基于卫星定位的道路匹配方法和系统

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基于卫星定位的道路匹配方法和系统\n技术领域\n[0001] 本发明涉及通信导航领域，特别是涉及处理卫星定位误差的道路匹配方法和系统。\n背景技术\n[0002] 全球卫星定位系统(global Positioning System，GPS)是美国军队70年代初在“子午仪卫星导航定位”技术基础上发展起来的具有全球性、全能性(陆地、海洋、航空与航天)、全天候优势的导航定位、定时、测速系统，由空间卫星定位系统、地面监控系统、用户接收系统三大子系统构成。已广泛应用于军事和民用等众多领域。随着科技的进步，GPS技术已经大量应用于交通运输和道路工程之中，汽车导航监控系统是在GPS的基础上发展起来的一门新技术。它由GPS导航、自律导航、微处理器、车速传感器、陀螺传感器、CD-ROM驱动器、LCD显示器组成。GPS导航是由GPS接收机接收GPS卫星信号，得到该点的经纬度坐标、速度、时间等信息。近年来，基于GPS和地图匹配的车辆管理系统在公交车辆、出租车的管理和调度，警车、救护车、运钞车的跟踪与监控，豪华轿车的自主导航与防盗等方面得到了广泛应用。大范围的车辆管理系统涉及的有GPS定位、数据通信、地图显示、数据管理等许多方面。\n[0003] 用于城市车辆诱导的GPS定位一般是在城市中设立一个基准站，车载GPS实时接收基准站发射的信号，经过差分处理便可计算出实时位置，把目前所处位置与所要到达的目标在道路网中进行优化计算，便可在道路电子地图上显示出到达目标的最优化路线，为公安、消防、抢修、急救等车辆服务。对于车载导航监控系统，实时获得车辆的准确位置是最基本要求。\n[0004] 由GPS卫星导航和自律导航所测到的汽车位置坐标、前进的方向都与实际行驶的路线轨迹存在一定误差，为修正和减少这两者间的误差，实时获得车辆的准确位置，目前使用的方法主要包括：推测导航技术、无线导航技术、地图匹配技术等。其中，无线导航技术依赖于外界设备，其定位精度或受无线网络覆盖面积的限制，或受定位信号精确度的影响；推测导航技术的精确度则受方向探测仪及车速脉冲设备精度的限制，并且存在积累误差，即随着车辆行驶距离的增加，误差起来越大。地图匹配是一种通过软件方法和相应的匹配电路，校正定位误差的技术，即将其他定位方法的车辆位置或行驶轨迹，与车载的电子地图道路数据相比较、匹配，找到车辆所在的道路，计算出车辆在道路上的位置，进而校正定位误差。\n[0005] 日前常用的地图匹配的方法有多种，其基本算法均是前端使用卡尔曼滤波器加上后端基于规则的地图匹配(如图7)。所述基于规则的地图匹配是单纯的GPS点和道路的匹配，很少考虑到道路间的互相关系。如果要获得较高的匹配精度，需要对每个GPS点都利用卡尔曼滤波器进行比较精确的校正处理，因此需要进行大量的数据处理，且算法的时间复杂度较高，这样对前端处理器要求高，不适合在低主频的导航设备上运行。\n发明内容\n[0006] 本发明所要解决的技术问题是提供基于卫星定位的道路匹配方法和装置，减少卫星定位误差处理的数据量，在低主频的导航装置中能够实现精确的导航定位。\n[0007] 为了解决上述问题，本发明公开了一种基于卫星定位的道路匹配方法包括：\n[0008] 接收第一/下一位置点的位置数据信息；\n[0009] 计算所述位置点的道路匹配值；\n[0010] 根据所述各位置点的道路匹配值之间的关系匹配道路。\n[0011] 进一步，当接收不到所述位置点的位置数据信息时，还包括：\n[0012] 根据车辆的历史位置、车辆朝向和车辆速度计算当前位置点的位置数据信息。\n[0013] 本发明提供了另一种基于卫星定位的道路匹配方法包括：\n[0014] 接收第一/下一位置点的位置数据信息；\n[0015] 计算该位置点的道路匹配值；\n[0016] 根据历史道路计算当前道路的连通值；\n[0017] 根据所述道路匹配值和连通值计算最终匹配值；\n[0018] 根据所述最终匹配值匹配道路。