專利名稱：智能車輛定位導航系統(tǒng)的電子地圖位置匹配方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種能夠?qū)④囕v的位置信息快速、精確地匹配在電子地圖上的方法，并尤其涉及一種采用地圖分區(qū)方式以提高首次位置信息的匹配速度與精度。
背景技術(shù)：
在車輛定位導航系統(tǒng)中，由于GPS(全球定位系統(tǒng))接收機或者蜂窩定位方法均存在一定的定位誤差，而同時用以顯示車輛軌跡或者信息查詢的電子地圖也存在一定的誤差，因此在現(xiàn)有車輛定位導航系統(tǒng)乃至車輛監(jiān)控系統(tǒng)中，車輛的軌跡顯示都很難保證在道路上。如此以來，對于用戶最佳路徑的選取、基于道路的收費、基于位置信息的查詢等都會帶來較大的偏差，而且有時候還可能出現(xiàn)錯誤的結(jié)果。另外，不管是GPS還是蜂窩定位方法都是基于無線電信號的，在高樓林立的城市地帶，其誤差將更大，也常出現(xiàn)信號丟失的情況，車輛無法獲取定位信息。為了滿足獲取車輛的精確定位和導航定位功能的需求，通常采用差分GPS技術(shù)，航位推算(Dead Reckoning，DR)、無線電信標和載波相位技術(shù)的方法來提高定位精度。但差分GPS技術(shù)、無線電信標技術(shù)和載波相位差分技術(shù)同樣受無線電信號傳播的限制，而航位推算需要額外的傳感器。這些方法要么其成本高，要么其技術(shù)實現(xiàn)復雜、且不適應復雜地形的特征。目前已有的主要匹配方法有最短距離法、概率統(tǒng)計法、基于網(wǎng)絡拓撲關系的方法、半推導法、相關性算法、基于卡爾曼濾波殘差的方法以及基于道路相似性函數(shù)的模式識別方法。這些方法都有一定的針對性，但對于車輛位置信息的首次匹配均未給出相應的解決辦法。對于多點的路段匹配，其方法也過于繁瑣，耗時較長，其實時性較差。
本發(fā)明針對首次匹配與多點匹配的實時性問題，提出了一種基于電子地圖分區(qū)的高效地圖匹配方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種智能車輛定位導航系統(tǒng)的電子地圖位置匹配方法，該位置匹配方法主要是在車輛首次位置信息匹配時采用了多級地圖分區(qū)方式，以提高首次匹配的速度和精度。
本發(fā)明一種智能車輛定位導航系統(tǒng)的電子地圖位置匹配方法，包括GPS接收單元、原始電子地圖數(shù)據(jù)、位置匹配控制單元、無線通訊單元和管理中心，其特征在于還包括對原始電子地圖數(shù)據(jù)進行二次分區(qū)處理得到的電子地圖數(shù)據(jù)庫，所述的位置匹配控制單元接收GPS接收單元輸出的車輛位置信息，并將其與電子地圖數(shù)據(jù)庫進行位置匹配，車輛匹配后的位置信息輸出給顯示單元顯示和輸出給無線通訊單元發(fā)送至管理中心，由管理中心實現(xiàn)對各用戶完成車輛定位、調(diào)度、監(jiān)控、報警等功能。
所述的電子地圖位置匹配方法，其位置匹配控制單元中的位置匹配是對接收的車輛位置信息進行判斷是否為首次，并分為首次位置信息匹配和非首次位置信息匹配對車輛位置信息作電子地圖位置匹配，并將匹配結(jié)果輸出。
所述的電子地圖位置匹配方法，其對原始電子地圖數(shù)據(jù)進行二次分區(qū)，分為一級區(qū)域和二級區(qū)域。一級分區(qū)按等份分區(qū)得到；二級區(qū)域，首先對每一個一級分區(qū)按等份分區(qū)得到二級分區(qū)，并且需包含30～50條道路。
本發(fā)明的電子地圖位置匹配方法的優(yōu)點是(1)極大的提高了首次匹配的速度和精度(2)對道路密集的城區(qū)地圖以及城鄉(xiāng)結(jié)合的較大范圍地圖有良好的適應性；


圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
圖2是北京市五環(huán)以內(nèi)電子地圖分區(qū)示意圖。
圖3是首次位置信息所在的二級區(qū)域不在一級區(qū)域邊界上的首次匹配示意圖。
圖4是首次位置信息所在的二級區(qū)域在一級區(qū)域邊界上的首次匹配示意圖。
圖5是首次位置信息所在的一級區(qū)域內(nèi)不包含二級區(qū)域的首次匹配示意圖。
圖6是車輛位置匹配的流程框圖。
圖7是圖6中首次匹配流程框圖。
