地图匹配方法和系统与流程

本发明涉及导航领域，尤其涉及一种地图匹配方法和系统。

背景技术：

受车载导航仪自身精度和周边环境的影响，其通过GNSS(Global Navigation Satellite System，全球卫星导航系统)直接得到的定位结果往往不在车辆实际所行驶的道路上，需要依靠地图匹配技术实时或者通过后处理的方法将获取的轨迹点归算到实际道路上，以进行实时导航和历史轨迹回放。

现有的地图匹配技术多采用增量概率计算或全局概率计算的方法来进行历史轨迹处理。其中，增量概率地图匹配技术多采用计算最新获取的GNSS轨迹点的所有候选点和上一个匹配结果之间关系来选择获得最大概率的候选点来选择作为匹配结果，然后再以这个匹配结果与下一个轨迹点所有候选点之间的关系来进行下一个点的选择，以此往复。全局计算则采用组合路径上所有轨迹点的所有候选点，来计算每一种组合的发生概率，进而选择概率最大的候选点组合作为整条路线的地图匹配结果。但现有技术中地图匹配结果准确性并不高，容易发生导航错误的情况。

技术实现要素：

本发明要解决的一个技术问题是提供一种地图匹配方法和系统，能够提升地图匹配正确率。

根据本发明一方面，提出一种地图匹配方法，包括：根据行驶车辆的轨迹点确定候选点，其中候选点为轨迹点在预定范围内道路上的投影点；确定候选点所在位置的道路方向；根据候选点所在位置的道路方向计算候选点的方向概率；根据候选点的方向概率、候选点的测量概率和候选点的转移概率计算候选点的综合匹配概率；比较各候选点的综合匹配概率确定车辆在实际道路上的轨迹位置点。

进一步地，根据行驶车辆的轨迹点确定候选点还包括：获取车辆的行驶速度和候选点所在道路的最大限速；判断车辆的行驶速度是否小于候选点所在道路的最大限速的阈值倍数；若车辆的行驶速度小于候选点所在道路的最大限速的阈值倍数，则保留候选点，否则，剔除候选点。

进一步地，确定候选点所在位置的道路方向包括：获取候选点所在道路上离候选点预定距离的位置点的坐标；根据候选点的坐标与预定距离的位置点的坐标确定候选点所在位置的道路方向。

进一步地，根据候选点所在位置的道路方向计算候选点的方向概率包括：根据候选点所在位置的道路方向和轨迹点的方向，确定道路方向和轨迹点的方向的夹角θ；根据公式cosⁱθ确定候选点的方向概率，其中，i为奇数。

进一步地，根据候选点的方向概率、候选点的测量概率和候选点的转移概率计算候选点的综合匹配概率包括：将候选点的方向概率、候选点的测量概率和候选点的转移概率相乘确定候选点的综合匹配概率；和/或将候选点的方向概率、候选点的测量概率和候选点的转移概率进行加权运算确定候选点的综合匹配概率。

根据本发明的另一方面，还提出一种地图匹配系统，包括：候选点确定单元，用于根据行驶车辆的轨迹点确定候选点，其中候选点为轨迹点在预定范围内道路上的投影点；道路方向确定单元，用于确定候选点所在位置的道路方向；方向概率确定单元，用于根据候选点所在位置的道路方向计算候选点的方向概率；综合概率确定单元，用于根据候选点的方向概率、候选点的测量概率和候选点的转移概率计算候选点的综合匹配概率；实际位置确定单元，用于比较各候选点的综合匹配概率确定车辆在实际道路上的轨迹位置点。

进一步地，该系统还包括速度获取单元；速度获取单元用于获取车辆的行驶速度和候选点所在道路的最大限速；候选点确定单元用于判断车辆的行驶速度是否小于候选点所在道路的最大限速的阈值倍数；若车辆的行驶速度小于候选点所在道路的最大限速的阈值倍数，则保留候选点，否则，剔除候选点。

