专利名称：基于gps终端的面向车辆位置跟踪的地图匹配方法
技术领域：
本发明涉及一种地图匹配方法，尤其涉及一种基于GPS终端的面向车辆位置跟踪的地图匹配方法。
背景技术：
在GPS应用于智能交通领域时，由于GPS信号存在偏差或无效情况，地图匹配就成为了车载导航技术的关键技术之一。地图匹配是指，用GPS点在地图道路上的垂足点代替车辆轨迹点，或者说把车辆的轨迹点矫正到实际所在道路的垂足上。当今城市道路密度较大，把有偏差的GPS点匹配到实际所在道路的正确位置，显得非常困难。目前的地图匹配算法主要有基于几何信息的匹配和基于网络拓扑 关系的匹配这两种匹配思想，具体算法有基于权重度量值、基于曲线拟合、基于卡尔曼滤波等若干种匹配算法。其中基于权重度量值的匹配算法实时性好，但在复杂路网下匹配准确度低，基于曲线拟合的匹配算法，充分利用历史数据，稳定性好，但有一定的复杂度。而在资源有限GPS终端运行地图匹配算法时，应充分考虑实时性、算法复杂度和匹配准确率等因素。因此，综合考虑这些地图匹配思想，有助于提出一种适用于GPS终端的地图匹配方法。在专利号为201110049309. 6的中国发明专利中，提出了一种基于GIS的道路匹配方法。该方法通过对所有道路进行折线段处理，将所有道路分别转换成由一系列相关的折线段连接而成的数据集合，并通过投影方法，对折线段集合的道路分别进行路匹配和点匹配操作，进而实现车辆运行轨迹与电子地图道路的匹配。该方法提出的对道路进行折线段处理值得借鉴，把曲线道路看成是一系列相连接的折线段，但方法所述的路匹配和点匹配操作过于简单，仅仅取距离GPS点最短的候选道路为匹配道路，未必能正确匹配到道路上。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种基于GPS终端的面向车辆位置跟踪的地图匹配方法，。为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种基于GPS终端的面向车辆位置跟踪的地图匹配方法，其特征在于包括以下步骤SI、接收GPS定位数据并存储至定位数据列表中，从GPS定位数据中至少可提取出GPS定位点、车辆行驶速度和定位时间；S2、道路初始匹配S2-1、判断该定位数据列表中最近η个GPS定位数据是否连续有效如果连续有效则直接执行步骤S2-2，否则返回步骤SI，重新接收GPS定位数据，其中η为大于I的整数；S2-2、分别以该定位数据列表中最近η个GPS定位点为中心设定搜索阈，将这些搜索阈内的所有道路作为候选道路，选择其中与该η个GPS定位点的平均距离最小且与该η个定位点的方向最接近的道路作为当前匹配道路，并根据车辆的行驶方向确定当前匹配道路的终止节点；
S3、计算该定位数据列表中GPS定位点在当前匹配道路上的投影点，在GPS定位点无效时，由其对应的投影点替换该GPS定位点并存储至定位数据列表中；S4、计算车辆从该投影点行驶至下一投影点的距离d=vX Δ t，并且计算投影点与当前匹配道路的终止节点之间的距离d’，其中V表示定位数量列表中该投影点对应的车辆行驶速度，Δ t表示GPS采集时间间隔在d’ >d时表示车辆可能行驶超过当前匹配道路的终止节点，进一步判断该定位数据列表中该投影点对应的车辆行驶速度V是否为O :如果v=0则表示车辆处于停止状态，车辆不会行驶超过当前匹配道路的终止节点，当前匹配道路不变，否则表示车辆即将行驶超过当前匹配道路的终止节点，进行道路重新匹配；S5、道路重新匹配将与当前匹配道路邻接且能够到达目的地的道路作为候选道路，选择该候选道路中与定位数据列表中与最近m个GPS定位点的平均距离最小且与最近m个定位点的方向最接近的道路更新当前匹配道路，并根据车辆行驶的方向确定当前匹配道路的终止节点；
