一種基于浮動車移動軌跡與電子地圖融合的道路匹配方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于道路匹配的方法，尤其是指基于浮動車移動軌跡與電子地圖融合的道 路匹配方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 交通是一個城市的命脈，它直接影響著城市居民的日常出行，朝九晚五的上班族， 出差旅行的異地客，城市交通狀況的好壞，都將直接影響著人們對這個城市的態(tài)度，便捷 流暢的交通環(huán)境無疑會增加居民的居住舒適感和異地他鄉(xiāng)游子的喜愛度。但是在經(jīng)濟迅速 發(fā)展，公車私家車遍地橫行的今天，想要保證一個便捷的交通，又是何其的困難，縱有"要想 富，先修路"的治世名言，但是城市的空間資源顯然是有限的，不可能無限制的去發(fā)展城市 路建，那么如何在現(xiàn)有交通資源的前提下，來合理的指導(dǎo)人們的出行，以盡可能的提高交通 路況的流暢度呢？于是智能交通系統(tǒng)（ITS)便應(yīng)運而生。
[0003] 智能交通系統(tǒng)是歐美等發(fā)達國家率先提出的一種智能化，信息化，數(shù)字化的綜合 交通管理系統(tǒng)，它是當(dāng)今和未來交通發(fā)展的走向，智能交通系統(tǒng)通過建立人與車，車與車， 車與服務(wù)器之間的通信來進行信息交流與共享，以實現(xiàn)最優(yōu)化人們的出行路線的目的，而 浮動車及其相關(guān)技術(shù)作為智能交通系統(tǒng)中的主要技術(shù)之一，它是指裝備有GPS定位系統(tǒng)的 移動車輛，是該系統(tǒng)的主要操作目標(biāo)，因此圍繞著GPS定位技術(shù)和浮動車技術(shù)的相關(guān)研宄 近年來便越來越收到重視。圍繞浮動車展開的智能交通控制過程大致為：首先浮動車的信 息采集設(shè)備，將自身的相關(guān)定位信息通過無線網(wǎng)絡(luò)傳送給交通控制中心，交通控制中心通 過該定位信息對車輛進行定位匹配，判斷該車目前所處路段，即是進行道路匹配，然后根據(jù) 定位信息中的車速等其他相關(guān)信息來間接得到當(dāng)前某路段的交通狀況，并將該信息反饋到 交通控制中心路況信息數(shù)據(jù)庫中，當(dāng)車輛在進行路徑規(guī)劃請求服務(wù)時，控制中心會根據(jù)實 時路網(wǎng)中的動態(tài)路況對請求服務(wù)端進行規(guī)劃建議，達到合理引導(dǎo)出行的目的。而地圖匹配 作為智能交通控制中的首要環(huán)節(jié)，其關(guān)鍵性不言而喻。
[0004] 道路匹配技術(shù)發(fā)展至今，歷經(jīng)由基于點線式的基本匹配方法到模糊識別，卡爾曼 濾波等復(fù)雜理論的應(yīng)用的高級匹配方法的過程，是一個由簡入繁，由易入難，逐漸豐富的典 型過程。點線式理論的匹配方法，其方法簡單，易懂易用，且時空復(fù)雜度較低，對應(yīng)用環(huán)境和 硬件支持的要求不高，但是其缺點也很明顯，方法的匹配精度不夠理想，無法滿足對準(zhǔn)確性 要求較高的應(yīng)用環(huán)境，只能應(yīng)用在路網(wǎng)環(huán)境較為簡單或是用于進行基本的原理性的驗證實 驗上，在真實的復(fù)雜路況下很難達到理想的應(yīng)用效果。而對于目前較為流行的采用復(fù)雜理 論的高級地圖匹配方法，即使是在非常復(fù)雜的路網(wǎng)路段中，往往也都能得到很好的匹配效 果，但是它是以大量的浮點復(fù)雜運算為代價的，相對于點線式，其呈現(xiàn)出了幾乎指數(shù)增長的 復(fù)雜度，方法在實時性和處理效率上將嚴重取決于運行環(huán)境，只有具備一定的處理能力的 環(huán)境才能使用該類匹配方法，而對于目前的嵌入式車載設(shè)備而言，要具備這樣的處理能力， 造價顯然是要相對較高的，這也是目前市場上的車載定位設(shè)備價格之所以偏高的原因，可 以說它是阻礙當(dāng)前智能交通系統(tǒng)發(fā)展的原因之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供一種基于浮動車移動軌跡與電子地圖融合的道路匹配方法，以解決目 前匹配結(jié)果的準(zhǔn)確度低的問題。
[0006] 本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，包括下列步驟：
[0007] (一）浮動車數(shù)據(jù)處理
[0008] 對采集到的原始GPS數(shù)據(jù)進行處理，原始GPS數(shù)據(jù)是多車在某一時間段內(nèi)的連續(xù) 數(shù)據(jù)，通過車輛ID來標(biāo)識一輛車，首先通過車輛ID號碼將數(shù)據(jù)進行整理，將同一車數(shù)據(jù)按 照時間順序連接，然后根據(jù)局部電子地圖經(jīng)煒度范圍，凡超出該范圍的GPS定位點均按照 無效數(shù)據(jù)予以剔除，最后將GPS定位點的數(shù)據(jù)坐標(biāo)通過高斯-克呂格投影轉(zhuǎn)換到電子地圖 所采用的WGS - 84坐標(biāo)系；
[0009] (二）電子地圖數(shù)據(jù)處理