圖8是圖6中非首次匹配流程框圖具體實施方式
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。
地圖匹配是一種成本低廉且有效的位置定位方法，其含義是將獲取的GPS等定位數(shù)據(jù)與電子地圖中的數(shù)據(jù)進行匹配，消除或減少各種誤差產(chǎn)生的影響，使目標點(車輛位置)精確定位在道路層上的一種方法。
本發(fā)明是一種智能車輛定位導航系統(tǒng)的電子地圖位置匹配方法，智能車輛定位導航系統(tǒng)至少包括GPS接收單元、原始電子地圖數(shù)據(jù)、位置匹配控制單元、無線通訊單元、管理中心(如圖1所示)。電子地圖數(shù)據(jù)庫是對原始電子地圖數(shù)據(jù)進行多級分區(qū)處理得到的。位置匹配控制單元接收GPS接收單元輸出的車輛位置信息，并將其與電子地圖數(shù)據(jù)庫進行位置匹配，車輛匹配后的位置信息輸出給顯示單元顯示和輸出給無線通訊單元發(fā)送至管理中心，由管理中心實現(xiàn)對各用戶完成車輛定位、調(diào)度、監(jiān)控、報警等功能。GPS接收單元輸出車輛的GPS位置信息給位置匹配控制單元，位置匹配控制單元對接收的信息進行匹配控制后輸出給顯示單元供顯示狀態(tài)用和無線通訊單元，無線通訊單元發(fā)送至管理中心。在本發(fā)明中，位置匹配單元對接收的車輛位置信息與電子地圖數(shù)據(jù)庫進行匹配，得到車輛匹配后的位置信息，并且在首次位置匹配時，采用了基于電子地圖二次分區(qū)方式的高效匹配方法。本發(fā)明的此種匹配方法是為了解決在首次匹配過程中要進行大量的數(shù)據(jù)計算帶來的速度緩慢、精確度低的影響。
在本發(fā)明的實現(xiàn)中，首先對原始電子地圖數(shù)據(jù)進行二次分區(qū)處理，生成本發(fā)明所定義格式的電子地圖數(shù)據(jù)庫。原始電子地圖數(shù)據(jù)可以是全世界或者全中國或者某一地區(qū)的電子地圖數(shù)據(jù)，該電子地圖數(shù)據(jù)一般由國家地理規(guī)劃部門提供的數(shù)據(jù)。本發(fā)明的電子地圖數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)由存儲區(qū)域數(shù)據(jù)、路段數(shù)據(jù)、節(jié)點數(shù)據(jù)組成。
(A)區(qū)域數(shù)據(jù)

(B)路段數(shù)據(jù)

(C)節(jié)點數(shù)據(jù)

對原始電子地圖數(shù)據(jù)的二次分區(qū)處理是這樣實現(xiàn)的第一步驟讀入原始電子地圖數(shù)據(jù)基本信息，如經(jīng)度跨度，緯度跨度等。
第二步驟一級分區(qū)按經(jīng)度方向和緯度方向進行等份劃分，經(jīng)度方向劃分為NF份，緯度方向劃分為MF份，則原始電子地圖被劃分為NF×MF個一級區(qū)域。一級區(qū)域自左下到右上依次確定其一級區(qū)域編號RF為1～NF×MF。
第三步驟二級分區(qū)對每一個確定的一級區(qū)域RF分別進行二級分區(qū)，二級分區(qū)也采用經(jīng)度方向和緯度方向等份劃分，對每一個確定的一級區(qū)域RF，經(jīng)度方向劃分為NS份，緯度方向劃分為MS份，則RF被劃分為NS×MS個二級區(qū)域，二級區(qū)域自左下到右上依次確定其二級區(qū)域編號RS為1～NS×MS。對于沒有進行二級分區(qū)的一級區(qū)域，定義其二級區(qū)域編號為1，則RF-RS唯一的確定了一個二級區(qū)域。
對原始電子地圖數(shù)據(jù)作二次分區(qū)處理得到上述結(jié)構(gòu)模式的電子地圖數(shù)據(jù)庫。
在本發(fā)明中，對接收的車輛位置信息判斷是否為首次，車輛位置信息匹配分為首次匹配和非首次匹配，其結(jié)構(gòu)如圖6所示。
