GPS车辆导航中的实时地图匹配算法

-HZ.VW/[=&4f‘#%4bd&‘;d5‘$b0/790/390(d554$b$4#$;b‘5‘$b04$$$$$4#5‘c,0c:11,%$;‘#
摘 要=通过误差来 源的分析和 误 差 模型 的 建 立’提出 了一种 车辆导航 中 /79定 位测量 与数 字 地 图 实 时 配 准 的 地 图 匹 配 算 法 2这 使 得 在 现 有 的 基 本 硬 件 配 置 条 件 下 ’车 辆 导 航 定 位 精 度 更 高 2 最 后 对 算 法 进 行 了 分 析 ’并 给 出 了 统 计 结 果 2 关 键 词 =车 辆 导 航 0/790/390模 式 识 别 0误 差 矫 正 0模 糊 逻 辑
本文提出了一种实时有效的通用地图匹配算
法:对 不同 的 误 差 来 源 及 不 同 的 路 段 行 驶 状 态 都 有 相 应 的 建 模 分 析 :提 高 了 算 法 的 鲁 棒 性 $
; 定位误差来源分析
;ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ< =>?定位误差
!"#定 位 误 差 包 括 接 收 机 内 部 固 定 误 差 和 外部突变误差等$接收机内部固定误差是指由于 卫 星接收 所 引 起 的 固 有 误 差:主 要 原 因 有 卫 星 数 据 误 差@数 据 传 输 误 差@接 收 机 钟 差@接 收 机 的 测 量 误 差 等 $根 据 目 前 长 时 间 的 定 点 测 量 结 果 :处 于 正 常 状 态 伪 码 接 收 机 的 内 部 固 定 误 差 ABC都 在 DE+ 以内F非 #G 状态H$但是伪码接收机要求必 须同 时接收到 I颗 或 I颗以 上的 "JK"L M的 卫 星信号:从而使接收机方程 D维定位有精确解$而 在 城市路 段 复 杂 的 情 况 下:往 往 会 出 现 高 楼 或 高 架 桥 阻 挡:使 接 收 机 对 部 分 卫 星 失 去 锁 定:!"# 数据产生数据漂移$这时就会有较大的偏差甚至 失去信号:使得 !"#数据的连续性受到一定的影 响 $这 种 误 差 是 由 外 界 原 因 引 起 的 :所 以 我 们 称 其 为 外 部 突 变 误 差 $它 的 变 化 值 一 般 较 大 :引 起 的 错 误 也 较 明 显 :通 常 的 表 现 为 速 度 异 常 $引 入 电 子 陀 螺后 情况 有 好 转:但 是 由 于 数 据 融 合 的 限 制 仍 存 在这种偏差$
视 ’并 显 示 出 巨 大 的 技 术 7经 济 和 社 会 效 益 2 在 发 达 国 家’由 于 经 济 实 力 雄 厚’通 讯 基 础 设 施 完 善’ /796/39集 成 技 术 支 持 下 的 车 辆 导 航 与 监 控 应 用已经非常普及2目前国内车辆自主导航系统随 着 /39技 术 的 提 高 和 应 用 普 及 也 已 经 有 很 大 的
9^ _‘4’a81^ 2$b;>cdb;’e^0-f:b>gf4b;
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;); 电子地图库误差
地图匹配的前提是用于匹配的电子地图要求
相 对 准 确@高 精 度:允 许 的 相 对 误 差 范 围 在 N %B+左 右 $所 以 电 子 地 图 库 引 起 的 误 差 是 很 小 的:但是必 须 考 虑 到 路 况 的 变 更 以 及 路 段 情 况 复 杂:电 子 地 图 描 述 从 简 的 误 差 情 况$例 如 路 段 加 宽 :立 交 桥 和 环 行 路 口 等 等 $这 会 相 应 的 加 大 电 子 地图库的局部误差$
(.+
F "3?1 C’3?BD3?C 1 ()3?B)E3?+&2 (*3?B*E3?+&
(&+ D%()E!*E+是 ’%()!*+向 量 到 路 段 的 投 影 点$ "是指平面 &维欧氏距离!<是指加权系数$很明 显 !;越 小 !路 段 的 相 似 性 越 高 $ 为 了 提 高 路 段 识 别 的 可 靠 性!需 要 遵 循 一 个 原则$如果两条路段几乎具有相同的特征或太接 近 !则 两 条 路 都 不 能 作 为 匹 配 路 段 !也 不 能 进 行 误 差 矫 正 $对 这 种 特 殊 情 况 采 用 序 贯 统 计 方 法 !多 引 入观测点来完成!如图 G所示$
