专利名称：一种导航过程中的地图匹配方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种导航技术，尤其涉及一种导航过程中地图匹配方法和装置。
背景技术：
在GPS(Global Position System，全球定位系统)中，地图匹配是车载导航系统中 的关键技术之一。所述地图匹配是指，用地图的道路线上的垂足点代替车辆轨迹点，或者说 是把车辆的轨迹点矫正到它所对应的道路线的垂足上。然而，现有GPS的定位是直接用接 收的定位信息将车辆的图像放在地图的相应位置上。这样，由于GPS接收数据的误差，常常 会导致车辆的图像不在地图的相应位置上，甚至出现跳跃现象。图1示出现有技术车辆与 道路的位置情况，其中，虚线代表汽车轨迹线，其带有定位误差的观测点，实线a — b — c表 示汽车实际运行的轨迹线。综上所述，现有的导航技术造成了在导航系统中车辆的图像位置和地图上的实际 位置不相符，从而严重影响了导航效果。
发明内容
本发明的实施例提供了一种导航过程中的地图匹配方法和装置，可解决在导航系 统中车辆的图像位置和地图上的实际位置不相符的问题。本发明的实施例提供了一种导航过程中的地图匹配方法，包括获得车辆运行轨迹点；根据所述运行轨迹点与地图中道路曲线确定匹配的道路；将所述运行轨迹点匹配到所述匹配的道路上。本发明的实施例还提供了一种导航过程中的地图匹配装置，包括获得单元，用于获得车辆运行轨迹点；确定单元，用于根据所述运行轨迹点与地图中道路曲线确定匹配的道路；匹配单元，将所述运行轨迹点匹配到所述匹配的道路上。根据本发明实施例，可使车辆的图像正确匹配到其所行进的道路曲线上，从而方 便了导航，增加了用户的满意度，提升了产品的品质。
图1示出了现有技术中导航装置中车辆图像与道路的位置情况；图2示出了车辆轨迹和六条待匹配道路曲线；图3示出了本发明实施例一的在导航过程中地图匹配的方法；图4示出了本发明实施例一中确定距离相似度的示意图；图5示出了本发明实施例一中确定曲率相似度的示意图；图6示出了本发明实施例一中通过低通滤波器确定低通相似度的示意图；图7示出了本发明实施例二的在导航过程中地图匹配的装置。
具体实施例方式为了便于本领域一般技术人员理解和实现本发明，现结合附图描绘本发明的实施 例。实施例一本发明采用的是车辆轨迹与地图道路线的相关性匹配的技术。其中车辆轨迹也称 运行轨迹，车辆轨迹周围的道路曲线称作待匹配道路曲线。匹配的过程就是为车辆轨迹寻 找最相似的待匹配道路曲线。图2示出了车辆轨迹和六条待匹配道路曲线a，b，c, d，c, e, f。车辆轨迹为多个点组成的曲线，这些轨迹点是通过GPS直接获得的定位信息点。如图3所示，本实施例公开了一种导航过程中的地图匹配方法，包括如下步骤步骤31、获得车辆运行轨迹点。步骤32、根据所述运行轨迹点与地图中道路曲线确定匹配的道路。步骤33、将所述运行轨迹点匹配到所述匹配的道路曲线上。所谓的匹配，就是用道 路线上的垂足点代替车辆轨迹点，即把轨迹点矫正到它所对应的道路线的垂足上。在步骤32中，为了确定匹配的道路，可定义两个物理量来描述这两条曲线的接近 程度距离相似度和曲率相似度。所述距离相似度是指车辆轨迹至道路曲线之间的间隔距 离值，这个间隔距离越小就说明两条曲线越相似。所述曲率相似度是指车辆轨迹切线的方 位角与该切线切点对应的道路曲线垂点的切线的的方位角之间的差值，这个角度差越小就 说明两条曲线越相似。距离相似度可通过车辆的运行轨迹上的每个样点到待匹配道路曲线的垂线距离 得出，下面描述获得距离相似度的方法。如图4所示，实线表示待匹配道路曲线，点线为车辆的运行轨迹，从每个轨迹点到 待匹配道路曲线之间的垂线长度分别为d0，dl，d2，d3，d4。因为GPS接收信号的变化，使得 车辆轨迹点会发生漂移或抖动，从而导致这些垂线的长度是不同的。在这种情况下，我们定 义垂线的平均长度D作为距离相似度，距离相似度可由式(1)求得D = (d0+dl+d2+d3+d4)/5 (1)如果用两条曲线间的垂线平均长度值D描述它们之间的相似性，可通过公式⑴ 分析图2中的车辆轨迹曲线分别与道路曲线a、b、C、d、e、f的相似性，显然轨迹曲线与道路 a的垂线平均长度Da要大于其与其它道路曲线b、c、d、e、f的垂线平均长度Db、Dc、Dd、De、 Df。因此轨迹曲线与道路曲线b更相似，即道路曲线b的距离相似度最大，这样，就将道路 曲线b确定为匹配的道路曲线。同理，如图5所示，我们也可定义曲率相似度，即两条曲线之间的曲率相似度可用 两条曲线上每对样值点的方位角角度差描述，所述方位角是指从某点的指北方向线起，顺 时针方向至目标方向线的水平夹角。在图5中，实线表示待匹配道路曲线，点线为车辆的运 行轨迹，每两个相邻轨迹点的方位角与其对应的待匹配道路曲线上两个垂点之间方位角之 间差值为g0，gl，g2，g3，g4。其中gO为kO至kl连线的方位角与fpO至fpl连接的方位角 之间的差值。因为GPS接收信号的变化，使得车辆轨迹点会发生漂移或抖动，从而导致这些 方位角g0，gl, g2，g3，g4呈波动状态。在这种情况下，我们定义垂线的平均方位角差G作 为曲率相似度，曲率相似度可由式(2)求得
