一种新型gps导航地图匹配方法
【专利摘要】一种新型GPS导航地图匹配方法，包括以下步骤：1）建立了一种新的常数时间网格索引；2）获取一个GPS待匹配点；3判断缓冲区是否包含高架；4）、采用了夹角、距离2种因素的模糊推理方式；5）、采用了夹角、距离、高程3种因素的模糊推理方式；6）计算匹配结果的置信度；7）判断是否存在数据缺失；8）、采用了夹角、距离、可达性3种因素的模糊推理方式；9）采用了夹角、距离、高程、可达性4种因素的模糊推理方式。本发明能够有效处理高架与地面重叠、交叠、平行的情形、实时性良好、精度较高，除此之外，本发明还有效地解决了数据缺失所引起的不可靠匹配问题。
【专利说明】—种新型GPS导航地图匹配方法【技术领域】
[0001]本发明属于智能交通领域，尤其涉及一种GPS导航地图匹配方法。
【背景技术】
[0002]GPS导航地图匹配算法是一个既经典又崭新的研究话题，从导航技术运用伊始，它一直是交通工程领域研究的关键技术，随着基于浮动车定位的实时路况监测技术在各城市的逐渐推广，以及大量的基于位置的服务的涌现，常用的GPS匹配算法已不能满足精度需求，尤其在交叉路口，高架与路面重叠、交叠、平行等情形下，难以给出高精度的匹配结果。而一些设计复杂的GPS匹配算法又难以被广泛采用，有的难以满足高并发性和实时性需求。存在的方法可粗略概括为四类:距离匹配法，拓扑匹配法，概率匹配法，高级匹配算法。下面简要概括国内外研究进展及其在实际应用中存在的优缺点。
[0003]距离匹配法指的是利用导航观测点与道路之间的邻近关系而设计的方法，例如:Bernstein (1996)等提出的点-点匹配法，点-弧匹配法。这两种种方法设计简单,主要缺点在于其只基于距离的大小来决定匹配，在交叉路口、稠密网络、高架桥重叠处容易发生失配。此外，Bernstein还提出了轨迹-弧匹配算法，但算法对离群点敏感，鲁棒性差。
[0004]拓扑匹配法指的是基于地理实体之间的空间关系的地图匹配算法。这里的空间关系主要指路段之间的连通性、多边形对点的包含、多边形与路段的交叉等。Greenfield(2002)提出一种基于拓扑的匹配算法，但是该方法依旧只用了观测点的坐标信息和拓扑关系，未考虑其他有用信息，例如行车方向。这种方法对离群点非常敏感。Meng (2006)提出一种基于轨迹与路段相关性和拓扑关系的算法，但实时性较差。
[0005]概率匹配法指的是在观测点的周围扩展一个误差区域(椭圆或者矩形)，如果多条路出现在该区域，则综合运用行车方向、距离、连通性等因素决定正确的匹配(Zhao，1997)。Ochieng (2004)提出一种改进的快速概率匹配算法，只有当一个观测点落在交叉路口处才采用误差区域法。
[0006]高级匹配算法指的是运用卡曼滤波、扩展的卡曼滤波(Obradovic等,2006)、DS证据理论(El Najjar等,2005)、状态空间模型和粒子过滤(Gustafsson等,2002)等高级技术的匹配算法。这些算法设计精细，准确性较高，但实现复杂，在工程领域未得到广泛的使用。
[0007]国内研究人员在该领域也有一些技术创新成果。论文“基于低频浮动车数据的实时地图匹配算法”，运用最短路径算法获取浮动车的候选路径集合，采用模糊推理来实现地图匹配，但该方法主要适用于低时间分辨率的情形和低并发的情形，实时性差。已有专利“200780053787.6”运用了加速度传感器获取的转向信息辅助提高地图匹配精度。已有专利“200410088734.6”提出了基于电子地图的二次分区匹配方法，主要解决计算效率问题。
【发明内容】
[0008]为了克服已有GPS导航地图匹配方法的无法处理高架与地面重叠、交叠、平行的情形、实时性较差、精度较差的不足，本发明提供一种有效处理高架与地面重叠、交叠、平行的情形、实时性良好、精度较高的新型GPS导航地图匹配方法。
[0009]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0010]一种新型GPS导航地图匹配方法，所述匹配方法包括以下步骤:
[0011]I)获取一个GPS导航地图的GPS观测点；
[0012]2)判断待匹配点的缓冲区是否包含高架，如果是，进入步骤4)，否则进入步骤3)
[0013]3)、定义如下:“夹角”指的是车头方向与候选匹配路段之间的夹角，所述路段是有方向的，路段方向即车辆允许行驶的方向；“距离”指的是待匹配点到候选匹配路段的垂直距离；“高程差”指的是待匹配点的高程和候选匹配路段的高程之间的差值；“可达性”指的是从上一个已匹配点出发，下一时刻是否能够到达某条候选匹配路段，依据路段邻接关系和道路通行限制决定，夹角用AD表示，距离用DD表示，高度差用DED表示；
[0014]非高架匹配法I是采用 了夹角、距离2种因素的模糊推理方式，具体如下:
[0015](3.1)模糊化:根据定义的隶属函数，将夹角信息、距离信息映射成隶属度值；
[0016]夹角和距离的隶属度函数为:
[0017]
【权利要求】
1.一种新型GPS导航地图匹配方法，其特征在于:所述匹配方法包括以下步骤: O获取一个GPS导航地图的GPS观测点； 2)判断缓冲区是否包含高架，如果是，进入步骤4)，否则进入步骤3)； 3)、定义如下:“夹角”指的是车头方向与候选匹配路段之间的夹角，所述路段是有方向的，路段方向即车辆允许行驶的方向；“距离”指的是待匹配点到候选匹配路段的垂直距离；“高程差”指的是待匹配点的高程和候选匹配路段的高程之间的差值；“可达性”指的是从上一个已匹配点出发，下一时刻是否能够到达某条候选匹配路段，依据路段邻接关系和道路通行限制决定，夹角用AD表示，距离用DD表示，高度差用DED表示； 非高架匹配法I是采用了夹角、距离2种因素的模糊推理方式，具体如下: (3.1)模糊化:根据定义的隶属函数，将夹角信息、距离信息映射成隶属度值； 夹角和距离的隶属度函数为:
2.如权利要求1或2所述的一种新型GPS导航地图匹配方法，其特征在于:所述步骤I)中采用常数时间网格索引，对地图划分成矩形小块后，采用哈希映射法，在常数时间查找到目标网格，在建立索引阶段就对待匹配点所在网格的缓冲区中路段进行存储，当查找到该网格时，直接启动匹配过程。
3.如权利要求1或2所述的一种新型GPS导航地图匹配方法，其特征在于:所述步骤6)中，满足如下两个条件之一则认为置信度高:待匹配点的缓冲区内只有一条路段；待匹配点的缓冲区内有两条路段，但C1-C2=^,其中，C1表示最终匹配路段求出的Z值，C2表示另一条路段求出的Z值，若 不满足这两条中的任意一条，则认为置信度低。
【文档编号】G01C21/30GK103542857SQ201310529794
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年10月31日 优先权日:2013年10月31日
【发明者】柳展, 李建元, 吴伟, 周煜远, 章步镐, 孔桦桦 申请人:银江股份有限公司