角度和距离分段占优地图匹配算法
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中 图分 类 号 ： Ｔ Ｐ ３ ９ １ ． ４ １ 文 献 标 志码 ： Ａ
０ 引言
随着智 能运 输系 统 （ Ｉ Ｔ Ｓ ） 的迅 速发展 ， 车 载导航 定 位 系统 越来 越受 到关 注 ， 因此 ， 如何 快 速 、 准 确 地 获得 车辆 的位置 信息 变得更 为迫 切 ， 地 图 匹配算 法是 实现 快 速 、 准确 获 取位 置 信 息 的关键 ， 所 以研 究 地 图匹 配算法 是很 有必要 的。当前 的地 图定位 匹配 算法 较多 ， 第一种 是基 于位 置点 的地 图 匹配算 法 ， 该 算
二 级 网格划 分 ， 得到 ５ ０ ｍ× ５ ０ ｍ 的子 网格 ， 即可进一 步确定 Ｐ点在 ５ ０ ｍ×５ ０ ｍ子 网格 的具体 位置 ， 图１
摘要 ： 为 了 更 好 的 实 现 车辆 导航 系统 的实 时性 和精 确 性 ， 研 究 了 地 图 匹 配算 法 的 各 要 素 。 采 用 两 级 交 错 式 网 格划分 ， 并 结 合 全 球定 位 系 统 实 时水 平 估 计 误 差实 现对 电子 地 图待 匹 配 区域 划 分 。利 用 车辆 行 驶 位 置 、 方 向、 道路几何拓扑关系和行驶角度变化率 ， 提 出 了 一 种 基 于 角 度 和 距 离 分 段 占优 的 地 图 匹 配 算 法 。 试 验 结 果 表 明： 本 文 建 立 的地 图 匹 配算 法 能 够 准 确 、 快速地实现车辆导航定位功能 。 关键词 ： 全球定位系统 ； 车辆导航 ； 地 图匹配； 道路网格划分 ； 网络 拓 扑
果好 ， 但该算 法计 算量 较大 ， 算 法 复杂 ， 实 时性 差 。 。第 三种是 基 于概率 统计 的算法 ， 该算 法 的优 点 是
以地理 信息 系统 （ Ｇ Ｉ Ｓ ） 缓 冲区分析 方 法代 替 全 球定 位 系 统 （ Ｇ Ｐ Ｓ ） 误差 椭 圆 ， 车 辆 在 路 网 中 的定 位 准 确 性 和 可靠性 高 ， 但 该算 法 只适 用 于 Ｇ Ｉ Ｓ数 字 地 图数 据 库精 度 和 Ｇ Ｐ Ｓ定 位数 据 精 度 高 的情 况 ， 在 精 度 不 高的场 合定 位时 间长 ， 且无法 防止 定位 累积误 差 。 。第 四种是 基 于模 糊 逻辑 的地 图匹配 算 法 ， 该 算 法 的优 点是在 同的路 段采用 加权 二维 欧式距 离作 为相 似性 度量 函数方 法 ， 在 复杂 路段 上都 能高 效 、 实 时 的实 现车辆 的定 位匹 配 ， 但该 算法 在不 同路 段建模 的系数 为经验值 ， 缺 乏理 论依 据 － ｓ 。 本 文提 出 了基于 角度 和距离 分段 占优 的地 图匹配 算 法 。首先 ， 在 分 段 占优 算 法 中运 用 自适 应 匹 配 因子进 行 目标路 段 的最优选 取 ， 能够增 强 匹配时 对正确 路段 的识 别能 力 以及 对 复杂路 段 的适 应 能力 ， 提 高定 位匹配 精度 ； 其次， 在节 点处 采用融 合技 术筛 选 匹配 区域 ， 大 大简 化 了程 序 的复杂 度 ， 提 高 了定位 的
Ｖ０ Ｉ ． ３ ５ ＮＯ． ２
Ａｐ ｒ ． ２ ０１ ４
文章 编号 ： １ ６ ７ ２— ６ ８ ７ １ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ２— ０ ０ ２ ４— ０ ５
角度 和 距 离 分段 占优 地 图 匹配 算 法
张彦 会 ， 曹 强荣 ， 何 维
（ 广西科技大学 ａ ． 广西汽车零部件与整车技术重点实验室 ； ｂ ． 汽 车 与交 通 学 院 ， 广西 柳州 ５ ４ ５ ０ ０ ６ ）
实 时 响 府 性
１ 两 级 交 错 式 网格 划分 与二 次 圆域 筛 选 融 合 技 术