在本發(fā)明中對首次車輛位置信息的匹配是這樣實現(xiàn)的當判斷接收的GPS車輛位置信息為首次時，即FP；(1)計算FP所在的一級區(qū)域編號RF；(2)判斷RF是否有二級區(qū)域，如果有進入第(4)步，如果沒有進入第(3)步；(3)選取RF以及RF相鄰的一級區(qū)域為匹配候選區(qū)域，對已確認的侯選區(qū)域進入(8)步；(4)計算FP所在的二級區(qū)域編號RS；(5)判斷RS是否在RF的邊界上，如果不是進入(6)步，如果是進入(7)步；(6)選取RS以及與RS相鄰的8個二級區(qū)域為匹配候選區(qū)域；(7)選取RS以及與RS相鄰的一級區(qū)域或者二級區(qū)域為匹配侯選區(qū)域；(8)從數(shù)據(jù)庫中讀取匹配候選區(qū)域中包含的所有路段作為初次候選路段；(9)計算FP到每條初次候選路段的垂直距離作為首次匹配誤差C(i)；(10)選取匹配誤差C(i)最小的X個路段作為二次候選路段(X視道路密集程度取4～6的自然數(shù))，并以匹配誤差C(i)最小的一個二次候選路段作為匹配路段，垂直投影求出匹配點MP。首次匹配流程見圖7。
對于非首次的車輛位置信息的匹配是這樣實現(xiàn)的當判斷接收的GPS車輛位置信息不為首次時，即NFP，(1)判斷NFP是否有效。如果無效，則將此點剔除，進入第(4)步，如果有效，進入第(2)步；(2)判斷是否進入轉(zhuǎn)彎判斷域。如果是，進入第(3)步，如果不是，進入第(5)步；(3)轉(zhuǎn)彎點的匹配。從與當前匹配路段相連的路段中重新篩選二次候選路段，并將車輛匹配在轉(zhuǎn)彎點上，進入第(6)步；(4)根據(jù)歷史軌跡生成匹配點，進入第(6)步；(5)直線上的匹配。計算每個二次候選路段的累積匹配誤差S(i)，并取累積匹配誤差S(i)最小的路段作為匹配路段，投影求出匹配點MP；(6)輸出匹配結(jié)果。非首次匹配流程見圖8。
下面以北京五環(huán)以內(nèi)電子地圖為數(shù)據(jù)源，對車輛首次位置匹配的匹配過程進行說明。
北京五環(huán)以內(nèi)的經(jīng)度跨度為116.150°～116.580°，緯度跨度為39.800°～40.050°，經(jīng)、緯度分別按4等份劃分，即有4×4＝16個一級區(qū)域，從左下角至右上角依次編號為1～16。然后，對每一個一級區(qū)域進行二級區(qū)域劃分。二級區(qū)域的劃分標準為每一個二級區(qū)域所包含的路段數(shù)量為30～50條。劃分后的示意圖如圖2所示。
情況一當首次位置信息所在的二級區(qū)域不在一級區(qū)域邊界上的首次匹配。選取首次位置信息點FP(116.300°，39.960°)，(1)計算FP(116.300°，39.960°)所在的一級區(qū)域編號RF＝10；(2)經(jīng)判斷RF＝10有二級區(qū)域；(4)計算FP(116.300°，39.960°)所在的二級區(qū)域編號RF-RS＝10-5；(5)經(jīng)判斷二級區(qū)域RF-RS＝10-5不在一級區(qū)域RF＝10的邊界上；(6)選取二級區(qū)域RF-RS＝10-5以及與RF-RS＝10-5相鄰的8個二級區(qū)域RF-RS＝10-1、RF-RS＝10-2、RF-RS＝10-3、RF-RS＝10-4、RF-RS＝10-6、RF-RS＝10-7、RF-RS＝10-8、RF-RS＝10-9為匹配候選區(qū)域；(8)從數(shù)據(jù)庫中讀取匹配候選區(qū)域中包含的所有路段作為初次候選路段；(9)計算FP到每條初次候選路段的垂直距離作為首次匹配誤差C(i)(i表示路段編號)；(10)選取匹配誤差C(i)最小的路段投影求出匹配點MP(116.300°，39.961°)。如圖3所示。
情況二當首次位置信息所在的二級區(qū)域在一級區(qū)域邊界上的首次匹配。選取FP(116.380°，39.870°)，(1)計算FP(116.380°，39.870°)所在的一級區(qū)域編號RF＝7；(2)經(jīng)判斷RF＝7有二級區(qū)域；(4)計算FP(116.380°，39.870°)所在的二級區(qū)域編號RS＝1；(5)經(jīng)判斷二級區(qū)域RF-RS＝7-1在一級區(qū)域RF＝10的邊界上；(6)選取二級區(qū)域RF-RS＝7-1以及與二級區(qū)域RF-RS＝7-1相鄰的二級區(qū)域RF-RS＝7-2、RF-RS＝7-4、RF-RS＝7-5和一級區(qū)域RF＝2、RF＝3、RF＝6為匹配候選區(qū)域；(8)從數(shù)據(jù)庫中讀取匹配候選區(qū)域中包含的所有路段作為匹配候選路段；(9)計算FP到每條初次候選路段的垂直距離作為首次匹配誤差C(i)；(10)選取匹配誤差C(i)最小的路段投影求出匹配點MP(116.382°，39.869°)。如圖4所示。