进一步地，该系统还包括坐标获取单元；坐标获取单元用于获取候选点所在道路上离候选点预定距离的位置点的坐标；道路方向确定单元用于根据候选点的坐标与预定距离的位置点的坐标确定候选点所在位置的道路方向。

进一步地，方向概率确定单元用于根据候选点所在位置的道路方向和轨迹点的方向，确定道路方向和轨迹点的方向的夹角θ；根据公式cosⁱθ确定候选点的方向概率，其中，i为奇数。

进一步地，综合概率确定单元用于将候选点的方向概率、候选点的测量概率和候选点的转移概率相乘确定候选点的综合匹配概率；和/或综合概率确定单元用于将候选点的方向概率、候选点的测量概率和候选点的转移概率进行加权运算确定候选点的综合匹配概率。

根据本发明的另一方面，还提出一种地图匹配系统，包括：存储器；以及耦接至存储器的处理器，处理器被配置为基于存储在存储器的指令执行如上述的方法。

根据本发明的另一方面，还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，该指令被处理器执行时实现上述的方法的步骤。

与现有技术相比，本发明通过车辆行驶方向进行地图匹配的方法，能够不改变现有路网数据属性，无需提前进行路网数据准备的情况下获得候选点所在道路位置的方向，进而计算方向概率，提升地图匹配正确率，本发明可以用于车辆实时导航和车辆历史轨迹回放。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本发明的实施例，并且连同说明书一起用于解释本发明的原理。

参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本发明，其中：

图1为本发明地图匹配方法的一个实施例的流程示意图。

图2为本发明根据行驶车辆的轨迹点确定候选点的示意图。

图3为本发明地图匹配方法的另一个实施例的流程示意图。

图4为本发明地图匹配方法的再一个实施例的流程示意图。

图5为本发明候选点所在位置的道路方向示意图。

图6为本发明直线距离与路径之间的关系示意图。

图7为本发明地图匹配系统的一个实施例的结构示意图。

图8为本发明地图匹配系统的另一个实施例的结构示意图。

图9为本发明地图匹配系统的再一个实施例的结构示意图。

图10为本发明地图匹配系统的又一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

图1为本发明地图匹配方法的一个实施例的流程示意图。该方法包括以下步骤：

在步骤110，根据行驶车辆的轨迹点确定候选点。其中，车辆的轨迹点可以通过车载GNSS设备获取，候选点为轨迹点在预定范围内道路上的投影点，每一个轨迹点对应多个候选点。如图2所示，Pt为轨迹点，以半径R为搜索范围，在道路210中的候选点为Ct1，在道路220中的候选点为Ct2。

在步骤120，确定候选点所在位置的道路方向。候选点所在位置的道路方向应为通过当前候选点的切线的方向，为计算此方向，该实施例中选取与候选点极为接近的位于同一个道路上的点进行连线，并计算此连线的方向，以此来近似计算候选点所在位置的道路方向。

其中，可以先获取候选点所在道路上离候选点预定距离的位置点的坐标，例如，选择距离当前点千分之一相同的道路长度的点作为距离当前候选点极为接近的点进行道路方向的计算，候选点所在的道路长度可通过保存的路网属性信息获得；根据候选点的坐标与预定距离的位置点的坐标确定候选点所在位置的道路方向。

在步骤130，根据候选点所在位置的道路方向计算候选点的方向概率。其中，轨迹点的方向信息与道路方向信息进行比较，记录的方向值与道路方向越接近，即绝对差值越小，则代表车辆越有可能位于此候选点所在的道路上。因此，可以根据候选点所在位置的道路方向和轨迹点的方向，确定道路方向和轨迹点的方向的夹角θ，其中，轨迹点的方向可以通过GNSS设备获取。根据数据函数公式确定候选点的方向概率，其中数据函数公式应满足随着角度θ的增大，概率越小。例如，数据函数公式为cosⁱθ，其中，i为奇数。