寻找 车 辆 当 前行 驶 的道 路从 过 程 上 可 以 分为 两 个 部 分 ， 即待 匹 配路 段 的快 速筛 选 和 最 优 路 段 的 权 值 判 断 。在 待 匹配 路 段 的快 速筛 选 过 程 中 ， 筛选 区域 的 大 小 直 接影 响 匹配 算 法 的实 时 性 。筛 选 区 域选择过大 ， 增加 算 法 的复 杂 程度 和 计 算 时 间 ； 筛 选 区域选 择 过 小 ， 可 以导 致 没 有 待 匹 配 的路 段 。采 用 两 级 交错 式 网格划 分 与 二 次 圆域 筛 选 融 合 的方 法 能 很 好 地 解 决 这 一 问 题 ， 实 现 匹配 算 法 的实 时
第 ３ ５卷 第 ２期
２ ０１ ４年 ４月
河 南 科 技 大 学 学 报 ：自 然 科 学 版
Ｊ ｏ ｕｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｈｅ ｎａ ｎ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔｅ ｃ ｈｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ： Ｎａ ｔ ｕｒ ａ ｌ Ｓｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ
性。
Hale Waihona Puke Baidu
图１ 所 示为例 ， 以１ ０ ０ ｍ×１ Ｏ ０ ｍ进 行 网格 划分 ， 假定 定位 点 Ｐ落在 ６号 网格 内 。然后 以 ６号 网格 的形 心 Ａ为 中心 ， 进行 １ Ｏ ０ １ １ １ ×１ ０ ０ ｍ 的网格 划分 ， 得到Ａ 。 、 Ａ 、 Ａ 、 Ａ 这 ４个 网格 。再 对 这 ４个 网格进 行
法的优 点是 实 时性好 、 逻辑 简单 ， 但该算 法 只适用 于 以直线 型道路 为 主 的情 况 ， 对 于 弯道 或 交叉 路 口较
多、 道 路密集 的道 路 ， 该 算法 的 匹配准确 率 降低 ， 易 造 成识 别 混 乱 的情 况 ¨ 。第 二种 是 基 于轨 迹 曲线 的地 图匹配 算法 ， 该算 法 的优 点是 对局 部定 位点 的波 动不敏 感 ， 在 交叉 路 口或弯 道较 多 的道 路上 匹配 效
０ 引言
随着智 能运 输系 统 （ Ｉ Ｔ Ｓ ） 的迅 速发展 ， 车 载导航 定 位 系统 越来 越受 到关 注 ， 因此 ， 如何 快 速 、 准 确 地 获得 车辆 的位置 信息 变得更 为迫 切 ， 地 图 匹配算 法是 实现 快 速 、 准确 获 取位 置 信 息 的关键 ， 所 以研 究 地 图匹 配算法 是很 有必要 的。当前 的地 图定位 匹配 算法 较多 ， 第一种 是基 于位 置点 的地 图 匹配算 法 ， 该 算
二 级 网格划 分 ， 得到 ５ ０ ｍ× ５ ０ ｍ 的子 网格 ， 即可进一 步确定 Ｐ点在 ５ ０ ｍ×５ ０ ｍ子 网格 的具体 位置 ， 图１
摘要 ： 为 了 更 好 的 实 现 车辆 导航 系统 的实 时性 和精 确 性 ， 研 究 了 地 图 匹 配算 法 的 各 要 素 。 采 用 两 级 交 错 式 网 格划分 ， 并 结 合 全 球定 位 系 统 实 时水 平 估 计 误 差实 现对 电子 地 图待 匹 配 区域 划 分 。利 用 车辆 行 驶 位 置 、 方 向、 道路几何拓扑关系和行驶角度变化率 ， 提 出 了 一 种 基 于 角 度 和 距 离 分 段 占优 的 地 图 匹 配 算 法 。 试 验 结 果 表 明： 本 文 建 立 的地 图 匹 配算 法 能 够 准 确 、 快速地实现车辆导航定位功能 。 关键词 ： 全球定位系统 ； 车辆导航 ； 地 图匹配； 道路网格划分 ； 网络 拓 扑
果好 ， 但该算 法计 算量 较大 ， 算 法 复杂 ， 实 时性 差 。 。第 三种是 基 于概率 统计 的算法 ， 该算 法 的优 点 是
