基于浮动车GPS数据的道路矢量地图生成方法研究

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高精度道路矢量地图是GIS(Geographic Information System)的关键组成部分,是车辆导航、路径规划等ITS(Intelligent Transportation System)应用系统的核心。当前,道路矢量地图多依赖手工制作完成,工作量大、成本高且不易更新。因此,面对日益增长的应用需求,研究低成本、高效率的道路矢量地图生成方法具有重要的理论意义与实用价值。  道路地理特征数据是矢量地图生成的基础,要生成实用性好、精度高的道路矢量地图,需要成本低,可靠性强的道路地理信息采集手段。浮动车能全天候、大范围采集公交车辆的GPS(Global Positioning System)数据,数据中包含大量道路地理特征信息,且不需新建系统,数据采集成本低。因此,浮动车GPS数据可以作为生成道路矢量地图的基础数据。  本文在深入分析浮动车GPS数据特点的基础上,研究一种基于浮动车GPS数据生成高精度道路矢量地图的方法。研究工作主要包括以下三个方面:  1)对本文所采用的浮动车 GPS数据误差进行分析与总结。针对浮动车 GPS数据存在的误差,主要包括位置径向误差和航向角误差,采用统计学方法进行分析和证明。通过?2拟合检验法证明浮动车GPS数据中的位置径向误差和航向角误差均服从正态分布,并且期望值均为0。  2)研究一种基于浮动车 GPS数据生成道路路线和路网的方法。针对浮动车GPS定位点杂乱分布,无法准确分组的问题,提出一种基于行驶轨迹匹配的数据筛选算法,将GPS定位点进行筛选分组。以分组后的GPS数据为基础,利用基于位置误差和航向角误差最小的路段生成算法生成道路路线。最后通过对各路线中的浮动车IP匹配搜索,构建道路的拓扑结构,最终生成完整的路网。实验结果表明该方法能够生成道路矢量地图,地图位置精度较高,路网拓扑结构准确。  3)针对生成的道路矢量地图中存在个别路段位置误差较大的问题,提出了一种基于道路节点自适应缓冲区的矢量地图校正算法。在增加原始GPS定位点数量基础上,构建道路节点自适应缓冲区,然后根据动态缓冲区内的GPS定位点分布情况对道路节点进行校正,通过道路节点的校正完成道路的校正。与基于道路节点固定缓冲区的校正算法进行比较,结果表明本文所提出的算法校正效果更好,校正后的道路矢量地图位置精度得到显著提高。  研究结果表明,本文研究的基于浮动车GPS数据生成道路矢量地图方法成本低,效率高,可操纵性好,具有很好的应用价值。
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