专利名称：环岛上的路径匹配的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明属于导航技术领域，尤其涉及一种环岛上的路径匹配的方法及装置。
背景技术：
路径匹配是利用车辆GPS (全球定位系统)、陀螺仪等定位装置，将接收到的定位信号与导航电子地图中的路网进行匹配，并将定位信号与电子地图中最有可能的一条代表当前行驶道路的Link (弧段)进行匹配。路径匹配功能是车载导航仪的基础核心功能，错误的匹配将导致其他导航功能无法进行或者给驾驶者提供错误的提示信息。现有的路径匹配策略是基于定位信号中的定位坐标和定位方向与电子地图中的 Link进行匹配。一般现有成熟的路径匹配过程包括初次定位匹配和候补拓展匹配两个过程初次定位匹配，是指导航软件启动后初次定位或者在没有路网的区域进入有路网的区域时，导航软件从非匹配状态开始进入匹配状态。初次定位时的路径匹配要进行候补道路生成，候补道路生成以当前接收到的定位信号的位置和方向在电子地图中进行搜索， 依据距离最近和方向最接近的道路最优先的原则，获取到一系列车辆当前可能所在道路。 对于初次定位如果在最大的误差范围内也没有搜索到候补道路，则此次初次定位不成功， 在下次定位信号进来时再次重复进行此次定位的处理过程，如果初次定位有一条或者多条候补成功生成，则进入候补拓展匹配模式。候补拓展匹配，在初次定位后，确定了车辆可能所处的几条候补道路，此时再次接收到定位信号后，在初次定位已经选定的候补道路的基础上，依据本次信号对车辆在各个候补道路上的位置进行更新，然后以此更新后的位置作为参照，对比此次传入的定位信号的坐标和方向对各个候补依据位置误差和方向误差进行评价，综合车辆上次所在候补的历史信息，计算出车辆候补综合评估值，综合评估值最优的候补就是车辆目前最有可能所在的位置，作为路径匹配的输出。导航系统的其他模块依据此信息完成地图上车辆位置显示和诱导信息等供驾驶者辅助驾驶。在进行候补拓展匹配时，需要按照电子地图存储的Link 接续和交通规制规则，将一条或者多条候补道路Link进行拓展，从当前车辆所在道路根据电子地图的连接关系，找出车辆可能所在的其他道路。然而，当车辆行进在环岛上，特别是复杂多层的环岛上时，如果在环岛上有高架路通过，或者环岛本身有上下两层环岛，或者多层环岛的地面层受到高架环岛的遮挡，会导致 GPS (全球定位系统)定位误差增大。并且由于GPS的多路径效应，还会造成在复杂环岛处的实际定位中，GPS定位和实际定位有一个较大的整体平移。如图1所示，整个环岛共有三层，其中离散圆点轨迹是测试车辆自北进入外层高架环岛后绕环岛一周向西驶出环岛的GPS示意轨迹，图中内层环为地面环岛，外层环为高架环岛，与地面环岛相连的为地面道路，与高架环岛相连的高架道路，东西横穿是高架环岛上的第三层东西直通高架路。在使用现有的匹配策略进行路径匹配时，参照图1中的白色示意点1，在此处，如果按照当前点的位置和方向来评估，虽然此时车辆应该行驶在外圈环的高架环岛，但是由于此处复杂的高架和周边高层建筑物的遮，挡而导致GPS的多路径效应使得定位出现一个整体偏东偏北(图中偏右偏上)的平移误差。对于示意点1，在位置误差的衡量上，在GPS 本身的定位精度范围内，内外层环岛和向东驶出外圈环岛高架路都在误差范围内，所以具有相同的距离误差；在方向误差上，在环岛处，一般的电子地图道路方向都有变形，比如内外层环岛在同方向脱出的道路属于高架路和高架地面路，在地理位置上是重合的，但是电子地图为了区别两条道路，会将地面道路向外变形，置于高架路外侧，方向上，车辆驶出环岛的方向转换非常平滑，而实际的电子地图连接会是一个突然的角度转换，这样在示意点1 去参照图中所标识的环岛向西脱出的高架路和高架地面路，在角度误差范围内，因为电子地图的变形和电子地图中的Link记录方式和实际行车时候方向转弯时候的误差，方向也不能够作为一个很好的路径匹配的评估标准，故而路径匹配的结果会出现很多错误。