S6、重复执行S3 S5，由此实现了车辆的实时地图匹配。本发明解决了由于GPS信号偏差导致的车辆定位不准确的问题，实现了电子地图的实时精确匹配并且方法简单。该基于GPS终端的面向车辆位置跟踪的地图匹配方法还包括步骤S7 :根据投影点与当前匹配道路的终止节点之间的距离d’，计算车辆到达当前匹配道路的终止节点所需要的时间Te。所述步骤S7中设定当前匹配道路的终止节点的临界区阈值H2以及节点域阈值H3，其中 H2>H3 S7-1、判断d’< d是否成立，如果成立则表示车辆仍将行驶在当前匹配道路上，执行步骤S7-2，否则结束操作；S7-2、将d、H2和H3进行比较当H3〈d ( H2时如果定位数据列表中最近3个GPS定位数据的行驶速度基本相等或者大小顺序无规律，则采用匀速直线运动模型，TE=t3+d' 3/( Σ Vi/3)，其中〖3表示最近一个GPS定位数据的采集时间，d' 3表示最近一个GPS定位数据的投影点与当前匹配道路的终止节点之间的距离d’，Σ ν,/3表示最近3个GPS定位数据的行驶速度的平均值；如果定位数据列表中最近3个GPS定位数据的行驶速度逐渐减小则采用匀减速直
线运动模型，rP = ^ 十，其中
a2如果定位数据列表中最近3个GPS定位数据的行驶速度逐渐增加，则采用匀加速
直线运动模型 2； = + 如,h2^xdi 一,3，其中 =.当d〈H3时，根据距离d’以及定位数据列表中最近一个GPS定位数据的行驶速度V计算车辆到达当前匹配道路的终止节点所需要的时间TE=d/v。本发明根据车辆当前的位置以及车辆的行驶速度情况来计算车辆到达当前匹配道路的终止节点所需要的时间，使得时间的计算更加准确。该基于GPS终端的面向车辆位置跟踪的地图匹配方法还包括步骤S8 :显示投影点、行驶速度、投影点与当前匹配道路的终止节点之间的距离d’以及车辆到达当前匹配道路的终止节点所需要的时间Te。
针对有效的GPS定位点，所述步骤S3由以下步骤组成S31、将当前匹配道路划分为至少一个折线段，根据当前匹配道路中最后一个折线段的长度来设定当前匹配道路的终止节点的临界区阈值H1，从而确定以当前匹配道路的终止节点为圆心，以临界区阈值Hl为半径且面向车辆驶来方向的半圆临界区；S32、判断GPS定位点是否在该半圆临界区内如果GPS定位点在该半圆临界区内则表示该GPS定位点应投影在当前匹配道路中最后一个折线段上，采用垂直投影法计算出该GPS定位点在当前匹配道路上的投影点；否则采用弧投影法计算出该GPS定位点在当前匹配道路上的投影点；其中，该垂直投影法中设定当前匹配道路的最后一个折线段为ViVn且Vi表示该折线段的起始节点，Vn表示当前匹配道路的终止节点，且由以下步骤组成
(Al)根据待投影的GPS定位点A的坐标(x,y)、终点节点Vn的坐标(xn,yn)以及 折线段ViVn，计算出GPS定位点A与终点节点Vn之间的距离，以及GPS定位点A至折线段 ViVn的垂直距离；(A2)利用直角三角形勾股定理计算出GPS定位点A在当前匹配道路上的投影点A，的坐标(x’，y’ )；该弧形投影法中设定当前匹配道路为VOViVn，待投影的GPS定位点A的坐标为(X，y)且其投影点A’的坐标为(X’，y’)，GPS定位点A之前第一个GPS定位点B的投影点B’的坐标为(xl’，yl’)，第二个GPS定位点C的投影点为C’的坐标为(x2’，y2’)，其中0〈i〈n且i、η均为整数，则由以下步骤组成(BI)计算投影点B’与紧邻的转折点Vi之间的距离Si ；(Β2)计算车辆从该投影点B’行驶至下一投影点的距离d=vX At，其中V表示定位数量列表中GPS定位点B对应的车辆行驶速度，△ t表示GPS采集时间间隔；(B3)判断d是否小于Si :如果d〈si则GPS定位点A投影至当前匹配道路的折线段Vi-IVi上；否则进一步判断i〈n是否成立，如果成立则表示GPS定位点A可能投影至当前匹配道路上，计算下一折线段ViVi+Ι的长度si+Ι并使si=si+si+l且i++,重新执行步骤三，如果不成立则表示GPS定位点A不会投影至当前匹配道路上，由此，确定了 GPS定位点A投影的折线段Vi-IVi ；(B4)计算GPS定位点与其所处折线段Vi-IVi的终止节点之间的距离R，以该终止节点为圆心，距离R为半径做弧线，该弧线与当前匹配道路的交点即为该GPS定位点A在当前匹配道路上的投影点A’ ；(B5)根据GPS定位点A所处折线段的起始节点的坐标为(xi_l，y i_l)，终止节点的坐标为(xi，yi)，计算出投影点A’所处折线段的长度L并且根据相似三角形比例关系，
