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摘要:车辆导航系统在提高我国交通系统运行能力及改善交通状况的过程中扮演着很重要的角色。其中，导航系统的定位准确性是关键。本文主要研究车辆导航系统中的地图匹配部分。对地图匹配的基本概念，发展现状以及基本原理进行了详细的论述。使用概率统计法、相关系数法和投影法完成了地图匹配算法的设计，并进行MATLAB仿真。结果表明，该算法具有较高的匹配精度，对于复杂路口也有较好的适应性。
关键词：GPS 地图匹配 MATLAB
中图分类号：S611文献标识码： A
0 引言
随着社会经济的飞速发展和城市规模的不断扩大，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。国民持有的机动车辆不断增多，交通拥挤、交通事故、环境污染等交通问题成为人们关注的热点。统计资料显示，公路堵塞造成的直接和间接的经济损失惊人。如何对各类车辆实施有效的指挥，协调控制和管理，提高道路利用率己成为我国主要城市面临的严峻问题。车辆导航系统是我国交通发展的必经之路。因此，对作为车辆导航系统的核心部分的地图匹配技术的研究，在改善我国的交通状况方面具有重要意义。
本文主要介绍了地图匹配算法的设计与实现。简单的介绍了地图匹配的概念，完成了地图匹配三个过程的设计，即:确定误差区域、选择匹配道路以及修正定位结果。并给出了算法的流程图。通过MATLAB进行了仿真实验。仿真结果表明，该算法具有较高的匹配精度，对于复杂路口也有较好的适应性。
1 GPS车载导航系统
GPS 车载导航系统是一个多技术融合的技术系统，需要的基础支持技术包括 GPS 定位技术、GIS 技术、无线通信技术及计算机技术等。从总体上，车载导航系统可分为三大功能模块，即车载移动终端模块、通信链路与监控中心。
地图匹配作为车辆导航系统的核心部分，是一种通过软件方法，校正导航定位误差的技术。基于“车辆始终行驶在道路上”的假设，通过将GPS测得的车辆位置或行驶轨迹，与导航系统的电子地图数据相比较、匹配，找到车辆所在的路段，计算出车辆在路段上的位置，进而校正定位误差。从原理上来讲它可以解释为两个过程：
⑴道路识别:在交通网络中搜索到车辆的当前行驶道路；
⑵位置匹配:将当前GPS定位点定位在车辆行驶的道路。
2地图匹配算法建立
2.1 确定误差区域
本文中，采用概率统计法确定误差区域。其基本原理是：在比较精确的数字地图上，首先设置一个置信区域，并从中提取用以匹配的道路位置信息，以便寻找最佳匹配的路段。置信区域通过概率统计的方法确定。
目前，置信区域多利用GPS定位系统有关的误差区域特性确定。通常应根据概率准则定义误差区域，即误差区域必须以一定的概率包含车辆的实际位置。按照统计理论，定位误差椭圆可推导如下:
（3-1）
（3-2）
其中 是单位权值的后验误差，和分别是定位传感器东向和北向测量误差的标准差，是协方差; a和b分别误差椭圆的长、短轴。为了便于计算，本文中采用以a和b分别为长和宽的矩形作为置信区间。提取置信区间之中的路径作为待匹配路段。
2.2 选择匹配路段
采用相关系数法来确定匹配路段。该算法用来确定一定时间内车辆的行驶到路。基本原理是利用拐角和交叉口或曲线路段的形状特性对定位系统测出数据进行校正。
假设车辆在t=1，2.，3，…，k（k （3-3）
和分别是序列和的标准差。若值较大，表示传感器测出轨迹和地图上某一条道路轨迹具有较高的相似性。即为车辆行驶的真实路线。
2.3 修正定位结果
本文中，通过正交投影法，来获取车辆的匹配位置。基本思想是过GPS所测得的的定位点向匹配路段作投影，算法最后将车辆在匹配道路上的投影点作为车辆的当前位置。
在上文中，我们已经采用相关系数法确定了车辆的当前行使路径，取该路径上线段AB（所测车辆S在AB段上）,我们可以通过下面的方程组来计算投影点的坐标。
（3-4） 3 仿真与结果分析
本文中，我们采用MATLAB进行仿真。随机的给出四条简单的路段y1,y2,y3,y4（路段与误差区域相交），则y1,y2,y3,y4就表示待匹配路段，另y表示GPS实际测得的路段。通过进行匹配算法，即计算待匹配路段与实测路段的相关系数。
在MATLAB中計算得到待匹配路段与实测路段间相关系数为：
，
y4
通过比较，我们得出路段y1和y的相关系数高与其他待匹配路段与实测路段y的相关系数，所以我们得出结论，在此次实验中，y1为匹配路段。得到匹配路段后，根据地图匹算法，在匹配路段y1上找到车辆S的匹配投影点P，即当前车辆在路段上所行使的具体位置。
4 结论
地图匹配作为导航系至关重要统的子系统之一，它大大减少了系统硬件上需要投入的资源和成本。本文对全球定位系统进行了简单的论述，主要介绍了地图匹配的算法并进行了仿真。由于时间和个人的水平有限，研究过程中有些方面深度不够。为了进一步提高地图匹配的精度以及整个系统的实用性，仍需要对很多问题进行进一步的研究和改进。
参考文献
[1]张巨，陈革，景宁，刘雨，陈宏盛.GPS/GIS车辆路径定位方法研究[J].1999,20(5):32-37.
