專利名稱：一種基于駕駛員行為特性和分對數(shù)模型的交叉口處地圖匹配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及車輛定位和地圖匹配領(lǐng)域，是一種車輛在交叉口處的定位技術(shù)和地圖匹配方法，具體涉及一種基于駕駛員行為特性和分對數(shù)模型的交叉口處地圖匹配方法。
背景技術(shù)：
地圖匹配是提高車輛定位精度的一種有效手段。它主要是根據(jù)全球定位系統(tǒng) (Global Position System，簡稱GPS)提供的車輛位置點的經(jīng)度和維度坐標(biāo)，在數(shù)字電子地圖上找到該位置點所在路段及路段上的位置點。城市交叉口是車輛改變行駛方向、變換行駛路段的關(guān)鍵樞紐，城市交叉口處的地圖匹配是地圖匹配方法研究的核心和難點。傳統(tǒng)的地圖匹配方法主要是從車輛位置點與路段之間的空間幾何關(guān)系分析入手，基于數(shù)字電子地圖中的路網(wǎng)幾何數(shù)據(jù)、拓?fù)潢P(guān)系數(shù)據(jù)以及GPS定位數(shù)據(jù)產(chǎn)生車輛位置點的最佳估計，較適用于普通路段上的地圖匹配，在交叉口處則顯得不盡如人意，經(jīng)常將轉(zhuǎn)向行駛的車輛位置定位點錯誤地匹配到直行路段上。其中，致使交叉口處地圖匹配精度較低的根本原因1)交叉口在小范圍內(nèi)同時連接多條分布密集的路段；2)各進口道方向中左轉(zhuǎn)彎車道、直行車道及右轉(zhuǎn)彎車道在交叉口范圍內(nèi)相切、相互干擾；3)車輛轉(zhuǎn)向行駛時存在慣性。目前，市場上的很多車載定位設(shè)備由于無法實現(xiàn)交叉口處車輛定位點的高精度、實時在線地圖匹配都省略了交叉口處的車輛位置定位，或是先跳過交叉口處的車輛位置點的定位，待后繼行駛路段上的定位點的匹配路段確定之后，再根據(jù)一致性原則，對交叉口處的車輛定位點進行離線定位。

發(fā)明內(nèi)容
針對目前交叉口處地圖匹配精度不高、實時性不強等問題，本發(fā)明提出一種基于駕駛員行為特性和分對數(shù)模型的交叉口處地圖匹配方法，實現(xiàn)了交叉口處高精度、實時定位。車載GPS接收器以一定的時間間隔接收GPS定位數(shù)據(jù)，通過輸入數(shù)據(jù)存儲、初始點地圖匹配、路段上的地圖匹配及交叉口處地圖匹配四個階段，完成車輛行駛軌跡的高精度、實時定位。本發(fā)明的技術(shù)方案是根據(jù)車輛定位點的產(chǎn)生時序，將車輛定位分為輸入數(shù)據(jù)存儲、初始點地圖匹配、路段上的地圖匹配及交叉口處的地圖匹配四個階段。第一階段輸入數(shù)據(jù)存儲輸入數(shù)據(jù)存儲是在地圖匹配之前將所需要的數(shù)據(jù)存儲到置頂數(shù)據(jù)庫表中，輸入數(shù)據(jù)包括數(shù)字電子地圖中的路段屬性數(shù)據(jù)、車輛位置的GPS定位數(shù)據(jù)及交叉口轉(zhuǎn)向限制數(shù)據(jù)。第二階段初始點地圖匹配初始點地圖匹配包括初始定位點候選匹配路段識別模塊、初始定位點地圖匹配建模及權(quán)值系數(shù)估計模塊。初始定位點候選匹配路段識別模塊通過圓形誤差域確定候選匹配路段集合，初始定位點地圖匹配建模及權(quán)值系數(shù)估計模塊負(fù)責(zé)從候選匹配路段集合中選擇最佳匹配路段。