CN1908588A - 一种基于小网格路网组织结构的快速地图匹配方法 - Google Patents

Abstract

一种基于小网格路网组织结构的快速地图匹配方法，(1)建立路网组织结构并存到文件中；(2)给定地图上的一个点P(x，y)，x为该点的经度，y为该点的纬度，根据点查询找出该点所在网格中的所有路段，记点P所在的网格为Grid(P)；(3)找出P点所在网格Grid(P)的相邻网格中的所有路段；(4)将上述步骤(2)和步骤(3)所得到的路段合并；(5)对合并后的每一条路段，计算点P到该路段的投影距离d，选取所有d中最小的那条路段作为最佳匹配路段。本发明由于可以直接定位到点所在的网格，并且网格一般比较小，网格中的路段也就比较少，点查询速度非常快，效率高，而且不论整个路网被划分成了多少个网格，算法所需要查找的网格只有固定的9个，因此本发明的计算简单。

Description

一种基于小网格路网组织结构的快速地图匹配方法

技术领域

本发明涉及一种用于复杂道路网路组织和管理的基于小网格路网组织结构的快速地图匹配方法。

背景技术

地图匹配就是给定地图上一个点的经度和纬度，找出该点在地图上的所在路段。在城市交通迅速发展的今天，城市路网日益复杂化，因此车载终端导航系统越来越受到人们的重视，但要实现一个实用的导航系统需要解决很多的技术难点。其中一个就是如何在存储器较小，处理能力有限的车载终端上去组织和管理大规模的道路网络信息，以及在这个基础上实现快速的地图匹配算法。

传统的组织模型主要有R-树，K-D-B树。这两种模型的方法是：将路网按一定的策略进行划分，然后用树来组织划分后的路网块。这两种模型主要的优点是便于插入和删除操作，但查询操作速度比较慢，因为要遍历树，但实际上一般对路网的插入和删除操作很少，而查询操作则非常频繁。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种适于快速查询的基于小网格路网组织结构的快速地图匹配方法，这种方法查询速度快，且效率高。

本发明的技术解决方案：一种基于小网格路网组织结构的快速地图匹配方法，其特点在于通过以下步骤实现：

(1)建立路网组织结构并存到文件中

本发明在路段-节点(arc-node)路网存储结构上增加了一层网格结构，来建立整个路网的数据。路网组织结构是将现实中的路网用有向图来表示，图的边表示为路段，图的节点表示为路段与路段中的连接点，网格的组织模型为分块形式，将整个路网从左至右，从下至上等分成一个一个的网格分块。如果一个路段跨几个网格的话则将其在其所跨的每个网格中都存储一份该路段的信息。网格的大小一般应大于200m，但是也不能太大，因为大小过大的话，网格中的路段数就相对比较多，这样会影响查询的效率，因此网格大小一般在200m～1000m。

本发明需要一套文件来存储路网的所有信息，包括路网的基本拓扑信息及网格信息。路网一般是由节点node和路段arc构成，因此路网主要由两个文件来存储：node文件和arc文件，其中：

node文件：存储所有节点的信息，节点数据在文件中的位置就隐含着该路段的编号。文件中每个点的数据结构为：经度，纬度，以该节点为终止的第一条路段(入路段)，以该节点为开始的第一条路段(出路段)。

arc文件：存储所有路段的信息.，路段数据在文件中的位置就隐含着该路段的编号。文件中每条弧线的数据结构为：起始节点编号，终止节点编号，指向弧线起始节点的下一条入路段，以弧线终止节点为开始的下一条出路段。

用网格来组织和管理这些路网信息，就还需要单独一个网格文件grid来对这些信息进行有效的组织和管理。

网格文件称为grid文件：按网格号的顺序存储每个网格里所包含的路段的编号。网格号是2维的，如(i，j)，其中i表示经度方向该网格的序号，j表示纬度方向网格的序号。