1zVl = ^5.·= ^lT，由此确定GPS定位点A在当前匹配道路上的投影点A’的A—A—I K JHl κ坐标。本发明针对有效的GPS定位点，根据车辆的位置采用不同的方法获得该GPS定位点在当前匹配道路上的投影点，使得投影点的计算更加准确。针对无效的GPS定位点，所述步骤S3由以下步骤组成S3-1、将当前匹配道路划分为至少一个折线段，设定无效的GPS定位点A的坐标为(x，y)且其投影点A’的坐标为(x’，y’)，该GPS定位点A之前第一个GPS定位点B的投影点B’的坐标为(χΓ，yr )，第二个GPS定位点C的投影点C’的坐标为(x2’，y2’ )；S3-2、判断当前匹配道路属于直线道路还是曲线道路如果属于直线道路则采用直线推算法计算出该GPS定位点A在当前匹配道路上的投影点A’ ；如果属于曲线道路则采用折线段搜索法计算出该GPS定位点A在当前匹配道路上的投影点A’ ；其中，该直线推算法由以下步骤组成(Cl)计算车辆从该投影点B’行驶至下一投影点的距离d=vX At，其中V表示定位数量列表中GPS定位点B对应的车辆行驶速度，Δ t表示GPS采集时间间隔；(C2)计算投影点B’与投影点C’之间的距离s ；
X -X d V' - V d
(C3)根据相似三角形比例关系，二^l· = —且二^l· = —，计算出该GPS定位点A
X-X S V -y S
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在当前匹配道路上的投影点A’的坐标(X’，y’ )；该折线段搜索法中设定当前匹配道路为VOViVn，其中0〈i〈n且i、η均为整数，且由以下步骤组成(Dl)计算投影点B’与紧邻的转折点Vi之间的距离Si ；(D2)计算车辆从该投影点B’行驶至下一投影点的距离d=vX At，其中V表示定位数量列表中GPS定位点B对应的车辆行驶速度，Δ t表示GPS采集时间间隔；(D3)判断d是否小于Si :如果d〈si则GPS定位点A投影至当前匹配道路的折线段Vi-IVi上；否则进一步判断i〈n是否成立，如果成立则表示GPS定位点A可能投影至当前匹配道路上，计算折线段ViVi+Ι的长度si+Ι并使si=si+si+l且i++,重新执行步骤三，如果不成立则表示GPS定位点A不会投影至当前匹配道路上，由此确定了 GPS定位点A所处的折线段Vi-IVi ；(D4)计算投影点B’与投影点C’之间的距离s ；(D5)根据相似三角形比例关系,二I、=—且^& =—，计算出该GPS定位点A
X-X s y -y s
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在当前匹配道路上的投影点A’的坐标(X’，y’)。本发明在GPS定位点无效时也可以推算出车辆的位置，并且根据车辆的位置采用不同的方法获得该GPS定位点在当前匹配道路上的投影点，使得投影点的计算更加准确。