第三階段路段上的地圖匹配路段上的地圖匹配包括停車狀態(tài)判別模塊和車輛相對位置判別模塊，停車狀態(tài)判別模塊是判別車輛是否處于停車狀態(tài)，如果是，則當(dāng)前定位點的匹配結(jié)果與前一個定位點的匹配結(jié)果相同，如果不是，則進行車輛相對位置判別。車輛相對位置判別模塊是判別車輛是否離開了前一個定位點所在的匹配路段，如果不是，則確定當(dāng)前定位點的匹配路段與前一個定位的匹配路段相同，如果是，則進入交叉口處的地圖匹配。第四階段交叉口處的地圖匹配交叉口處的地圖匹配包括交叉口關(guān)鍵定位點識別模塊、交叉口關(guān)鍵定位點候選匹配路段標(biāo)記模塊、分對數(shù)地圖匹配建模及權(quán)值系數(shù)估計模塊。交叉口關(guān)鍵定位點識別模塊用于確定影響交叉口處地圖匹配精度的關(guān)鍵定位點集合；交叉口關(guān)鍵定位點候選匹配路段標(biāo)記模塊根據(jù)交叉口所連接的路段與前一匹配路段的相對關(guān)系，將關(guān)鍵定位點的候選匹配路段確定為左轉(zhuǎn)候選匹配路段、直行候選匹配路段及右轉(zhuǎn)候選匹配路段，并根據(jù)交叉口轉(zhuǎn)向限制數(shù)據(jù)剔除了限制通行的候選匹配路段，使得交叉口關(guān)鍵定位點的有效候選匹配路段最多不超過3條；分對數(shù)地圖匹配建模及權(quán)值系數(shù)估計模塊，從三種不同候選匹配路段所對應(yīng)的駕駛員行為特性差異分析入手，提出將交叉口處最佳匹配路段的估計問題轉(zhuǎn)變成車輛對后繼行駛路段的選擇問題，以考慮駕駛員駕駛行為特性的權(quán)重(符號及數(shù)值大小)作為判別駕駛員對后繼行駛路段選擇的關(guān)鍵權(quán)重，根據(jù)分對數(shù)模型從三條候選路段中選擇最佳匹配路段，并采用最大似然估計法對權(quán)值系數(shù)進行估計。通過采用上述方案，解決了制約交叉口處地圖匹配精度低的問題，克服了現(xiàn)有交叉口處地圖匹配方法的弊端，實現(xiàn)了交叉口處高精度、實時地圖匹配。


圖I為本發(fā)明框圖2為初始點地圖匹配流程；
圖3為路段上的地圖匹配流程；
圖4為交叉口處地圖匹配流程；
圖5為90度相交的十字形交叉口 ；
圖6為小于90度相交的十字形交叉口 ；
圖7為基于GN-79N型號GPS接收機(定位精度30米左右)的相鄰定位點間行駛方向角一階有向差分圖8為基于OEMV型號GPS接收機(定位精度5米左右)的相鄰定位點間行駛方向角一階有向差分圖9為excel數(shù)據(jù)表存儲數(shù)字電子地圖中圖6所示路段屬性數(shù)據(jù)意圖10為excel數(shù)據(jù)表存儲車輛位置的GPS定位數(shù)據(jù)示意圖11為excel數(shù)據(jù)表存儲圖6所示交叉口各進口道轉(zhuǎn)向限制數(shù)據(jù)示意圖。
具體實施方法
第一階段輸入數(shù)據(jù)存儲
地圖匹配的輸入數(shù)據(jù)包括數(shù)字電子地圖中的路段屬性數(shù)據(jù)、車輛位置的GPS定位數(shù)據(jù)及交叉口轉(zhuǎn)向限制數(shù)據(jù)。