元输出的车辆位置信息，并将其与电子地图数据库进行位置匹配，车辆匹配后的位置信息输出给显示单元显示和输出给无线通讯单元发送至管理中心，由管理中心实现对各用户完成车辆定位、调度、监控、报警等功能。位置匹配单元对接收的车辆位置信息与电子地图数据库进行匹配，得到车辆匹配后的位置信息，并且在首次位置匹配时，采用了基于电子地图二次分区方式的高效匹配方法。本发明的此种匹配方法是为了解决在首次匹配过程中要进行大量的数据计算带来的速度缓慢、精确度低的问题。

Description

智能车辆定位导航系统的电子地图位置匹配方法
技术领域
本发明涉及一种能够将车辆的位置信息快速、精确地匹配在电子地图上的方法，并尤其涉及一种采用地图分区方式以提高首次位置信息的匹配速度与精度。
背景技术
在车辆定位导航系统中，由于GPS(全球定位系统)接收机或者蜂窝定位方法均存在一定的定位误差，而同时用以显示车辆轨迹或者信息查询的电子地图也存在一定的误差，因此在现有车辆定位导航系统乃至车辆监控系统中，车辆的轨迹显示都很难保证在道路上。如此以来，对于用户最佳路径的选取、基于道路的收费、基于位置信息的查询等都会带来较大的偏差，而且有时候还可能出现错误的结果。另外，不管是GPS还是蜂窝定位方法都是基于无线电信号的，在高楼林立的城市地带，其误差将更大，也常出现信号丢失的情况，车辆无法获取定位信息。为了满足获取车辆的精确定位和导航定位功能的需求，通常采用差分GPS技术，航位推算(Dead Reckoning，DR)、无线电信标和载波相位技术的方法来提高定位精度。但差分GPS技术、无线电信标技术和载波相位差分技术同样受无线电信号传播的限制，而航位推算需要额外的传感器。这些方法要么其成本高，要么其技术实现复杂、且不适应复杂地形的特征。目前已有的主要匹配方法有最短距离法、概率统计法、基于网络拓扑关系的方法、半推导法、相关性算法、基于卡尔曼滤波残差的方法以及基于道路相似性函数的模式识别方法。这些方法都有一定的针对性，但对于车辆位置信息的首次匹配均未给出相应的解决办法。对于多点的路段匹配，其方法也过于繁琐，耗时较长，其实时性较差。
本发明针对首次匹配与多点匹配的实时性问题，提出了一种基于电子地图分区的高效地图匹配方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种智能车辆定位导航系统的电子地图位置匹配方法，该位置匹配方法主要是在车辆首次位置信息匹配时采用了多级地图分区方式，以提高首次匹配的速度和精度。
本发明一种智能车辆定位导航系统的电子地图位置匹配方法，包括GPS接收单元、原始电子地图数据、位置匹配控制单元、无线通讯单元和管理中心，其特征在于：还包括对原始电子地图数据进行二次分区处理得到的电子地图数据库，所述的位置匹配控制单元接收GPS接收单元输出的车辆位置信息，并将其与电子地图数据库进行位置匹配，车辆匹配后的位置信息输出给显示单元显示和输出给无线通讯单元发送至管理中心，由管理中心实现对各用户完成车辆定位、调度、监控、报警等功能。
所述的电子地图位置匹配方法，其位置匹配控制单元中的位置匹配是对接收的车辆位置信息进行判断是否为首次，并分为首次位置信息匹配和非首次位置信息匹配对车辆位置信息作电子地图位置匹配，并将匹配结果输出。
所述的电子地图位置匹配方法，其对原始电子地图数据进行二次分区，分为一级区域和二级区域。一级分区按等份分区得到；二级区域，首先对每一个一级分区按等份分区得到二级分区，并且需包含30～50条道路。
本发明的电子地图位置匹配方法的优点是：(1)极大的提高了首次匹配的速度和精度(2)对道路密集的城区地图以及城乡结合的较大范围地图有良好的适应性；
附图说明
图1是本发明的系统结构框图。
图2是北京市五环以内电子地图分区示意图。
图3是首次位置信息所在的二级区域不在一级区域边界上的首次匹配示意图。
图4是首次位置信息所在的二级区域在一级区域边界上的首次匹配示意图。
图5是首次位置信息所在的一级区域内不包含二级区域的首次匹配示意图。
图6是车辆位置匹配的流程框图。
图7是图6中首次匹配流程框图。
图8是图6中非首次匹配流程框图
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步的说明。
地图匹配是一种成本低廉且有效的位置定位方法，其含义是将获取的GPS等定位数据与电子地图中的数据进行匹配，消除或减少各种误差产生的影响，使目标点(车辆位置)精确定位在道路层上的一种方法。
