GPS导航系统中的地图匹配算法
基于GPS车辆轨迹数据的地图匹配算法及应用研究
基于GPS车辆轨迹数据的地图匹配算法及应用研究基于GPS车辆轨迹数据的地图匹配算法及应用研究摘要：随着GPS技术的发展，车辆轨迹数据的获取变得越来越容易。
而地图匹配算法则是通过将车辆轨迹数据与地图进行匹配，得到更准确的车辆位置信息。
本文对目前常用的地图匹配算法进行了系统的总结和比较，并提出了一种基于粗分类和细分类的混合匹配算法。
同时，针对城市道路中的复杂情况，提出了一种考虑车道划分的匹配算法。
最后，在实验中，将所提出的算法和其他算法进行对比，结果表明，所提出的算法能够在不同的道路环境下得到更高的匹配精度，并且在实际应用中具有较大的实用价值。
关键词：GPS车辆轨迹数据；地图匹配算法；粗分类；细分类；车道划分1.介绍GPS技术的普及和智能化交通系统的发展，为车辆轨迹数据的获取提供了越来越多的机会。
地图匹配算法，能够以GPS数据为基础，将车辆在道路上的位置精确地投影到地图上，并进一步提供交通运输领域的应用。
通过地图匹配，提高了GPS定位数据在车辆行驶分析中的可靠性和精确度。
2.研究现状目前，国内外学者在地图匹配算法上进行了广泛的研究和探索。
根据匹配所采用的算法和方法，可以将地图匹配算法分为4类：特征匹配方法、卡尔曼滤波方法、统计学方法和神经网络方法。
各类方法各有优缺点，研究者们在算法设计时需要进行合理的选择。
3.算法设计在目前地图匹配算法中，我们提出了一种基于粗分类和细分类的混合匹配算法。
该算法首先进行道路分类，然后根据具体道路环境进行匹配，从而得到更准确的车辆位置信息。
同时，为了解决城市道路中的复杂情况，我们还提出了一种考虑车道划分的匹配算法。
该算法能够通过GPS数据得到车辆的具体位置和所在车道的信息，解决了普通算法在城市道路中无法有效处理的问题。
4.实验本文所提出的地图匹配算法，在实验中得到了广泛的应用。
我们将所提出的算法和其他算法进行对比，并进行了实际道路测试。
结果表明，基于粗分类和细分类的混合匹配算法和考虑车道划分的匹配算法，能够在不同的道路环境下得到更高的匹配精度，并且在实际应用中具有较大的实用价值。
导航算法
GPS地图如何导航？编辑为你揭秘导航算法行业：电工电气信息来源：天极网数码影音频道发布时间：2011-02-18打印转发关闭车辆导航系统实时接收GPS位置速度信息，以交通地图为背景显示车辆行驶轨迹。
保证所显示的轨迹反映车辆的实际行驶过程，包括行驶路段，转弯过程及当前位置，就是地图匹配问题所要解决的目标。
本节首先对地图匹配问题涉及到的基础概念、误差模型给出简要说明，同时介绍当前流行的一些地图匹配算法的思路与特点。
4.1地图匹配问题介绍利用车载GPS接收机实时获得车辆轨迹，进而确定其在交通矢量地图道路上的位置，是当前车载导航系统的基础。
独立GPS车载导航系统中克服GPS误差以及地图误差显示车辆在道路网上的位置主要是通过地图匹配算法，也就是根据GPS信号中的数据和地图道路网信息，利用几何方法、概率统计方法、模式识别或者人工神经网路等技术将车辆位置匹配到地图道路上的相应位置［8-12］。
由于行驶中的车辆绝大部分都是在道路上的，所以通常的地图算法都有一个车辆在道路上的默认前提。
地图匹配的准确性决定了GPS车辆导航系统的准确性、实时性与可靠性。
具体来说取决于两方面：确定当前车辆正在行驶的路段的准确性与确定车辆在行驶路段上的位置的准确性。
前者是现有算法的研究重点，而后者涉及到沿道路方向的误差校正，在现有算法中还没有得以有效解决。
地图匹配的目标是将轨迹匹配到道路上，当道路是准确的时，也就成了确定GPS的准确位置，然后利用垂直映射方法完成匹配。
要实时获得车辆所在的道路及位置通过地图匹配来实现是一种比较普遍而且成本较低的方法。
车辆导航与定位系统中的地图匹配问题概括来讲就是将车载GPS接收机获得的带有误差的GPS轨迹位置匹配到带有误差的交通矢量地图道路上的相应位置。
下面我们通过具体的数学模型来给地图匹配问题以详细的数学描述。
地图匹配的基本过程如图4.1所示。
符号定义及其物理意义说明如下：1）g（k）是车辆GPS轨迹点，内容为k时刻车辆上的GPS定位数据（经纬度），对应于矢量地图上相应的经纬度位置点。
地图匹配算法综述
地图匹配算法综述一、地图匹配：现有算法车辆导航系统实时接收GPS位置速度信息，以交通地图为背景显示车辆行驶轨迹。
保证所显示的轨迹反映车辆的实际行驶过程，包括行驶路段，转弯过程及当前位置，就是地图匹配问题所要解决的目标。
本节首先对地图匹配问题涉及到的基础概念、误差模型给出简要说明，同时介绍当前流行的一些地图匹配算法的思路与特点。
1.1 地图匹配问题介绍利用车载GPS接收机实时获得车辆轨迹，进而确定其在交通矢量地图道路上的位置，是当前车载导航系统的基础。
独立GPS车载导航系统中克服GPS误差以及地图误差显示车辆在道路网上的位置主要是通过地图匹配算法，也就是根据GPS信号中的数据和地图道路网信息，利用几何方法、概率统计方法、模式识别或者人工神经网路等技术将车辆位置匹配到地图道路上的相应位置[8-12]。