G= (g0+gl+g2+g3+g4)/5 (2)通过式(2)分析图2中的车辆轨迹曲线分别与道路曲线a、b、C、d、e、f的相似性， 显然Gb要小于Ga、Ge、Ge、Gd、Gf。因此，轨迹曲线相似于道路曲线b，这样，可将道路曲线 b确定为匹配的道路曲线。为了提高确定匹配的道路曲线的准确度，可将距离相似度和曲率相似度联合使 用，即采用联合相似度来确定匹配的道路曲线，这样，可更好地克服道路网络的复杂性和车 辆轨迹的不确定性，确定联合相似度的方法如下Score = (l_a)*D*+a*G*
(3)其中，系数a介于
之间，D*为相对距离相似度，可通过式矿=D/距离基准值 求得，距离基准值为一预定值，通常可以根据经验或GPS的运行参数设定，如GPS的距离误 差值；G*为相对曲率相似率，可通过式= G/曲率基准值求得，与距离基准值同理，曲率 基准值为一预定值，通常可以根据经验或GPS的运行参数设定，如GPS的曲率误差值。Score 反映了距离差D和角度差G在评价曲线相似度上的权重。系数a可凭经验得出。Score分 值越小，曲线相似度越高。运用式(3)分析图2中车辆轨迹曲线分别与道路曲线a、b、c、d、e、f的相似度， 将得到(Score) a、(Score) b、(Score) c、(Score) d、(Score) e、(Score) f 等 6 个分值。显然 (Scored最低，因此道路b与轨迹线最相似。因此，将道路曲线b确定为匹配的道路曲线。为了获得更好的匹配效果，还可采用低通滤波器、卡尔曼滤波器等方法计算垂线 和角差的值。如图6所示，y(k)表示车辆的第k个轨迹点的垂直距离分数值，u(k)表示第 k个轨迹点至道路曲线的垂直距离。下面介绍运用低通滤波器的匹配的方法。计算两条曲线之间的垂线距离的低通滤波器y (k+1) = a*y (k) + (l_a) * Σ u (k_i) / (m+1) (4)其中a = 0. 5m = 4i=
式(4)中的Σ u (k-i) / (m+1) = [u (k) +u (k_l) +u (k_2) +u (k_3) +u (k_4) ] /5 恰好是 前面提到的“两条曲线间的垂线平均长度值D”。式(4)中的y(k)是由(k-Ι) (k_5)序列推算而得。假设GPS接收的第一个点之前任一点的u(k)为0，这样，y(0) =0 ；当记录的轨迹点为第一个，还没有历史点时，分数值的初始化值是0y(l) = a*y(0) + (l-a)* Σ u(l_i)/(m+l)y (2) = a*y (1) + (l_a) * Σ u (2_i) / (m+1)y (3) = a*y (2) + (l_a) * Σ u (3_i) / (m+1)现在我们把这两个值相加，即y (k)+ Σ u(k-i)/(m+1)将得到(k+1)轨迹点的垂线长度分数值y (k+1)。由此可见，式(4)是利用已经计 算出来的前向轨迹点数据和实测到的一些历史数据去推算当前轨迹点(k+Ι)的垂线长度 分数值y (k+1)。另外，为了调整y(k)和Σ u(k-i)/(m+1)这两种数据对y(k+l)值的影响力，可以设计权重值a。用(Ι-a)和a分配这两个数据的取值比重y (k+1) = a*y (k) + (l_a) * Σ u (k_i) / (m+1) (5)由式(5)可知，通过a取不同的值，可调整y(k)和Σ权重。m指定了历史数据的范围。对于一条新道路，当轨迹点形成了 m+1个时，就可以利用这些点计算以后的各个 轨迹点的垂线长度分数值。一条车辆轨迹曲线同时对周围的所有道路曲线分别做垂线长度 分数值，则所获分数最低的道路便是被匹配成功的道路。同理，也可利用式(4)来计算角度差(曲率相似度)。这时，Σ u(k-i)/(m+l)是表 示各个轨迹点与道路垂足点的平均角差值；y(k)是k点位置的角度差分数值；y(k+l)是推 算出来的(k+Ι)点位置的角度差分数值。