\n[0019] 进一步，设定最佳匹配计数，对于最佳匹配路段，该路段的最佳匹配计数加一，如果某路段的最佳匹配计数达到预设值，则该路段转为连通路段，存储该连通路段的连通值。\n[0020] 进一步，当某路段为最佳匹配路段时，或者它和历史路段中的某条路段连通，则在历史路段中保存它的最佳匹配计数和连通值。\n[0021] 进一步，如果某路段和历史路段连通，则直接调用存储的其连通历史路段的连通值。\n[0022] 本发明还提供了一种基于卫星定位的道路匹配系统，包括：\n[0023] 接收单元，用于接收第一/下一位置点的位置数据信息；\n[0024] 匹配值计算单元，用于计算所述位置点的道路匹配值；\n[0025] 匹配单元，用于根据所述各位置点的道路匹配值之间的关系匹配道路。\n[0026] 进一步，还包括位置推算单元，用于当接收不到所述位置点的位置数据信息时，根据车辆的历史位置、车辆朝向和车辆速度计算当前位置点的位置数据信息。\n[0027] 本发明还提供了另一种基于卫星定位的道路匹配系统，包括：\n[0028] 接收单元，用于接收第一/下一位置点的位置数据信息；\n[0029] 匹配值计算单元，用于计算该位置点的道路匹配值；\n[0030] 连通值计算单元，用于根据历史道路计算当前道路的连通值；\n[0031] 最终匹配值计算单元，用于根据所述道路匹配值和连通值计算最终匹配值；\n[0032] 匹配单元，用于根据所述最终匹配值匹配道路。\n[0033] 进一步，还包括：匹配计数单元，用于设定最佳匹配计数，对于最佳匹配路段，该路段的最佳匹配计数加一，如果某路段最佳匹配计数达到预设值，则该路段转为连通路段。\n[0034] 进一步，还包括：存储单元，当某路段为最佳匹配路段，或者它和历史路段中的某条路段连通，则在历史路段中保存它的最佳匹配计数和连通值。\n[0035] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：\n[0036] 本发明不再采用单个位置点与电子地图的匹配，而是利用多个位置点与电子地图进行道路匹配，因为利用多个位置点之间的匹配值关系进行道路匹配，对每个位置点的定位数据精度要求不高，不需要对每个点的定位数据都利用滤波器进行校正处理，对前端滤波部分的要求降低，使得前端可以使用较为简单的滤波方法或不用滤波方法，从而大大减少了数据的处理量，因此可以在低主频的导航设备上使用，降低了导航成本。\n[0037] 进一步，本发明利用匹配值和连通值两个数值，在计算历史道路的过程中，使用了一种全新的基于计数的算法，从而可以有效地表示历史道路的匹配情况。解决了复杂道路的道路匹配问题，结合道路匹配值和连通值，可以解决在立交桥，交叉路口等复杂道路的道路匹配问题，并且因为对前端滤波部分的要求降低，使得前端可以使用较为简单的滤波方法或不用滤波方法，从而大大减少了数据的处理量，因此可以在低主频的导航设备上使用，降低了导航成本。并且不会降低匹配准度。\n附图说明\n[0038] 图1是本发明一种基于卫星定位的道路匹配方法的流程图；\n[0039] 图2是图1所示方法的应用示意图；\n[0040] 图3是本发明另一种基于卫星定位的道路匹配方法的流程图；\n[0041] 图4是图3所示方法的应用示意图；\n[0042] 图5是本发明一种基于卫星定位的道路匹配系统的结构框图；\n[0043] 图6是本发明另一种基于卫星定位的道路匹配系统的结构框图；\n[0044] 图7是现有技术一种道路匹配方法的处理流程图。\n具体实施方式\n[0045] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。\n[0046] 对于导航系统来说，获取位置信息的主要目的有两个，一个是向用户报告实时位置，二是提供准确的导向指令。特别是对行驶在道路上的车辆来说，所述需求更大。实现这两个目的的前提是必须知道车辆在哪一条道路上行驶，以及车辆在该道路上的准确位置。