由于行驶中的车辆绝大部分都是在道路上的，所以通常的地图算法都有一个车辆在道路上的默认前提。
地图匹配的准确性决定了GPS车辆导航系统的准确性、实时性与可靠性。
具体来说取决于两方面：确定当前车辆正在行驶的路段的准确性与确定车辆在行驶路段上的位置的准确性。
前者是现有算法的研究重点，而后者涉及到沿道路方向的误差校正，在现有算法中还没有得以有效解决。
地图匹配的目标是将轨迹匹配到道路上，当道路是准确的时，也就成了确定GPS的准确位置，然后利用垂直映射方法完成匹配。
要实时获得车辆所在的道路及位置通过地图匹配来实现是一种比较普遍而且成本较低的方法。
车辆导航与定位系统中的地图匹配问题概括来讲就是将车载GPS接收机获得的带有误差的GPS轨迹位置匹配到带有误差的交通矢量地图道路上的相应位置。
下面我们通过具体的数学模型来给地图匹配问题以详细的数学描述。
地图匹配的基本过程如图4.1所示。
符号定义及其物理意义说明如下：图4.1 地图匹配模型1) g(k)是车辆GPS轨迹点，内容为k时刻车辆上的GPS定位数据（经纬度），对应于矢量地图上相应的经纬度位置点。
gps地图匹配算法
II
中国科学技术大学硕士毕业论文
目录
目录
摘要 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． Ｉ Ａｂｓｔｒａｃｔ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ＩＩ 目录．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ＩＩＩ 第一章 绪论 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． １
第四章 地图匹配问题以及现有算法介绍．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ２２
４．１ 地图匹配问题介绍．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２２ ４．２ 常见地图匹配算法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２４
３．１ＧＰＳ 误差 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１３
３．１．１ ＧＰＳ 误差分类．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１３ ３．１．２ 各种类误差特点 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１５ ３．１．３ 常见克服 ＧＰＳ 误差方法 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１７
１．１ 背景．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１ １．２ 研究目标．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．３ １．３ 论文安排 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．３
导航技术精准定位的关键技术
导航技术精准定位的关键技术导航技术在现代社会中扮演着重要的角色，人们对于精准定位的需求越来越高。
从GPS到北斗导航系统，现代导航技术的发展得到了长足的进步。
本文将重点讨论导航技术精准定位的关键技术，包括卫星定位、惯性导航和地图匹配。
一、卫星定位卫星定位技术是实现精准定位的基础，目前使用最广泛的是全球定位系统（GPS）。
GPS通过一组卫星来提供地理定位和时间信息，其原理基于三角测量和卫星信号接收。
通过收集多颗卫星的信号，接收设备可以计算出自身的位置和速度。
然而，卫星定位也存在一些限制。
在城市高楼密集的地区，高建筑物可能会阻挡卫星信号，从而导致定位不准确。
此外，卫星信号还容易受到天气条件的影响，如雷暴和云层等。
因此，在一些特殊环境下，单独使用卫星定位可能无法满足精准定位的需求。
二、惯性导航惯性导航是一种以惯性传感器为基础的导航技术，通过测量和积分加速度和角速度来计算位置和速度。
惯性导航的优点在于可以独立于外界环境，无需依赖卫星信号或地面基站。
然而，惯性导航也存在一些问题。
由于测量中存在误差累积，随着时间的推移，惯性导航的定位精度会逐渐下降。
此外，由于加速度和角速度传感器的灵敏度和精度有限，也会对定位结果产生一定的影响。
因此，在长时间使用的情况下，通常需要与其他定位技术相结合，以提高定位的准确性。
三、地图匹配地图匹配是将实时测量的位置与事先建立的地图进行比对，以确定当前位置的一种技术。