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DEF车辆导航中的实时地图匹配算法
苏 洁’周东方’岳春生
A解放军信息工程大学’河南 郑州 C?""")B
GHIJKLMNHOIPKNILQRMSTUJTVWMLRN MSDEFXIYMTILMVS FZ[LHN \VW]HRMQJH[
地 图 匹 配 方 法 是 借 助 /39电 子 地 图 库 中 的 高精度道路信息作为分类模板来进行模式识别’ 根据识别结果来矫正 /79接收数据的定位误差2
收 稿 日 期 =)""">"+>*30修 回 日 期 =)""">*)>!" 作 者 简 介 =苏 洁 A*@4+>B’女 ’湖 南 邵 阳 人 ’工 学 硕 士 ’现 从 事 汽 车 导 航 系 统 的 研 究 2
;)O 坐标投影变换误差
!"#系统采用的 是 P!#QRS坐标 系:是一 种 地心坐标系$而中国目前的 !*#数字地图定位采
用 的平面 直 角 坐 标 系 主 要 是 北 京 BS坐 标 系 与 西 安 RE坐标系$因此:!"#测量结果必须通过相应 的 直 角 坐 标 投 影 变 换 $但 上 述 变 换 的 计 算 量 太 大 : 不 利 于 实 时 操 作 $在 实 际 应 用 中 :也 有 利 用 球 面 到 平面的最小二乘映射变换来代替上述复杂的坐标 变换$但这时的误差取值与控制点的分布有很大 关 系 $ 控 制 点 分 区 域 起 作 用 :区 域 范 围 小 :控 制 点 多:分 布 均 匀:地 图 配 的 越 准:坐 标 转 换 误 差 也 就 越 小 $在 控 制 点 的 作 用 区 域 边 界 :误 差 最 大 $根 据 在 北 京 :深 圳 和 郑 州 等 地 的 实 地 测 量 :采 用 这 种 做 法 最 大 误 差 可 达 到 N IE+$
5引 言
/79技术的 成熟与 发展’为各 类 运 动 载 体 的 精密实时定位提供了有力保障2特别是在智能交 通 系 统 A3b54%%‘;4b5 .$dbg($$5d5‘$b 9,g54’g’ 3.9B中’基 于 /79的 车 辆 自 动 定 位6导 航 与 监 控 系统的开发与应用正日益受到国内外各部门的重
可 变 的 !跟 当 前 的 路 段 状 况 有 关 $行 走 在 某 一 路 段
上 状 态 -3%(4!5!67879+!其 中!4%起 始 点:5%终 结
点 :67879%上 一 相 连 路 段 状 态 $
第 3条 待 识 别 路 段 的 相 似 性 度 量 函 数 ;如
下%
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= ;31<3 "3? (@A3A0B.+ ?1 @
<1 @K&Z2 @K&Z;Y
(Z+
规则二 当路段处于多条路径跟踪状态并是已确
定 行 走 路 段 的 关 联 路 段 (相 连 不 同 路 段 +!则 该 路 段优 先级 其 次!权 值 与 前 一 行 走 路 段 的 平 均 相 似 性度量值成正比$前一行走路段的相似性度量越 小 !下 一 行 走 路 段 的 识 别 优 先 级 越 高 $
走路段$这里 W是判决隔离因子!可根据实际情况 自 行 设 定$如 果 没 有 路 段 满 足 条 件!则 判 断 为 -0 状 态 !即 没 有 行 走 在 路 段 上 的 状 态 $
设上一路段的归一化平均相似性度量函数值
为 ;Y$确定相似性度量函数的加权因子 <采用以 下的模糊判决规则% 规 则一 若 是行 走 路 段 的 后 继 路 段 (同 一 路 段 +! 该 路 段 优 先 级 最 高 !权 值 低 $
发展2 对 于 车 载 导 航 系 统’获 得 车 辆 的 精 确 定 位 是
最基本的要求2目前国外的车载导航系统采用了 航 位 推 算 A24d%64#8$b‘b;’26B’差 分 /79技 术 ’无 线 电 信 标 ’用 高 精 度 的 载 波 相 位 接 收 机 等 提 高定位精度的方法等等2但这些方法要求成本较 高’技 术 实 现 复 杂’且 不 太 适 合 中 国 国 土 辽 阔7地 形 复杂 的 国 情’所 以 实 际 系 统 中 通 常 采 用 地 图 匹 配算法来提高车辆导航系统的定位精度2
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规则三 若以上都不满足!则优先级偏低$