基于匹配度反馈的道路匹配方法
【专利摘要】本发明提出了一种基于匹配度反馈的道路匹配方法，包括如下步骤：根据相邻匹配点间各备选路段中的最短路段长度、相邻匹配点间的直线距离，计算引入时间因素后的相邻匹配点间道路的连通性、匹配点与备选路段的时空匹配度，进而计算备选路段的匹配度。本发明的算法匹配效率高，能进行并行计算，适合对大规模数据的并行处理。
【专利说明】
基于匹配度反馈的道路匹配方法
技术领域
[0001] 本发明涉及物联网技术领域，特别涉及一种基于匹配度反馈的道路匹配方法。
【背景技术】
[0002] 道路匹配又称地图匹配，是一种广泛使用在导航定位系统的中的以软件技术为基 础的方法。其基本思想是将电子地图中的道路信息和采集的车辆定位信息作为输入数据， 运用特定的运算模型或匹配算法将这两种数据关联起来，来确定车辆最实际可能的行驶道 路。
[0003] 道路匹配是以车辆定位信息和详细的电子地图中的道路信息为基础的，该技术必 须满足以下两个前提条件：1)采集定位信息的车辆始终行驶在道路上；2)用于匹配的电子 地图中的路网彳目息具有$父尚的精度。
[0004] 若满足上述两个前提条件即车辆始终行驶在道路上且电子地图有较高的精度，则 可以用道路匹配技术对当前车辆的行驶位置进行修正。通过运用特定的计算模型或匹配算 法，将电子地图中的路网信息与车辆定位信息进行关联，来确定当前车辆的最佳匹配位置 和匹配路段，这样在完成了基本匹配工作的同时，也提高了车辆导航定位的精度。反之，如 果匹配算法将错误的匹配结果输出，就会影响导航系统的性能。其中，电子地图是道路匹配 中的核心数据之一，为了保证匹配结果的准确性和有效性，电子地图中的路网数据必须有 较高的精度和明确的路网拓扑关系。然而，目前的道路匹配的匹配效率低，不能进行并行计 算，不适合对大规模数据的并行处理。
[0005] 如中国专利CN 102155950A的发明专利，该发明提供一种基于GIS的道路匹配方 法，用于动态定位和调度，然而，该发明匹配效率低，不能进行并行计算，不适合对大规模数 据的并行处理。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。
[0007]为此，本发明的目的在于提出一种适合对大规模数据的并行处理的基于匹配度反 馈的道路匹配方法。
[0008] 为了实现上述目的，本发明提供一种基于匹配度反馈的道路匹配方法，包括如下 步骤：
[0009] 步骤S1，获取电子地图上的实时道路信息和行驶在道路上车辆的定位信息，将所 述实时道路信息和所述定位信息进行关联匹配，获取多个不同时刻的车辆在所述电子地图 上的匹配点和相邻匹配点间的多条备选路段；
[0010] 步骤S2,根据相邻匹配点间各备选路段中的最短路段长度L、相邻匹配点间的直线 距离1，计算引入时间因素后的相邻匹配点间道路的连通性c;
[0011] 步骤S3,根据道路的连通性c、匹配点与备选路段的角度a和距离d，计算匹配点与 备选路段的时空匹配度n;
[0012] 步骤S4,以不同时刻的匹配点备选路段组成匹配点备选路段集合，该集合定义为 R，并对角度a和距离d进行归一化处理，根据归一化处理计算匹配点与备选路段集合中路段 的匹配度<，其中，r为备选路段，i为集合R中的路段编号；
[0013] 步骤S5,计算匹配点与备选路段的角度a和距离d的匹配度 <，进而计算当前时刻 备选路段的匹配度<，根据匹配度反馈得到下一时刻的备选路段的匹配度;
[0014] 步骤S6,根据下一时刻的备选路段的匹配度以，，计算下一时刻的匹配路段rk，其 中，k为最终匹配路段的编号；
[0015] 步骤S7,根据匹配路段rk、匹配点与备选路段集合中路段的匹配度<4十算出车辆 的定位点P。
[0016] 进一步的，在步骤S2中，引入时间因素后，所述相邻匹配点间道路的连通性
[0017] 其中，t为时间。
[0018] 进一步的，在步骤S3中，所述匹配点与备选路段的时空匹配度n=(?dd+c〇aa)c;
[0019] 其中，满足条件为：《d+?a=l;
[0020] 为匹配点与备选路段的角度a所占权值，CO d为匹配点与备选路段的距离d所占 权值。
[0021 ]进一步的，在步骤S4中，匹配点备选路段集合R= {ri，i = 0，1，. .m}，
[0022] 其中，m为备选路段数量，g为匹配点到备选路段ri的归一化值，A CPS为车辆的GPS 定位误差，$为车辆行驶方向与备选路段r i角度偏差的归一化值，角度a的平均偏差为A a， 疋和瓦可由以下两式得到：
[0023] d, - 1/(1+<:/,. /A(.;.,v)
[0024] ^ = l/(l+a;./A")
[0025] 匹配点与备选路段集合R中路段ri的匹配度为：
[0026] /；_： ={〇J, cli +(〇"cii )(；?
