GPS导航系统中的地图匹配算法
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
ｉ ｅ ｅ ｔ ｅｙ ｃ ｒ ｃ ｄ ｂ ｐ ａｅ Ｒ ａ ｌ ｅ ａ ｐ ｉａ ｏ ｆ ｅｍｅ ｏ ｏ ｔｅ ｃ ｆＨ ｆｉ ｈ ｗｓｔａ ａ ｏ ｅ ｔ Ｓ ｅ ｏｓｒ ａｏ ａ ｌ ｔ ｓ ｆ ｃｉ ｌ ｏｒ ｔ ｙ ｕ ｄ ｔ． ｅ ｌ ｉ ｐ ｌ ｔ ｎ ｏ ｔ ｄ ｔ ｉ ｏ ｅ ｅ ｓ ｏ ｔ ｉ Ｃ ｃ ｒ ｃ ｖ ｅｅ —ｆ ｃｉ ｈ ｔ ｈ ｈ ｙ ｔ ｈ ｔｎ ＧＰ ｒ ｒ ｅ ｓ ｎ ｂｙ ｗｉ ｈ
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
ｂ ｉｈ ｎ ｒｊｃｅ ｏ ａ Ｐ ｓｉｎ ｇＳ ｓｅ ＧＰ ） ａｋｐ ｉ ｓｏ ． ｈ ｒｌ ｌｇａ ｍａｃ ｉｇｃｉ ｒ ｎｉ ｕｅ ｌ ｎａｅｔｅｖ ｈｃｅ ｙｗｅｇ ｔ ｄｐｏｅｔｄＧｌｂ ｌ ｏｉｏ ｉ ｙｔｍ（ Ｓ Ｐ ｃ ｏｎ ｎｉ Ｔ ｅｐａｌ ｏ ｍ ｔ ｎ ｒｅｉ ｓ ｓｄｔ ｅｉ ｔ ｅ ｉｌ ａ ｔ ｎ ｔ ｔ ｅｒ ｈ ｔ ｏ ｏ ｍｉ ｈ ｔ ｊｃｏｙｐ ｉｔ ｒｏ ｅｄｒｃｉｎｏ ｔｅ ｏ ｄａｔｒ ｔｒｅｔ ｎ Ｂａ ｕ ｅｓｔｌｔ ｈｎ ｅ ， ｌｕ ｓ ｂｃ ｒｄｔｅａｍｏｐ ｅｅａ ｄｍｕｔ ａｈ ｒ ｅｔｒ ｏｎ’ｅｒｒｉ ｔ ｉ ｔ ｆｈ ａ ｆ ｅｓｃｉ ． ｉｓ ｅｔ ｔ ｅｌｅ ａｇ ｄ ｃｏ ｄ ｓｕｅ ｔ ｓｈ ｒ ｌｐ ｔ ａ Ｓ ｎｈ ｅ ｏ ｒ ｅｉ ｎ ｏ ｄ ｏｈ ａ ｉｃ ｏ ｈ ｎ ｉ
系统 ，Ｇ ＳＧ Ｓ应用 ；魏衡华 ，高级工程 师 ；鲍远律 ，教授 Ｐ ／Ｉ
收藕 日期 ：２ １・ —８ ０１ ９０ ０
２０ ６
计
算
机
工
程
２ １ 年 ７月 ２ ０２ ０日 ，以提高初始匹配路段选择 的准确性 。
新 匹配路段 的选定采取必要的措施 ，如判断接近 交叉路 口的 距离、车头驶 向的变化、 车速变化、检测车辆在 交叉 口前 的
Ｓ ｓ ｍ， Ｓ具有全方位 ２ ｙｔ ＧＰ ） ｅ ４ｈ实时定位与导航能力 ，因此 ，
基于 Ｇ Ｓ的智能交通系统（ ｔｌｇｎ ｒｎｐ ｒ ｔ ｎ Ｓ ｓ ｍ， Ｐ Ｉ ｅｌ ｅｔＴ ａｓｏｔ ｉ ｙｔ ｎ ｉ ａｏ ｅ Ｉ Ｓ 日益受到各个 国家 的重视。车辆导航和定位 以地 图匹配 Ｔ）
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
ｂ ｉｈ ｎ ｒｊｃｅ ｏ ａ Ｐ ｓｉｎ ｇＳ ｓｅ ＧＰ ） ａｋｐ ｉ ｓｏ ． ｈ ｒｌ ｌｇａ ｍａｃ ｉｇｃｉ ｒ ｎｉ ｕｅ ｌ ｎａｅｔｅｖ ｈｃｅ ｙｗｅｇ ｔ ｄｐｏｅｔｄＧｌｂ ｌ ｏｉｏ ｉ ｙｔｍ（ Ｓ Ｐ ｃ ｏｎ ｎｉ Ｔ ｅｐａｌ ｏ ｍ ｔ ｎ ｒｅｉ ｓ ｓｄｔ ｅｉ ｔ ｅ ｉｌ ａ ｔ ｎ ｔ ｔ ｅｒ ｈ ｔ ｏ ｏ ｍｉ ｈ ｔ ｊｃｏｙｐ ｉｔ ｒｏ ｅｄｒｃｉｎｏ ｔｅ ｏ ｄａｔｒ ｔｒｅｔ ｎ Ｂａ ｕ ｅｓｔｌｔ ｈｎ ｅ ， ｌｕ ｓ ｂｃ ｒｄｔｅａｍｏｐ ｅｅａ ｄｍｕｔ ａｈ ｒ ｅｔｒ ｏｎ’ｅｒｒｉ ｔ ｉ ｔ ｆｈ ａ ｆ ｅｓｃｉ ． ｉｓ ｅｔ ｔ ｅｌｅ ａｇ ｄ ｃｏ ｄ ｓｕｅ ｔ ｓｈ ｒ ｌｐ ｔ ａ Ｓ ｎｈ ｅ ｏ ｒ ｅｉ ｎ ｏ ｄ ｏｈ ａ ｉｃ ｏ ｈ ｎ ｉ
系统 ，Ｇ ＳＧ Ｓ应用 ；魏衡华 ，高级工程 师 ；鲍远律 ，教授 Ｐ ／Ｉ
收藕 日期 ：２ １・ —８ ０１ ９０ ０
２０ ６
计
算
机
工
程
２ １ 年 ７月 ２ ０２ ０日 ，以提高初始匹配路段选择 的准确性 。
新 匹配路段 的选定采取必要的措施 ，如判断接近 交叉路 口的 距离、车头驶 向的变化、 车速变化、检测车辆在 交叉 口前 的
Ｓ ｓ ｍ， Ｓ具有全方位 ２ ｙｔ ＧＰ ） ｅ ４ｈ实时定位与导航能力 ，因此 ，
基于 Ｇ Ｓ的智能交通系统（ ｔｌｇｎ ｒｎｐ ｒ ｔ ｎ Ｓ ｓ ｍ， Ｐ Ｉ ｅｌ ｅｔＴ ａｓｏｔ ｉ ｙｔ ｎ ｉ ａｏ ｅ Ｉ Ｓ 日益受到各个 国家 的重视。车辆导航和定位 以地 图匹配 Ｔ）