情況三當首次位置信息所在的一級區(qū)域內(nèi)不包含二級區(qū)域的首次匹配。選取FP(116.180°，39.830°)，(1)計算FP(116.180°，39.830°)所在的一級區(qū)域編號RF＝1；(2)經(jīng)判斷RF＝1沒有二級區(qū)域；(6)選取一級區(qū)域RF＝1以及與一級區(qū)域RF＝1相鄰的一級區(qū)域RF＝2、RF＝5、RF＝6為匹配候選區(qū)域；(8)從數(shù)據(jù)庫中讀取匹配候選區(qū)域中包含的所有路段作為匹配候選路段；(9)計算FP到每條初次候選路段的垂直距離作為首次匹配誤差C(i)；(10)選取匹配誤差C(i)最小的路段投影求出匹配點MP(116.180°，39.831°)。如圖5所示。
權(quán)利要求
1.一種智能車輛定位導航系統(tǒng)的電子地圖位置匹配方法，包括GPS接收單元、原始電子地圖數(shù)據(jù)、位置匹配控制單元、無線通訊單元和管理中心，其特征在于還包括對原始電子地圖數(shù)據(jù)進行二次分區(qū)處理得到的電子地圖數(shù)據(jù)庫，所述的位置匹配控制單元接收GPS接收單元輸出的車輛位置信息，并將其與電子地圖數(shù)據(jù)庫進行位置匹配，車輛匹配后的位置信息輸出給顯示單元顯示和輸出給無線通訊單元發(fā)送至管理中心，由管理中心實現(xiàn)對各用戶完成車輛定位、調(diào)度、監(jiān)控、報警等功能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子地圖位置匹配方法，其特征在于所述的位置匹配控制單元中的位置匹配是對接收的車輛位置信息進行判斷是否為首次，并分為首次位置信息匹配和非首次位置信息匹配對車輛位置信息作電子地圖位置匹配，并將匹配結(jié)果輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電子地圖位置匹配方法，其特征在于位置匹配是對首次車輛位置信息進行電子地圖二次分區(qū)匹配。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子地圖位置匹配方法，其特征在于所述的電子地圖數(shù)據(jù)庫存儲結(jié)構(gòu)為(A)區(qū)域數(shù)據(jù)
(B)路段數(shù)據(jù)
(C)節(jié)點數(shù)據(jù)
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電子地圖位置匹配方法，其特征在于對原始電子地圖數(shù)據(jù)進行二次分區(qū)，分為一級區(qū)域和二級區(qū)域。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電子地圖位置匹配方法，其特征在于對原始電子地圖數(shù)據(jù)進行按等份分區(qū)得到一級分區(qū)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電子地圖位置匹配方法，其特征在于對每一個一級分區(qū)按等份分區(qū)得到二級分區(qū)，每一個二級區(qū)域內(nèi)包括30～50條道路。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種智能車輛定位導航系統(tǒng)的電子地圖位置匹配方法，位置匹配控制單元接收GPS接收單元輸出的車輛位置信息，并將其與電子地圖數(shù)據(jù)庫進行位置匹配，車輛匹配后的位置信息輸出給顯示單元顯示和輸出給無線通訊單元發(fā)送至管理中心，由管理中心實現(xiàn)對各用戶完成車輛定位、調(diào)度、監(jiān)控、報警等功能。位置匹配單元對接收的車輛位置信息與電子地圖數(shù)據(jù)庫進行匹配，得到車輛匹配后的位置信息，并且在首次位置匹配時，采用了基于電子地圖二次分區(qū)方式的高效匹配方法。本發(fā)明的此種匹配方法是為了解決在首次匹配過程中要進行大量的數(shù)據(jù)計算帶來的速度緩慢、精確度低的問題。
文檔編號G08G1/00GK1604147SQ20041008873
公開日2005年4月6日 申請日期2004年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月2日
發(fā)明者楊東凱, 夏暉, 張其善 申請人:北京航空航天大學