在网格文件grid中每条记录存储着一个网格里所包含的所有路段的编号，由于各个网格中的路段数目不相同。因此文件中的记录是变长的，这就还需要一个索引文件来存储每条记录在文件中的起始位置和结束位置，该文件称为index文件。

index文件：存储每个网格在grid文件中的开始位置。

(2)给定地图上的一个点P(x，y)，x为该点的经度，y为该点的纬度，根据点查询找出该点所在网格中的所有路段，记点P所在的网格为Grid(P)。

a.点查询：给出一个点的坐标，从路网中找出该点所在网格的所有路段信息。假设在路网中选取一点O(xOrg，yOrg)为原点，网格的大小为grid_size(单位可以为m或者度)，则点P(x，y)可以通过以下公式定位到一个网格内：

xIndex＝(x-xOrg)/grid_size    (1)

yIndex＝(y-yOrg)/grid_size    (2)

其中(xInde，yIndex)为网格的编号；

b.利用公式(1)和(2)计算出该点所在网格的编号；

c.通过网格编号从index文件中找到该网格在grid文件中的位置；

d.从grid文件中读出该网格中的所有路段的编号；

e.通过路段编号就可以从arc文件中直接读出这些路段的所有信息。

(3)找出P点所在网格Grid(P)的相邻网格中的所有路段。

由于点不一定就在路段上面，即点和路段之间存在一定的距离，因此与该点匹配的路段不一定就在该点所在的网格内，而可能是在相邻的网格内如图2所示。这就需要将相邻的网格中的路段也找出来作为候选路段。相邻的网格包括上、下、左、右、左上、左下、右上、右下8个网格，这8个网格的编号可以根据Grid(P)的网格号得到，从而可以根据上面点查询的步骤得到这8个网格中的所有路段。

(4)将第二步和第三步所得到的路段合并。

(5)对合并后的每一条路段，计算点P到该路段的投影距离d，选取所有d中最小的那条路段作为最佳匹配路段

设路段的方程式为：Ax+By+C＝0，则点P到该路段的投影距离公式为：

$d=|\mathrm{Ax}+\mathrm{By}+C|/|A+B|...\left(3\right)$

本发明与现有技术相比的优点在于：本发明的速度快，效率高。由于可以直接定位到点所在的网格，并且网格一般比较小，网格中的路段也就比较少，因此点查询速度非常快；而且不论整个路网被划分成了多少个网格，算法所需要查找的网格只有固定的9个，因此该算法的复杂度为O(1)。

附图说明

图1为北京市的路网划分情况，北京市6环以内的路网被分成了68×100个网格。网格大小为取为0.005度，约400～600m；

图2为待匹配点在靠近网格边界上的情况图，这种情况下匹配路段可能不在待匹配点所在的网格内。

具体实施方式

以下以北京市主干路地图，如图1、2所示为例说明本发明的实现步骤：

1.建立路网组织结构并存到文件中

从原始地图文件中读出地图数据，然后生成arc，node，grid，index文件。

2.给定点P(116.322693，39.939035)，根据点查询找出该点所在网格中的所有路段。

a.利用公式前述的(1)和(2)计算出P所在网格的编号为(34，33)

b.通过网格编号从index文件中找到该网格在grid文件中的位置为15306

c.从grid文件中读出该网格中的所有路段的编号依次为：4994，4995，4996，4997

d.通过路段编号就可以从arc文件中直接读出这些路段的所有信息。

3.找出P点所在网格Grid(P)的相邻网格中的所有路段。

相邻网格的编号为(33，32)，(33，33)，(33，34)，(34，32)，(34，34)，(35，32)，(35，33)，(35，35)；

根据步骤(2)中的方法可以找出这8个网格中的所有路段编号，依次为1050，1051，1052，1053，1054，1055，5038，5039，5118，5119，5120，5121，5122，5123；

4.将上述步骤(2)和步骤(3)所得到的路段合并，得到候选路段的编号集合为：(4994，4995，4996，4997，1050，1051，1052，1053，1054，1055，5038，5039，5118，5119，5120，5121，5122，5123)；

5.对合并后的每一条路段，利用公式(3)计算点P到该路段的投影距离d。下面是点P到每个路段的距离列表，其中括号内的第一个字段表示路段编号，第二个字段表示投影距离d。