综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是I、本发明解决了由于GPS信号偏差导致的车辆定位不准确的问题，实现了电子地图的实时精确匹配并且方法简单；2、本发明具有计算车辆到达当前匹配道路的终止节点所需要的时间的功能，并且根据车辆当前的位置以及车辆的行驶速度情况来计算车辆到达当前匹配道路的终止节点所需要的时间，使得时间的计算更加准确；3、本发明具有显示各项数据的功能；4、本发明针对有效的GPS定位点，根据车辆的位置采用不同的方法获得该GPS定位点在当前匹配道路上的投影点，使得投影点的计算更加准确；5、本发明在GPS定位点无效时也可以推算出车辆的位置，并且根据车辆的位置采用不同的方法获得该GPS定位点在当前匹配道路上的投影点，使得投影点的计算更加准确。本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中图I是本发明的流程图；图2是本发明的垂直投影法示意图；图3是本发明的弧投影法示意图；
图4是本发明的直线推算法示意图；图5是本发明的折线段搜索法流程图；图6是本发明的节点临界区和节点域示意图；图7是本发明的距离及时间估算流程图。
具体实施例方式下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。如图I所示，该基于GPS终端的面向车辆位置跟踪的地图匹配方法由以下步骤组成SI、在车载导航领域，客户启动GPS导航系统，接收GPS定位数据并将该GPS定位数据存储至定位数据列表中，从GPS定位数据中可以提取出GPS定位点(即车辆所处位置的经纬度坐标)、车辆行驶速度和定位时间等车辆信息。S2、道路初始匹配第一步、判断该定位数据列表中最近η个GPS定位数据是否连续有效如果连续有效则直接执行第二步，否则返回步骤SI，重新接收GPS定位数据，其中η为大于I的整数。第二步、分别以该定位数据列表中最近η个GPS定位点为中心设定搜索阈，将这些搜索阈内的所有道路作为候选道路，选择其中与该η个GPS定位点的平均距离最小且与该η个GPS定位点的方向最接近的道路作为当前匹配道路，并根据车辆的行驶方向确定当前匹配道路的终止节点。在本发明的实施例中，定位数据列表的长度为3且η的取值为3，搜索阈的取值为25m，如果在该定位数据列表中最近的3个GPS定位数据连续有效，则将分别以定位数据列表中最近3个定位点为圆心，25m为半径的搜索范围内的所有道路作为候选道路，选择其中与这3个GPS定位点的平均距离最小且与这3个GPS定位点的方向最接近的道路作为当前匹配道路，并根据车辆的行驶方向确定当前匹配道路的终止节点；否则返回步骤SI，重新接收GPS定位数据。S3、计算定位数据列表中GPS定位点在当前匹配道路上的投影点，并且在GPS定位点无效时，由其对应的投影点替换该GPS定位点并存储至定位数据列表中。本发明将GPS定位点分为有效的GPS定位点和无效的GPS定位点，当定位数据列表中GPS定位数据中车辆行驶速度过快、GPS定位点的坐标信息为零或者车辆偏离道路过远,均视为该GPS定位数据无效。针对有效的GPS定位点，本发明将当前匹配道路划分为至少一个折线段，根据当前匹配道路中最后一个折线段的长度来设定当前匹配道路的终止节点的临界区阈值H1，从而确定以当前匹配道路的终止节点为圆心，以临界区阈值Hl为半径且面向车辆驶来方向的半圆临界区。该临界区阈值Hl可以小于或者等于当前匹配道路中最后一个折线段的长度，在本发明的实施例中，该临界区阈值Hl取50m。应注意的是将道路划分成折线段的方法在现有技术中已有提及，因此在本发明中不再予以累述。判断GPS定位点是否在该半圆临界区内如果GPS定位点在该半圆临界区内则表示该GPS定位点应投影在当前匹配道路中最后一个折线段上，采用垂直投影法计算出GPS定位点在当前匹配道路上的投影点；否则采用弧投影法计算出GPS定位点在当前匹配道路上的投影点。