地图匹配通常使用传感器数据（如GPS或惯性导航）和地图数据进行比对，通过匹配算法将测量数据与地图数据进行对比，以确定最可能的位置。
地图匹配的精确度取决于地图数据的质量和匹配算法的准确性。
较新且更新频率较高的地图数据可以提供更精确的定位结果。
此外，由于测量误差和环境因素的影响，地图匹配可能会出现一定程度的错误匹配。
因此，对于要求高精度定位的应用场景，需要采用更高级的地图匹配算法和数据处理技术。
综上所述，导航技术精准定位的关键技术包括卫星定位、惯性导航和地图匹配。
导航系统工作原理
导航系统工作原理导航系统是一种先进的技术设备，它使用卫星定位和地图数据来为用户提供准确的导航指引。
现代导航系统已经得到广泛应用，无论是在汽车导航系统、飞机导航系统还是手机导航应用中都有着重要作用。
本文将介绍导航系统的工作原理及其核心技术。
一、导航系统的组成导航系统通常由以下几个核心组成部分构成：1.卫星定位系统（GNSS）：导航系统的核心是全球卫星定位系统（GNSS），主要包括美国的GPS、俄罗斯的GLONASS以及欧洲的Galileo等。
这些卫星系统通过卫星发射信号并利用三角测量原理来确定用户的位置。
2.地图数据：地图数据是导航系统的基础，它包含了道路、建筑物、地标等准确的地理信息。
地图数据可通过卫星图像、航空摄影测量以及实地调查等途径来获取和更新。
3.导航软件：导航软件是导航系统的控制核心，它根据卫星定位和地图数据来计算最佳的导航路径，并提供语音和图像指引给用户。
二、导航系统的工作原理导航系统的工作原理如下：1.卫星定位：导航系统通过接收卫星发射的信号来确定用户的位置。
卫星定位系统发送不同频率的信号，接收设备通过计算接收到信号的时间差以及卫星的位置来确定用户的坐标。
2.地图数据匹配：导航系统将用户的位置坐标与地图数据进行匹配，确定用户所处的道路和地理环境。
利用地图数据，导航系统可以计算出最佳的导航路径。
3.路线规划：导航系统根据用户的目的地和当前位置，通过算法来规划最佳的导航路线。
在规划路线时，导航系统会考虑道路交通状况、实时路况信息以及用户的个人偏好。
4.导航指引：导航系统通过语音提示和图像显示向用户提供导航指引。
用户可以根据导航系统的指示准确地到达目的地。
三、导航系统的核心技术导航系统的核心技术包括以下内容：1.差分定位：差分定位是一种利用基准站和移动接收机之间的差异来提高定位精度的技术。
通过差分定位，导航系统可以达到亚米级的位置精度。
2.惯性导航：惯性导航是一种通过惯性传感器来测量加速度和旋转速率，并通过积分计算出位置和方向的技术。
卫星定位公式
卫星定位公式卫星定位系统（Global Positioning System，简称GPS）是一种利用地球轨道上的卫星群来实时确定地球表面位置、速度和时间的导航系统。
它由美国国防部于1973年启动，如今已有全球范围内的广泛应用。
卫星定位系统的核心是卫星发射的导航信号，地面接收设备接收到这些信号后，通过卫星定位公式计算出自身的位置、速度和时间。
卫星定位公式原理是基于测量学中的三角测量方法。
假设地面接收器接收到至少两颗卫星的信号，那么可以通过以下步骤计算位置：1.计算卫星到接收器的距离。
卫星发射的信号频率已知，通过测量信号传播时间，可以得到卫星到接收器的距离。
2.计算接收器所在平面与卫星所在平面的夹角。
利用卫星轨道数据和接收器位置数据，可以计算出卫星相对于接收器的夹角。
3.利用三角测量原理，计算出接收器在地球表面的位置。
通过计算接收器所在平面与卫星所在平面的交点，即可得到接收器的位置。
常见的卫星定位公式包括：1.伪距公式：通过测量卫星到接收器的距离，计算出接收器的位置。
2.载波相位公式：利用卫星信号的载波相位信息，计算出接收器的位置。
这种方法的精度较高，但需要较长的观测时间。
3.差分定位公式：将接收器的位置与已知基准站的位置进行差分，从而提高定位精度。
卫星定位公式在诸多领域具有广泛的应用，如：1.导航定位：可为各类导航设备提供位置、速度和时间信息，如车载导航、户外探险等。
2.地理信息系统（GIS）：在地图制作、资源调查、环境监测等方面具有重要应用价值。
3.气象预报：通过卫星定位技术，可以获取大气层厚度、大气压力等参数，提高气象预报准确性。
4.地震预警：利用卫星定位技术，可以实时监测地壳形变，为地震预警提供数据支持。
5.航空航天：在飞行器导航、卫星轨道控制等领域具有重要作用。
总之，卫星定位公式在地球科学研究和实际应用中具有重要意义。
基于拓扑结构的地图匹配算法研究
Ｍ ａ Ｍ ａ ｃ ｎ ｇ ｒｔ ｍ ｓ ａ ｃ ｓ ｄ ｏ ｐ ｌ ｇ ｒ ｔ ｒ ｐ－ ｔ ｈｉ ｇ Ａｌ ｏ ｉｈ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ Ｂａ ｅ ｎ Ｔｏ ｏ ｏ ｙ Ｓｔ ｕｃ ｕ ｅ
ＬＵ ｅ ．ａ ＺＨＯＵ ｎ— ｏ ＭＥＩＳｈ ｎ—ｉｎｇ ， Ｓ Ｗ ｎ ｔｏ ， Ｙｉ ｄ ｎｇ ， ｕ ｌａ ＨＡＮＧ ｎ 。 Ｍｉ ｇ