[2]李锐明等.基于预测的地图匹配方法[J].计算机工程与应用，2003,39(29):110-113.
[3]王东晖一种基于类投影的地图匹配算法[J].沈阳工业大学学报，2003,25(5):433-436.
关键词：GPS 地图匹配 MATLAB
中图分类号：S611文献标识码： A
0 引言
随着社会经济的飞速发展和城市规模的不断扩大，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。国民持有的机动车辆不断增多，交通拥挤、交通事故、环境污染等交通问题成为人们关注的热点。统计资料显示，公路堵塞造成的直接和间接的经济损失惊人。如何对各类车辆实施有效的指挥，协调控制和管理，提高道路利用率己成为我国主要城市面临的严峻问题。车辆导航系统是我国交通发展的必经之路。因此，对作为车辆导航系统的核心部分的地图匹配技术的研究，在改善我国的交通状况方面具有重要意义。
本文主要介绍了地图匹配算法的设计与实现。简单的介绍了地图匹配的概念，完成了地图匹配三个过程的设计，即:确定误差区域、选择匹配道路以及修正定位结果。并给出了算法的流程图。通过MATLAB进行了仿真实验。仿真结果表明，该算法具有较高的匹配精度，对于复杂路口也有较好的适应性。
1 GPS车载导航系统
GPS 车载导航系统是一个多技术融合的技术系统，需要的基础支持技术包括 GPS 定位技术、GIS 技术、无线通信技术及计算机技术等。从总体上，车载导航系统可分为三大功能模块，即车载移动终端模块、通信链路与监控中心。
地图匹配作为车辆导航系统的核心部分，是一种通过软件方法，校正导航定位误差的技术。基于“车辆始终行驶在道路上”的假设，通过将GPS测得的车辆位置或行驶轨迹，与导航系统的电子地图数据相比较、匹配，找到车辆所在的路段，计算出车辆在路段上的位置，进而校正定位误差。从原理上来讲它可以解释为两个过程：
⑴道路识别:在交通网络中搜索到车辆的当前行驶道路；
⑵位置匹配:将当前GPS定位点定位在车辆行驶的道路。
2地图匹配算法建立
2.1 确定误差区域
本文中，采用概率统计法确定误差区域。其基本原理是：在比较精确的数字地图上，首先设置一个置信区域，并从中提取用以匹配的道路位置信息，以便寻找最佳匹配的路段。置信区域通过概率统计的方法确定。
目前，置信区域多利用GPS定位系统有关的误差区域特性确定。通常应根据概率准则定义误差区域，即误差区域必须以一定的概率包含车辆的实际位置。按照统计理论，定位误差椭圆可推导如下:
（3-1）
（3-2）
其中 是单位权值的后验误差，和分别是定位传感器东向和北向测量误差的标准差，是协方差; a和b分别误差椭圆的长、短轴。为了便于计算，本文中采用以a和b分别为长和宽的矩形作为置信区间。提取置信区间之中的路径作为待匹配路段。
2.2 选择匹配路段
采用相关系数法来确定匹配路段。该算法用来确定一定时间内车辆的行驶到路。基本原理是利用拐角和交叉口或曲线路段的形状特性对定位系统测出数据进行校正。
假设车辆在t=1，2.，3，…，k（k
和分别是序列和的标准差。若值较大，表示传感器测出轨迹和地图上某一条道路轨迹具有较高的相似性。即为车辆行驶的真实路线。
2.3 修正定位结果
本文中，通过正交投影法，来获取车辆的匹配位置。基本思想是过GPS所测得的的定位点向匹配路段作投影，算法最后将车辆在匹配道路上的投影点作为车辆的当前位置。
在上文中，我们已经采用相关系数法确定了车辆的当前行使路径，取该路径上线段AB（所测车辆S在AB段上）,我们可以通过下面的方程组来计算投影点的坐标。
（3-4） 3 仿真与结果分析
本文中，我们采用MATLAB进行仿真。随机的给出四条简单的路段y1,y2,y3,y4（路段与误差区域相交），则y1,y2,y3,y4就表示待匹配路段，另y表示GPS实际测得的路段。通过进行匹配算法，即计算待匹配路段与实测路段的相关系数。
在MATLAB中計算得到待匹配路段与实测路段间相关系数为：
，
y4
通过比较，我们得出路段y1和y的相关系数高与其他待匹配路段与实测路段y的相关系数，所以我们得出结论，在此次实验中，y1为匹配路段。得到匹配路段后，根据地图匹算法，在匹配路段y1上找到车辆S的匹配投影点P，即当前车辆在路段上所行使的具体位置。
4 结论
地图匹配作为导航系至关重要统的子系统之一，它大大减少了系统硬件上需要投入的资源和成本。本文对全球定位系统进行了简单的论述，主要介绍了地图匹配的算法并进行了仿真。由于时间和个人的水平有限，研究过程中有些方面深度不够。为了进一步提高地图匹配的精度以及整个系统的实用性，仍需要对很多问题进行进一步的研究和改进。
参考文献
[1]张巨，陈革，景宁，刘雨，陈宏盛.GPS/GIS车辆路径定位方法研究[J].1999,20(5):32-37.
[2]李锐明等.基于预测的地图匹配方法[J].计算机工程与应用，2003,39(29):110-113.
[3]王东晖一种基于类投影的地图匹配算法[J].沈阳工业大学学报，2003,25(5):433-436.