一种基于道路连通关系的地图匹配方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种地图匹配方法，尤其设及一种基于道路连通关系的地图匹配方 法。
【背景技术】
[0002] 近年来，卫星导航技术，尤其是全球卫星定位系统(Global化sitioning System, GPS)在道路交通定位方面得到了广泛应用，GPS在交通定位方面的运用包括路径导航、车辆 调度、事故应急反应、定位追踪和路况信息获取等。随着运些基于定位技术位置服务 (Location Based Service,LBS)的快速发展，大量车辆轨迹数据不断产生将，对运些轨迹 数据加 W分析，进而挖掘有用信息、更好地提供信息服务是当前一个研究热点。
[0003] 然而，由于GPS定位数据往往存在误差，GPS定位结果往往和实际地理位置存在一 定偏离，运给基于位置的服务造成了困难，因此，需要W精度相对较高的电子地图为基准， 将GI^定位轨迹匹配到车辆真实运行的道路上，运就是地图匹配。
[0004] 经过对已有数据的分析，GPS定位误差数据主要表现为下列Ξ种形式:一、数据冗 余，当车辆在某一位置静止或低速运行时，车辆会在同一地点记录一系列坐标相同的GPS 点，运些冗余的定位信息会影响地图匹配的效果，有时甚至会出现错误情况;二、数据缺失， 当出现信号屏蔽、信号不良、冷启动、仪器故障、电源耗尽、误操作等情况时，可能会产生一 个时间段的数据缺失，数据缺失造成GI^定位轨迹的不连续，同样会降低地图匹配效果;Ξ、 数据漂移，在行驶路径的起点、终点附近或其他情况下，可能会发生GPS定位数据不符合逻 辑、严重偏移车辆实际位置的现象，即数据漂移。漂移数据是一种噪声，会对地图匹配和显 示效果造成很大影响。
[0005] 针对上述GPS数据误差情况，需要寻找相应的处理方法，并对处理之后的GPS轨迹 进行地图匹配，将GI^轨迹数据纠正到实际位置，W满足位置信息服务的需要。
[0006] 目前，关于地图匹配的研究成果已有很多；有比较简单的匹配方法，如最近点匹配 法;也有复杂的匹配方法，如模糊逻辑算法、基于代价函数的方法、基于D-S证据推理的方法 W及基于神经网络的方法等；最近点匹配方法依据定位点与道路的距离进行判断，该方法 简单、容易实现，但匹配效果较差;权重因子算法、模糊逻辑算法和模式识别算法的主要思 想是在电子地图道路网中寻找与GPS定位轨迹相似性最大的道路作为该轨迹的匹配结果， 虽然运些方法的效果与最近点匹配方法相比有较大提升，但是模型较为复杂，系统计算开 销较大。
【发明内容】
[0007] 本发明所要解决的技术问题是需要提供一种模型较为简单，连续性好且匹配效果 更好的地图匹配方法。
[000引对此，本发明提供一种基于道路连通关系的地图匹配方法，包括W下步骤：
[0009]步骤S1，对GPS定位数据进行预处理；
[0010] 步骤S2,依据距离和方向两个因素建立道路匹配规则，进而得到候选匹配道路集 合，基于道路连通性计算GI^轨迹与候选匹配道路之间的相似性，进而选择相似性最大者作 为GI^轨迹的匹配道路；
[0011] 步骤S3,对GPS轨迹进行坐标纠正。
[0012] 本发明的进一步改进在于，所述步骤S1中，针对数据冗余、数据缺失和数据漂移分 别进行去除或插值操作，实现对GPS定位数据的预处理。
