地图匹配算法综述.doc

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1、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

2、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

3、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。由于GPS误差和矢量地图误差的存在，当车辆在道路弧段Si上行驶时，g(k)通常并不位于弧段Si上。2)p(k)为g(k)的地

4、图道路匹配点，表示地图匹配算法对g(k)进行偏差修正获得的车辆k时刻在矢量地图道路上的对应点，简称g(k)的匹配点。匹配点所在矢量地图弧段Si上的位置，应该尽可能反映出实际车辆在该段道路上的相应位置。3)e(k)为g(k)的地图匹配修正量，表示g(k)与其匹配点p(k)间的误差修正。需要指明匹配点所在的弧段p(k)Si时，使用符号e(k)[Si]表示g(k)对于弧段Si上的匹配点所使用的匹配修正量。上述3个基本量之间的关系如图画所示，即p(k)=g(k)+e(k)(4)地图匹配修正量e(k)源自于GPS定位误差和交通矢量地图精度误差的综合误差效应。4)e(k)的正交分解将e(k)正

5、交分解为弧段横向修正量ev(k).R与弧段纵向修正量eh(k).R，有(5)式中e(k)[Si]的纵向单位矢径的正向与车辆在弧段Si上的前进方向一致，横向单位矢径与垂直，构成右旋直交坐标如图4.1所示。需要注意的是,ev(k)与eh(k)均为标量，它们的大小与符号说明如下。5)弧段横向修正量ev(k)表示g(k)的道路弧段横向偏差，ev(k)的幅值

6、ev(k)

7、大小表示g(k)到达弧段的最短距离，即(6)式中q(k)=q(gk,Si)称为g(k)的弧段Si最近点，也就是g(k)对弧Si作垂线与弧段Si的交点。ev(k)[Si]的符号正负取决于是否与横向单位矢径的方向一致。正值表示g

8、(k)偏差在按前进方向测算的道路弧段Si的右侧，反之，当车辆g(k)位于道路弧段的左侧，ev(k)为负值。q(k)由g(k)与相应弧段Si唯一确定，所以ev(k)[Si]是一个已知标量。6)弧段纵向修正量eh(k)表示g(k)的道路弧段纵向偏差，反映g(k)的地图道路匹配点p(k)沿道路弧段方向上的预测偏差，即(7)eh(k)的取正值表示匹配点p(k)位于g(k)的前方，反之，当车辆g(k)必须向后退方向匹配时eh(k)为负值。弧段纵向修正量eh(k)[Si]与匹配点p(k)直接相关，是地图道路匹配算法最重要又最难精确求解的预测变量。如何克服这一误差分量的影响是论文研究的一个重点。

9、地图匹配过程实际上就是利用车辆行驶的GPS轨迹g(k)，基于矢量地图的拓扑结构，以及其它可获得的车辆运动信息来确定车辆正在运行的道路弧段Si，以及在上面的准确对应方位p(k)。1.2常见地图匹配算法正如本章开始的时候介绍，地图匹配算法经常被用来在车辆导航系统中确定车辆在道路上的位置。大部分地图算法都假设车辆行驶过程中是在有限的道路网上进行的，在绝大部分情况下车辆都是满足这种情况的。当然，当车辆实际上不在已知道路上行驶时，地图匹配可能增加GPS定位误差。还有一个假设是大