专利名称：行进车队的地图匹配方法
技术领域：
本发明涉及交通地理信息技术领域，具体涉及一种行进车队的地图匹配方法。
背景技术：
随着我国经济建设的快速发展，军队或各企事业单位为应对大规模的交通运输任务或执行大规模的抢险救灾应急任务时，通常将所属车辆编为车队行进，以便高效地完成各类任务。为了使监控中心更精确、更直观地掌握车队整体的运输状态，有必要利用卫星定位系统对其进行精确定位，实现被跟踪车队在电子地图上的定位显示，加强车队的实时调度管理。由于目前各种卫星定位技术和电子地图均存在不同程度的误差，造成了车队的定位点通常没有落在道路上，因此必须通过地图匹配算法将车队匹配到正在行驶的道路上， 解决运输车队的准确定位跟踪问题。地图匹配(Map Matching)是一种基于软件技术的定位修正方法，其基本思想是将定位装置获得的车辆定位轨迹与电子地图数据库中的道路信息联系起来，并由此确定车辆相对于地图的位置。目前提高地图匹配准确率的途径主要有两种，一是对定位系统定位点进行去噪处理，提高定位点的精度；二是通过合理选择匹配道路，把定位点匹配到接近程度最大的待匹配道路上。现有的地图匹配算法主要是针对单点单台车辆把GPS定位点匹配到接近程度最大的待匹配道路上而提出的，典型的有最近点估计算法、基于D-S证据理论的地图匹配算法、基于代价函数的地图匹配算法以及基于模糊逻辑的地图匹配算法等。由于在实际应用中，地图匹配往往要求较高的实时性，最近点估计算法由于其算法简单，运算较快，得到了很广泛的应用，但是其匹配准确率较低。基于D-S证据理论、模糊逻辑以及代价函数等的地图匹配算法，由于增加了逻辑复杂度以及运算量，相对于最近点估计算法匹配，虽然匹配的准确率较高，但是实时性差，无法满足实际应用要求。传统的车辆匹配定位技术是对单台车辆进行定位匹配，运用该方法对车队内的多台车辆进行地图匹配时，由于显示的是单台车辆装备的定位点，不能很直观地展现车队整体的定位状态，并且会出现定位误差所导致的前后车辆位置重叠或顺序错乱的现象；其次， 由于车队是一个整体，使用这种匹配方法没有考虑到车队内部以及车队间协调调度问题； 此外，对车队交通流进行定位时，更多的定位终端也将增加系统的开销和实现的复杂度，增加设备购置成本。由于车队交通流状态是以线状图标形式在电子地图中进行显示，且定位数据至少来源于车队头车和车队尾车两个定位点，所以车队行进的地图匹配技术也不同于传统的单点车辆地图匹配。
发明内容
有鉴于此，为了解决上述问题，本发明提出了一种行进车队的地图匹配方法，实现准确的车队的定位跟踪。本发明的目的是这样实现的行进车队的地图匹配方法，包括如下步骤
1)至少在车队的头车和尾车各设置一台卫星定位设备；2)通过卫星导航定位系统获取车队头车和尾车定位数据；3)根据卫星导航定位系统误差建立搜索区域并搜索路段；4)根据搜索到的路段的路况，将车队头车定位点与尾车定位点匹配到正确的路段上，车队头车定位点与尾车定位点匹配到的路段为最佳匹配路段，车队头车定位点与尾车定位点之间的路段即为车队行进位置。进一步，所述步骤2、中还包括对获取的车队头车和尾车定位数据进行预处理的步骤，所述预处理包括对定位数据中的重复数据、错误数据和部分参数缺失的数据进行删除，并修复缺失数据。进一步，步骤幻中，根据卫星导航定位系统的误差确定搜索区域直径，所述搜索区域为分别以车队头车定位点与尾车定位点为圆心的两个圆形区域。进一步，搜索区域直径为卫星导航定位系统的最大误差值加上道路的宽度。进一步，步骤4)具体包括如下步骤41)判断车队头车搜索区域内是否只有一条路段，如是，则使用基于车队定位点直接投影的地图匹配方法将车队头车定位点与尾车定位点匹配到该路段；如车队头车搜索区域内包括多条路段，则执行下一步；42)判断车队头车搜索区域内有无交叉节点，如有，则根据车队头车行驶方向与各道路方向夹角，将车队头车定位点与尾车定位点匹配到与车队头车行驶方向夹角最小的路段；如否，则执行下一步；43)把车队头车定位点匹配到各路段时所得的各个匹配点与尾车定位点之间的距离数据，与上一时刻的车队长径数据进行比较，将与上一时刻的车队长径数据最接近的路段作为正确的匹配路段，以将车队头车定位点与尾车定位点匹配到正确的路段。进一步，步骤4 之后还包括如下步骤44)将车队头车定位点与尾车定位点之间依行进轨迹进行连接并染色；步骤4)之后还包括如下步骤循环执行步骤2-4)在电子地图上输出动态实时的车队行进轨迹。进一步，当车队头车或尾车搜索区域在指定采样时刻阈值内持续搜索不到道路时，跳转到步骤44)。进一步，在电子地图上输出动态实时的车队行进轨迹时，不同的车队采用不同的着色和标注信息。本发明相对于现有技术具有如下优点1)根据车队行进的整体性和连续性特点，有针对性地提出了一种车队行进的综合地图匹配技术，解决了车队在电子地图上的定位跟踪问题，为车队调度、路径规划、到达时间预测等打下了良好的基础；2)通过将车队当前时刻的长径、速度数据与GIS信息相结合，提出了车队在卫星导航数据缺失情况下(通过隧道时)的卫星定位数据预处理方法，有效解决了车队交通流在电子地图上的定位连续性问题；3)通过将车队定位信息(长径、投影距离、速度、方位角等)与道路拓扑结构相联系，有效地将车队头车与尾车串连了起来，提高了车队在复杂路段上的匹配准确率；4)通过将车队头车与尾车准确地匹配到道路上，再将车队头车与尾车之间线段依路段进行实时染色的方法来显示车队在电子地图上的实时定位位置，车队交通流在电子地图上得到了直观、精确的定位展现。本发明的其他优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述图1为行进车队的地图匹配方法的流程示意图；图2为基于车队定位点直接投影的地图匹配示意图；图3为基于路网拓扑结构和车队定位信息的地图匹配示意图；图4为基于车队定位点行驶方向角与道路方向夹角的地图匹配示意图。