以地理 信息 系统 （ Ｇ Ｉ Ｓ ） 缓 冲区分析 方 法代 替 全 球定 位 系 统 （ Ｇ Ｐ Ｓ ） 误差 椭 圆 ， 车 辆 在 路 网 中 的定 位 准 确 性 和 可靠性 高 ， 但 该算 法 只适 用 于 Ｇ Ｉ Ｓ数 字 地 图数 据 库精 度 和 Ｇ Ｐ Ｓ定 位数 据 精 度 高 的情 况 ， 在 精 度 不 高的场 合定 位时 间长 ， 且无法 防止 定位 累积误 差 。 。第 四种是 基 于模 糊 逻辑 的地 图匹配 算 法 ， 该 算 法 的优 点是在 同的路 段采用 加权 二维 欧式距 离作 为相 似性 度量 函数方 法 ， 在 复杂 路段 上都 能高 效 、 实 时 的实 现车辆 的定 位匹 配 ， 但该 算法 在不 同路 段建模 的系数 为经验值 ， 缺 乏理 论依 据 － ｓ 。 本 文提 出 了基于 角度 和距离 分段 占优 的地 图匹配 算 法 。首先 ， 在 分 段 占优 算 法 中运 用 自适 应 匹 配 因子进 行 目标路 段 的最优选 取 ， 能够增 强 匹配时 对正确 路段 的识 别能 力 以及 对 复杂路 段 的适 应 能力 ， 提 高定 位匹配 精度 ； 其次， 在节 点处 采用融 合技 术筛 选 匹配 区域 ， 大 大简 化 了程 序 的复杂 度 ， 提 高 了定位 的
Ｖ０ Ｉ ． ３ ５ ＮＯ． ２
Ａｐ ｒ ． ２ ０１ ４
文章 编号 ： １ ６ ７ ２— ６ ８ ７ １ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ２— ０ ０ ２ ４— ０ ５
角度 和 距 离 分段 占优 地 图 匹配 算 法
张彦 会 ， 曹 强荣 ， 何 维
（ 广西科技大学 ａ ． 广西汽车零部件与整车技术重点实验室 ； ｂ ． 汽 车 与交 通 学 院 ， 广西 柳州 ５ ４ ５ ０ ０ ６ ）
实 时 响 府 性
１ 两 级 交 错 式 网格 划分 与二 次 圆域 筛 选 融 合 技 术
寻找 车 辆 当 前行 驶 的道 路从 过 程 上 可 以 分为 两 个 部 分 ， 即待 匹 配路 段 的快 速筛 选 和 最 优 路 段 的 权 值 判 断 。在 待 匹配 路 段 的快 速筛 选 过 程 中 ， 筛选 区域 的 大 小 直 接影 响 匹配 算 法 的实 时 性 。筛 选 区 域选择过大 ， 增加 算 法 的复 杂 程度 和 计 算 时 间 ； 筛 选 区域选 择 过 小 ， 可 以导 致 没 有 待 匹 配 的路 段 。采 用 两 级 交错 式 网格划 分 与 二 次 圆域 筛 选 融 合 的方 法 能 很 好 地 解 决 这 一 问 题 ， 实 现 匹配 算 法 的实 时
第 ３ ５卷 第 ２期
２ ０１ ４年 ４月
河 南 科 技 大 学 学 报 ：自 然 科 学 版
Ｊ ｏ ｕｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｈｅ ｎａ ｎ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔｅ ｃ ｈｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ： Ｎａ ｔ ｕｒ ａ ｌ Ｓｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ
性。
Hale Waihona Puke Baidu
图１ 所 示为例 ， 以１ ０ ０ ｍ×１ Ｏ ０ ｍ进 行 网格 划分 ， 假定 定位 点 Ｐ落在 ６号 网格 内 。然后 以 ６号 网格 的形 心 Ａ为 中心 ， 进行 １ Ｏ ０ １ １ １ ×１ ０ ０ ｍ 的网格 划分 ， 得到Ａ 。 、 Ａ 、 Ａ 、 Ａ 这 ４个 网格 。再 对 这 ４个 网格进 行
法的优 点是 实 时性好 、 逻辑 简单 ， 但该算 法 只适用 于 以直线 型道路 为 主 的情 况 ， 对 于 弯道 或 交叉 路 口较
多、 道 路密集 的道 路 ， 该 算法 的 匹配准确 率 降低 ， 易 造 成识 别 混 乱 的情 况 ¨ 。第 二种 是 基 于轨 迹 曲线 的地 图匹配 算法 ， 该算 法 的优 点是 对局 部定 位点 的波 动不敏 感 ， 在 交叉 路 口或弯 道较 多 的道 路上 匹配 效