在步骤140，根据候选点的方向概率、候选点的测量概率和候选点的转移概率计算候选点的综合匹配概率。其中，测量概率度量的是轨迹点距离候选点的距离，即认为候选点距离轨迹点距离越小，越有可能为匹配结果。转移概率度量的是从上一个点到当前候选点的通行可能性，即认为车辆在通行时，总是倾向于使用两点之间最短的符合交通行驶规则路径，其概率值通过比较最短直线距离与最短路径之间的关系进行衡量，两者之间越接近，其对应的转移概率越高。

其中，可以将候选点的方向概率、候选点的测量概率和候选点的转移概率进行相乘或者加权运算确定候选点的综合匹配概率。

在步骤150，比较各候选点的综合匹配概率确定车辆在实际道路上的轨迹位置点。例如，比较所有候选点的综合匹配概率，选择综合匹配概率最大的候选点作为匹配结果。

在该实施例中，通过车辆行驶方向进行地图匹配的方法，能够不改变现有路网数据属性，无需提前进行路网数据准备的情况下获得候选点所在道路位置的方向，进而计算方向概率，提升地图匹配正确率，可以用于车辆实时导航和车辆历史轨迹回放。

图3为本发明地图匹配方法的另一个实施例的流程示意图。该方法包括以下步骤：

在步骤310，确定行驶车辆的一个轨迹点。其中，轨迹点为车辆通过GNSS设备直接记录的经纬度坐标信息。

在步骤320，在设定的搜索半径内搜索候选点。其中，可以获得多个候选点。

在步骤330，获取车辆的行驶速度和候选点所在道路的最大限速。车辆在每个轨迹点的行驶速度可以通过GNSS设备进行记录和获取，道路的最大限速可以通过查询在已保存路网的属性信息中获得。

其中，步骤320和步骤330的执行顺序不受限制。

在步骤340，判断车辆的行驶速度是否小于候选点所在道路的最大限速的阈值倍数，若小于，则执行步骤350，否则，执行步骤360。其中，在进行候选点的查找时，通过比较GNSS设备记录的行驶速度和候选点所在道路的最高限速，将超过道路最高限速10％以上的候选点认为是不合理的候选点，进行排除，从而减少候选点的数量，简化后续计算。

在步骤350，保留该候选点。

在步骤360，剔除该候选点。

在步骤370，分别计算候选点的方向概率、候选点的测量概率和候选点的转移概率。

在步骤380，根据候选点的方向概率、候选点的测量概率和候选点的转移概率计算候选点的综合匹配概率。

在步骤390，对各候选点的综合匹配概率进行排序，将综合匹配概率最大的候选点作为车辆在实际道路上的轨迹位置点。

在该实施例中，除考虑以搜索半径和最大数量进行候选点的筛选外，也将车辆的行驶速度进行考量，即车辆在当前轨迹点记录的行驶速度不应大于道路的最大限速，从而减少候选点的数量，简化后续计算；另外，在行驶方向上，因车辆沿道路行驶，其行驶方向应与道路的方向一致或相似，因此，还考虑将车辆行驶方向进行地图匹配；该实施例能够提升地图匹配正确率。

上述对于车辆行驶速度和行驶方向的度量，可以被用于完善现有的全量概率地图匹配技术及增量概率地图匹配技术。下面以增量概率地图匹配技术为例进行说明。

图4为本发明地图匹配方法的再一个实施例的流程示意图。该方法包括以下步骤：

在步骤410，通过GNSS设备获取车辆的轨迹点。

在步骤411，以半径R为搜索范围确定轨迹点的候选点。

在步骤420，通过GNSS设备获取该轨迹点的速度信息通过查询在已保存路网的属性信息确定道路的最大限速。

在步骤421，判断判断车辆的行驶速度是否小于候选点所在道路的最大限速的1.1倍，若小于，则执行步骤431，否则，执行步骤432。其中，可以根据具体情况设定不同的倍数。