本发明是一种智能车辆定位导航系统的电子地图位置匹配方法，智能车辆定位导航系统至少包括GPS接收单元、原始电子地图数据、位置匹配控制单元、无线通讯单元、管理中心(如图1所示)。电子地图数据库是对原始电子地图数据进行多级分区处理得到的。位置匹配控制单元接收GPS接收单元输出的车辆位置信息，并将其与电子地图数据库进行位置匹配，车辆匹配后的位置信息输出给显示单元显示和输出给无线通讯单元发送至管理中心，由管理中心实现对各用户完成车辆定位、调度、监控、报警等功能。GPS接收单元输出车辆的GPS位置信息给位置匹配控制单元，位置匹配控制单元对接收的信息进行匹配控制后输出给显示单元供显示状态用和无线通讯单元，无线通讯单元发送至管理中心。在本发明中，位置匹配单元对接收的车辆位置信息与电子地图数据库进行匹配，得到车辆匹配后的位置信息，并且在首次位置匹配时，采用了基于电子地图二次分区方式的高效匹配方法。本发明的此种匹配方法是为了解决在首次匹配过程中要进行大量的数据计算带来的速度缓慢、精确度低的影响。
在本发明的实现中，首先对原始电子地图数据进行二次分区处理，生成本发明所定义格式的电子地图数据库。原始电子地图数据可以是全世界或者全中国或者某一地区的电子地图数据，该电子地图数据一般由国家地理规划部门提供的数据。本发明的电子地图数据库的结构由存储区域数据、路段数据、节点数据组成。
(A)：区域数据
  一级区域编号RF   二级区域编号RS 二级区域所包含的路段编号RoadId[]
(B)：路段数据
  路段编号RoadId   路段所在一级区域编号RF   路段所在二级区域编号RS   路段起始节点编号StPointId   路段终止节点编号EdPointId   与起始节点相连的路段编号PrRoadId[]   与终止节点相连的路段编号NxRoadld[]
(C)：节点数据
  节点编号PointId   节点所在一级区域RF   节点所在二级区域RS   节点经度PLon   节点纬度PLat
对原始电子地图数据的二次分区处理是这样实现的：
第一步骤：读入原始电子地图数据基本信息，如经度跨度，纬度跨度等。
第二步骤：一级分区
按经度方向和纬度方向进行等份划分，经度方向划分为NF份，纬度方向划分为MF份，则原始电子地图被划分为NF×MF个一级区域。一级区域自左下到右上依次确定其一级区域编号RF为1～NF×MF。
第三步骤：二级分区
对每一个确定的一级区域RF分别进行二级分区，二级分区也采用经度方向和纬度方向等份划分，对每一个确定的一级区域RF，经度方向划分为NS份，纬度方向划分为MS份，则RF被划分为NS×MS个二级区域，二级区域自左下到右上依次确定其二级区域编号RS为1～NS×MS。对于没有进行二级分区的一级区域，定义其二级区域编号为1，则RF-RS唯一的确定了一个二级区域。
对原始电子地图数据作二次分区处理得到上述结构模式的电子地图数据库。
在本发明中，对接收的车辆位置信息判断是否为首次，车辆位置信息匹配分为首次匹配和非首次匹配，其结构如图6所示。
在本发明中对首次车辆位置信息的匹配是这样实现的：当判断接收的GPS车辆位置信息为首次时，即FP；(1)计算FP所在的一级区域编号RF；(2)判断RF是否有二级区域，如果有进入第(4)步，如果没有进入第(3)步；(3)选取RF以及RF相邻的一级区域为匹配候选区域，对已确认的侯选区域进入(8)步；(4)计算FP所在的二级区域编号RS；(5)判断RS是否在RF的边界上，如果不是进入(6)步，如果是进入(7)步；(6)选取RS以及与RS相邻的8个二级区域为匹配候选区域；(7)选取RS以及与RS相邻的一级区域或者二级区域为匹配侯选区域；(8)从数据库中读取匹配候选区域中包含的所有路段作为初次候选路段；(9)计算FP到每条初次候选路段的垂直距离作为首次匹配误差C(i)；(10)选取匹配误差C(i)最小的X个路段作为二次候选路段(X视道路密集程度取4～6的自然数)，并以匹配误差C(i)最小的一个二次候选路段作为匹配路段，垂直投影求出匹配点MP。首次匹配流程见图7。
对于非首次的车辆位置信息的匹配是这样实现的：当判断接收的GPS车辆位置信息不为首次时，即NFP，(1)判断NFP是否有效。如果无效，则将此点剔除，进入第(4)步，如果有效，进入第(2)步；(2)判断是否进入转弯判断域。如果是，进入第(3)步，如果不是，进入第(5)步；(3)转弯点的匹配。从与当前匹配路段相连的路段中重新筛选二次候选路段，并将车辆匹配在转弯点上，进入第(6)步；(4)根据历史轨迹生成匹配点，进入第(6)步；(5)直线上的匹配。计算每个二次候选路段的累积匹配误差S(i)，并取累积匹配误差S(i)最小的路段作为匹配路段，投影求出匹配点MP；(6)输出匹配结果。非首次匹配流程见图8。
下面以北京五环以内电子地图为数据源，对车辆首次位置匹配的匹配过程进行说明。
北京五环以内的经度跨度为116.150°～116.580°，纬度跨度为39.800°～40.050°，经、纬度分别按4等份划分，即有4×4＝16个一级区域，从左下角至右上角依次编号为1～16。然后，对每一个一级区域进行二级区域划分。二级区域的划分标准为每一个二级区域所包含的路段数量为30～50条。划分后的示意图如图2所示。