[0027] 其中，rGR，C；?表示时刻的各备选路段与。时刻的备选路段r连通性的最大值；
[0028] 由此，匹配点与各备选路段距离的归一化集合定义为刃，备选路段与车辆行驶方 向的夹角的归一化集合定义为备选路段与前一匹配点的连通性集合定义为C，匹配点与 备选路段集合R的综合匹配度合集定义为H，则：
[0029] H = (〇),0 +a) dr a\ 「广 - _ ci. di ui Cj
[0030] 其中，A ，L，C= c3 m为备选路段数量。 ? +?. ?. * ... ? ? ? ? d n Cl-.n _Cn -
[0031] 进一步的，在步骤S5中，匹配点与备选路段的角度a与距离d的匹配度为 S'： - | 〇). cl； -f 〇j(/ a,)；
[0032] 则当前时刻备选路段的匹配度可表示为：< 。
[0033] 进一步的，下一时刻t1+1备选路段的匹配度为:/7;+,
[0034] ti+i时刻的匹配路段? = <[cr/+1 max(7;+1 )j。
[0035] 进一步的，前一时刻备选路段综合匹配度集合为IT1，当前时刻综合匹配度集合为 HS则：
[0036] 丑f = 1(咚 D + 叫,7 )C,， max{H[)
[0037] 进而，//、F-丨？m?x(巧） * * *
[0038] 其中，（％D +q7)C:, /是一个mXn阶的矩阵，该矩阵的第i行表示t时刻各备选路 段与t-1时刻的第i条备选路段的连通性关系。
[0039] 根据本发明实施例的基于匹配度反馈的道路匹配方法，通过计算道路几何因素 (主要包括距离因素、角度因素、道路连通性三个因素）的空间匹配度与相邻匹配点间时间 间隔的匹配度，然后计算以上两因素的综合匹配度再通过基于反馈的原理对匹配点匹配度 进行综合计算，且对该算法进行了优化，本发明的算法匹配效率高，能进行并行计算，适合 对大规模数据的并行处理。
[0040] 本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变 得明显，或通过本发明的实践了解到。
【附图说明】
[0041] 本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得 明显和容易理解，其中：
[0042]图1为本发明的计算流程图；
[0043] 图2为本发明的反馈匹配算法的备选道路连通情况的一个示例图；
[0044] 图3为本发明的反馈匹配算法的备选道路连通情况的另一个示例图；
[0045] 图4为本发明的综合匹配度串行算法流程图；
[0046] 图5为本发明的改进后的综合匹配度计算流程。
【具体实施方式】
[0047] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终 相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0048] 本发明提供一种基于匹配度反馈的道路匹配方法，参考附图1，包括如下步骤：
[0049] 步骤S1，获取电子地图上的实时道路信息和行驶在道路上车辆的定位信息，将所 述实时道路信息和所述定位信息进行关联匹配，获取多个不同时刻的车辆在所述电子地图 上的匹配点和相邻匹配点间的多条备选路段。
[0050] 步骤S2,根据相邻匹配点间各备选路段中的最短路段长度L、相邻匹配点间的直线 距离1，计算引入时间因素后的相邻匹配点间道路的连通性c。
[0051] 时间因素对道路匹配的影响主要取决于相邻匹配点间的时间间隔，随着时间间隔 的增长，空间因素对匹配结果的影响越小。时间因素主要用于道路连通性的判定，随着时间 间隔的增长，道路连通性对匹配结果的影响越小。
[0052] 引入时间因素前，道路的连通性
[0053] 引入时间因素后，道路的连通性
[0054] 其中，t为时间。
[0055] 步骤S3,根据道路的连通性c、匹配点与备选路段的角度a和距离d，计算匹配点与 备选路段的时空匹配度n为：