\n为了提高导航系统的定位精度，考虑到导航电子地图也是导航系统中的一个重要组成部分，随着电子地图制作方法的改进，其精度得到很大的提高。道路匹配方法，就是利用高精度的电子地图的道路网络数据，对导航系统提供的车辆位置进行修正以提高系统的定位精度，从而准确获取车辆在哪条道路上行驶，以及在该道路上的准确位置。\n[0047] 参照图1，示出了本发明一种基于卫星定位的道路匹配方法的流程图，包括：\n[0048] 步骤101、接收第一/下一位置点的位置数据信息。\n[0049] 所述位置数据信息包括由全球卫星定位系统(GPS)发送的位置数据信息。通常采用GPS定位或者组合定位方式，通过传感器确定车辆的位置，以经度、纬度、高度的方式体现，通过该定位方式定位的车辆位置点与车辆实际所在的位置点有15米左右的误差。通过全球卫星定位系统或者其他的组合方式定位在现在技术中被广泛应用，接收所述GPS发送的位置数据信息的技术也广泛存在，为了篇幅考虑，本发明对此不加以详细介绍。所述第一/下一位置点即开始的位置点和以后连续采样的位置点。\n[0050] 步骤102、计算所述位置点的道路匹配值。\n[0051] 通过步骤101接收所述位置点的位置数据信息后，根据所述位置数据信息计算各位置点的道路匹配值。所述道路匹配值是处理位置数据信息后，根据车辆位置、车头朝向、车辆速度、当前时间、海拔计算出的不考虑拓扑关系的车辆匹配的道路位置。用一个公式概括就是：\n[0052] road_w＝f(position，heading，speed，elevation，time)。\n[0053] 步骤103、根据各位置点的道路匹配值之间的关系匹配所在道路。\n[0054] 通过步骤102所述的道路匹配值，不必考虑每个位置点匹配的精度，将每个位置点分别匹配到电子地图上，虽然有些位置点离车辆的实际位置相差很远，误差很大，但由于取样位置点多，所述误差大的点对匹配道路的最终结果影响不大。本发明正是利用了各位置点之间匹配值的关系，正确匹配车辆所在的道路。对于道路并不复杂的情况，可以准确的匹配。特别在刚刚接收到GPS信号时，或者道路产生分叉时，可以将车辆匹配到电子地图的正确道路上。所述匹配成功的道路则为最佳匹配路段。\n[0055] 进一步，由于无线通讯的原因、天气的影响等其他因素，使得在某些位置点并不能接收到位置数据信息，此时可以根据车辆的历史位置、车辆朝向和车辆速度计算当前位置点的位置数据信息。从而估算车辆的当前位置点。\n[0056] 由于并不需要对每个点的定位数据都利用滤波器进行校正处理，对前端滤波部分的要求降低，使得前端可以使用较为简单的滤波方法或不用滤波方法，从而大大减少了数据的处理量，因此可以在低主频的导航设备上使用，降低了导航成本。\n[0057] 参照图2，以一个实例对本发明及其效果进行详细的说明：\n[0058] 当开始接收GPS信号时，各位置点的匹配开始进行。从a-i若干个点，根据各位置点的道路匹配值进行匹配，从图中可以看出，有些点的匹配位置与车辆在道路上的实际位置点相差较远，误差较大，但通过所述各点之间的匹配值关系可以将车辆很准确的匹配在道路R1上。因此，在路况信息比较简单的情况下，在匹配开始时利用所述方法可以准确的匹配车辆所在道路，为导航或其他应用提供良好的基础。\n[0059] 当车辆行驶到1点时，所述道路R1分叉为道路R2和R3，虽然少数几个位置点被匹配到了道路R3上，但根据各位置点匹配值之间的关系可以准确的将车辆匹配到道路R2上。\n[0060] 参照图3，示出另一种基于卫星定位的道路匹配方法的流程图，包括：\n[0061] 步骤301、接收第一/下一位置点的位置数据信息。\n[0062] 所述位置数据信息包括由全球卫星定位系统(GPS)发送的位置数据信息。通常采用GPS定位或者组合定位方式，通过传感器确定车辆的位置，以经度、纬度、高度的方式体现，通过该定位方式定位的车辆位置点与车辆实际所在的位置点有15米左右的误差。