信号 误差 的存 在 ， 因此在 导 航 过程 中极 易 出现 Ｇ Ｓ信 Ｐ 号漂 移等 问题 。为 了解 决这 些 问题 ， 种 解 决 方 案 应 各 运而 生 ， 中 又 以 运 用 地 图匹 配 （ 其 ＭＭ， ｐｍ ｔ ｉｇ ｍａ － ａｃ ｎ ） ｈ 算法 在实 际工 程 中 应 用 最 为 广 泛 。所 谓 地 图 匹 配算 法 ， 指利 用 Ｇ Ｓ 地 理 信 息 系 统 ，ｅｇａ ｈｃｉｆ ｍ — 是 Ｉ（ ｇｏｒｐ ｉ ｎｏ ａ ｒ ｔ ｎｓｓ ｍ） Ｇ Ｓ定 位 数 据 并 同 过 一 定 的算 法 来 做 ｉ ｙｔ 和 Ｐ ｏ ｅ 出最 佳位 置估计 的技 术 。简 单 说 ， 是 利 用 电子 地 图 就 中高精 度 的道路 位置 数据 来修 正定 位 系统所 产生 的误 差， 以此来 提高 导航 系统 的定位 精 度 ， 而产 生 良好 的 从 定 位效 果 。 本 文分 析 了可 能 影 响导 航 系 统 定 位 精 度 的 误 差
Ａｂｓｒ ｃ ： ｉ ｈ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔｏ ｔ ａ ｔ Ｗ ｔ ｔ ｅ ｄ ｖ ｌ ｐ ｎ ｆＧＰＳ ｈｅ ｔ ｃ ｏｏ ｙ ｏ ｈ ，ｔ ｅ ｈｎ ｌ ｇ ｆ ＧＰＳ ｉ ｄ ｌ ｓ ｄ ｉ ａ ｉ ｔ ｆ ｎ ｖ ｇ ｔ ｎ ｓ ｓ ｓ ｗｉｅ ｙ ｕ ｅ ｎ ａ ｖ ｒｅｙ ｏ ａ ｉａ ｉ ｙ — ｏ ｔｒ ． ｎ ｅ ＧＰ ｙ ｔｍ ａ ｎ ｅ ｅ ｏ ｉｉｎ ｅ ｏ ，ｈ ｗ ｏ ｐ ｏ ｉ ｅ ａ ｃ ｒ ｔ ｏ ｉｉｎ ｉ ｆｒ ｔ ｎ ｏ ｅ ｉｌ ｏ Ｕ － ｅ Ｓｉｃ Ｓ ｓ ｓｅ ｈ ｓｉ ｈ ｒ ｎｔｐ ｓｔｏ ｎ＇ｒ ｏ ｔ ｒｖ ｄ ｃ ｕ ａ ｅｐ ｓｔ ｎ ｏ ｍａ ｉ ｆｖ ｈ ｃｅ ｔ Ｓ ｎ ｏ ｏ
基于地图匹配的导航定位数据模糊校正算法
基于地图匹配的导航定位数据模糊校正算法
罗锡文;周志艳;李庆;张智刚;赵祚喜
【期刊名称】《江苏大学学报：自然科学版》
【年(卷),期】2006(027)005
【摘要】为了提高农用智能移动平台导航定位的精度，改善航线跟踪的质量，提出了一种基于地图匹配的导航定位数据模糊校正算法．首先将DGPS、航位推算定位数据点与地图上已知航线进行对比．判定定位数据点的可信度，然后用该可信度作为加权值生成新的定位数据点即校正数据点，把校正点作为当前农用智能移动平台车体真实位置的估计值．在验证试验中，定位数据经模糊校正后其精度明显优于原始DGPS数据的精度，定位数据的距离均方根差均数从校正前的1．021m提高到校正后的0．568m．试验结果表明，该方法可以在一定程度上提高定位数据的精度，校正大部分可信度低的坏点．
【总页数】5页(P396-400)
【作者】罗锡文;周志艳;李庆;张智刚;赵祚喜
【作者单位】华南农业大学工程学院,广东广州510642
【正文语种】中文
【中图分类】S127
【相关文献】
1.基于模糊逻辑的地图匹配算法 [J], 王忠;薛晓娜
2.基于模糊逻辑的导航定位数据校正算法 [J], 曹洁;张慧宁
3.结合图像内容匹配的机器人视觉导航定位与全局地图构建系统 [J], 曹天扬;蔡浩原;方东明;刘昶
4.基于GPS浮动车数据的矢量地图校正算法 [J], 赵敏;廖孝勇;孙棣华;毕俊杰;赖云波
5.车辆导航定位中地图匹配的MP模型 [J], 徐爱功;刘经南;王宏伟
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路径导航系统的设计与实现
路径导航系统的设计与实现随着人们生活水平的提高和科技的不断进步，我们越来越依赖于技术的便利，导航系统作为其中的重要一环，已经是我们日常生活中不可或缺的工具，而路径导航系统的设计和实现，也是一个十分重要的话题。
一、路径导航系统的背景与需求随着城市的发展，道路也越来越复杂，尤其是在大城市中，因此我们需要一种高效的导航系统，帮助我们找到正确到达目的地的路径。
同时，人们出行方式也在改变，如步行、自行车、公共交通等，而这些方式所需的导航系统也各不相同。
二、路径导航系统的核心技术与算法路径导航系统的核心技术是地图匹配算法，通过将GPS定位数据与地图数据相对应，确定车辆所在位置和行驶路径。
在这一过程中，我们需要处理一些数据的问题，如路网构建、地物识别、关系抽取等。
同时，车辆在行驶中还会产生一些异常数据，如GPS误差、路径偏移等，需要我们进行数据清洗和异常检测，以保证算法的准确性。
三、路径导航系统的设计原则与流程路径导航系统设计的前提是：满足用户需求，让用户得到想要的导航服务。
同时，设计时需要考虑如下原则：1.轻量级：保证系统简单易用，不影响用户体验，同时保证系统性能高效。
2.满足多种出行方式的需求：地铁、公交、骑行等不同的交通工具。
3.支持多种运行模式：离线模式、在线模式、混合模式。
4.数据实时更新：同时要保证数据实时性和数据的准确性。