情况一：当首次位置信息所在的二级区域不在一级区域边界上的首次匹配。选取首次位置信息点FP(116.300°，39.960°)，(1)计算FP(116.300°，39.960°)所在的一级区域编号RF＝10；(2)经判断RF＝10有二级区域；(4)计算FP(116.300°，39.960°)所在的二级区域编号RF-RS＝10-5；(5)经判断二级区域RF-RS＝10-5不在一级区域RF＝10的边界上；(6)选取二级区域RF-RS＝10-5以及与RF-RS＝10-5相邻的8个二级区域RF-RS＝10-1、RF-RS＝10-2、RF-RS＝10-3、RF-RS＝10-4、RF-RS＝10-6、RF-RS＝10-7、RF-RS＝10-8、RF-RS＝10-9为匹配候选区域；(8)从数据库中读取匹配候选区域中包含的所有路段作为初次候选路段；(9)计算FP到每条初次候选路段的垂直距离作为首次匹配误差C(i)(i表示路段编号)；(10)选取匹配误差C(i)最小的路段投影求出匹配点MP(116.300°，39.961°)。如图3所示。
情况二：当首次位置信息所在的二级区域在一级区域边界上的首次匹配。选取FP(116.380°，39.870°)，(1)计算FP(116.380°，39.870°)所在的一级区域编号RF＝7；(2)经判断RF＝7有二级区域；(4)计算FP(116.380°，39.870°)所在的二级区域编号RS＝1；(5)经判断二级区域RF-RS＝7-1在一级区域RF＝10的边界上；(6)选取二级区域RF-RS＝7-1以及与二级区域RF-RS＝7-1相邻的二级区域RF-RS＝7-2、RF-RS＝7-4、RF-RS＝7-5和一级区域RF＝2、RF＝3、RF＝6为匹配候选区域；(8)从数据库中读取匹配候选区域中包含的所有路段作为匹配候选路段；(9)计算FP到每条初次候选路段的垂直距离作为首次匹配误差C(i)；(10)选取匹配误差C(i)最小的路段投影求出匹配点MP(116.382°，39.869°)。如图4所示。
情况三：当首次位置信息所在的一级区域内不包含二级区域的首次匹配。选取FP(116.180°，39.830°)，(1)计算FP(116.180°，39.830°)所在的一级区域编号RF＝1；(2)经判断RF＝1没有二级区域；(6)选取一级区域RF＝1以及与一级区域RF＝1相邻的一级区域RF＝2、RF＝5、RF＝6为匹配候选区域；(8)从数据库中读取匹配候选区域中包含的所有路段作为匹配候选路段；(9)计算FP到每条初次候选路段的垂直距离作为首次匹配误差C(i)；(10)选取匹配误差C(i)最小的路段投影求出匹配点MP(116.180°，39.831°)。如图5所示。

Claims (7)

1、一种智能车辆定位导航系统的电子地图位置匹配方法，包括GPS接收单元、原始电子地图数据、位置匹配控制单元、无线通讯单元和管理中心，其特征在于：还包括对原始电子地图数据进行二次分区处理得到的电子地图数据库，所述的位置匹配控制单元接收GPS接收单元输出的车辆位置信息，并将其与电子地图数据库进行位置匹配，车辆匹配后的位置信息输出给显示单元显示和输出给无线通讯单元发送至管理中心，由管理中心实现对各用户完成车辆定位、调度、监控、报警等功能。
2、根据权利要求1所述的电子地图位置匹配方法，其特征在于：所述的位置匹配控制单元中的位置匹配是对接收的车辆位置信息进行判断是否为首次，并分为首次位置信息匹配和非首次位置信息匹配对车辆位置信息作电子地图位置匹配，并将匹配结果输出。
3、根据权利要求2所述的电子地图位置匹配方法，其特征在于：位置匹配是对首次车辆位置信息进行电子地图二次分区匹配。
4、根据权利要求1所述的电子地图位置匹配方法，其特征在于：所述的电子地图数据库存储结构为：
(A)：区域数据   一级区域编号RF   二级区域编号RS   二级区域所包含的路段编号RoadId[]
(B)：路段数据   路段编号RoadId   路段所在一级区域编号RF   路段所在二级区域编号RS 路段起始节点编号StPointId 路段终止节点编号EdPointId   与起始节点相连的路段编号PrRoadId[]   与终止节点相连的路段编号NxRoadId[]
(C)：节点数据   节点编号PointId   节点所在一级区域RF   节点所在二级区域RS   节点经度PLon   节点纬度PLat
5、根据权利要求4所述的电子地图位置匹配方法，其特征在于：对原始电子地图数据进行二次分区，分为一级区域和二级区域。
6、根据权利要求5所述的电子地图位置匹配方法，其特征在于：对原始电子地图数据进行按等份分区得到一级分区。
7、根据权利要求5所述的电子地图位置匹配方法，其特征在于：对每一个一级分区按等份分区得到二级分区，每一个二级区域内包括30～50条道路。
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C19 Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee