基于地图匹配的目标定位技术研究

万韬 江苏无线电厂有限公司

引言

目前的目标定位方法通常采用GPS或航迹估计法来进行定位，但是这种方法在定位过程中会受到传感器误差的干扰，导致定位结果存在一定的误差，从而造成定位位置与实际位置不一致，如何快速而准确地减小这种误差，是一个急需解决的问题。

地图匹配是指同一场景在不同条件下获得的地图之间的配准，同一传感器在不同时间，或不同类型传感器在同一时间，或不同类型传感器在不同时间所获取的两幅地图中的同一地面点所对应像素之间的配准，是图像处理的一个重要课题。可见，地图匹配方法在地图之间配准过程中具有较好的应用效果，为此，将地图匹配方法应用到目标定位中，以提高目标定位的速度和精度。

1 基于地图匹配的目标定位技术设计

1.1 车辆行驶路径信息采集

在采用地图匹配方法对目标定位之前，预先对车辆行驶路径信息采集。在获取车辆行驶路径信息时，首先从全球定位系统数据库读取行驶路径数据，然后对获取的目标数据进行转换，将获得的目标数据转换为地图上相应的原始位置 ，然后以目标位置300(可变)米为半径的距离获取车辆行驶路径信息。接着，从地图数据库中读取当前定位目标的相关路段信息，把匹配路段的编号和新匹配点的位置信息写到数据库中，完成目标位置周围信息的采集。

1.2 地图元素分割

在目标周围信息采集的基础上，对目标周围地图元素进行分割，由于交通地图上有很多特别的图标，如能准确、迅速地定位和识别这些图标，对目标定位具有重要意义。若能首先识别这些特殊符号，并采用一定的处理方法将其划分为道路或区域，则可使后续目标定位更方便、快捷和准确。因此，在收集了上述车辆行驶路径周围信息的基础上，对地图元素进行了分割，主要根据彩色像素进行了地图元素分割。在地图元素的分割过程中，针对地图图像的道路集和噪声进行分割，所以要根据地图的颜色特征，把目标周围的地图图像划分成像素组。从直观上看，我们把各种颜色的道路分成了道路组，把绿地、河流和城市地区分成了区域组，所有特殊含义的词和符号都被看作是噪声集。将上述分类标准作为分类依据，相应地，定义3类颜色集合：

道路颜色集R；

区域颜色集C；

噪声颜色集N。

这里，把构成道路集所有像素的颜色作为道路颜色集R，同理，把构成区域集所有像素的颜色作为区域颜色集C，把构成噪声集所有像素的颜色作为噪声颜色集N，应该有：

其中，P代表地图上任意一点，像素P颜色记作CP。

依据上述过程，按照地图颜色对目标周围区域的元素分割，为目标定位提供基础依据。

1.3 基于地图匹配的目标定位实现

在目标周围的地图元素分割后，对目标定位。因为图像分割后，保留下来的道路条数也较多，为了节省定位时间，需要对分割后的地图元素进一步分割。因此，选择分割后的地图中的候选区段、判断区，其是指可能包含目标实际位置的区域范围。通过候选区段、判断区，能够减少候选路段数，缩短地图匹配计算时间，从地图数据库中提取候选路段信息，是确定候选路段的关键。

在候选区段、判断区选择过程中，判定域半径大小的选择应确保车辆当前部件在候选部件内，除定位误差外，还应考虑道路宽度等因素。基于上述分析，采用基于曲线拟合的匹配方法对目标进行定位，与此同时，由于城市道路状况的复杂性，隧道、立交桥及高层建筑密集，造成全球定位系统信号盲区。通信、建筑、树木、桥梁等都会造成数据的丢失，影响传输的经度、纬度或速度，导致数据的错误和丢失。因此，为提高地图匹配精度，需要对全球定位系统数据进行预处理，剔除经纬和速度上的突变，并对缺失数据进行内插，具体过程如下所示：

第一：基于前后位置相关性确定候选区的判断域，即，根据前后时刻的行进轨迹确定候选区，其公式如下：

第二，在上述判断域确定后，将相关的目标道路网数据叠加到导航数据库中，其中，部分或全部落入判断域的路段即为候选路段，即完成候选路段的选取；

第三，依据上述过程确定候选路段后，分析路段上目标的起点、终点与相关的空间数据以及候选路段的相关信息；

第四，为确定初始路段，计算出最接近目标的点的位置，该位置所处的路段即为最佳的车辆匹配路段；

第五，在匹配路段上，提取与该匹配路段节点或形状点相邻的两个点的信息，然后利用上述三个点的信息在两个由三个点组成的路段上以米的距离进行插值，计算每一个插值点的坐标，并根据上述四点和插值点的信息计算离目标最近的点，而这点就是匹配点。

最后，为衡量地图匹配的目标定位算法的准确性与可靠性，采用模糊综合评判方法计算定位结果匹配的可信度，原因是，对匹配结果有一个准确的评价，就可以利用评价结果，发现匹配是否错误，若发现匹配错误，则采取措施进行解决，以保证定位的准确性。模糊综合评判方法的评判规则定义如下所示：

当采用地图匹配算法对目标定位后，对匹配结果的可信度采用以下评判规则：

一是，方向一致原则，匹配段的方向越接近于被测目标的位置，匹配结果的可靠性越高；

二是，位置一致性原则，匹配点在某个时间点越接近目标点，匹配结果的可信度越高；

三是，形状一致性是正常的，截面形状与目标轨迹越相似，则代表其匹配程度越高。

基于上述分析，将目标与路段位置差值的平均值表示为：

基于上述计算，计算出定位位置与匹配位置的平均距离，以衡量定位结果，确定地图匹配的可信度，若可信度较高则代表定位越准确，则可直接完成定位，若可信度较低则重新进行定位，以此完成基于地图匹配的目标定位。

2 结束语

设计了一种基于地图匹配的目标定位技术，在该技术的实现过程中，采用了地图匹配方法尽快匹配定位点，以准确获得目标位置。通过此次研究的目标定位技术在一定程度上能够解决复杂场景下的目标定位问题，并能够提高目标定位的精度，能够为其他目标定位提供一定的帮助，具有一定的实际应用意义。但是由于研究时间的限制，此次研究的基于地图匹配的目标定位技术还存在一定的不足，在进行地图匹配过程中，若目标速度较快，匹配坐标的时间也会有所增加，因此需要优化此次研究方法，进而保证匹配速率，进一步提高目标定位的效果，以适应目标定位需求。