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改进的地图匹配技术在车载导航系统中的应用
来源:本站整理  作者:佚名  2010-04-15 16:50:04



  令△Cdistance为GPS值与当前道路投影点之间的距离;△distance为GPS值与其他道路投影点之间的距离;MaxD为预先设定的搜索道路的距离阈值。阈值通常根据概率准则来确定,即必须以一定的概率包含车辆的实际位置。按照统计理论,可首先确定一个误差椭圆:

误差椭圆

  车辆行驶路段的确定规则如下:

  规则1 当接收到电子地图的标定信息如路径规划好的行车路线或者用户自定义道路属性类型代码时,直接利用标定信息匹配到所规划的道路路段上去;

  规则2 IF在一定阈值内搜索到的道路数<1THEN车辆不在道路上,利用概率统计算法,可根据GPS的实时定位数据建立一个动态可调的点缓冲区替代误差椭圆,并利用误差椭圆扩展因子的原理,设置缓冲区扩展比例因子,动态可调的缓冲区半径按30 m,60 m,90 m和120 m四个等级由小到大逐级搜索落入缓冲区内的道路路段。在GPS定位失效的情况下,必须用DR(航位推算)定位的误差参数来代替GPS参数,完成误差区域的定义,以保证匹配过程的连续性。此时,要注意由于DR推算具有误差累积效应,随着推算过程的进行,统计模型误差、测量误差和各种随机误差将会不断累积。因此,在按DR定位的误差参数定义误差椭圆后,还应乘上适当的扩展因子来扩大误差区域,以反映误差累积对定位精度的影响。采用裁剪算法迅速判定侯选路段,通过计算不仅可以判知落入缓冲区内的路段,还可以求得路段与缓冲区的交点,从而取得GPS定位数据的匹配点坐标;

  规则3 IF在一定阈值内搜索到的道路数=1THEN利用直接投影算法,把此道路作为车辆行驶的当前道路;

  规则4 在一定阈值内搜索到的道路数>1&&相同的道路节点号THEN车辆行驶在道路交叉口,根据交通状况种别A,B,C,D划分,采取对应策略,并利用相关性算法,计算测出轨迹与1组地图数据的相关性系数,在所有候选地图路线中与实际测出路线相关性最高的路线即为车辆行驶的真实路线;

  规则5 在一定阈值内搜索到的道路数>1&&不同的道路节点号THEN车辆行驶在距离较近的平行道路之间,采用模糊逻辑算法中的利用距离和方向要素的线性组合方法,改进算法,令p1+p2=1,并对p2参照模糊逻辑算法模式中的确定相似性度量函数的加权因子Q的模糊判决规则确定其值,然后计算基于曲线拟合的地图匹配算法的相似性度量函数s,并选取最小值作为待匹配路段,即:在考虑角度和距离因素的情况下,该路段达到最优。

  加权因子q取值如下:

规则5.1 IF道路为禁行或禁止转向或单行道的逆向THEN q="1".5*q;
规则5.2 IF已有路径规划且是路径规划路段THEN q="0".5*q;
规则5.3 IF道路与车辆的行驶方向一致THEN q="0".25*q。
规则6 IF发现如离开道路、电子地图简化后较为低级的道路描述不够详细、车辆进入停车场等情况,找不到可以匹配的行走路段THEN手动停止地图匹配,用接收的原始数据直接显示,不进行误差矫正。

  3.3基于模糊逻辑的匹配路段可信度评判

  以候选路段取向与车辆行驶方向的差(△heading,单位:度)值为论域X,令μhh(X)、μhc(x)为取向差(单位:度)的值x隶属于模糊子集"路段与车辆行驶取向一致性好"和"路段与车辆行驶取向一致性差"的隶属度,则μhh(X)、μhc(X)可取为:

μhh(X)、μhc(X)可取为

μhh(X)、μhc(X)可取为

  在初始位置给定时,利用DR推算能够准确地描述出车辆在短时间内的行驶轨迹。因此,可按如下方式定义候选路段形状与当前车辆行驶轨迹的相似度:根据DR推算原理,现时刻tn的车辆位置(xn,yn)和车辆行驶取向θn可根据上一时刻tn-1的车辆位置(xn-1,yn-1)和行驶取向θn-1按下列公式推出:

  式中:dn-1,n是tn-1到tn时刻车辆行驶过的距离,ωn-1,n是tn-1到tn时刻车辆行驶取向的变化量 (dn-1,n和ωn-1,n均由车载位移传感器和角速度传感器提供)。取车辆当前定位位置p0(x,y)在候选路段上的投影点p′0(x′,y′)为tn时刻DR推算定位的参考位置,取候选路段取向为tn时刻的参考行驶取向,则由DR推算公式可反推出前一时刻的推算定位参考点。通过多次推算即可获得一组参考点,具体数量可根据实际应用的要求确定。这里取参考点数目为5,则可定义候选路段与前5个单位时间内的DR定位轨迹平均距离差(单位:m)为:

DR定位轨

DR定位轨
  上述隶属函数的图形如图1和图2所示。

隶属函数的图形

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