路径导航系统的流程如下：用户输入起点和终点 --> 系统计算最优路径 --> 进行路径规划 --> 提供导航指引。
四、路径导航系统的实现技术1.地图数据的处理：地图数据是路径导航系统的核心，需要对地图进行构建和处理。
通过开放地图API，将广泛的地图数据整合到导航系统中，同时通过算法和技术对数据进行处理，提高数据准确性。
2.交通网络的处理：导航系统需要根据交通网络信息进行路径规划。
通过收集交通工具的时刻表信息和行车路线，设计出路径规划算法，提高系统的可用性。
3.信息的交互和处理：用户与系统之间的信息交互是导航系统的关键环节。
交通数据的地图匹配算法研究
交通数据的地图匹配算法研究作者：买庚辰王超来源：《科技资讯》 2014年第17期买庚辰1 王超2(1.武汉大学资源与环境科学学院湖北武汉 430072; 2.河南科技大学信息工程学院河南洛阳 471023)摘要:城市智能交通引导系统为用户提供最准确的道路交通信息。
在分析地图匹配问题产生原因的基础上,阐述了地图匹配算法解决车辆在地图上位置定位的基本思想和判断依据,设计了交通引导系统中便于实现的地图匹配算法,通过引入行驶方向和驾车轨迹,地图匹配算法改进后提高了车辆定位的准确性。
系统实验证明,改进后的地图匹配算法能够很好的完成交通引导系统中车辆位置在地图显示中的定位匹配任务。
关键词:地图匹配行驶方向驾车轨迹定位匹配中图分类号:U495 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2014)06(b)-0013-02智能交通引导系统是一个融合了车辆GPS定位技术和计算机技术,结合MapInfo电子地图,为用户提供优化、准确的道路交通信息服务平台。
系统通过导航生成GPS数据,获取车辆行驶信息,通过对交通数据的处理实现在客户端地图中显示车辆位置、方向和目的地等,并在地图上显示出满足要求的行驶路线。
路网中行驶的车辆位置坐标定位在电子地图上不可避免的存在误差,因为:(1)车辆GPS数据和电子地图数据所采用的坐标系可能不同,车辆的坐标位置显示在电子地图上会发生偏移;(2)电子地图坐标数据存在误差。
交通引导系统采用基于的电子地图,生成电子地图的基础数据来源于高精度卫星地形图。
地形卫星图片要经过扫描和栅格化等多重处理,每个处理环节不可避免的产生误差;(3)GPS定位误差。
车辆通过GPS定位时,车辆位置坐标数据会受到地形因素等的影响。
通常,车辆GPS定位精度误差范围一般在15～30 m之间。
因此,车辆行车数据在地图上显示时会出现偏差。
因此,通过地图匹配算法将车辆的行车数据与电子地图中的道路数据联系起来,从而判断车辆在地图上显示时相对准确的位置坐标。
ST-Matching算法
ST-Matching地图映射算法“地图映射”简答来讲，是借助路网信息将一连串用户位置信息映射到数字地图上过程。
严格定义为：Given a raw GPS trajectory T and a road network G(V,E), find the path P from G that matches T with its real path.地图映射的三种方法：1、local/incremental method: finding local match of geometries优点：当采样频率（sampling-rate）非常高时，计算较快且表现良好；缺点：计算时只考虑了与位置临近的一小部分轨迹。
2、global method: aiming to match the entire trajectory with the road network3、statistical method: the statistical approaches seem particularly effective to handle GPS measure -ment errors几个概念定义：【定义1】GPS Log(L): GPS坐标点集合，L = {p1, p2, p3, ..., pn}, 每一个p i包含经纬度坐标以及时间戳。
【定义2】GPS Trajectory(T)：由GPS坐标点组成的轨迹。
【定义3】Road Segment：A road segment e is a directed edge that is associated with an id e.eid, a typical travel speed e.v, a length value e.l, a starting point e.start, an ending point e.end and a list of intermediate points that describes the road using a polyline.【定义4】Road Network：由路段集合即为路网。
智能导航系统中的路径规划和导航算法研究
智能导航系统中的路径规划和导航算法研究1. 引言智能导航系统是基于位置服务技术的一种应用，旨在为用户提供出行的最佳路线以及导航指引。
