GPS车辆导航中的数据处理与地图匹配研究.pdf-资料库

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北京交通大学硕士学位论文GPS车辆导航中的数据处理与地图匹配研究姓名：夏州申请学位级别：硕士专业：通信与信息系统指导教师：荆涛20090601

中文摘要摘要：随着我国道路交通系统的迅猛发展，地理信息技术和卫星定位技术在解决城市智能交通方面得到了广泛的应用。作为智能交通系统的重要组成部分，车辆导航系统在提高道路运行能力和改善交通状况方面将担任越来越重要的角色。如何保证车辆定位的准确，是车辆导航系统的关键。地图匹配作为既能提高车辆导航的定位精度，又不增加太多设备成本的软件技术，被大量应用在导航系统当中。本文主要研究车辆导航系统中的数据处理和地图匹配。首先，对导航系统和数据处理与地图匹配在导航中的位置作了简要概述。然后论文分成两部分，分别对数据处理和地图匹配作了深入分析。数据处理部分，包括了GPS接收模块协议的应用，设计的协议解析算法：结合坐标转换原理，进行的从WGS．84坐标到北京54坐标的数据坐标转换；数据产生漂移、中断或跳点的原因和给出的解决方法。每节内容分别结合实验数据进行了分析，数据的预处理部分还结合地图，给出了处理后的效果。实验结果表明，论文中数据处理的方法正确，处理后的结果符合真实的道路情况，可以作为下一步地图匹配的数据源。地图匹配部分，对地图匹配的基本原理、算法的分类进行了介绍，分析了影响地图匹配实时性、鲁棒性以及匹配精度的因素，在深入分析和比较了常用地图匹配算法的基础上，设计了综合的地图匹配算法。按照算法的流程完成了误差区域确定、最佳匹配路段确定的设计。阐述了如何获得最佳匹配路段的算法实现过程，对综合流程中的每个算法过程进行了详细描述，并给出了实现流程图。最后结合实验，对综合地图匹配算法进行验证，在实验中，采用了GPS导航仪中的GPS接收模块接收数据，针对较复杂的路段进行地图匹配，并详细给出了一般路段和非特定路段的匹配实验结果。结果表明，综合的地图匹配算法在复杂路段也能有较高的匹配精度，算法有良好的适应性，能够满足车辆地图匹配的要求。关键词：车辆导航；数据处理；地图匹配；综合算法分类号：TP39l；U491

ABSTRACTABSTRACT：AstherapiddevelopmentofChinesetransportsystem，GIStechnologyandsatellitepositioningtechnologyarewidelyusedintheintelligenttransportationsystem．AsanimportantcomponentofITS，vehiclenavigationsystemplaysanimportantpartinimprovingtheroadcapacityandimprovetrafficconditions．Thekeyofvehiclenavigationsystemishowtoensuretheaccuracyofvehiclelocation．Mapmatchingassoftwaretechnology,whichCanimprovethepositioningaccuracywithoutincreasingtoomuchcostinequipments，iswidelyusedinnavigationsystems．Thepaperisconcentratedondataprocessingandmapmatchinginvehiclenavigationsystem．Firstofall，navigationsystemandthepositionofdataprocessingaswellasmapmatchinginitarebrieflyoutlined．Thenthispaperisdividedintotwoparts，dataprocessingandmapmatching，andtheyareanalyzeddeeply．DataprocessingincludestheapplicationofprotocolinGPSreceivermodule，designedprotocolresolutionalgorithm，datacoordinatetransformationfromtheWGS．84coordinatestoBeijing54coordinateswithcombinationofprincipleofcoordinatetransformation．reasonsandsolutionsofdatadrift，interruptionandthejump．Experimentaldataisanalyzedinthecontentsofeverysection．Effectsofdatapre．processingaregivencombinedwithmaps．Experimentalresultsshowthefollowingfactsthatthemethodsofdataprocessinginthispaperarecorrect；theresultsofdataprocessingareinlinewiththeactualroadconditionsandtheyCanbeusedassourceofdataformapmatchingthenextstep．Astothemapmatchingpart，thebasicprinciplesofmapmatchinganditsalgorithmareintroducedbyclassification．Factorsthatcanaffectthefeaturesofrealtime，robustnessandaccuracyinmapmatchingareanalyzed．Acomprehensivemapmatchingalgorithmisdesignedbasedonthedeepanalysisandcomparisonofseveralcommonlyusedmapmatchingalgorithm．Errorregiondeterminationandoptimalmapmatchingroaddeterminationisdesignedaccordingtotheflowofalgorithm．Thenhowtogettheprocessofalgorithmimplementationofbest-matchingroadisdescribed．Everyprocessofalgorithminthecomprehensiveflowisdescribedindetailandflowchartofitsimplementationisgiven．Finally,Mapmatchingalgorithmisverifiedcombinedwithexperiments．Intheexperiment，GPSreceivermoduleintheGPSnavigatorisusedtoreceivedata．Mapmatchingiscarriedoutonmorecomplexsections，

