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基于投影的GPS地图匹配算法研究.doc

基于投影的GPS地图匹配算法研究

花开墨墨尘音
2017-10-24 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《基于投影的GPS地图匹配算法研究doc》,可适用于社会民生领域

基于投影的GPS地图匹配算法研究基于投影的GPS地图匹配算法研究,电子科学,秦文斌王培东约字摘要首先给出地图匹配算法的基本原理对基于投影的地图匹配算法的两种情况即车辆正常行驶的过程和车辆转弯过程给出匹配的基本算法。在此基础上提出地图匹配算法的详细匹配过程。实际的验证结果表明基于投影的地图匹配算法对GPS接收器接收到的原始定位信息的校正是有效的。关键词地图匹配投影距离方向夹角中图分类号:TP文献标识码:A文章编号:,(),一、引言随着科学技术的飞速发展GPS技术已广泛地应用于地面移动目标的跟踪定位。车辆导航跟踪监控系统就是其中众多应用之一。由于车辆GPS的定位数据与电子地图数据都不可避免地存在各种误差往往会带来车辆行驶轨迹偏离实际道路的问题。为了解决这个问题目前主要有两种处理方法一种是采取提高GPS定位精度及电子地图精度的方法但这种方法成本高也不可能完全消除定位点与地图之间的这种显示误差另一种是采用地图匹配方法即用软件的方法来协调不准确的定位数据和电子地图所造成的显示误差也就是把定位点依照某种规则强制与实际道路配准从而保证车辆总在行驶的道路上。目前主要研究的地图匹配算法有基于代价函数的地图匹配、基于模糊逻辑的地图匹配、基于DS证据推理的地图匹配、基于神经网络的地图匹配以及基于预测的地图匹配方法等。这些算法原理较为复杂实现难度较大大多数没有考虑如何消除GPS定位误差对地图匹配的影响。该文设计了一个基于投影的地图匹配算法将GPS定位点投影到附近的道路上然后每个定位点的权重值大小来确定车辆当前行驶的道路该算法充分利用了定位点的当前信息和历史信息能够有效地降低定位误差对地图匹配效果的影响。二、地图匹配算法的思想地图匹配的基本思想是通过车辆的航迹与电子地图上矢量化的路段相近匹配寻找当前行驶的道路并将车辆当前的定位点投影到道路上它的应用基于两个前提:第一用于匹配的高精度数字地图第二车辆行驶在道路上这样就保证了不会因为定位误差使车辆定位点偏离车辆当前行驶的道路而且通过投影使车辆定位数据仅保留定位误差在车辆前进方向上的径向分量从而提高车辆的定位精度。地图匹配算法是曲线匹配原理和地理空间接近性分析方法的融合曲线匹配算法的基本思想是:如果对一条曲线做任意数量、任意比例的分割分割点都落在另一条曲线上则两条曲线严格匹配。实际应用中就是计算一条曲线上相对均匀的某一数量分割点到参考曲线的距离的平均值将其作为到参考曲线的平均距离并将此平均值的倒数作为匹配优劣的度量空间接近性分析方法就是在已知可能正确的地理数据集中按照空间最接近的方法匹配当前定位数据网。地图匹配算法可分为两个相对独立的过程:一是寻找车辆当前行驶的道路二是将当前定位点投影到车辆行驶的道路上。其基本方法是按照曲线匹配的思想在车辆航迹的邻近区内搜索所有道路路段及其组合把这些组合路段分别与车辆航迹求取匹配度量值将其得到的最佳匹配度量值的组合路线作为车辆的当前行驶路线。三、基于投影的地图匹配算法的原理基于投影的地图匹配算法如图所示图中P点为待匹配的GPS定位点L、L表示GPS点附近的道路的中心线。在投影匹配算法中把待匹配的GPS定位点向附近所有道路做投影计算GPS点与各道路间的投影距离r及车辆行驶方向与道路间的夹角选出r、值小于给定阙值得所有道路并根据公式()计算各候选道路的距离度量值R。()式中、分别是投影距离和方向夹角的权值。在所有候选道路中选择距离度量值最小的作为匹配道路即认为车辆正在该道路上行驶。算法最后将车辆在匹配道路上的投影点作为车辆的当前位置加以显示。在图中经过以上计算选择道路L作为匹配道路并以P点在L上的投影点P作为车辆当前位置。在处理道路交叉点附近车辆转弯时根据道路的连通性和车辆的转角在所有接续道路中选择角度变化最为接近的道路作为匹配结果。