[0010] 根據(jù)MapInfO格式的電子地圖，對其進行網(wǎng)格劃分，將原本的整個地圖劃分成由 眾多網(wǎng)格組成的矩陣，每個網(wǎng)格是一個獨立的部分，對于路網(wǎng)中的任一路段若有一點落入 某一網(wǎng)格中便將該路段指針加入相應(yīng)網(wǎng)格中，網(wǎng)格結(jié)構(gòu)采用動態(tài)二維數(shù)組容器來組織，每 一網(wǎng)格對應(yīng)一個獨立的容器，其中存放著落入該網(wǎng)格中的所有路段指針，如圖1所示，其中 (m，n)為該二維網(wǎng)格數(shù)組結(jié)構(gòu)下標(biāo)， Pi為路段指針，存儲于網(wǎng)格容器中。對于某一 GPS定位 點（X，y)，計算其所落入的網(wǎng)格（I，J)方法為：
[0011] I = (maxlat - X)/S
[0012] J = (y - minion) /S
[0013] maxlat為電子地圖最大煒度值minion為電子地圖最小經(jīng)度值，S為網(wǎng)格邊長，在 計算出GPS定位點所處網(wǎng)格后，以該網(wǎng)格為中心的三乘三的九宮格即為待匹配路段的搜索 范圍，分別取出該九宮格內(nèi)的容器中的所有路段，即為當(dāng)前定位點的待匹配路段；
[0014] (三）道路匹配
[0015] 采用三段式與權(quán)重模型融合的匹配算法將浮動車GPS定位數(shù)據(jù)匹配到電子地圖 路網(wǎng)中的具體路段上，該匹配算法對于一個GPS定位點，定義了三種可能得到的匹配結(jié)果： 匹配到節(jié)點、匹配到路段、暫時無法確定，其對應(yīng)定義了三個棧，分別為已匹配棧、當(dāng)前匹配 棧，待匹配棧，該匹配算法在執(zhí)行時每次取某一個車輛的一組定位點作為一次獨立的處理 部分，該每組定位點為15~50個，這些定位點在時間上是連續(xù)的，經(jīng)度煒度范圍也與選取 的連續(xù)時間范圍內(nèi)車輛行駛距離有關(guān)，該匹配算法包括下列執(zhí)行步驟：
[0016] 1)取一組定位點，若GPS數(shù)據(jù)還有未處理的定位點，則取數(shù)據(jù)，若當(dāng)前余下數(shù)據(jù) 不足一組則其拋棄，此時判斷待匹配棧是否為空，若為空算法結(jié)束，若不為空則根據(jù)已匹配 棧中棧頂元素匹配結(jié)果逐次確定待匹配棧中元素的匹配結(jié)果，并將匹配結(jié)果壓入已匹配棧 中，算法結(jié)束；否則能夠取到一組完整的數(shù)據(jù)，跳至步驟2);
[0017] 2)取該組數(shù)據(jù)中的一個定位點，若該組還有未處理完的定位點，則取一點，計算其 在網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中的位置（i，j)，跳至步驟3)，若該組所有點均處理結(jié)束，則跳至步驟1);
[0018] 3)取以（i，j)為中心的九宮格內(nèi)的所有路段指針，壓入容器Vecl中，跳至步驟 4)；
[0019] 4)若容器Vecl為空，跳至2)，若容器Vecl非空，跳至步驟5);
[0020] 5)判斷容器Vecl中的所有路段端點是否有落入以當(dāng)前定位點為中心以r為半徑 的圓中，若有則將當(dāng)前定位點匹配到該路段節(jié)點上，并將匹配路段壓入到當(dāng)前匹配棧中，跳 至步驟9)，否則若無滿足條件的路段，跳至步驟6)，
[0021] 6)若容器Vecl中還有未處理的路段指針，順次取出一個，轉(zhuǎn)步驟7)，否則即容器 Vecl中所有路段指針均已處理結(jié)束，跳至步驟8);
[0022] 7)通過權(quán)重模型計算當(dāng)前GPS定位點與該路段指針?biāo)嘎范蔚钠ヅ涠龋⒃撈?配度存入容器Vec2,跳至步驟6);
[0023] 8)判斷容器Vec2中是否存在唯一最優(yōu)匹配度值，若存在，則將當(dāng)前定位點匹配到 該最優(yōu)匹配度所對應(yīng)路段，并將匹配路段壓入到當(dāng)前匹配棧中，跳至步驟9)，否則即不存在 唯一最優(yōu)匹配度則將當(dāng)前定位點壓入到待匹配棧中，跳至步驟2);
[0024] 9)回檢處理，即是對暫時無法確定匹配結(jié)果的定位點進行二次匹配，由于當(dāng)前定 位點匹配成功，即匹配到節(jié)點或路段，查詢當(dāng)前定位點之前是否有無法確定匹配結(jié)果的定 位點，即判斷此時待匹配棧是否為空，若為空則表明此前沒有無法確定匹配結(jié)果的定位點， 跳至步驟10)，若待匹配棧非空，跳至步驟11);
[0025] 10)將當(dāng)前匹配棧中的路段指針順序彈出，并依次壓入已匹配棧中，跳至步驟2);
[0026] 11)彈出待匹配棧的棧頂元素，根據(jù)此時當(dāng)前匹配棧中的棧頂元素的匹配結(jié)果和 已匹配棧中的棧頂元素匹配結(jié)果，確定彈出當(dāng)前定位點的匹配結(jié)果，并將匹配結(jié)果壓入當(dāng) 前匹配棧，跳至步驟12);
[0027] 12)若待匹配非空，跳至步驟11)，否則，跳至步驟10);
[0028] 本發(fā)明一種實施方式是：步驟（三）中所述的權(quán)重模型選用了定位點與待匹配路 段的距離權(quán)值和定位點與待匹配路段的夾角權(quán)值，通過該