[0056] q = ( 〇 ad+ ? aa)c, (3)
[0057] 其中，〇d和wa满足条件为：《d+?a=l;
[0058] coa为匹配点与备选路段的角度a所占权值，《d为匹配点与备选路段的距离d所占 权值。
[0059] 步骤S4,以不同时刻的匹配点备选路段组成匹配点备选路段集合，该集合定义为 尺，艮卩1?={^4 = 0，1，..111}，并对角度&和距离(1进行归一化处理，根据归一化处理计算匹配 点与备选路段集合中路段的匹配度#，
[0060] 其中，r为备选路段，i为集合R中的路段编号，m为备选路段数量，疋为匹配点到备 选路段n的归一化值，A CPS为车辆的GPS定位误差，为车辆行驶方向与备选路段n角度偏 差的归一化值，角度a的平均偏差为A a，是和$可由以下两式得到：
[0061 ] ^ = l/(l + ^./AGra), (4)
[0062] a,-=1/(1 +a,./Aa), (5)
[0063] 进而得到，匹配点与备选路段集合R中路段ri的匹配度为：
[0064] 7^ = [(0^11, -\-(0(ia, jc; ? 46)
[0065] 其中，rGR，<表示时刻的各备选路段与^时刻的备选路段r连通性的最大值；
[0066] 步骤S5,计算匹配点与备选路段的角度a和距离d的匹配度式'，进而计算当前时刻 备选路段的匹配度根据匹配度反馈得到下一时刻的备选路段的匹配度私 t。
[0067] 计算匹配点与备选路段的角度a和距离d的匹配度#为：
[0068] .4".=(叫)，（7)
[0069] 则当前时刻备选路段的匹配度可表示为：成=?，（8)
[0070] 步骤S6,根据下一时刻的备选路段的匹配度，计算下一时刻的匹配路段rk，其 中，k为最终匹配路段的编号。
[0071] 下一时刻t1+1备选路段的匹配度为:私丨，（9)
[0072] ti+丨时刻的匹配路段,》，（说)
[0073] 步骤S7,根据匹配路段rk、匹配点与备选路段集合中路段的匹配度计算出车辆 的定位点P。
[0074] 具体编程如下：
[0075] 输入路网G，车辆轨迹定位点T:pi -P2-. . Pn，距尚权值Wd，角度权值Wa
[0076] 时间记录:. .-tn，平均速度V
[0077] 输出匹配后的浮动车位置序列P:P17-p72-p\ 初始it: rList = 0，ppList = 0 for i - I to n s = fmdCandidate{Pi,G,r) //备选路段集合s,查询范围r
[0078] rLisl.adchs) foreach rl in rList\\] do d = getdistance{Pl,rl) //得到定位点与备选路段的距离偏差
[0079] 轻二4m! //几何匹.:配度计算 p批树/].?圳逆以命1)，攻/(容，1)])//掙[]备选路段编号集合，/()为综合_ 配//度^当前四配节点的上一结点 set i - 2 forcach rl in rLis^[i] do d = gcldisiutiL^p^rY) ?=_^g/e〇7f-"计算浮动车与备选道路的偏差 g = dmd+a&a //几何匹配度计算 /breach r2 in rLisl\i - \\ do l^shortest{r\,r2) //两点间最短路径距离计算 iV=你/cM?ter(rl，r2,/，V) // 时间因素计算 C =饮《舫谢，艿,/， iV)"连通性计算 f(g^^ (PP^l[i][r2]. /〇) ^ g c ppLlsl[i] .add( pp[pre( rl), rl,. / (g, c)]) ppList [i ] .sorlByfi) r - n\c\x(ppLisl[i]. f) \f rJaigih ! - 1 z_ + + goto 10 chc return r 输出匹配结果为^ ???