垂直投影法如图2所示，设定当前匹配道路的最后一个折线段为ViVn且Vi表示该折线段的起始节点，Vn表示当前匹配道路的终止节点(即该折线段的终止节点)。根据待投影的GPS定位点A的坐标(X, y)、终点节点Vn的坐标(xn, yn)以及折线段ViVn,可以很容易求得GPS定位点A与终点节点Vn之间的距离以及GPS定位点A至折线段ViVn的垂直距离，利用直角三角形勾股定理很容易求得GPS定位点A在当前匹配道路上的投影点A’的坐标。弧形投影法如图3所示，设定当前匹配道路为VOViVn，待投影的GPS定位点A的坐标为(x，y)且其投影点A’的坐标为(X’，y’)，GPS定位点A之前第一个GPS定位点B的投影点B’的坐标为(11’，71’)，第二个6 3定位点(的投影点为(’的坐标为(x2’，y2’)，其中0〈i〈n且i、η均为整数。具体地，该弧形投影法由以下步骤组成步骤一、计算投影点B’与紧邻的转折点Vi之间的距离Si。步骤二、计算车辆从该投影点B’行驶至下一投影点的距离d=vX Δ t，其中V表示定位数量列表中GPS定位点B对应的车辆行驶速度，Δ t表示GPS采集时间间隔。步骤三、判断d是否小于Si :如果d〈si则GPS定位点A投影至当前匹配道路的折线段Vi-IVi上；否则进一步判断i〈n是否成立，如果成立则表示GPS定位点A可能投影至当前匹配道路上，计算下一折线段ViVi+Ι的长度si+Ι并使si=si+si+l且i++,重新执行步骤三，如果不成立则表示GPS定位点A不会投影至当前匹配道路上，当前匹配道路已经搜索完成。由此，确定了 GPS定位点A投影的折线段Vi-IVi。步骤四、计算GPS定位点与其所处折线段Vi-IVi的终止节点之间的距离R，以该终止节点为圆心，距离R为半径做弧线，该弧线与当前匹配道路的交点即为该GPS定位点A在当前匹配道路上的投影点A’且该投影点A’与其所处折线段的终止节点之间的距离也为R0步骤五、根据GPS定位点A所处折线段的起始节点的坐标为(xi-1，y i_l)，终止节点的坐标为0^，71)，计算出投影点八’所处折线段的长度L并且根据相似三角形比例关
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系，= 且^由此确定GPS定位点A在当前匹配道路上的投影点A’ Xi - X^1 K I — V^1 K的坐标。针对无效的GPS定位点，本发明将当前匹配道路划分为至少一个折线段，设定无效的GPS定位点A的坐标为(X，y)且其投影点A’的坐标为(x’，y’)，该GPS定位点A之前第一个GPS定位点B的投影点B’的坐标为(χΓ，yl’)，第二个GPS定位点C的投影点C’的坐标为(x2’，y2’)。判断当前匹配道路属于直线道路还是曲线道路如果属于直线道路则采用直线推算法计算出该GPS定位点A在当前匹配道路上的投影点A’ ；如果属于曲线道路则采用折线段搜索法计算出该GPS定位点A在 当前匹配道路上的投影点A’。直线推算法如图4所示，由以下步骤组成步骤一、计算车辆从该投影点B’行驶至下一投影点的距离d=vX Δ t，其中V表示定位数量列表中GPS定位点B对应的车辆行驶速度，Δ t表示GPS采集时间间隔。步骤二、计算投影点B’与投影点C’之间的距离S。步骤三、根据相似三角形比例关系，= 1且< =-汁算出该GPS定位
X-X S V-V S
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点A在当前匹配道路上的投影点A’的坐标(X’，y’)。折线段搜索法如图5所示，设定当前匹配道路为VOViVn，其中0〈i〈n且i、η均为整数，由以下步骤组成步骤一、计算投影点B’与紧邻的转折点Vi之间的距离Si。步骤二、计算车辆从该投影点B’行驶至下一投影点的距离d=vX At，其中V表示定位数量列表中GPS定位点B对应的车辆行驶速度，Λ t表示GPS采集时间间隔。步骤三、判断d是否小于Si :如果d〈si则GPS定位点A投影至当前匹配道路的折线段Vi-IVi上；否则进一步判断i〈n是否成立，如果成立则表示GPS定位点A可能投影至当前匹配道路上，计算折线段ViVi+Ι的长度si+Ι并使si=si+si+l且i++,重新执行步骤三，如果不成立则表示GPS定位点A不会投影至当前匹配道路上，当前匹配道路已经搜索完成。由此，确定了 GPS定位点A所处的折线段Vi-IVi。步骤四、计算投影点B’与投影点C’之间的距离S。