在智能导航系统中，路径规划和导航算法是其中两个重要的组成部分，它们决定了用户体验的好坏以及系统整体性能的优劣。
本文将重点研究智能导航系统中的路径规划和导航算法，探讨它们的基本原理、常用方法和未来的研究方向。
2. 路径规划路径规划是指根据用户的出发点和目的地，在地图上找到一条最佳的路径。
路径规划可以分为静态规划和动态规划两种。
静态规划是在导航开始前就确定好整个路径，而动态规划则是根据用户的实时位置和交通状况进行实时调整。
2.1 基本原理路径规划的基本原理是通过建模和算法来确定最佳路径。
建模过程中需要考虑地图数据、路况信息、用户需求等多个因素，通过这些因素可以构建一个路径规划的问题模型。
算法可以根据问题模型，利用图论、搜索算法等方法进行路径搜索和评估，找到最优路径。
2.2 常用方法对于静态规划，常用的方法有最短路径算法、A*算法、Dijkstra算法等。
这些算法基于图论的基本概念，通过构建地图的网络表示，将路径规划转化为最短路径问题。
对于动态规划，常用的方法有D*算法、Floyd-Warshall算法等。
这些算法可以根据实时的交通信息，动态调整路径规划的结果。
2.3 未来研究方向路径规划涉及的问题非常复杂，随着城市发展和智能交通技术的进步，有很多未来的研究方向。
其中之一是考虑多种交通工具的综合路径规划，例如公交、自行车和步行等，并能根据用户的偏好和需求进行推荐。
另一个方向是融合城市数据和用户数据，利用大数据和机器学习的方法，提供个性化和实时的路径规划。
3. 导航算法导航算法是指根据路径规划结果，为用户提供导航指引。
导航算法需要结合地图数据和传感器数据，将离线的路径规划转化为在线的导航过程。
3.1 基本原理导航算法的基本原理是根据地图数据和传感器数据进行定位和航位推算。
地图数据可以用于位置匹配，将实际位置与地图上的道路、交叉口进行匹配，得到准确的位置信息。
第四章 组合定位方法(2)
车载GPS定位技术与应用
4.3.3 最佳匹配位置的计算
• 上面地图匹配算法解决了确定车辆当前的行驶路段问题， 地图匹配的下一步的任务便可利用点到线的匹配方法计算 最佳匹配位置。 • 假设定位系统在车辆真实位置为X、测量噪声为η的情况下， 得到车辆的测量位置Y，且η符合零均值高斯分布，在车辆 定位中只考虑平面坐标系中两个自由度方向的影响，则协 方差矩阵定义为:
– 用md表示算法当前的工作模式，md = 0表示捕获模式 md=1表示跟踪模式，用s表示当前车辆状态，s=0表示车辆 在道路上，s=l表示车辆在节点处，并设当前位置的候选路 段有M个，则地图匹配算法完整的描述如下:
车载GPS定位技术与应用
车载GPS定位技术与应用
(4) 仿真试验结果和分析
• 实验结果表明， 通过计算和比较 候选路段的匹配 度，选择匹配度 最大并且超过门 限的候选路段作 为匹配路段，匹 配路段就是车辆 的真实行驶道路， 因此基于匹配度 的地图匹配算法 能够正确识别车 辆所在的道路。 是一种匹配方法。
车载GPS定位技术与应用
• 图4－18（b）中， a(t)=(6t,6),b(t)=(3,6t), p(t)=(6t,3),t∈[0~1],则
• 上述三种方法都不能保证在 任何情况下得到正确的匹配 结果，尽管对所使用的距离 有各种不同的定义，但是三 种方法的共同点就是仅利用 了数字地图的单一信息，对 弧线的形状、各弧线之间的 拓扑关系则未加利用。
车载GPS定位技术与应用
地图匹配算法处理过程
• 一个 完 整 的地图 匹配算法包括三个 主要的处理过程：
– 即确定误差区域 – 选取匹配路段 – 计算修正结果
• 如右图所示
车载GPS定位技术与应用
利用软件算法改善车载终端GPS定位漂移的问题
利用软件算法改善车载终端GPS定位漂移的问题利用软件算法改善车载终端GPS定位漂移的问题随着社会的发展和科技的进步，汽车已经成为了现代人生活中的一部分，车载终端GPS定位系统不仅为驾驶员提供导航服务，还具备交通信息查询、车辆追踪等功能。
然而，由于各种原因，如环境干扰、天气条件等，车载终端GPS定位系统可能会出现定位漂移的问题，导致定位准确度下降，给用户带来了不便和不安全因素。
车载终端GPS定位漂移的问题主要是由卫星信号传输中的差异性噪声、速度突变、信号多路径等因素引起的。
为了提高车载终端GPS定位系统的准确性，许多研究人员致力于开发和优化软件算法。
首先，我们可以通过改进卫星信号处理算法来改善定位漂移问题。
目前常用的定位算法有WAAS（Wide Area Augmentation System）、DGPS（Differential GPS）和RTK （Real-Time Kinematic）。
WAAS是一种增强型卫星系统，通过在地面上分布的监测站校正卫星信号，提高了定位精度。
DGPS通过获取附近测量点的辅助数据，对接收到的卫星信号进行差分计算，从而消除大部分误差。
RTK则是一种实时运算的动态定位技术，利用测量基站和移动站之间的相对距离信息来提高定位精度。