[0080] 下面以具体实例进一步描述：
[0081] 附图2-3为备选道路连通情况的两个具体实例，表1为各时刻的几何匹配度，表2到 表6为各时刻的备选路段连通性。
[0082] 表1几何匹配度
[0084] 表2ti-ti+dt刻道路连通性
[0086] 表3ti+1-ti+2时刻道路连通性
[0088]在仅考虑几何匹配度的情况下，匹配结果为W /彳…r i 一> ，，在t1+1时刻么 与私相等，因此无法判定匹配路段。此时加入对道路连通性的考虑，则时刻备选路段的 综合匹配度为：
[0089] 表4ti+1时刻备选路段的综合匹配度
[0091]从上表可以看出，乂+1与#11:1的匹配度相同且为最大值，无法判定匹配路段。
[0092] t1+2时刻备选路段的综合匹配度为：
[0093] 表5ti+2时刻备选路段的综合匹配度
[0095]采用本发明的匹配度反馈算法处理后，备选路段的综合匹配度为：
[0096]表6备选路段的综合匹配度
[0098] 此时g 的匹配度最高，因此可以得出，最终的匹配顺序为# 4/4。
[0099] 下面对匹配点备选路段的几何与连通性综合匹配度的串行算法流程进行描述：
[0100] 附图4为综合匹配度串行算法流程图。
[0101] 匹配点与各备选路段距离的归一化集合定义为5,备选路段与车辆行驶方向的夹 角的归一化集合定义为;I，备选路段与前一匹配点的连通性集合定义为C，匹配点与备选路 段集合R的综合匹配度合集定义为H。
[0102] 则综合匹配度集合H可表示为:则：
[0103] H =(a)tiDi-w!A)C! , (II) d\ a\ 「 _ _ _ ci di a.2
[0104] 其中，0= ，』=，C:= .c3.，.n为备选路段数量。 (in dn _Pn _
[0105] 由公式（11)可看出，在备选路段综合匹配度计算中，可分别对距离集合、角度集合 以及连通性集合进行计算，再将结果综合计算，参考附图5。
[0106] 其中，是一个mXn阶的矩阵，该矩阵的第i行表示t时刻各备选 路段与t_l时刻的第i条备选路段的连通性关系，由于匹配值最大的路段即为所求，所以可 先求出该矩阵每一行中匹配值的最大值，再计算最终的匹配结果，参考图4。
[0107] 此外，设ti时刻与ti+i时刻备选路段数量分别为m和n，则ti时刻与ti+i时刻的备选路 段的综合匹配度集合分别记为成={"/= 0，U,4和i lA = o，1，"，"}，引入匹配度 反馈后t1+1时刻的综合匹配度为：
[0108] H'^ =HiH^l, (12)
[0109] 在基于反馈的匹配算法中，IT1表示前一时刻备选路段综合匹配度集合，妒为当前 时刻综合匹配度集合，则：
[0110] H' =Ht-l(0dL) +ma2)ClJ , (13) max(H[) max(H^,)
[0111] 进而，= F-1 mox(-//〈）, (14) max(H'n)
[0112] 由公式（13)和（14)可知，本发明的基于匹配度反馈的算法可被分解成多个函数进 行独立计算，适用于分布式并行计算，将分解的各函数交由不同的服务器进行独立计算，再 将计算结果进行合并。
[0113] 本发明的算法通过计算道路几何因素(主要包括距离因素、角度因素、道路连通性 三个因素）的空间匹配度与相邻匹配点间时间间隔的匹配度，然后计算以上两因素的综合 匹配度再通过基于反馈的原理对匹配点匹配度进行综合计算，且对该算法进行了优化，本 发明的算法匹配效率高，能进行并行计算，适合对大规模数据的并行处理。
[0114] 尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例 性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨 的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围 由所附权利要求极其等同限定。