参照示意点2和示意点3，因为在环岛处定位点整体的向东北方向偏移，此时在示意点2和3的位置误差范围内，第三层高架东西直通道路向东方向的Link和内外层环岛 Link都在误差范围内，不能够在位置上作为区分，对于方向，在方向误差范围内，参考点2 和3对于东西直通路和内外层环岛在此处都是东向，也不能够做很好的区分，这样，在匹配中也会出现因为GPS的飘移产生具有随机性的错误匹配。综上所述，在环岛特别是复杂环岛车辆路径匹配时，因为一般这种路口信号质量差，一般都表现为一个整体的具有随机性的位置漂移，另外这些环岛道路复杂度高，多层道路和环岛在电子地图的制作上又引入了地图变形，导致在环岛特别是复杂环岛情况下，单纯依靠位置和方向进行匹配，会出现很高的错配率。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种环岛上的路径匹配的方法及装置， 通过利用车辆行驶轨迹的形状参数和环岛的形状参数进行匹配，有效增加了环岛上路径匹配的准确度。为了达到上述目的，本发明还提供一种环岛上的路径匹配的方法，所述路径匹配的方法包括步骤1、根据车辆的定位信息，在电子地图数据库中获取与所述定位信息相关的环岛的形状参数；步骤2、利用所述环岛的形状参数和车辆行驶轨迹的形状参数进行路径匹配，在所述电子地图数据库中匹配得到车辆的当前行驶路径。优选地，所述方法还包括预先计算出所述车辆行驶轨迹的形状参数。优选地，所述步骤2包括若在车辆行驶方向的预定距离内有待驶入的环岛，利用所述待驶入环岛的形状参数和车辆行驶轨迹的形状参数进行路径匹配，得到匹配结果；根据所述匹配结果，判断车辆是否处于环岛的进入阶段，若处于环岛的进入阶段， 则在所述电子地图数据库中匹配出车辆在进入环岛阶段的行驶路径。优选地，所述利用所述待驶入环岛的形状参数和车辆行驶轨迹的形状参数进行路径匹配的步骤为
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利用所述待驶入环岛的形状参数中的环岛曲率和车辆行驶轨迹的形状参数中轨
迹曲率进行路径匹配。 优选地，所述步骤2具体为利用所述环岛的形状参数和所述车辆行驶轨迹的形状参数进行路径匹配，判断车辆是否处于环岛行驶阶段，若是，在所述电子地图数据库中匹配出车辆在环岛行驶阶段的行驶路径。优选地，所述利用所述环岛的形状参数和所述车辆行驶轨迹的形状参数进行路径匹配，判断车辆是否处于环岛行驶阶段的步骤为利用所述环岛的形状参数中的环岛半径和所述车辆行驶轨迹的形状参数中的轨迹弧半径，来判断车辆是否处于环岛行驶阶段；若所述轨迹弧半径与所述环岛半径相等，则所述车辆处于环岛行驶阶段。优选地，所述步骤2具体为利用所述环岛的形状参数和所述车辆行驶轨迹的形状参数进行路径匹配，判断车辆是否处于环岛驶出阶段，若是，在所述电子地图数据库中匹配出车辆在环岛驶出阶段的行驶路径。优选地，所述利用所述环岛的形状参数和所述车辆行驶轨迹的形状参数进行路径匹配，判断车辆是否处于环岛驶出阶段的步骤为利用所述环岛的形状参数中的环岛半径和所述车辆行驶轨迹的形状参数中的轨迹弧半径，来判断车辆是否处于环岛驶出阶段，若所述轨迹弧半径超出所述环岛半径，则车辆处于环岛驶出阶段。优选地，所述利用所述环岛的形状参数和所述车辆行驶轨迹的形状参数进行路径匹配，判断车辆是否处于环岛驶出阶段的步骤为利用所述环岛的形状参数中的环岛曲率和所述车辆行驶轨迹的形状参数中的轨迹曲率，来判断车辆是否处于环岛驶出阶段，若所述轨迹曲率小于所述环岛曲率，则车辆处于环岛驶出阶段。本发明还提供一种环岛上的路径匹配的装置，包括处理模块，用于根据车辆的定位信息，在电子地图数据库中获取与所述定位信息相关的环岛的形状参数；匹配模块，用于利用所述环岛的形状参数和车辆行驶轨迹的形状参数进行路径匹配，在所述电子地图数据库中匹配得到车辆的当前行驶路径。由上述技术方案可知，通过利用车辆行驶轨迹的形状参数和环岛的形状参数进行匹配，在电子地图数据库中匹配得到车辆的当前行驶路径，并将得到的当前行驶路径提供给车辆驾驶者，从而在环岛尤其是复杂环岛的路径匹配上，能够极大的增加环岛路径匹配的准确度，便于驾驶者准确掌握车辆行驶路线。并且还能够根据车辆处于环岛行驶的不同阶段，在电子地图数据库中匹配出与该阶段对应的行驶路径。
