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地图匹配算法综述 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网信息，利用几何方法、概率统计方法、模式 [8-12] 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 。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 1 地图匹配算法综述 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S 上行驶时，g(k)通常并不位于弧段S 上。 i i 2)p(k)为g(k)的地图道路匹配点，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S 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。 i 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) S 时，使用符号e(k)[S ] 表示g(k)对于弧段S i i i 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)[S ] 的纵向单位矢径的正向与车辆在弧段S 上的前进方向一致，横 i