-X d y' -y d步骤五、根据相似三角形比例关系，二^^ =—且^^l· = —，计算出该GPS定位
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点A在当前匹配道路上的投影点A’的坐标(X’，y’)。S4、计算车辆从该投影点行驶至下一投影点的距离d=vX Δ t，并且计算投影点与当前匹配道路的终止节点之间的距离d’，其中V表示定位数量列表中该投影点对应的车辆行驶速度，Δ t表示GPS采集时间间隔。在d>d’时表示车辆可能行驶超过当前匹配道路的终止节点，进一步判断该定位数据列表中该投影点对应的车辆行驶速度V是否为O :如果V=O则表示车辆处于停止状态，车辆不会行驶超过当前匹配道路的终止节点，当前匹配道路不变；否则表示车辆即将行驶超过当前匹配道路的终止节点，进行道路重新匹配。S5、道路重新匹配将与当前匹配道路邻接且能够到达目的地的道路作为候选道路，选择该候选道路中与定位数据列表中最近m个GPS定位点的平均距离最小且与最近m个GPS定位点的方向最接近的道路更新当前匹配道路，并根据车辆的行驶方向确定更新后匹配道路的终止节点。在本发明的实施例中m的取值为2或3。S6、重复执行步骤S3 S5，由此实现了车辆的实时地图匹配。S7、根据投影点与当前匹配道路的终止节点之间的距离d’，计算车辆到达当前匹配道路的终止节点所需要的时间Te，如图6所示，设定当前匹配道路的终止节点的临界区阈值H2以及节点域阈值H3，其中H2>H3。在本发明的实施例中，H2的取值为50m，H3的取值为 10m。具体地，如图7所示，首先，判断d’ ^ d是否成立，如果成立则表示车辆仍将行驶在当前匹配道路上，执行下一步，否则结束操作。其次，将d、H2和H3进行比较当H3〈d<H2时如果定位数据列表中最近3个GPS定位数据的行驶速度基本相等或者大小顺序无规律，则采用匀速直线运动模型，TE=t3+d' J(Σ ν,/3)，其中t3表示最近一个GPS定位数据的采集时间，d' 3表示最近一个 GPS定位数据的投影点与当前匹配道路的终止节点之间的距离d’，Σ ν,/3表示最近3个GPS定位数据的行驶速度的平均值；如果定位数据列表中最近3个GPS定位数据的行驶速度逐渐减小则采用匀减速直线运动模型，j； =,,，其中&;如果定位数据列表中最近3个
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GPS定位数据的行驶速度逐渐增加，则采用匀加速直线运动模型τ +,其中
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— ν2 —ν )/(^2 )+ 1 3 —rI )/V- I )a =-^- ο当d〈H3时，根据距离d’以及定位数据列表中最近一个GPS定位数据的行驶速度V计算车辆到达当前匹配道路的终止节点所需要的时间TE=d/v。S8、显示投影点、行驶速度、投影点与当前匹配道路的终止节点之间的距离d’以及车辆到达当前匹配道路的终止节点所需要的时间Te。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
权利要求