图1为现有路径匹配策略进行环岛路径匹配的示意图；图2为本发明的实施例中环岛上的路径匹配的方法流程图3为本发明的实施例中路径匹配的三阶段示意图；图4为本发明的实施例中判断车辆进入环岛的处理流程示意图；图5为本发明的实施例中环岛的车道示意图；图6为本发明的实施例中车辆行驶轨迹圆心和环岛圆心平移示意图；图7为本发明的实施例中判断车辆在环岛上行驶的处理流程示意图；图8为本发明的实施例中对应点P的象限划分示意图；图9为本发明的实施例中判断车辆是否驶出环岛的处理流程示意图；图10为本发明的实施例中环岛上路径匹配的装置的结构框图。
具体实施例方式为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明实施例做进一步详细地说明。在此，本发明的示意性实施例及说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。参见图2，为本发明的实施例中环岛上的路径匹配的方法流程图，具体步骤如下步骤201、计算出车辆行驶轨迹的形状参数；在本实施例中，可根据获取得到的当前车辆的定位信息计算出车辆行驶轨迹的形状参数，其中该车辆行驶轨迹的形状参数中包括但不限于轨迹曲率和轨迹弧半径。上述车辆行驶轨迹是由一系列顺序周期采集的定位信号点组成，每次采集的当前车辆的定位信息包括但不限于当前车辆的位置、估算的位置误差、当前车辆的速度、当前车辆行驶方向和其他定位信息。步骤202、根据车辆的定位信息，在电子地图数据库中获取与该定位信息相关的环岛的形状参数；在本实施例中，可根据当前接收到的车辆的定位信号在电子地图数据库中进行搜索，依据距离最近和方向最接近的环岛最优先的原则，获取到车辆可能驶入、正在行驶或已驶出的环岛。在本实施例中，环岛的形状参数中包括但不限于环岛曲率、环岛圆心坐标和环岛半径。步骤203、利用环岛的形状参数和车辆行驶轨迹的形状参数进行路径匹配，在电子地图数据库中匹配得到车辆的当前行驶路径。也就是，分别利用步骤201中计算得到的车辆行驶轨迹的形状参数和步骤202中获取的环岛的形状参数进行路径匹配，并将在电子地图数据库中匹配得到的车辆的当前行使路径，并将得到的行驶路径提供给驾驶者辅助驾驶。由上述技术方案可知，通过利用车辆行驶轨迹的形状参数和环岛的形状参数进行匹配，在环岛尤其是复杂环岛的路径匹配上，能够极大的增加路径匹配的准确度。在本实施例中，基于环岛形状参数匹配的路径匹配工作流程可分为三个阶段环岛进入阶段、环岛行驶阶段和环岛驶出阶段，如图3所示，其中1表示环岛进入阶段，2表示环岛行驶阶段，3表示环岛驶出阶段。下面结合上述三个阶段来详细介绍环岛上的具体路径匹配过程1)环岛进入阶段首先根据车辆的定位信息，判断在车辆行驶方向的预定距离内是否有待驶入的环
7岛，若有，则获取该待驶入的环岛的形状参数，然后利用待驶入环岛的形状参数和预先计算得到的车辆行驶轨迹的形状参数进行路径匹配，并得到匹配结果；最后根据匹配结果，判断车辆是否处于环岛进入阶段，若是，在电子地图数据库中匹配出车辆在进入环岛阶段的行驶路径。例如当车辆行驶所在道路前方30米有环岛路时，可获取前方环岛的形状参数， 该形状参数包括环岛曲率及其误差和圆心坐标，同时获取预先计算得到的最近20米(可根据环岛路的具体情况进行调整)车辆的轨迹曲率。在判断车辆行驶何时进入环岛时，可根据车辆轨迹曲率和环岛曲率来判断。例如若车辆在进入环岛时，20米车辆的轨迹曲率落会在环岛曲率的误差范围之内。若连续三次20米车辆的轨迹曲率都在前方环岛曲率误差范围之内时，即认为车辆已经驶入环岛，当然也可根据环岛路的具体情况，来选取判断的次数。