具体实施例方式以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。参见图1，本实施例的行进车队的地图匹配方法包括如下步骤1)至少在车队的头车和尾车各设置一台卫星定位设备，本实施例以GPS作为卫星定位设备为例进行说明。2)通过卫星导航定位系统获取车队头车和尾车GPS定位数据，并对所述GPS定位数据进行预处理，包括对GPS定位数据中的重复数据、错误数据和部分参数缺失的数据进行删除，并修复缺失数据。当车队在一般路段上行进，GPS定位点数据缺失时，为了保证地图匹配的连续性， 需要对这些数据进行补充。设数据缺失的时间为η秒，GPS定位点数据平均采样时间为Τ， (Xi-i; Yi^1), (xi+1, yi+1)分别为相邻两点的经纬度数据，根据公式m = n/T，将m取整可得缺失的数据组数间隔[m] ([m]取不大于m的整数)，此段时间内可以认为车队以一定长径勻速通过隧道，而相邻两点的经纬度数据已知，对其进行平均，可以得到缺失的经纬度数据。由式(1)可得缺失的第1组定位点经纬度坐标为
权利要求
1.行进车队的地图匹配方法，其特征在于，包括如下步骤1)至少在车队的头车和尾车各设置一台卫星定位设备；2)通过卫星导航定位系统获取车队头车和尾车定位数据；3)根据卫星导航定位系统误差建立搜索区域并搜索路段；4)根据搜索到的路段的路况，将车队头车定位点与尾车定位点匹配到正确的路段上， 车队头车定位点与尾车定位点匹配到的路段为最佳匹配路段，车队头车定位点与尾车定位点之间的路段即为车队行进位置。
2.如权利要求1所述的行进车队的地图匹配方法，其特征在于所述步骤2)中还包括对获取的车队头车和尾车定位数据进行预处理的步骤，所述预处理包括对定位数据中的重复数据、错误数据和部分参数缺失的数据进行删除，并修复缺失数据。
3.如权利要求1至2中任一项所述的行进车队的地图匹配方法，其特征在于步骤3) 中，根据卫星导航定位系统的误差确定搜索区域直径，所述搜索区域为分别以车队头车定位点与尾车定位点为圆心的两个圆形区域。
4.如权利要求3所述的行进车队的地图匹配方法，其特征在于搜索区域阈值为卫星导航定位系统的最大误差值加上道路的宽度。
5.如权利要求4所述的行进车队的地图匹配方法，其特征在于步骤4)具体包括如下步骤41)判断车队头车搜索区域内是否只有一条路段，如是，则采用车队定位点直接投影的地图匹配方法将车队头车定位点与尾车定位点匹配到该路段；如车队头车搜索区域内包括多条路段，则执行下一步；42)判断车队头车搜索区域内有无交叉节点，如有，则根据车队头车行驶方向与各道路方向夹角，将车队头车定位点与尾车定位点匹配到与车队头车行驶方向夹角最小的路段; 如否，则执行下一步；43)把车队头车定位点匹配到各路段时所得的各个匹配点与尾车定位点之间的距离数据，与上一时刻的车队长径数据进行比较，将与上一时刻的车队长径数据最接近的路段作为正确的匹配路段，以将车队头车定位点与尾车定位点匹配到正确的路段。
6.如权利要求5所述的行进车队的地图匹配方法，其特征在于步骤43)之后还包括如下步骤44)将车队头车定位点与尾车定位点之间依行进轨迹进行连接并染色；步骤4)之后还包括如下步骤循环执行步骤2-4)在电子地图上输出动态实时的车队行进轨迹。
7.如权利要求6所述的行进车队的地图匹配方法，其特征在于步骤41)中，还包括如下步骤当车队头车或尾车搜索区域在指定采样时刻阈值内持续搜索不到道路时，跳转到步骤44)。
8.如权利要求6或7所述的行进车队的地图匹配方法，其特征在于在电子地图上输出动态实时的车队行进轨迹时，不同的车队采用不同的着色和标注信息。
全文摘要
本发明涉及交通地理信息技术领域，提出了一种行进车队的地图匹配方法，实现准确的车队定位跟踪，包括如下步骤1)至少在车队的头车和尾车各设置一台卫星定位设备；2)通过卫星导航定位系统获取车队头车和尾车定位数据；3)根据卫星导航定位系统误差建立搜索区域并搜索路段；4)根据搜索到的路段的路况，分别采用基于车队定位点直接投影的地图匹配、基于路网拓扑结构和车队定位信息的地图匹配、基于车队头车行驶方向角与道路方向夹角的地图匹配，将车队头车定位点与尾车定位点匹配到正确的路段上，车队头车定位点与尾车定位点匹配到的路段为最佳匹配路段，车队头车定位点与尾车定位点之间的路段即为车队行进位置。
文档编号G01C21/30GK102183256SQ20111004751
公开日2011年9月14日 申请日期2011年2月28日 优先权日2011年2月28日
发明者刘卫宁, 孙棣华, 廖孝勇, 温存霆, 赵敏 申请人:重庆大学