通过优化这些算法，我们可以有效减少定位漂移问题。
除了改进卫星信号处理算法外，我们还可以利用运动传感器数据对车辆的行驶状态进行精确估计，进一步改善车载终端GPS定位的准确性。
运动传感器包括加速度计、陀螺仪和磁强计等，可以感知车辆的加速度、角速度和方向等信息。
通过将运动传感器数据与GPS定位数据进行融合，可以提高系统对车辆位置和速度的估计精度，从而减小定位漂移的影响。
另外，利用地图匹配算法也是改善车载终端GPS定位漂移问题的一种有效方法。
地图匹配是将GPS定位数据与电子地图数据进行匹配，利用地图数据中的道路几何特征和限速信息等来修正GPS定位的不准确性。
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ａ ｇ ｒｔ ｍ ａ ｌｄ ｐａ ａ ｌ ｌ ｇ ａ ｍａ ｃ ｉ ｇ ｍｅ ｏ ， ｉｈ ｃ ｌ ａ ａ ｔｖ ｅ ｔ ｐ ｌ ｇ ｈ ｎ ｅ ｆ ｎ ｐ ｒ ｅｗ ｏ ｋ． ｅ ｍｅ ｏ ｅ ｅ ｔ ｅ ｍａ ｃ ｏ ｄ ｌｏ ｉ ｈ ｃ ｌｅ ｒ ｌ ｏ ｒ ｍ ｔ ｈ ｔ ｄ ｗｈ ｃ ａ ｌ ｄ ｐ ｉ ｅ ｔ ｏ ｏ ｏ ｙ ｃ ａ ｇ ｓ ０ 仃ａ ｓ ｏ ｔｎ ｔ ｒ Ｔｈ ｔ ｄ ｓ ｌ ｃ ｓｔ ｔ ｈ ｒ ａ ｅ ｎ ｈ ｈ ｈ ｈ
等待时间等。
路段 Ｓ 的总权值 ｊ
在导航系统初始匹配确定 了待匹配路段 ， 后，利用垂直 投影将 ＧＰ Ｓ轨迹 点 ｇ 投 影到路段 Ｓ 上 ， ， 垂足 Ｐ 即为相应时
２１ 初始路段 的选定与 匹配点位置的确定 ． 初始路段的选定用于 确定算法启动 时刻车辆实际所处的
路段 ，此时没有任何 历史信息 。后续 Ｇ Ｓ轨迹 点的匹配会用 Ｐ
作者倚介 ： 王
敏（９４ ） １８－ ，男， 士研 究生，主研方向 ： 硕 智能交通 Ｅｍ ｒ ｈｎｉ － ａ ：ａａｇ ＠ｍａ． ｔｅｕ ａ ｌ ｎ ｉ ｓ． ． ｌ ｃｄ ｃ ｕ
析 ，但只利 用了定位 中的坐标信息 ，没有使用 Ｇ Ｓ采集数据 Ｐ 的车 头朝向或速度信息 。概 率论 匹配算法利用置信 区域筛选
了一种带权值 的拓扑匹配算法 ，该算法基 于对 路网的拓扑分
标是减少匹配点沿道路方向上的误 差， 目前这仍被公认为是 地 图匹配过程的难点之一。同时，还需要预测车辆是否 已经 行驶进入到前面的交叉 １ ３区域 ，应 当提前为经过交叉 １ ３后的
基金项 目：国家 自 然科学基金资助项 目（ ９４ ９ ） ６ ７ ０２ ０
第 ３ 卷 第 １ ８ ４期
Ｖ０ｌ ＿ ３８
・
计
算
机
工
程
２１ ０ ２年 ７月
Ｊ ｌ ｕ ｙ ２０１ ２
Ｎ ｏ．４ １
Ｃｏ ｕ ｅ ｇｉ ｅ ｉ ｍｐ ｔ ｒＥｎ ｎｅ ｒｎｇ
开发研究与设计技术 ・
文 编 １ ３ ８ ０ ）－ ２ ．３ 文 标 码 Ａ 章 号， ｏ ＿４ （ １ １ ＿ ５ ＿ ｏ ２２ ２４０ ０ 献 识 ：
路段上 匹配点位置的确定 ，但 是在车辆行驶过程 中这 ２个 阶 段 的重要性及计算 的侧重点是不 同的。在初始时段和经过交
了详细的总结 ：（） １单点 ＧＰ Ｓ定位有误差椭 圆现象 ；（） Ｐ ２Ｇ Ｓ 误差 有慢漂移特性 ；（） ３在大多数情况下 ，相邻 两观测点 的距
叉路 １ ３时段 ，最重要 的是确定车辆行驶所在 的唯一正确 的那
中心、以半径为 Ｒ的圆形 区域为置信区域 。 置信 区域与导 。。 Ｊ
航设备有关。Ｒ取文献【］ ７设定的椭 圆形定位误差 区域半长轴 的 ３倍 ，经计算得 出 为 ６ ｍ。与置信区域相 交的路段都将 ０ 被列为候选路段 ，最终唯一正确的匹配路段再通过其他方式
确 定 。从 图 中可 以看 出 ， 迹 点 ｇ 的候 选 匹 配路 段 是 Ｓ、８。 轨 １ ４
ｉ ｍｐｒ ｖｅ ｏ ｕ ａ ｉ ｎａ ｆ ｃ ｅ ｃ ． ｏ ｄ ｃ ｍｐ ｔ ｔ ｏ ｌ ｉ ｉ ｎ ｙ ｅ
［ ｙｗｏ ｄ ｖ ｃｏ ｐ ； ｐｍａｃ ｉｇ ｐ ｒｌ ｌｇａ ｍａｃ ｉｇ Ｉｔｌｇ ｎ ｒ ｓｏｔ ｉ ｙｔｍ（Ｔ ）Ｇｌｂ ｌ ｏｉｏ ｉｇＳ ｓｅ ＧＰ ） Ｋｅ ｒ ｓ ｅｔｒ ｌ ｍａ ｍａ— ｔｈｎ ； ａａｌ ｏ ｍ ｔｈｎ ；ｎｅｌ ｅ ｔ ａ ｐ ｒ ｔ ｎＳ ｓ Ｉ Ｓ； ｏ ａＰ ｓ ｉｎｎ ｙｔｍ（ Ｓ ｅｒ ｉ Ｔｎ ａｏ ｅ ｔ Ｄ０Ｉ １．９ ９ ．ｓ．０ ０３ ２ ．０ ２１．７ ： ０３ ６ ￣ｉ ｎ１０ ．４ ８２ １．４０ ７ ｓ
刻车辆 的匹配位置点。在最初 ３个点 因历史信 息有 限而没选
出匹配路段 时，本文算法将直接 显示未修正的 Ｇ Ｓ定位 点。 Ｐ 可以看出 ， 垂直投影虽然可以将 Ｇ Ｓ轨迹点投影到路面上消 Ｐ 除垂 直道路 方向 的误 差 ，但沿着 道路 方向上 的误 差仍然 很 大 。这种误差可 以在车辆从初始 匹配路段 上行驶到第 １个交
１ 概 述
随着车辆 的大幅度增加 ，为避免交通拥堵 ，城市道路 网
络 建设 日益 复杂 化 。由于全 球定 位系 统（ ｌｂ ｌＰ ｓ ｉｎｎ Ｇ ｏ ａ ｏｉｏ ｉｇ ｔ