如图4为本发明的实施例中判断车辆进入环岛的处理流程示意图，具体步骤如下步骤401、接收车辆的定位信息为了确保判断的准确性，可接收车辆在多个不同定位点Gi的定位信息，即多次接收定位信息；步骤402、计算车辆行驶轨迹的轨迹曲率；根据步骤401中获取的车辆的定位信息，分算出车辆在不同点位点Gi的轨迹曲率夂C,，当然也可以根据多次接收的定位信息，计算出车辆行驶轨迹的平均轨迹曲率；步骤403、判断计算得到的轨迹曲率与环岛曲率是否相等，若是，执行步骤404;否则，返回步骤401 ；实际中，由于环岛上通常设置有不同的车道(包括外车道、中车道和内车道)，因此为了提高判断的准确性，还可进一步考虑因不同车道而造成计算得到的环岛曲率的误差范围，若计算得到的轨迹曲率落在该环岛曲率的误差范围内，即可认为车辆已经驶入环岛。步骤404、进入环岛行驶阶段匹配模式；也就是，当判断出车辆处于进入环岛阶段后，接下来可进行车辆在环岛上行驶阶段的相关处理。例如可利用待驶入环岛的形状参数中的环岛曲率和车辆行驶轨迹的形状参数中轨迹曲率进行路径匹配，得到匹配结果；然后根据匹配结果，判断车辆是否处于环岛的进入阶段，若处于环岛的进入阶段，则在电子地图数据库中匹配出车辆在进入环岛阶段的行驶路径。下面介绍在本实施例中，车辆行驶轨迹的形状参数计算方法在本实施例中，车辆行驶轨迹是由一系列顺序周期采集的定位信号点组成，每次采集的定位信息包括但不限于当前车辆的位置、估算的位置误差、当前车辆速度、当前车辆行驶方向和其他定位信息。在本实施例中，车辆行驶轨迹的形状参数包括但不限于最近 20米(可根据环岛路的具体情况进行调整)车辆行驶轨迹的轨迹曲率和轨迹弧半径。在本实施例中，可通过将车辆行驶轨迹的轨迹曲率在和环岛曲率进行比较，来判断车辆是否行驶在环岛上。假设车辆当前定位点为Gi,在Gi之前有一系列定位点G1 Gp1， 假设G1 Gi对应的速度方向为D1 Di,并且对应的速度为V1 Vi,假设周期性定位间隔为 T，则在车辆收到Gi点的定位信息时，计算过去20米的车辆轨迹曲率过程如下首先在接收到一个当前定位点Gi的定位信息，包括定位点Gi在内，可搜索过去η个定位点，使得车辆行驶的距离刚好是20米(或者大于20米的最接近值)，然后计算包括 Gi在内的n+1个信号的最晚信号和最早信号的方向差，再除以20米就可得到了过去20米车辆行驶轨迹的轨迹曲率，上述20米是预设值，可根据具体情况进行调整。车辆行驶轨迹的轨迹曲率计算的具体步骤如下步骤1、接收点位点Gi的定位信息，令j = i-1 ；步骤2、判断s是否大于或等于20米(预设值)，其中s =、X T，若大于，则执行步骤3，否则，令j = j_l，返回继续执行步骤2 ；步骤3、计算在定位点Gi处的过去20米轨迹曲率Ki,其中火，=‘^ 1通过执行步骤1 3可计算得到车辆在过去20米的轨迹曲率。在本实施例中，根据计算得到的轨迹曲率可计算出对应的轨迹弧半径。下面详细介绍在本实施例中采用的计算环岛曲率及环岛曲率误差范围计算的方法。—般的，环岛在电子地图中抽象成为一系列形状点组成的多边形来近似圆环。电子地图中的环岛Link形状是按照行驶在环岛路中心线的车辆轨迹为标准。在根据电子地图中环岛Link的形状点计算出环岛曲率后，还需要考虑到车辆在实际行驶过程中，因为车辆所在车道不同，导致车辆行驶轨迹的轨迹曲率与计算得到的电子地图中环岛曲率之间的误差，所以在计算环岛曲率时，可进一步根据环岛路的宽度计算出车辆行驶在环岛路上因为不同车道差别，而可能产生的环岛曲率误差范围。参见图5，为本发明的实施例中环岛的车道示意图。在本实施例中，通过一系列首位相连的坐标点来表示环岛形状，在计算环岛曲率的时候，可通过上述一系列的环岛形状点(Siape Point)来计算环岛曲率。具体方式如下 环岛在电子地图里由一系列首尾相连组成环状的Link组成，将这一系列环岛Link上的所有形状点抽取成为一个数组P，数组P里面共有η个点P1 Pn，其中P1和Pn是重合点，下面介绍通过P1 Pn坐标来计算环岛曲率和曲率误差的计算流程。对于PpP2、P3而言，因为电子地图是利用多边形来近似圆弧，所以，可以认为P1P2 是圆弧在P1处的切线方向，P2P3是圆弧在P2点上的切线方向，则车辆行驶在P2点时的曲率夂/ 应该通过如下公式得到