1.一种基于GPS终端的面向车辆位置跟踪的地图匹配方法，其特征在于包括以下步骤 51、接收GPS定位数据并存储至定位数据列表中，从GPS定位数据中至少可提取出GPS定位点、车辆行驶速度和定位时间； 52、道路初始匹配 S2-1、判断该定位数据列表中最近η个GPS定位数据是否连续有效如果连续有效则直接执行步骤S2-2，否则返回步骤SI，重新接收GPS定位数据，其中η为大于I的整数； S2-2、分别以该定位数据列表中最近η个GPS定位点为中心设定搜索阈，将这些搜索阈内的所有道路作为候选道路，选择其中与该η个GPS定位点的平均距离最小且与该η个定位点的方向最接近的道路作为当前匹配道路，并根据车辆的行驶方向确定当前匹配道路的终止节点； 53、计算该定位数据列表中GPS定位点在当前匹配道路上的投影点，在GPS定位点无效时，由其对应的投影点替换该GPS定位点并存储至定位数据列表中； 54、计算车辆从该投影点行驶至下一投影点的距离d=vXAt，并且计算投影点与当前匹配道路的终止节点之间的距离d’，其中V表示定位数量列表中该投影点对应的车辆行驶速度，Λ t表示GPS采集时间间隔在d’ >d时表示车辆可能行驶超过当前匹配道路的终止节点，进一步判断该定位数据列表中该投影点对应的车辆行驶速度V是否为O :如果V=O则表示车辆处于停止状态，车辆不会行驶超过当前匹配道路的终止节点，当前匹配道路不变，否则表示车辆即将行驶超过当前匹配道路的终止节点，进行道路重新匹配； 55、道路重新匹配 将与当前匹配道路邻接且能够到达目的地的道路作为候选道路，选择该候选道路中与定位数据列表中与最近m个GPS定位点的平均距离最小且与最近m个定位点的方向最接近的道路更新当前匹配道路，并根据车辆行驶的方向确定当前匹配道路的终止节点； 56、重复执行S3 S5，由此实现了车辆的实时地图匹配。
2.根据权利要求I所述的基于GPS终端的面向车辆位置跟踪的地图匹配方法，其特征在于还包括步骤S7 :根据投影点与当前匹配道路的终止节点之间的距离d’，计算车辆到达当前匹配道路的终止节点所需要的时间TE。
3.根据权利要求2所述的基于GPS终端的面向车辆位置跟踪的地图匹配方法，其特征在于所述步骤S7中设定当前匹配道路的终止节点的临界区阈值H2以及节点域阈值H3，其中 H2>H3 S7-1、判断d’< d是否成立，如果成立则表示车辆仍将行驶在当前匹配道路上，执行步骤S7-2，否则结束操作； S7-2、将d、H2和H3进行比较 当H3〈d ( H2时如果定位数据列表中最近3个GPS定位数据的行驶速度基本相等或者大小顺序无规律，则采用匀速直线运动模型，TE=t3+d/ 3/( Σ Vi/3)，其中t3表示最近一个GPS定位数据的采集时间，d' 3表示最近一个GPS定位数据的投影点与当前匹配道路的终止节点之间的距离d’，Σ ν,/3表示最近3个GPS定位数据的行驶速度的平均值； 如果定位数据列表中最近3个GPS定位数据的行驶速度逐渐减小则采用匀减速直线运动模型
4.根据权利要求I或2所述的基于GPS终端的面向车辆位置跟踪的地图匹配方法，其特征在于还包括步骤S8 :显示投影点、行驶速度、投影点与当前匹配道路的终止节点之间的距离d’以及车辆到达当前匹配道路的终止节点所需要的时间TE。
5.根据权利要求I所述的基于GPS终端的面向车辆位置跟踪的地图匹配方法，其特征在于针对有效的GPS定位点，所述步骤S3由以下步骤组成 ·531、将当前匹配道路划分为至少一个折线段，根据当前匹配道路中最后一个折线段的长度来设定当前匹配道路的终止节点的临界区阈值H1，从而确定以当前匹配道路的终止节点为圆心，以临界区阈值Hl为半径且面向车辆驶来方向的半圆临界区； ·532、判断GPS定位点是否在该半圆临界区内如果GPS定位点在该半圆临界区内则表示该GPS定位点应投影在当前匹配道路中最后一个折线段上，采用垂直投影法计算出该GPS定位点在当前匹配道路上的投影点；否则采用弧投影法计算出该GPS定位点在当前匹配道路上的投影点； 其中，该垂直投影法中设定当前匹配道路的最后一个折线段为ViVn且Vi表示该折线段的起始节点，Vn表示当前匹配道路的终止节点，且由以下步骤组成 (Al)根据待投影的GPS定位点A的坐标(x,y)、终点节点Vn的坐标(xn,yn)以及折线段ViVn，计算出GPS定位点A与终点节点Vn之间的距离，以及GPS定位点A至折线段ViVn的垂直距离； (A2)利用直角三角形勾股定理计算出GPS定位点A在当前匹配道路上的投影点A’的坐标(x’，y’ )； 该弧形投影法中设定当前匹配道路为VOViVn，待投影的GPS定位点A的坐标为(x，y)且其投影点A’的坐标为(X’，y’)，GPS定位点A之前第一个GPS定位点B的投影点B’的坐标为(Xl’，yl’)，第二个GPS定位点C的投影点为C’的坐标为(x2’，y2’)，其中0〈1〈11且i、η均为整数，则由以下步骤组成 (BI)计算投影点B’与紧邻的转折点Vi之间的距离Si ； (Β2)计算车辆从该投影点B’行驶至下一投影点的距离d=vX Λ t，其中V表示定位数量列表中GPS定位点B对应的车辆行驶速度，Λ t表示GPS采集时间间隔； (B3)判断d是否小于Si :如果d〈si则GPS定位点A投影至当前匹配道路的折线段Vi-IVi上；否则进一步判断i〈n是否成立，如果成立则表示GPS定位点A可能投影至当前匹配道路上，计算下一折线段ViVi+Ι的长度si+Ι并使si=si+si+l且i++,重新执行步骤三，如果不成立则表示GPS定位点A不会投影至当前匹配道路上，由此，确定了 GPS定位点A投影的折线段Vi-IVi ； (B4)计算GPS定位点与其所处折线段Vi-IVi的终止节点之间的距离R，以该终止节点为圆心，距离R为半径做弧线，该弧线与当前匹配道路的交点即为该GPS定位点A在当前匹配道路上的投影点A’ ； (B5)根据GPS定位点A所处折线段的起始节点的坐标为(xi-1，yi-1)，终止节点的坐标为(xi，yi)，计算出投影点A’所处折线段的长度L并且根据相似三角形比例关系，
6.根据权利要求1所述的基于GPS终端的面向车辆位置跟踪的地图匹配方法，其特征在于针对无效的GPS定位点，所述步骤S3由以下步骤组成 S3-1、将当前匹配道路划分为至少一个折线段，设定无效的GPS定位点A的坐标为(X，y)且其投影点A’的坐标为(X’，y’)，该GPS定位点A之前第一个GPS定位点B的投影点B’的坐标为(xl’，yl' )，第二个GPS定位点C的投影点C’的坐标为(x2’，y2’)； S3-2、判断当前匹配道路属于直线道路还是曲线道路如果属于直线道路则采用直线推算法计算出该GPS定位点A在当前匹配道路上的投影点A’ ；如果属于曲线道路则采用折线段搜索法计算出该GPS定位点A在当前匹配道路上的投影点A’ ； 其中，该直线推算法由以下步骤组成 (Cl)计算车辆从该投影点B’行驶至下一投影点的距离d=vX △t，其中V表示定位数量列表中GPS定位点B对应的车辆行驶速度，Δ t表示GPS采集时间间隔； (C2)计算投影点B’与投影点C’之间的距离s ； (C3)根据相似三角形比例关系，
全文摘要
本发明提出了一种基于GPS终端的面向车辆位置跟踪的地图匹配方法，属于地图匹配领域。本发明解决了由于GPS信号偏差导致的车辆定位不准确的问题，将车辆匹配到当前行驶道路上的正确位置，并计算车辆到当前道路终节点的距离，当GPS信号无效时可推算出车辆位置，并在道路终节点临界区内计算到达该节点的时刻。考虑到运行地图匹配程序的GPS终端资源有限，该方法综合利用了实时性好的基于权重的地图匹配思想和基于曲线拟合的地图匹配思想，并结合了路网拓扑信息，能够根据车辆当前位置选择不同的投影算法。该方法提供了实时准确的车辆位置信息，可用于车辆监控、实时交通信息采集、车辆导航等应用。
文档编号G01C21/30GK102879003SQ20121032780
公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月7日 优先权日2012年9月7日
发明者朱征宇, 崔明, 刘琳, 张东盟 申请人:重庆大学