[0013] 本发明的进一步改进在于，所述步骤S1中，当GPS定位数据存在重复现象时，将重 复的GPS定位数据删除；当车辆停止而产生两条W上位置坐标相同的GPS定位数据时，则保 留最近时间点的GPS定位数据并记录该车辆停止时间；当两个相邻的GPS点之间缺失GPS定 位数据时，进行插值处理;当检测出漂移数据时，对漂移数据进行删除处理。
[0014] 本发明的进一步改进在于，若两个相邻GPS点之间的时间差Δ tp与采样间隔Δ t满 足公式Atp = ti-ti+l辛At,则表示运两个相邻GPS点之间存在缺失数据，进而根据公式
进行插值处理;对于Ξ个连续GPS点A、B和C构成 的Ξ角形AABC，该Ξ角形Δ ABC的面积S关
其中，P是Ξ 角形Δ ABC周长的一半，a、b和C分别为Ξ角形Δ ABC的Ξ个边长，若GPS点位于Ξ角形Δ ABC 的B点，而B点到其相邻前后两点A点和C点之间连线的距离满足h二^ > derrw·，其中， dernr表示的是容许偏移的最大值，该容许偏移的最大值为GPS点的设备定位精度和道路宽 度之和，此时，表明B点为漂移点，则将该点的GI^定位数据删除。
[0015] 本发明的进一步改进在于，所述步骤S2中，依据距离和方向两个因素建立道路匹 配规则为依据距离和方向两个因素进行拓扑关系和路段连通关系的构建，并将构建的路段 连通关系W及点线间的拓扑关系保存到序列化文件中。
[0016] 本发明的进一步改进在于，所述步骤S2还包括W下子步骤：
[0017] 步骤S201，通过GI^定位误差概率分布和道路宽度因素计算误差区域，将落在误差 区域内的所有路段作为该GI^点的候选匹配路段集合；
[0018] 步骤S202,通过GI^点与路段之间的距离W及GPS轨迹与路段之间的方向差异给候 选匹配路段评分，候选匹配路段的综合得分为距离得分与方向得分之和；
[0019] 步骤S203,通过上一个GPS点的匹配结果和道路连通关系，从已评分的候选匹配路 段集合中选出最优匹配道路。
[0020] 本发明的进一步改进在于，所述步骤S201中，通过公式R = r+w计算误差区域，进而 得到半径为R的圆形区域内的所有路段作为该GPS点的候选匹配道路集合，其中，W为道路宽 度，
。为候选匹配道路集合的半径计算 值，C和d分别表示误差楠圆的轴长，Ιχ和ly为定位误差的标准值，Ια为定位误差的初始 值;而误差楠圆的各个参数为
巧
其中，Θ表示误差楠圆长轴与y轴的夹角，《表示单位权值的 后验误差，表示协方差。
[0021] 本发明的进一步改进在于，所述步骤S202中，若GPS点Q到路段ΑΒ的垂直投影点Q' 落在该路段上，则该GPS点与路段的距离为Q与Q'之间的距离d(Q，Q/);否则，为GPS点到该路 段两端点距离的较小者；通过Wd表示距离得分，贝化PS点Pi与目标路段ej的距离得分为：
痒中μ = 〇,ο等于候选道路区域半径R;其方向得分通过公式Wa = cosa 可W得到，其中，记V为车辆运动方向，g为道路通行方向标记，g = 0表示双向通行道路，g=l 表示沿GPS点编号顺序单向通行，g = 2表示沿GPS点编号顺序逆序单向通行，Pi和pi+汾别为 待匹配路段沿GPS点编号方向的前后两端点，则车辆运行方向与道路方向夹角α为：
[0022] 本发明的进一步改进在于，所述步骤S203中，通过公式W=kd · Wd+ka · Wa计算候选匹 配路段的综合得分，其中，kd为距离权重，ka为方向权重
[0023] 本发明的进一步改进在于，所述步骤S3中，对GPS轨迹进行坐标纠正的实现过程 为：当GPS轨迹的拟合直线端点的投影点落在候选匹配路段上，则该拟合直线端点的投影之 间的距离为待匹配部分;若拟合直线端点的投影点落在候选匹配