通过全球卫星定位系统或者其他的组合方式定位在现在技术中被广泛应用，接收所述GPS发送的位置数据信息的技术也广泛存在，为了篇幅考虑，本发明对此不加以详细介绍。所述第一/下一位置点即开始的位置点和以后连续的位置点。\n[0063] 步骤302、计算所述位置点的道路匹配值。\n[0064] 通过步骤301接收所述位置点的位置数据信息后，根据所述位置数据信息计算各位置点的道路匹配值。所述道路匹配值是处理位置数据信息后，根据车辆位置、车头朝向、车辆速度、当前时间、海拔计算出的不考虑拓扑关系的车辆匹配的道路位置。用一个公式概括就是：\n[0065] road_w＝f(position，heading，speed，elevation，time)。\n[0066] 步骤303、根据历史道路计算当前道路的连通值。\n[0067] 所述连通值表示道路的连通情况，且所述连通值并不固定，可以用数值0表示道路不连通，1表示道路连通，也可以预设一个值，当大于/等于所述预设值时，表示道路连通，小于所述预设值则表示道路不连通。由于电子地图中已经明确的标出了道路的连通情况，因此，根据历史道路就能得知所述路段的连通值。同时，当道路的连通情况发生变化时，通过车辆的道路匹配能更新所述历史路段的连通值，所述更新过程具体将在后面介绍。\n[0068] 步骤304、根据所述道路匹配值和连通值计算最终匹配值。\n[0069] 对于比较复杂的道路系统，如立交桥上的道路，只用匹配值进行道路匹配，并不能完全匹配正确。因此需要结合道路的匹配值和连通值匹配所在的道路，根据所述道路匹配值和连通值计算最终匹配值。其计算的公式为：最终匹配值＝道路匹配值*无拓扑系数+道路连通值*拓扑系数，其中，无拓扑系数+拓扑系数＝1。针对比较复杂的道路系统，既要考虑各采样位置点之间的匹配值关系，还要考虑道路之间的连通情况。结合匹配值和连通值才能准确的匹配所在道路。\n[0070] 进一步，设定最佳匹配计数，对于最佳匹配路段，该路段的最佳匹配计数加一，如果某路段的最佳匹配计数达到预设值，则该路段转为连通路段，存储该路段连通的连通值。\n存储所述最佳匹配的连通路段的连通值，当车辆再次匹配至该路段时，则可以直接调用存储的道路连通值，而不需要重新计算。\n[0071] 进一步，当某路段为最佳匹配路段时，或者它和历史路段中的某条路段连通，则在历史路段中保存它的最佳匹配计数和连通值。当车辆再次匹配至该路段时，则可以直接调用存储的道路连通值，而不需要重新计算。\n[0072] 步骤305、根据所述最终匹配值匹配所在的道路。\n[0073] 经过步骤304，得出最终匹配值，根据所述最终匹配值匹配车辆所在道路。由于所述匹配考虑了道路匹配值之间的关系以及道路之间的连通状况，利用道路匹配值和连通值这两个参数进行道路匹配，因此在复杂的道路系统中能准确的匹配车辆所在的道路。\n[0074] 参照图4，以另一个实例对本发明及其效果进行详细的说明：\n[0075] 所述道路系统为一立交桥，道路z1与道路z2不连通，道路z3与道路z4不连通，从道路z1的a点开始，根据图1所示方法即可匹配车辆所在的道路，当车辆行驶到1点时，由于道路系统变得非常复杂，车辆通过匹配值匹配的位置点如1至7所示，如果只根据匹配值来匹配道路，可以得知，最佳的匹配路段是z2，但这是明显不正确的，因为从道路z1不可能直接行驶至道路z2上，因此需要结合连通值，因为道路z1和z2是不连通的，所以连通值为0或其他表示为不连通的值，结合连通值和道路匹配值即可得到车辆的匹配道路还是z1。连通值在路网比较密集时可以正确确定车辆所在的位置。\n[0076] 参照图5，示出了本发明一种基于卫星定位的道路匹配系统，包括：\n[0077] 接收单元501、用于接收第一/下一位置点的位置数据信息。\n[0078] 所述位置数据信息包括由全球卫星定位系统(GPS)发送的位置数据信息。所述第一/下一位置点即开始的位置点和以后连续的位置点。\n[0079] 匹配值计算单元502、用于计算所述位置点的道路匹配值。