(1050，0.0084915617527043)，(1051，0.0084915617527043)，

(1052，0.0084634872836217)，(1053，0.0084634872836217)，

(1054，0.0078558415877548)，(1055，0.0078558415877548)，

(4994，0.0016566320485382)，(4995，0.0016566320485382)，

(4996，0.0016823454657897)，(4997，0.0016823454657897)，

(5038，0.0035825959861523)，(5039，0.0035825959861523)，

(5120，0.0035680709073698)，(5121，0.0035680709073698)，

(5122，0.0034048345372072)，(5123，0.0034048345372072)，

(5118，0.0070263647073014)，(5119，0.0070263647073014)

根据上表可知，最佳匹配路段的编号为4094。

Claims (8)

1、一种基于小网格路网组织结构的快速地图匹配方法，其特征在于通过以下步骤实现：

(1)建立路网组织结构并存到文件中；

(2)给定地图上的一个点P(x，y)，x为该点的经度，y为该点的纬度，根据点查询找出该点所在网格中的所有路段，记点P所在的网格为Grid(P)；

(3)找出P点所在网格Grid(P)的相邻网格中的所有路段；

(4)将上述步骤(2)和步骤(3)所得到的路段合并；

(5)对合并后的每一条路段，计算点P到该路段的投影距离d，选取所有d中最小的那条路段作为最佳匹配路段。

2、根据权利要求1所述的基于小网格路网组织结构的快速地图匹配方法，其特征在于：所述的路网组织结构是将现实中的路网用有向图来表示，图的边表示为路段，图的节点表示为路段与路段中的连接点，网格的组织模型为分块形式，将整个路网从左至右，从下至上等分成一个一个的网格分块。

3、根据权利要求1所述的基于小网格路网组织结构的快速地图匹配方法，其特征在于：所述的路网组织结构主要由两个文件来存储：node文件和arc文件，其中：

node文件：存储所有节点的信息，节点数据在文件中的位置就隐含着该路段的编号，文件中每个点的数据结构为：经度、纬度，以该节点为终止的第一条路段，以该节点为开始的第一条路段；

arc文件：存储所有路段的信息，路段数据在文件中的位置就隐含着该路段的编号。文件中每条弧线的数据结构为：起始节点编号，终止节点编号，指向弧线起始节点的下一条入路段，以弧线终止节点为开始的下一条出路段。

4、根据权利要求3所述的基于小网格路网组织结构的快速地图匹配方法，其特征在于：采用网格文件grid来对存储所有节点和路段信息进行组织和管理，grid文件按网格号的顺序存储每个网格里所包含的路段的编号，邓网络号。

5、根据权利要求4所述的基于小网格路网组织结构的快速地图匹配方法，其特征在于：所述的网格号为两维(i，j)，其中i表示经度方向该网格的序号，j表示纬度方向网格的序号。

6、根据权利要求4所述的基于小网格路网组织结构的快速地图匹配方法，其特征在于：采用index文件存储每个网格在grid文件中的开始位置。

7、根据权利要求1所述的基于小网格路网组织结构的快速地图匹配方法，其特征在于：所述步骤(2)中点查询的步骤如下：

a.在路网中选取一点O(xOrg，yOrg)为原点，网格的大小grid_size，单位为m或者度，则点P(x，y)通过以下公式定位到一个网格内：

xIndex＝(x-xOrg)/grid_size                      (1)

yIndex＝(y-yOrg)/grid_size                      (2)

其中(xInde，yIndex)为网格的编号；

b.利用上述公式(1)和公式(2)计算出该点所在网格的编号；

c.通过网格编号从index文件中找到该网格在grid文件中的位置；

d.从grid文件中读出该网格中的所有路段的编号；

e.通过路段编号从arc文件中直接读出这些路段的所有信息。

8、根据权利要求1所述的基于小网格路网组织结构的快速地图匹配方法，其特征在于：所述步骤(3)中的相邻网格包括上、下、左、右、左上、左下、右上、右下8个网格，这8个网格的编号根据Grid(P)的网格号得到，从而根据上面点查询的步骤得到这8个网格中的所有路段。

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