如图所示当车辆在交叉点S处转弯时车辆行进角度的变化值为原行进道路L的三条接续道路L、L、L与L之间的夹角分别为。算法将与、、进行比较并综合考虑GPS点与三条道路间的距离最后选定道路L作为匹配道路。这个方法的实质是在道路的节点处将投影距离的权值的减小而主要考虑行进角度。四、具体的匹配算法过程投影地图匹配的具体算法如图所示其步骤为:(接收GPS定位数据。当GPS接收器接收到GPS定位信号的时候将这些信息暂时存储到缓冲区中如时间、经纬度、高度、速度、方向和几何衰减因子等。(判断定位数据是否无效。若无效则根据历史定位数据进行推测匹配然后转第步。这里判断GPS定位数据是否无效主要是判断GPS接收器传过来的DOP(DilutionofPrecision精度衰减因子)是否大于一个数值。一般来说如果DOP>表明GPS接收的数据不正常转而依据车辆行驶的历史轨迹推测车辆当前可能的位置。要说明的是这种推测匹配方法是建立在当前车辆正常行驶的前提下因此它只能在短时间内起作用。(判断车辆当前是否处于停止或滑行状态。若是对其作相应处理然后转第步。如果在车辆停止或低速滑行接近于停止时理论上车辆定位点应该保持不动或基本不动。然而由于GPS定位误差的随机漂移使得系统定位模块给出的车辆位置信息在以车辆当前实际所处位置为圆心的一个圆形区域内随机抖动。判断发生这种异常的方法是计算当前定位点与其前几个定位点(设计中取为)的距离若它们持续小于GPS正常定位时的误差上限则说明车辆当前基本处于停止或低速滑行状态此时可将与当前定位点对应的匹配点作为车辆当前的真实位置而不对后续定位点进行匹配直到前面的三个距离值开始大于GPS正常定位时的误差上限为止。(如果在一定阙值内搜索到的道路数<表明车辆不在道路上退出匹配过程以当前GPS数据作为车辆的当前位置。如果在一定阙值内搜索到的道路数=表明车辆在道路上直接投影把此道路作为车辆行驶的当前道路。如果在一定阙值内搜索到的道路数>并且道路的节点号码相同表明车辆在节点附近利用类似图的方法处理。(如果在一定阙值内搜索到的道路数>并且道路的节点号码不同表明车辆在几条相近的道路中的某条上行驶利用类似图的方法处理。(结束本次匹配。五、试验分析图是GPS接收器接收到的原始定位信息。从这张图上可以看出来很多定位点都偏离了道路使得定位信息不准确。从图可以看出经过了MM算法校正后的GPS定位信息相比未校正的定位信息精确度大大提高。定位点大部分都校正了道路的中心线上使得整个系统的可用性提高了不少。六、结论地图匹配算法在车辆导航跟踪系统起着至关重要的作用。该文设计了一种基于投影的地图匹配算法该算法原理较为简单计算方便有效地利用了定位点的当前信息和历史信息能够在很大程度上降低定位误差对地图匹配效果的影响从而大大地降低地图匹配的误配率对提高导航跟踪系统的性能起着积极的作用。参考文献:钟海丽、童瑞华、李军、陈宏盛GPS定位于地图匹配方法研究小型微型计算机系统第卷第期陈佳瑜、肖桂荣基于权重的地图匹配算法计算机工程与应用马建军、唐进君、曹凯一种新的智能地图匹配算法计算机应用月第卷第期ChristopherEWhiteDavidBernsteinAlainLKornhauserSomemapmatchingalgorithmsforpersonalnavigationassistantsTransportationResearchC:李鑫、徐勇、邓涛电子地图匹配算法在GPS和DR组合车载导航系统中的作用国外电子测量技术第卷第期张小平、王保保、范克利GPS与数字地图的匹配研究计算机仿真():SinnKimJongHwanKimAdaptivefuzzynetworkbasedcmeasuremapmatchingalgorithmforcarnavigationsystemIEEETransactiononIndustrialElectronics():常菲、李明禄、李治洪基于道路分级的地图匹配综合定位技术微型电脑应用():陈勇刚、王更生、陈斌车载地图匹配技术中GPS定位数据的研究工业控制计算机():注:“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”

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