权利要求
1.一种环岛上的路径匹配的方法，其特征在于，所述路径匹配的方法包括步骤1、根据车辆的定位信息，在电子地图数据库中获取与所述定位信息相关的环岛的形状参数；步骤2、利用所述环岛的形状参数和车辆行驶轨迹的形状参数进行路径匹配，在所述电子地图数据库中匹配得到车辆的当前行驶路径。
2.根据权利要求1所述的路径匹配的方法，其特征在于，所述方法还包括预先计算出所述车辆行驶轨迹的形状参数。
3.根据权利要求1所述的路径匹配的方法，其特征在于，所述步骤2包括若在车辆行驶方向的预定距离内有待驶入的环岛，利用所述待驶入环岛的形状参数和车辆行驶轨迹的形状参数进行路径匹配，得到匹配结果；根据所述匹配结果，判断车辆是否处于环岛的进入阶段，若处于环岛的进入阶段，则在所述电子地图数据库中匹配出车辆在进入环岛阶段的行驶路径。
4.根据权利要求3所述的路径匹配的方法，其特征在于，所述利用所述待驶入环岛的形状参数和车辆行驶轨迹的形状参数进行路径匹配的步骤为利用所述待驶入环岛的形状参数中的环岛曲率和车辆行驶轨迹的形状参数中轨迹曲率进行路径匹配。
5.根据权利要求1所述的路径匹配的方法，其特征在于，所述步骤2具体为利用所述环岛的形状参数和所述车辆行驶轨迹的形状参数进行路径匹配，判断车辆是否处于环岛行驶阶段，若是，在所述电子地图数据库中匹配出车辆在环岛行驶阶段的行驶路径。
6.根据权利要求5所述的路径匹配的方法，其特征在于，所述利用所述环岛的形状参数和所述车辆行驶轨迹的形状参数进行路径匹配，判断车辆是否处于环岛行驶阶段的步骤为利用所述环岛的形状参数中的环岛半径和所述车辆行驶轨迹的形状参数中的轨迹弧半径，来判断车辆是否处于环岛行驶阶段；若所述轨迹弧半径与所述环岛半径相等，则所述车辆处于环岛行驶阶段。
7.根据权利要求1所述的路径匹配的方法，其特征在于，所述步骤2具体为利用所述环岛的形状参数和所述车辆行驶轨迹的形状参数进行路径匹配，判断车辆是否处于环岛驶出阶段，若是，在所述电子地图数据库中匹配出车辆在环岛驶出阶段的行驶路径。
8.根据权利要求7所述的路径匹配的方法，其特征在于，所述利用所述环岛的形状参数和所述车辆行驶轨迹的形状参数进行路径匹配，判断车辆是否处于环岛驶出阶段的步骤为利用所述环岛的形状参数中的环岛半径和所述车辆行驶轨迹的形状参数中的轨迹弧半径，来判断车辆是否处于环岛驶出阶段，若所述轨迹弧半径超出所述环岛半径，则车辆处于环岛驶出阶段。
9.根据权利要求7所述的路径匹配的方法，其特征在于，所述利用所述环岛的形状参数和所述车辆行驶轨迹的形状参数进行路径匹配，判断车辆是否处于环岛驶出阶段的步骤为利用所述环岛的形状参数中的环岛曲率和所述车辆行驶轨迹的形状参数中的轨迹曲率，来判断车辆是否处于环岛驶出阶段，若所述轨迹曲率小于所述环岛曲率，则车辆处于环岛驶出阶段。
10. 一种环岛上的路径匹配的装置，其特征在于，包括处理模块，用于根据车辆的定位信息，在电子地图数据库中获取与所述定位信息相关的环岛的形状参数；匹配模块，用于利用所述环岛的形状参数和车辆行驶轨迹的形状参数进行路径匹配， 在所述电子地图数据库中匹配得到车辆的当前行驶路径。
全文摘要
本发明提供一种环岛上的路径匹配的方法及装置，属于导航技术领域，该方法包括步骤1、根据车辆的定位信息，在电子地图数据库中获取与所述定位信息相关的环岛的形状参数；步骤2、利用所述环岛的形状参数和车辆行驶轨迹的形状参数进行路径匹配，在所述电子地图数据库中匹配得到车辆的当前行驶路径。通过利用车辆行驶轨迹的形状参数和环岛的形状参数进行匹配，有效增加了环岛上路径匹配的准确度。
文档编号G01C21/34GK102313556SQ201010223959
公开日2012年1月11日 申请日期2010年7月1日 优先权日2010年7月1日
发明者王洪浪 申请人:北京四维图新科技股份有限公司