具體如下I)數(shù)字電子地圖中的路段屬性數(shù)據(jù)路段的編號、路段的起點和終點的編號及坐標(biāo)(數(shù)字電子地圖米用WGS 84坐標(biāo)系，即與GPS的坐標(biāo)系相同)；2)車輛位置的GPS定位數(shù)據(jù)車載GPS接收器接收到的車輛位置的經(jīng)度和維度坐標(biāo)、車輛行駛方向、車輛行駛速度、數(shù)據(jù)接受時間(以I秒為數(shù)據(jù)接收的時間間隔)；3)交叉口轉(zhuǎn)向限制數(shù)據(jù)交叉口各連接路段在進口道方向中關(guān)于左轉(zhuǎn)、直行和右轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)向限制數(shù)據(jù)，即如果交叉口某一連接路段的進口道方向限制車輛左轉(zhuǎn)，則左轉(zhuǎn)方向限制數(shù)據(jù)取值為I，不限制，則取值為O。各類數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)表存儲方法見圖9 圖11。第二階段初始定位點地圖匹配初始定位點地圖匹配是指對GPS接收器接收到的車輛位置的第一個定位點進行地圖匹配，識別出其正確的匹配路段和在匹配路段上的位置點，地圖匹配流程見圖2，主要包括初始定位點候選匹配路段識別模塊、初始定位點地圖匹配建模及權(quán)值系數(shù)估計模塊兩個模塊。I、初始定位點候選匹配路段識別模塊初始定位點對本發(fā)明的整體地圖匹配精度具有重要影響。初始定位點候選匹配路段識別是通過以初始定位點為圓心，以GPS接收器的定位誤差為半徑，構(gòu)建圓形誤差域，將所有與該圓形誤差域相交或相切(即有公共交點)的路段全部確定為候選匹配路段，并構(gòu)成候選匹配路段集合Ω。2、初始定位點地圖匹配建模及權(quán)值系數(shù)估計模塊I)初始定位點地圖匹配建模候選匹配路段確定之后，本發(fā)明根據(jù)行駛方向一致性的權(quán)重％及考慮定位點與投影點接近性的權(quán)重Wd作為初始定位點地圖匹配權(quán)重。對候選匹配路段集合Ω中的每一條候選匹配路段L，作如下計算
Z1=W^wd (I)則初始定位點的匹配路段為Lb = |z maxZ1 j (2)2)初始定位點地圖匹配權(quán)重計算①考慮行駛方向一致性的權(quán)重首先，規(guī)定正北方向為0°，方向角按順時針遞增。為便于計算，將360°方向角統(tǒng)一更改為0°方向角，即方向角的取值范圍為[0°，360° )。令a為車輛行駛方向角，Θ, 為候選匹配路段L的方向角，(xs,ys)>(xF,yF)分別為候選匹配路段L的起點和終點的坐標(biāo)， 則當(dāng)候選匹配路段為直線路段時，有
權(quán)利要求
1.一種基于駕駛員行為特性和分對數(shù)模型的交叉口處地圖匹配方法，其特征在于由以下步驟實現(xiàn)(1)輸入數(shù)據(jù)存儲是在地圖匹配之前將所需要的數(shù)據(jù)存儲到置頂數(shù)據(jù)庫表中，輸入數(shù)據(jù)包括數(shù)字電子地圖中的路段屬性數(shù)據(jù)、車輛位置的GPS定位數(shù)據(jù)及交叉口轉(zhuǎn)向限制數(shù)據(jù)；(2)初始點地圖匹配包括初始定位點候選匹配路段識別模塊、初始定位點地圖匹配建模及權(quán)值系數(shù)估計模塊，初始定位點候選匹配路段識別模塊通過圓形誤差域確定候選匹配路段集合，初始定位點地圖匹配建模及權(quán)值系數(shù)估計模塊負(fù)責(zé)從候選匹配路段集合中選擇最佳匹配路段；(3)路段上的地圖匹配包括停車狀態(tài)判別模塊和車輛相對位置判別模塊，停車狀態(tài)判別模塊是判別車輛是否處于停車狀態(tài)，如果是，則當(dāng)前定位點的匹配結(jié)果與前一個定位點的匹配結(jié)果相同，如果不是，則進行車輛相對位置判