在步骤431，保留该候选点。

在步骤432，剔除该候选点。

在步骤440，获取候选点所在道路上离候选点预定距离的位置点的坐标。

在步骤441，根据候选点的坐标与预定距离的位置点的坐标确定候选点所在位置的道路方向。

例如，如图5所示，点为轨迹点P_t在道路R_i上的候选点，点是沿车辆行进方向距离点千分之一道路长度的点。通过点和的平面坐标值，在候选点处的道路方向的计算公式为：

其中，θ_road为道路的方向，为候选点的坐标，为沿道路行进方向距离候选千分之一道路长度的点坐标。

在步骤442，根据候选点所在位置的道路方向和轨迹点的方向，确定道路方向和轨迹点的方向的夹角θ。

其中，候选点道路方向与GNSS设备记录方向之间的绝对差值为θ＝|θ_road-θ_gnss|。

其中，θ_gnss为车载GNSS设备记录的轨迹点的方向，θ为道路方向与GNSS设备记录方向的夹角。

在步骤443，根据公式cosⁱθ确定候选点的方向概率，其中，i为奇数。在一个实施例中，发明人经过大量实验测得，在P_θ＝cos⁵θ时，候选点的方向概率P_θ最准确。

在步骤450，根据轨迹点与候选点之间的距离计算候选点测量概率。其中，候选点距离轨迹点距离越小，越有可能为匹配结果。轨迹点与候选点的距离与概率之间符合高斯分布，采用如下公式计算：

其中，为候选点测量概率，δ_p为GNSS设备的测量标准偏差，可以通过对GNSS设备的历史轨迹偏差情况进行评估，为轨迹点与候选点之间的距离。在一个实施例中，可以使用轨迹点的与道路的实际距离的绝对中位差进行计算

在步骤451，根据当前轨迹点与上一轨迹点的直线距离和当前候选点与上一匹配结果之间的路径距离计算候选点转移概率。其中，车辆在通行时，总是倾向于使用两点之间最短的符合交通行驶规则路径，其概率值通过比较最短直线距离与最短路径之间的关系进行衡量，两者之间越接近，其对应的转移概率越高。例如，如图6所示，候选点转移概率为：

其中，|P_t-P_t-1|_greatcircle为两个轨迹点之间的直线距离，为两个候选点的最短路径距离。

在步骤460，根据候选点的方向概率、候选点的测量概率和候选点的转移概率计算候选点的综合匹配概率。例如，可以将候选点的方向概率、候选点的测量概率和候选点的转移概率进行相乘或者加权运算确定候选点的综合匹配概率。

在步骤470，对各候选点的综合匹配概率进行排序，将综合匹配概率最大的候选点作为车辆在实际道路上的轨迹位置点。

例如，以下述公式确定候选点的匹配结果：

根据实验结果表明，采用该实施例所提出的考虑车辆行驶情况的地图匹配技术，可以有效减少无效候选点的数量，并可以在不改变现有路网数据属性，无需提前进行路网数据准备的情况下获得候选点所在道路位置的方向，进而计算方向概率，提升地图匹配正确率，可以用于车辆实时导航和车辆历史轨迹回放。

图7为本发明地图匹配系统的一个实施例的结构示意图。该系统包括候选点确定单元710、道路方向确定单元720、方向概率确定单元730、综合概率确定单元740和实际位置确定单元750，其中：

候选点确定单元710用于根据行驶车辆的轨迹点确定候选点。其中，车辆的轨迹点可以通过车载GNSS设备获取，候选点为轨迹点在预定范围内道路上的投影点，每一个轨迹点对应多个候选点。道路方向确定单元720用于确定候选点所在位置的道路方向。候选点所在位置的道路方向应为通过当前候选点的切线的方向，为计算此方向，该实施例中选取与候选点极为接近的位于同一个道路上的点进行连线，并计算此连线的方向，以此来近似计算候选点所在位置的道路方向。方向概率确定单元730用于根据候选点所在位置的道路方向计算候选点的方向概率。可以根据候选点所在位置的道路方向和轨迹点的方向，确定道路方向和轨迹点的方向的夹角，根据数据函数公式cosⁱθ确定候选点的方向概率。综合概率确定单元740用于根据候选点的方向概率、候选点的测量概率和候选点的转移概率计算候选点的综合匹配概率。实际位置确定单元750用于比较各候选点的综合匹配概率确定车辆在实际道路上的轨迹位置点。例如，比较所有候选点的综合匹配概率，选择综合匹配概率最大的候选点作为匹配结果。

