基于权重的长时间间隔地图匹配算法研究

发布时间：2020-04-06 19:20

【摘要】：随着国民经济的高速发展,汽车拥有量与日俱增,道路拥堵情况也随之不断加重,如何缓解城市交通拥堵情况已成为城市道路建设亟待解决的问题。智能交通系统将车辆导航系统作为重要系统,而地图匹配技术(Map Matching)是一项实现车辆导航系统的关键技术,它是以软件技术为基础的一种广泛应用于车辆导航系统的修正方法,通过确定车辆的最佳匹配位置来获取直观的地图匹配结果,从而为后续预测交通拥堵状况提供了有力依据。地图匹配以车辆行驶数据和路网数据为基础,地图匹配结果与两者的精确度密切相关。选择精密的GPS定位技术和精准的路网地图成为地图匹配成功的重要步骤。为此,本文选用ArcGIS平台作为路网地图构建系统,其强大的信息处理能力,足以提供精准的路网可视化模型。但是,GPS定位技术和路网地图无法完全避免系统误差和测量误差,为此,选择精准的地图匹配算法成为将车辆行驶轨迹精确的显示在路网上的关键内容。在总结了现有算法的优势及不足之后,本文研究并提出了基于权重的长时间间隔地图匹配算法,实现了车辆的长时间间隔轨迹数据与路网数据的高效且精准匹配。本文算法通过构建误差区域,并对误差区域中满足合理可达性的全部候选路段按照路网数据和车辆定位数据的接近程度、车辆运行曲线和道路曲线的形状相似性、定位点与候选道路相对位置、历史匹配路段与候选道路的连通性等四个方面来进行地图匹配的加权计算,从缓冲区域内选择最大权重值的路段作为最终的匹配路段,并显示车辆的最终的匹配位置。针对连续的GPS定位点之间相差多个路段的状况,通过有效结合最短路径算法、历史匹配路段与当前GPS定位点的候选路段的连通关系、合理可达性等方法来确定车辆的行驶轨迹。整个匹配过程是在ArcGIS平台上通过调用python语言来完成算法匹配实验,并将最终匹配位置显示在路网地图上。最后,将分别利用基于投影算法、基于权重的匹配算法、本论文提出的算法进行匹配度对比实验,匹配结果显示本文算法在交叉路口区段、有岔路口区段、平行区段的正确匹配率最高。
【图文】：

坐标系

第 2 章相关理论与技术WGS-84 坐标系动车导航系统采用 WGS-84 世界大地坐标系（World Geodetic Sys量 GPS 定位数据的常用坐标系[19]，此坐标系的几何原理定义如下：为坐标系的原点，将 CTP 赤道和 BIH1984.0 的零度子午面的交点方向，Z 轴的坐标方向与 CTP 方向相同，Y 轴和 Z 轴、X 轴形成手坐标参考系。具体原理如图 2.1 所示。

示意图,示意图,曲线匹配,准则

地图匹配算法就是结合空间的接近性分析准则及曲线匹配准则来完成的算法[22]。曲线匹配的实质是：无论对一条曲线做何种形式的切割，其终能够匹配到另一条曲线上，那么可以判定这两条曲线匹配成功。而空性分析准则就是通过空间的最接近方法，并有效利用地理信息完成轨迹匹配。地图匹配算法分为两部分：（一）确定车辆的实际行驶道路。（二）将轨迹点匹配到最优行驶道路上，计算并显示车辆最终的匹配位置[23]。其是：（1）通过数据预处理、特征提取等步骤对浮动车 GPS 轨迹数据和进行研究分析，，并提取出位置等特征信息；（2）设置缓冲区域，并从选路段，并按照曲线匹配准则计算车辆 GPS 定位点与候选路段之间的率。（3）选取正确匹配率最高的候选路段作为浮动车辆的实际行驶道匹配原理示意图如图 3.1 所示。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U463.67;U495

【参考文献】