別，車輛相對位置判別模塊是判別車輛是否離開了前一個定位點所在的匹配路段，如果不是，則確定當(dāng)前定位點的匹配路段與前一個定位的匹配路段相同，如果是，則進入交叉口處的地圖匹配；(4)交叉口處的地圖匹配包括交叉口關(guān)鍵定位點識別模塊、交叉口關(guān)鍵定位點候選匹配路段標(biāo)記模塊、分對數(shù)地圖匹配建模及權(quán)值系數(shù)估計模塊，交叉口關(guān)鍵定位點識別模塊用于確定影響交叉口處地圖匹配精度的關(guān)鍵定位點集合；交叉口關(guān)鍵定位點候選匹配路段標(biāo)記模塊根據(jù)交叉口所連接的路段與前一匹配路段的相對關(guān)系，將關(guān)鍵定位點的候選匹配路段確定為左轉(zhuǎn)候選匹配路段、直行候選匹配路段及右轉(zhuǎn)候選匹配路段，并根據(jù)交叉口轉(zhuǎn)向限制數(shù)據(jù)剔除了限制通行的候選匹配路段，使得交叉口關(guān)鍵定位點的有效候選匹配路段最多不超過3條；分對數(shù)地圖匹配建模及權(quán)值系數(shù)估計模塊，從三種不同候選匹配路段所對應(yīng)的駕駛員行為特性差異分析入手，提出將交叉口處最佳匹配路段的估計問題轉(zhuǎn)變成車輛對后繼行駛路段的選擇問題，以考慮駕駛員駕駛行為特性的權(quán)重作為判別駕駛員對后繼行駛路段選擇的關(guān)鍵權(quán)重，根據(jù)分對數(shù)模型從三條候選路段中選擇最佳匹配路段，并采用最大似然估計法對權(quán)值系數(shù)進行估計。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于駕駛員行為特性和分對數(shù)模型的交叉口處地圖匹配方法，其特征在于輸入數(shù)據(jù)存儲包括數(shù)字電子地圖中的路段屬性數(shù)據(jù)、車輛位置的GPS定位數(shù)據(jù)及交叉口轉(zhuǎn)向限制數(shù)據(jù)，其中(1)數(shù)字電子地圖中的路段屬性數(shù)據(jù)路段的編號、路段的起點和終點的編號及坐標(biāo)；(2)車輛位置的GPS定位數(shù)據(jù)車載GPS接收器接收到的車輛位置的經(jīng)度和維度坐標(biāo)、 車輛行駛方向、車輛行駛速度、數(shù)據(jù)接受時間；(3)交叉口轉(zhuǎn)向限制數(shù)據(jù)交叉口各連接路段在進口道方向中關(guān)于左轉(zhuǎn)、直行和右轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)向限制數(shù)據(jù)，即如果交叉口某一連接路段的進口道方向限制車輛左轉(zhuǎn)，則左轉(zhuǎn)方向限制數(shù)據(jù)取值為1，不限制，則取值為O。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于駕駛員行為特性和分對數(shù)模型的交叉口處地圖匹配方法，其特征在于初始定位點地圖匹配是指對GPS接收器接收到的車輛位置的第一個定位點進行地圖匹配，識別出其正確的匹配路段和在匹配路段上的位置點，主要包括初始定位點候選匹配路段識別模塊、初始定位點地圖匹配建模及權(quán)值系數(shù)估計模塊兩個模塊，其中(1)初始定位點候選匹配路段識別模塊初始定位點對本發(fā)明的整體地圖匹配精度具有重要影響。初始定位點候選匹配路段識別是通過以初始定位點為圓心，以GPS接收器的定位誤差為半徑，構(gòu)建圓形誤差域，將所有與該圓形誤差域相交或相切的路段全部確定為候選匹配路段，并構(gòu)成候選匹配路段集合 Ω ；(2)初始定位點地圖匹配建模及權(quán)值系數(shù)估計模塊1)初始定位點地圖匹配建模候選匹配路段確定之后，本發(fā)明根據(jù)行駛方向一致性的權(quán)重％及考慮定位點與投影點接近性的權(quán)重％作為初始定位點地圖匹配權(quán)重，對候選匹配路段集合Ω中的每一條候選匹配路段L，作如下計算