andexperimentalresultsingeneralsectionsandnon-specificsectionsaredescribedindetail．Theresultsshowthatthesyntheticmapmatchingalgorithmhasahighaccuracyevenincomplexsections．Italsohasagoodadaptabilityandisabletomeettherequirementsofmapmatching．KEYWORDS：Vehiclenavigation；Dataprocessing；Mapmatching；SyntheticarithmeticCI．ASSNojTP391：U49lV

独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：1叫签字日期：。f，年‘月，占日62

学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名：1叫导师签名：叫喑签字日期：of年6月16日签字日期：年G月fr‘日

致谢本论文的工作是在我的导师荆涛教授的悉心指导下完成的，在课题研究期间，荆涛老师为我们创造了良好的实验环境，悉心指导了我们的科研工作。同时，李兴华老师从论文的选题、资料的参考及论文的修改上，都提出了很多宝贵的意见。两位老师严谨的治学态度，渊博的学识，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。两年来，两位老师无论是学习还是生活中都给予了我很大的关心和帮助，衷心感谢荆涛和李兴华老师在研究生期间对我的培养、照顾、指导和教育。在实验室工作及撰写论文期间，李云强、张耀兰等同学对我的论文研究工作给予了热情帮助，田明星、牛相潮、胡卓、王芳、孙静等同学对我的科研工作给予了热情支持，在此向他们表达我的感激之情。感谢我的父母，你们的养育、期望、鼓励和支持是我成长和前进的动力，使我能够在学校专心完成我的学业，你们的健康是我最大的快乐。最后祝所有的关心、帮助我的亲人、老师、朋友和同学幸福健康。

1引言1．1车辆导航系统1．1．1概述汽车已经成为人们在日常工作生活当中不可缺少的交通工具，信息技术作为汽车的高附加值部分在汽车中的技术含量越来越高。如何有效地在复杂的道路中更快更好地行车，让司机有一个好的路线提示，是当前研究的热点。车辆导航定位系统作为汽车和信息技术相结合的产物，适应了当今人们快节奏的生活习惯，其智能化、网络化是信息社会发展的必然【l】。GPS(NavigationSystemTimingandRanging／GlobalPositioningSystem)的全称是“授时与测距导航系统／全球定位系统"。它是1973年美国国防部批准其陆海空三军联合研制的卫星导航系统，具有全天候、全球性(陆海空全球连续覆盖)连续导航与定位的能力【2】。其功能多、精度高和实时性好的特点能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间等信息。GPS车辆导航系统是将全球定位系统GPS、地理信息系统GIS和计算机技术融合在一起的智能交通系统。车辆通过车载导航设备动态地接收GPS卫星数据，包括经度、纬度、高度、时间、状态等信息，实时地显示汽车在电子地图上的行驶位置、目的地的方向和距离等信息。并通过一定的算法，实现最佳行驶的选择，为移动车辆提供全面道路提示服务。与实时信息实现互连互通，通过调频或是现有的移动、联通网络与信息中心进行交互，实时报告车辆位置，获取道路是否通畅的消息已经成为当前导航系统发展的方向。车辆导航系统是车载信息技术的基础，已经有十多年的发展历史。第一代的产品以导航为中心，主要功能是确定自己汽车的位置，并在导航仪的电子地图上显示出来，实现道路选择和引导。第二代导航产品则融入了信息查询和视听娱乐等新功能。第三代产品将导航定位与通信、娱乐、救援等融合为一体，更加突出了服务与应用功能。其特点是支持网络功能，如利用GPRS传输数据，支持移动网络的接入等，能够为移动过程中的车辆提供多种服务，逐步向车辆信息系统平滑过渡。随着GPS的应用和社会对高效、便捷的定位系统的渴求，车载定位导航系统正日益受到人们的重视，从而为GPS的发展提供了巨大的市场。车载GPS导航系

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