\n[0080] 所述道路匹配值是处理位置数据信息后，输出根据车辆位置、车头朝向、车辆速度、当前时间、海拔计算出的不考虑拓扑关系的车辆匹配的道路位置。用一个公式概括就是：\n[0081] road_w＝f(position，heading，speed，elevation，time)。\n[0082] 匹配单元503、用于根据所述各点位置的道路匹配值之间的关系匹配所在道路。\n[0083] 将每个位置点分别匹配到电子地图上，虽然有些位置点离车辆的实际位置相差很远，误差很大，但由于取样位置点多，所述误差大的点对匹配道路的最终结果影响并不大。\n本发明正是利用了各位置点之间的相互关系，从而正确匹配车辆所在的道路。对于道路并不复杂的情况，可以准确的匹配。特别在刚刚接收到GPS信号时，或者道路产生分叉时，可以将车辆匹配到电子地图的正确道路上。\n[0084] 进一步，还包括位置推算单元504、用于当接收不到所述位置点的位置数据信息时，根据车辆的历史位置、车辆朝向和车辆速度计算当前位置点的位置数据信息。\n[0085] 参照图6，示出了本发明另一种基于卫星定位的道路匹配系统，包括：\n[0086] 接收单元601、用于接收第一/下一位置点的位置数据信息。\n[0087] 所述位置数据信息包括由全球卫星定位系统(GPS)发送的位置数据信息。所述第一/下一位置点即开始的位置点和以后连续的位置点。\n[0088] 匹配值计算单元602、用于计算所述位置点的道路匹配值。\n[0089] 所述道路匹配值是处理位置数据信息后，输出根据车辆位置、车头朝向、车辆速度、当前时间、海拔计算出的不考虑拓扑关系的车辆匹配的道路位置。用一个公式概括就是：\n[0090] road_w＝f(position，heading，speed，elevation，time)。\n[0091] 连通值计算单元603、用于根据历史道路计算当前道路的连通值。\n[0092] 所述连通值表示道路的连通情况，且所述连通值不固定，可以是0表示道路不连通，1表示道路连通，也可以预设一个值，当值大于/等于所述预设值时，表示道路连通，小于所述预设值则表示道路不连通。由于电子地图中已经明确的标出了道路的连通情况，因此，根据历史道路就能得知所述路段的连通值。同时，当道路的连通情况发生变化时，通过车辆的道路匹配能更新所述历史路段的连通值。\n[0093] 最终匹配值计算单元604、用于根据所述道路匹配值和连通值计算最终匹配值。\n[0094] 对于比较复杂的道路系统，如立交桥上的道路，只用匹配值进行道路匹配，并不能完全匹配正确。因此需要结合道路的匹配值和连通值匹配所在的道路，根据所述道路匹配值和连通值计算最终匹配值。其计算的公式为：最终匹配值＝道路匹配值*无拓扑系数+道路连通值*拓扑系数，其中，无拓扑系数+拓扑系数＝1。即对比较复杂的道路系统，既要考虑位置点之间的匹配值关系，还要考虑道路之间的连通情况。结合匹配值和连通值才能准确的匹配所在道路。\n[0095] 匹配单元605、用于根据所述最终匹配值匹配所在的道路。\n[0096] 由于所述匹配考虑了道路匹配值之间的关系以及道路之间的连通状况，因此在复杂的道路系统中能准确的匹配车辆所在的道路。\n[0097] 进一步，还包括匹配计数单元606、用于设定最佳匹配计数，对于最佳匹配路段，该路段的最佳匹配计数加一，如果某路段最佳匹配计数达到预设值，则该路段转为连通路段。\n[0098] 进一步，还包括存储单元607、当某路段为最佳匹配路段，或者它和历史路段中的某条路段连通，则在历史路段中保存它的最佳匹配计数和连通值。\n[0099] 进一步，还包括位置推算单元608、用于当接收不到所述位置点的位置数据信息时，根据车辆的历史位置、车辆朝向和车辆速度计算当前位置点的位置数据信息。\n[0100] 由于篇幅考虑，对图5、图6所示系统部分未详细介绍的部分请参照图1、图3所示方法部分。\n[0101] 以上对本发明所提供的基于卫星定位的道路匹配方法和系统，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。