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于駕駛員行為特性和分對數(shù)模型的交叉口處地圖匹配方法，其特征在于路段上地圖匹配主要包括停車狀態(tài)判別模塊和車輛相對位置判別模塊，其中(1)停車狀態(tài)判別模塊如果車速小于2km/h，認(rèn)為車輛處于停車狀態(tài)，則匹配點與前一時刻相同，否則匹配點為定位點在匹配路段上的垂直投影；(2)車輛相對位置判別模塊在初始定位點匹配后即確定車輛行駛路段，由于車輛在路段上的行駛具有連續(xù)性，只有在交叉口處才會變換行駛路段，因此，車輛如果未離開該路段，則當(dāng)前定位點的匹配路段與上一匹配路段相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于駕駛員行為特性和分對數(shù)模型的交叉口處地圖匹配方法，其特征在于交叉口處地圖匹配主要包括交叉口處地圖匹配包括交叉口關(guān)鍵定位點識別模塊、交叉口關(guān)鍵定位點候選匹配路段標(biāo)記模塊、分對數(shù)地圖匹配建模及權(quán)值系數(shù)估計模塊三個模塊，其中(1)交叉口關(guān)鍵定位點識別模塊本發(fā)明將這些點定義為交叉口關(guān)鍵定位點，交叉口的關(guān)鍵定位點為Q5 q1(1。具體識別方法如下首先，判斷當(dāng)前定位點q到上一個定位點的匹配路段的投影點是否在該匹配路段的終點方向的延長線上時，如果是，則認(rèn)為定位點q為關(guān)鍵定位點集合中的第一個定位點，并與其后的η-i (試驗測試得出η通常為6 8)個定位點共同構(gòu)成交叉口關(guān)鍵定位點集合E ；(2)交叉口關(guān)鍵定位點候選匹配路段標(biāo)記模塊將該交叉口處與前一匹配路段相交的所有路段均視為候選匹配路段，同時，交叉口關(guān)鍵定位點候選匹配路段標(biāo)記就是在交叉口關(guān)鍵定位點的候選匹配路段中分別標(biāo)記出相對于前一匹配路段的左轉(zhuǎn)方向候選匹配路段、直行方向候選匹配路段及右轉(zhuǎn)方向候選匹配路段；令Θ L和Pi,分別為候選匹配路段L和前一匹配路段Lf的方向角，則候選匹配路段L和前一匹配路段Lf之間的夾角Λ Θ為
全文摘要
一種基于駕駛員行為特性和分對數(shù)模型的交叉口處地圖匹配方法，涉及車輛定位和地圖匹配領(lǐng)域，通過輸入數(shù)據(jù)存儲、初始點地圖匹配、路段上的地圖匹配及交叉口處地圖匹配四個階段，完成車輛行駛軌跡的高精度、實時定位。本發(fā)明解決了制約交叉口處地圖匹配精度低的問題，克服了現(xiàn)有交叉口處地圖匹配方法的弊端，實現(xiàn)了交叉口處高精度、實時地圖匹配。
文檔編號G01C21/30GK102589557SQ20121000948
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月13日
發(fā)明者于德新, 楊兆升, 林賜云, 龔勃文 申請人:吉林大學(xué)