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科技资讯 2014 NO.17 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION 信 息 技 术 13 科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION 智能交通引导系统是一个融合了车辆 GPS定位技术和计算机技术,结合MapInfo 电子地图,为用户提供优化、 准确的道路交 通信息服务平台。 系统通过导航生成GPS数 据,获取车辆行驶信息,通过对交通数据的 处理 实 现 在客 户 端 地图 中 显 示车 辆 位 置、 方向 和 目的 地 等, 并在 地 图上 显 示 出满 足 要求的 行驶 路线。 路网中行驶的车辆位置坐标定位在电 子地图上不可避免的存在误差,因为:(1)车 辆GPS数据和电子地图数据所采用的坐标 系可 能 不同, 车辆 的 坐标 位 置 显示 在 电子 地图上会发生偏移;(2)电子地图坐标数据 存在误差。 交通引导系统采用基于
MapInfo 的电 子 地图, 生成 电 子地 图 的 基础 数 据来 源于 高 精 度卫 星 地 形图 。 地 形卫 星 图 片要 经过 扫 描和 栅 格 化等 多 重 处理, 每个 处理 环节不可避免的产生误差;(3)GPS定位误 差。 车辆通过GPS定位时,车辆位置坐标数 据 会 受 到 地 形 因 素 等 的 影 响 。 通 常 , 车 辆 GPS定位精度误差范围一般在15～30 m之 间。 因此,车辆行车数据在地图上显示时会 出现偏差。 因 此 , 通 过 地 图 匹 配 算 法 将 车 辆 的 行 车 数 据 与 电 子 地 图 中 的 道 路 数 据 联 系 起 来, 从而 判 断 车辆 在 地 图上 显 示 时相 对 准 确的 位置 坐 标。 1 地图匹配算法分析 地图匹配算法通过坐标转换将车辆位 置坐标精确定位在路段或交叉口上。 1. 1 地图匹配算法的原理 地图匹配算法借助电子地图提供的高 精度道路交通数据来提高车辆的定位精度, 利用已经确定的地 理 坐 标 如 交 叉 口 , 路 段 分 段 的 结 点 坐 标 , 通 过 一 定 的 算 法 , 确 定 车 辆 的 地 图 位 置 。 同 时 它 需 要 满 足 :( 1) 所 需 匹 配 地 图 位 置 坐 标 的 车 辆 总 是 行 驶 在 道 路 上 ;( 2 ) 采用的电子地图道路数据的精 度不低于车辆GPS定位的精度;(3)具备适用 于地图匹配的具有拓扑结构的道路交通网 络模型。 地 图 匹 配 算 法 的 基 本 思 想 是 : 通 过 采 集车 辆 在 路段 中 行 驶的 坐 标 位置, 判断 车 辆通 行 轨 迹与 电 子 地图 路 段 的相 关 性 。 以 待匹配车辆在地图上的位置坐标或该车辆 行驶 历 史路 线 为 样本, 获取 到 车辆 周 围的 路段 和 路 段间 的 交 叉点, 再将 分段 道 路的 数据 作为 模 板, 将样 本 与 模板 按 照 一定 条 件进行匹配,从而确定车辆当前行驶路段, 并将车辆投影到该路段的相应位置上。 根据 车辆历史位置定位时为了保证有效性,地图 匹配应该满足两个要求:(1)车辆初始位置确 定;(2)每隔一段时间对地图中车辆位置进行 重新匹配修正,以降低位置偏差 [1-3] 。 1. 2 地图匹配算法的实现过程 地图匹配算法的处理流程包括: (1)设定误差匹配 范围:以车辆在 地图 上 的 待 匹 配 点 为 中 心 选 取 一 定 范 围 的 区 域, 在区 域 范 围内 的 路 段都 有 可 能是 与 车 辆轨迹相匹配的路段。 (2)确定待匹配 路段:在区域范 围内选 取 与 车 辆 行 驶 轨 迹 最 相 似 的 车 辆 行 驶 路 段。 如 选 取距 离 匹 配点 最 近 的路 段 作 为最 佳 匹 配 路 段 。 (3)计算匹配位置:确定最佳 匹配路段 后, 根据 算 法 选取 匹 配 点在 该 路 段的 投 影 作为匹 配位 置点。 2 地图匹配问题的解决方案 如图1所示,地图匹配算法就是为了寻 找 车 辆 待 匹 配 点
P(x,y) 最近 的 路 段,从而 计算出车辆在地图上的最佳位置坐标P ＇。 根 据 地 图 匹 配 算 法 的 匹 配 准 则 和 实 现 过 程,以图1简化 的道 路模 型为 例,详细 介绍 地图匹配问题的解决方案。 2. 1 误差匹配范围的确定 系统获取车辆GPS位置后,设定一定范 围, 从地 图 数 据中 选 取 范围 内 的 路段 作 为 候选 路段, 减少 地 图 匹配 算 法 在 后续 过 程 中 为 了 确 定 最 佳 路 段 时 对 路 段 的 判 断 次 数。 以图1为例,
P(x,y) 为车辆在地图上显示 的位置,R为搜索半径(可变化),P ＇为
P 在 带匹配路段上的投影。 如图所示,L 1 、 L 2 、 L 3 、 L 4 为
P 点周围的路段,其中L 1 、 L 2 、 L 3 在误差 范围 内, 所以 只 去该 三 条 路段 进 行 车辆 位 置的匹配。 2. 2 确定待匹配路段 确 定 待 匹 配 路 段 的 具 体 方 法 是 : 以 搜 索半径R为限制,将获取的待匹配路段分别 求 出 与 待 匹 配 点
P 的最 短 距 离,选 取 距 离 最 近 的 路 段 作 为 车 辆 在 地 图 上 的 行 驶 道 路。 按图1中信息进行抽取,得到如图2所示 的坐标系。 其中,
P(x,y) 车辆 位 置 坐标,
1 2 P P 为提 取 出 的 其 中 一 条 待 匹 配 路 段 ,
' ' P'(X ,Y ) 为
P 在 该 路 段 上 的 投 影 点 。
1 1 P (X Y ， 1 Y ) ， 、
2 2 P (X Y ， 2 Y ) ， 分别 为 该 路 段的 两 端 点 坐 标,
d 即为我们所需求取的
P(x,y) 与路段的距离。 利用矢量算法,求得距离
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