当前 匹配路段 。为减小误匹配，文 献【－】 ３４分别提 出了一种利
用多假设思想的地图匹配算法 ，其特点是在 为每个点确定 匹
配路段时 ，利用置信区域选出多个候选值 并存储起来 ，每条 候选路段都有一个得 分， ＧＰ 在 Ｓ序列结束时才选 出得分最高
的路段作为匹配路段。高级的地 图匹配算法采用更复杂的理 论基础。本文通过对 ＧＰ Ｓ误差和地图误差进行研究 ，设计一 种改进的适应交通 网络拓扑的地图匹配算法——动态平行四 边形匹配算法。
选 出匹配路段 ， 将全球定位系统（ Ｐ ） 并 Ｇ Ｓ轨迹点投影到匹配路段上 ，在交叉路 １以平行四边 形匹配准则消除车辆轨迹点沿道路 方向的误差 ， ３ 通过 动态偏差更新 ， 解决卫星换星 、 大气 云层遮 挡、多路径效应等 因素造成 的偏差 问题 。引入该算法的 Ｇ Ｓ车载系统在合 肥市实地跑车实 Ｐ 验结果 表明 ，其对于复杂路况仍能进行正确 匹配 ，真 实再现 车辆行 驶情 况 。 关蝴 ：矢量地图 ；地 图匹配 ；平行 四边形 匹配；智 能交通 系统 ；全球定位系统
条路段 ，以免到非行驶路段上去求解匹配点的位置 。当车辆 行驶到路段 中部时 ，匹配路段 已经 确定 ，此时匹配 的重点是 确定车辆 的大概位置 。车载导航系统位置精确 匹配 的重要指
离基 本等于实际两点的距离。在 ９ ％的情 况下，两者之 间的 是几何 匹配 、 扑匹配、 拓 概率 论匹配算法、高级地图匹配算法 。几何匹配是最基本也 是最 早被使 用的一种 匹配算法 ， 它仅考虑 ＧＰ Ｓ数据采集点和 特定路 网元素的距离 ，不考虑道路之 间的拓扑关系 。拓扑匹 配不仅考 虑 Ｇ Ｓ采集 点和路 网元素 的距离 ， Ｐ 而且将历史采集 点信 息及 道路 网络的拓扑连通性 纳入考虑范 围。文 献［】 ２设计
Ｍ ａ － ａ ｃ ｉ ｇ ｉｈｍ ｎ Ｇ ＰＳ Ｎａ ｉ ａ ｉ ｎ Ｓ ｔ ｍ ｐ— ｔ ｈ ｎｇＡｌ ｏｒｔ ｍ ｉ ｖ ｇ ｔｏ ｙｓｅ
Ｗ ＡＮＧ ｉ ， ＥＩＨｅ ｇ ｈ ａ Ｂ Ｍ ｎＷ ｎ ． ｕ 。 ＡＯ ａ —ｖ Ｙｕ ｎ Ｉ
（ ｐ ｒ ｎ ｆ ｔｍａｉｎ Ｕｎｖ ｒｉ ｆ ｃ ｎｅ＆ Ｔ ｃｎ ｌｇ ｆ ｈｎ ， ｆｉ ３ ０７ Ｃ ｉａ Ｄｅａｔ ｔ Ａｕｏ ｔ ， ｉｅｓｙｏ Ｓ ｉ ｃ ｍｅ ｏ ｏ ｔ ｅ ｅｈ ｏｏ ｙｏ Ｃ ｉａＨｅｅ ０ ２ ， ｈｎ） ２ ［ ｓｒｃｌ Ａｉ ｎ ｔｈ ｒｂｅ ｔａ ｅ ｉｉｇｍａ — ｔｈｎ ｌｏｉ ｍｓ ａ ｅｗｅｋ ｅｓｔ ｅ ｌ ｔ ｏ ｌ ａ ｃｔｉｐ ｐｒ ｒｐ ｓｓ ｅ Ａｂ ｔａ ｔ ｍｉｇａ ｅｐｏ ｌｍ ｔ ｘｓｎ ｐｍａｃ ｉｇａ ｒ ｔ ｈ ｔ ｇ ｔ ｖ ａｎ ｓ ｄａ ｗｉ ｃｍｐｅ ｔ ｆ ，ｈｓ ａｅ ｏ ｏｅ ｎ ｗ ｈ ｈ ｏ ｈ ｘ ｒｉ ｐ ａ
现有 的大部 分数 字地 图在制 作 时都存在 拓扑误 差和地 理误 差。此外 ，Ｇ Ｓ定位、测速精度受到空间卫星、电波传播途 Ｐ
径 、接 收 设 备 和 人 为 等 因素 影 响 。文 献 【］ Ｇ Ｓ误 差 特 点 作 １ 对 Ｐ
置 。其每一步都可分为 ２个阶段 ：待 匹配路段 的选定和匹配
算法为核心 ， 出行 的车辆进行路径规划和实时引 导 ， 为 提高
了交通系统效率 。 数字地 图一直是导航系统 的基础 ，如果没有数字地 图的 显示 ，无论定位精 度多高 ， 对使 用者来说都毫无意义 。然而 ，
２ 地 图匹配思 想
地 图匹配过程确定车载导航系统实时接 收的ＧＰ 轨迹 点 Ｓ 在 地 图上所处 的路段 并最终 确定车 辆在该 路段 上的具体 位
中 分 号： Ｐ９ 圈 类 Ｔ３ １
ＧＰ Ｓ导航 系统 中 的地 图 匹 配算 法
王 敏 ，魏衡华 ，鲍远律
（ 中国科学技术大学 自动化 系 ，合 肥 ２ ０２ ） ３ ０ ７
摘
要 ：传统算法对于复杂路况 的匹配正确率较低 ，为此 ，提出一种适合于交通 网络拓扑结构变化 的动态平行 四边形匹配算法 。利用权值
叉 口 时得 到 校 正 。
到初始 匹配信息 ，所以 ，初始路段的选 定将直接 影响后续轨
迹 点 匹配 的准 确 性 。 初始 匹配 的示 意 图 如 图 １所 示 ，Ｈ～ ７ 道 路 的 节 点 ， ｌ 是
Ｓ－ ６ ｌＳ 是相连的路段 ，ｇ、 ： Ｇ Ｓ轨迹点 。以轨迹点为 ｇ 、ｇ 是 Ｐ
２２ 经过交叉 口后下一路 段的选 定 ．
对于 交叉 口，由于车辆驶入这些路 Ｉ经常会遇 到红灯 或 Ｚ ｌ 者减速 ，导致 车头朝 向信息 不可靠 ，因此这时如果仅 用距离
规则去判断匹配路段 ， 误差显然会很大 ， 很容易造成误 匹配 。 所 以，本文处理车辆经 过交叉 口时下一个 匹配路段选定问题 时， 除了仍将距离权值 ， 及速度和车头朝向权值 作为匹 配路段选定 的重要依据外 ，还增加了一项反映车辆轨迹与候 选路段方 向夹角变化的车辆行驶 方向权值 ， ３个权值 的 用