同样，也可计算联合相似度，这时令Dist_error =相关于垂线长度的分数值y (k+1) /距离基准值Heading_error =相关于角度差的分数值y (k+1) /曲率基准值将两个分数值做联合处理，最终可得到唯一描述轨迹线和道路线的相似程度的分 数值Score = f氺|Heading—error|+(l_f)氺|Dist—error一条车辆轨迹线同时对周围的η条道路线做Score运算，获得η个Score。取最小 值的那条道路作为匹配的道路曲线。通过调整f的大小，可解决角度和距离对Score的影响，当增大f时，可使得车辆 的运行轨迹的角度点有较大的权重，从而解决车辆在道路交叉口处突然转弯时，将车辆的 图像正确匹配到道路曲线上。通过实践可知，f的取值条件为下述情况时，可较好地解决车 辆突然转弯所带来的影响
r 0.2 0.5 当角度差<45°时
f 二 <
、0.5当角度差>45°时也可根据道路曲线的情况对Score分值进行优化i)对已经被匹配的道路线，其Score的优先级最高。Score，= 0. 25氺(1+Score)ii)对与被匹配道路相关联的道路线，其Score的优先级次高。Score，= 0. 5氺(1+Score)iii)以上均不满足，则道路线的Score的优先级偏低。Score， = 1+Scoreiv)对属于规划路径的道路线，其Score的优先级更高。Score，，= 0. 5氺Score'ν)对受禁行等条件限制的道路线，其Score的优先级更低。Score" = 1. 5*Score'实施例二
7
如图7所示，本实施例提供了一种导航过程中的地图匹配装置，包括获得单元， 用于获得车辆运行轨迹点；确定单元，用于根据所述运行轨迹点与地图中道路曲线确定匹 配的道路；匹配单元，将所述运行轨迹点匹配到所述匹配的道路上。所述确定单元可以具体包括第一计算子单元，用于计算所述运行轨迹与地图中 道路曲线之间的距离相似度；第一确定子单元，用于将距离相似度最大的道路曲线确定为 匹配的道路。所述确定单元还可以具体包括第二计算子单元，用于计算所述运行轨迹与地图 中道路曲线之间的曲率相似度；第二确定子单元，用于将曲率相似度最大的道路曲线确定 为匹配的道路。所述确定单元还可以具体包括第一计算子单元，用于计算所述运行轨迹与地图 中道路曲线之间的距离相似度；第二计算子单元，用于计算所述运行轨迹与地图中道路曲 线之间的曲率相似度；第三计算子单元，用于根据所述距离相似度和曲率相似度获得联合 相似度；第三确定子单元，用于将联合相似度最大的道路曲线确定为匹配的道路。所述确定单元还可以具体包括第四计算子单元，用于计算所述运行轨迹与地图 中道路曲线之间的低通距离相似度；第四确定子单元，用于将低通距离相似度最大的道路 曲线确定为匹配的道路。所述确定单元还可以具体包括第五计算子单元，用于计算所述运行轨迹与地图 中道路曲线之间的低通曲率相似度；第五确定子单元，用于将低通曲率相似度最大的道路 曲线确定为匹配的道路。所述确定单元还可以具体包括第四计算子单元，用于第计算所述运行轨迹与地 图中道路曲线之间的低通距离相似度；第五计算子单元，用于计算所述运行轨迹与地图中 道路曲线之间的低通曲率相似度；第六计算子单元，用于根据所述低通距离相似度和低通 曲率相似度获得低通联合相似度；第六确定子单元，用于将低通联合相似度最大的道路曲 线确定为匹配的道路。上述各单元的工作原理，可参照实施例一中内容，在此不再赘述。根据本实施例，可使车辆的图像正确匹配到其所行进的道路曲线上，从而方便了 导航增加了用户的满意度，提升了产品的品质。虽然通过实施例描绘了本发明，但本领域普通技术人员知道，在不脱离本发明的 精神和实质的情况下，就可使本发明有许多变形和变化，本发明的范围由所附的权利要求 来限定。
权利要求
一种导航过程中的地图匹配方法，其特征在于，包括获得车辆运行轨迹点；根据所述运行轨迹点与地图中道路曲线确定匹配的道路；将所述运行轨迹点匹配到所述匹配的道路上。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述运行轨迹点与地图中道路 曲线确定匹配的道路具体包括计算所述运行轨迹与地图中道路曲线之间的距离相似度； 将距离相似度最大的道路曲线确定为匹配的道路。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述运行轨迹点与地图中道路 曲线确定匹配的道路具体包括计算所述运行轨迹与地图中道路曲线之间的曲率相似度； 将曲率相似度最大的道路曲线确定为匹配的道路。