在该实施例中，通过车辆行驶方向进行地图匹配的方法，能够不改变现有路网数据属性，无需提前进行路网数据准备的情况下获得候选点所在道路位置的方向，进而计算方向概率，提升地图匹配正确率，可以用于车辆实时导航和车辆历史轨迹回放。

图8为本发明地图匹配系统的另一个实施例的结构示意图。该系统包括候选点确定单元810、速度获取单元820、坐标获取单元830、道路方向确定单元840、方向概率确定单元850、综合概率确定单元860和实际位置确定单元870，其中：

候选点确定单元810用于根据行驶车辆的轨迹点确定候选点。其中，可以先确定行驶车辆的一个轨迹点，在设定的搜索半径内搜索候选点。速度获取单元820用于获取车辆的行驶速度和候选点所在道路的最大限速。车辆在每个轨迹点的行驶速度可以通过GNSS设备进行记录和获取，道路的最大限速可以通过查询在已保存路网的属性信息中获得。候选点确定单元810判断车辆的行驶速度是否小于候选点所在道路的最大限速的阈值倍数，若小于，则保留该候选点，否则，剔除该候选点。坐标获取单元830用于获取候选点所在道路上离候选点预定距离的位置点的坐标。道路方向确定单元840用于根据候选点的坐标与预定距离的位置点的坐标确定候选点所在位置的道路方向。方向概率确定单元850用于根据候选点所在位置的道路方向和轨迹点的方向，确定道路方向和轨迹点的方向的夹角θ；根据公式cosⁱθ确定候选点的方向概率，其中，i为奇数。综合概率确定单元860用于根据候选点的方向概率、候选点的测量概率和候选点的转移概率计算候选点的综合匹配概率。例如，可以将候选点的方向概率、候选点的测量概率和候选点的转移概率进行相乘或者加权运算确定候选点的综合匹配概率。实际位置确定单元870用于对各候选点的综合匹配概率进行排序，将综合匹配概率最大的候选点作为车辆在实际道路上的轨迹位置点。

该实施例所提出的考虑车辆行驶情况的地图匹配技术，可以有效减少无效候选点的数量，并可以在不改变现有路网数据属性，无需提前进行路网数据准备的情况下获得候选点所在道路位置的方向，进而计算方向概率，提升地图匹配正确率，可以用于车辆实时导航和车辆历史轨迹回放。

图9为本发明地图匹配系统的再一个实施例的结构示意图。该系统包括存储器910和处理器920，其中：

存储器910可以是磁盘、闪存或其它任何非易失性存储介质。存储器用于存储图1、3、4所对应实施例中的指令。

处理器920耦接至存储器910，可以作为一个或多个集成电路来实施，例如微处理器或微控制器。该处理器920用于执行存储器中存储的指令，在传统的地图匹配概率方法中，增加了车辆行驶速度和行驶方向的考量，能够提升地图匹配正确率。

在一个实施例中，还可以如图10所示，该地图匹配系统1000包括存储器1010和处理器1020。处理器1020通过BUS总线1030耦合至存储器1010。该地图匹配系统1000还可以通过存储接口1040连接至外部存储装置1050以便调用外部数据，还可以通过网络接口1060连接至网络或者另外一台计算机系统(未标出)，此处不再进行详细介绍。

在该实施例中，通过存储器存储数据指令，再通过处理器处理上述指令，在传统的地图匹配概率方法中，增加了车辆行驶速度和行驶方向的考量，能够提升地图匹配正确率。

在另一个实施例中，一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，该指令被处理器执行时实现图1、3、4所对应实施例中的方法的步骤。本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用非瞬时性存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

至此，已经详细描述了本发明。为了避免遮蔽本发明的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。

可能以许多方式来实现本发明的方法以及装置。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本发明的方法以及装置。用于所述方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本发明的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本发明实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本发明的方法的机器可读指令。因而，本发明还覆盖存储用于执行根据本发明的方法的程序的记录介质。

虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。