【主权项】
1. 一种基于匹配度反馈的道路匹配方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤SI,获取电子地图上的实时道路信息和行驶在道路上车辆的定位信息，将所述实 时道路信息和所述定位信息进行关联匹配，获取多个不同时刻的车辆在所述电子地图上的 匹配点和相邻匹配点间的多条备选路段； 步骤S2,根据相邻匹配点间各备选路段中的最短路段长度L、相邻匹配点间的直线距离 1，计算引入时间因素后的相邻匹配点间道路的连通性C; 步骤S3,根据道路的连通性C、匹配点与备选路段的角度a和距离d，计算匹配点与备选 路段的时空匹配度n; 步骤S4, W不同时刻的匹配点备选路段组成匹配点备选路段集合，该集合定义为R，并 对角度a和距离d进行归一化处理，根据归一化处理计算匹配点与备选路段集合中路段的匹 配度?其中，r为备选路段，i为集合R中的路段编号； 步骤S5,计算匹配点与备选路段的角度a和距离d的匹配度《，进而计算当前时刻备选 路段的匹配度《，根据匹配度反馈得到下一时刻的备选路段的匹配度妃1; 步骤S6,根据下一时刻的备选路段的匹配度妃1，计算下一时刻的匹配路段rk，其中，k为 最终匹配路段的编号； 步骤S7,根据匹配路段rk、匹配点与备选路段集合中路段的匹配度资，计算出车辆的定 位点P。2. 如权利要求1所述的一种基于匹配度反馈的道路阳配力?法，其特征在于：在步骤S2 中，引入时间因素后，所述相邻匹配点间道路的连通忙； 其中，t为时间。3. 如权利要求1所述的一种基于匹配度反馈的道路匹配方法，其特征在于：在步骤S3 中，所述匹配点与备选路段的时空匹配度n=( Udd+O aa)c; 其中，O d和W a满足条件为：W d+W a= I; ? a为匹配点与备选路段的角度a所占权值，COd为匹配点与备选路段的距离d所占权值。4. 如权利要求1所述的一种基于匹配度反馈的道路匹配方法，其特征在于：在步骤S4 中，匹配点备选路段集合R=|ri，i = 0，l，..m}， 其中，m为备选路段数量，4为匹配点到备选路段n的归一化值，A CPS为车辆的GI^定位 误差，^为车辆行驶方向与备选路段rl角度偏差的归一化值，角度a的平均偏差为Aa，^^和 苗可由W下两式得到： 匹配点与备选路段集合R中路其中，rGR，c,f表示ti-i时刻的各备选路段与ti时刻的备选路段r连通性的最大值； 由此，匹配点与各备选路段距离的归一化集合定义为忍，备选路段与车辆行驶方向的夹 角的归一化集合定义为.3,备选路段与前一匹配点的连通性集合定义为C，匹配点与备选路 段集合R的综合匹配度合集定义为H，则： 其中，巧义量。5. 如枚利罗求1所巧的一巧巷于胆肥巧仅惯的语路匹配方法，其特征在于：在步骤S5中，匹配点与备选路段的角度a与距离d的匹I ; 则当前时刻备选路段的匹配度可表示为6. 如权利要求5所述的一种基于匹配度反馈的道路匹配方法，其特征在于：下一时刻 tw备选路段的匹配度巧 tw时刻的匹配路段7. 如权利要求4所述的一种基于匹配度反馈的道路匹配方法，其特征在于:前一时刻备 选路段综合匹配度集合为，当前时刻综合匹配度集合为护，则： 进而，其中，(邱5' +化方)C,/是一个m X n阶的矩阵，该矩阵的第i行表示t时刻各备选路段与 t-1时刻的第i条备选路段的连通性关系。
【文档编号】G01C21/30GK105910611SQ201610483028
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年6月27日
【发明人】刘水香, 宋强, 赵恒涛, 范鲁涛
【申请人】江苏迪纳数字科技股份有限公司