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述运行轨迹点与地图中道路 曲线确定匹配的道路具体包括计算所述运行轨迹与地图中道路曲线之间的距离相似度； 计算所述运行轨迹与地图中道路曲线之间的曲率相似度； 根据所述距离相似度和曲率相似度获得联合相似度； 将联合相似度最大的道路曲线确定为匹配的道路。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述运行轨迹点与地图中道路 曲线确定匹配的道路具体包括计算所述运行轨迹与地图中道路曲线之间的低通距离相似度； 将低通距离相似度最大的道路曲线确定为匹配的道路。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述运行轨迹点与地图中道路 曲线确定匹配的道路具体包括计算所述运行轨迹与地图中道路曲线之间的低通曲率相似度； 将低通曲率相似度最大的道路曲线确定为匹配的道路。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述运行轨迹点与地图中道路 曲线确定匹配的道路具体包括计算所述运行轨迹与地图中道路曲线之间的低通距离相似度； 计算所述运行轨迹与地图中道路曲线之间的低通曲率相似度； 根据所述低通距离相似度和低通曲率相似度获得低通联合相似度； 将低通联合相似度最大的道路曲线确定为匹配的道路。
8.一种导航过程中的地图匹配装置，其特征在于，包括 获得单元，用于获得车辆运行轨迹点；确定单元，用于根据所述运行轨迹点与地图中道路曲线确定匹配的道路； 匹配单元，将所述运行轨迹点匹配到所述匹配的道路上。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述确定单元具体包括第一计算子单元，用于计算所述运行轨迹与地图中道路曲线之间的距离相似度； 第一确定子单元，用于将距离相似度最大的道路曲线确定为匹配的道路。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述确定单元具体包括第二计算子单元，用于计算所述运行轨迹与地图中道路曲线之间的曲率相似度； 第二确定子单元，用于将曲率相似度最大的道路曲线确定为匹配的道路。
11.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述确定单元具体包括第一计算子单元，用于计算所述运行轨迹与地图中道路曲线之间的距离相似度； 第二计算子单元，用于计算所述运行轨迹与地图中道路曲线之间的曲率相似度； 第三计算子单元，用于根据所述距离相似度和曲率相似度获得联合相似度； 第三确定子单元，用于将联合相似度最大的道路曲线确定为匹配的道路。
12.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述确定单元具体包括第四计算子单元，用于计算所述运行轨迹与地图中道路曲线之间的低通距离相似度； 第四确定子单元，用于将低通距离相似度最大的道路曲线确定为匹配的道路。
13.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述确定单元具体包括第五计算子单元，用于计算所述运行轨迹与地图中道路曲线之间的低通曲率相似度； 第五确定子单元，用于将低通曲率相似度最大的道路曲线确定为匹配的道路。
14.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述确定单元具体包括第四计算子单元，用于第计算所述运行轨迹与地图中道路曲线之间的低通距离相似第五计算子单元，用于计算所述运行轨迹与地图中道路曲线之间的低通曲率相似度； 第六计算子单元，用于根据所述低通距离相似度和低通曲率相似度获得低通联合相似度；第六确定子单元，用于将低通联合相似度最大的道路曲线确定为匹配的道路。
全文摘要
本发明的实施例提供了一种导航过程中的地图匹配方法和装置，可解决在导航系统中车辆的图像位置和地图上的实际位置不相符的问题。所述方法包括获得车辆运行轨迹点；根据所述运行轨迹点与地图中道路曲线确定匹配的道路；将所述运行轨迹点匹配到所述匹配的道路上。根据本发明实施例，可使车辆的图像正确匹配到其所行进的道路曲线上，从而方便了导航，增加了用户的满意度，提升了产品的品质。
文档编号G01C21/30GK101922939SQ20091008694
公开日2010年12月22日 申请日期2009年6月11日 优先权日2009年6月11日
发明者李秋标 申请人:高德信息技术有限公司