基于MBR的地圖匹配算法研究.pdf

1、隨著地理信息系統(tǒng)技術、衛(wèi)星定位技術以及通信技術的日趨成熟，個人定位和軌跡記錄變得簡單快捷，基于位置的服務正在迅速普及，也日益受到人們的重視，并顯示出巨大的經濟和社會效益。位置服務是通過移動運行商的無線電通信網絡或外部定位方式（如GPS）獲取移動終端用戶的位置信息。在 GIS平臺的支持下，為用戶提供相應服務的一種增值服務。
　　位置服務的前提就是獲得移動終端的地理位置。由于 GPS定位設備和數(shù)字地圖都不可避免地存在誤差，任何一種定位

2、系統(tǒng)都存在一定的定位誤差，所以GPS數(shù)據往往偏離實際地理位置。如何保證移動終端定位的準確，是提供位置服務的關鍵。作為一種定位技術，地圖匹配以電子地圖的高精度道路信息為匹配的數(shù)據基礎，將 GPS接收機接收到的設備位置或軌跡數(shù)據，與電子地圖道路數(shù)據相比較，從而找到設備所在的位置。地圖匹配算法，通過接受到的GPS數(shù)據進行修正來保證移動終端的精確定位從而精確導航，有效的彌補了設備精度較低的不足。將GPS數(shù)據映射到實際位置的過程稱為地圖匹配(Ma

3、p-Matching)。其過程是：根據 GPS定位點或 GPS軌跡段與數(shù)字地圖信息，先確定候選路段，從中選擇最優(yōu)匹配路段，再依次擬合 GPS定位點或GPS軌跡段。
　　根據匹配方式的不同，現(xiàn)有的地圖匹配算法可以分為漸增式匹配算法和全局式匹配算法兩種類型。漸增式匹配算法要求在前一定位點正確匹配的前提下，根據當前定位點搜索候選道路，分別計算定位點與各個候選道路的距離及相鄰定位點的連線與各個候選道路夾角，并選擇與軌跡點距離、角度的加權和

4、數(shù)值為最小的道路作為匹配結果。全局式匹配算法是先將多個軌跡點連接成軌跡曲線，再通過曲線匹配的方式與路網模型中的道路進行相似度比較，并選擇最相似的路段作為匹配結果。漸增式匹配算法計算簡單，準確性較差，且僅適用于路網模型較簡單的情況。全局式匹配算法準確性較好，但是算法復雜，處理速度較慢。此外，當前的地圖匹配算法大多數(shù)采用將軌跡匹配到道路中心線的策略，沒有考慮到道路寬度的因素。然而，移動對象一般不會嚴格地沿著道路中心線行進，而是在道路寬度范圍

5、內彎曲行進，所以，現(xiàn)有方法準確率偏低。
　　本文提出基于最小外接矩形(Minimum Bounding Rectangle，MBR)的地圖匹配算法。該算法利用MBR對軌跡進行區(qū)域建模，較嚴格地約束一段軌跡與道路的匹配條件；通過概率統(tǒng)計方法確定誤差區(qū)域，準確地限制候選道路的范圍；根據歷史軌跡數(shù)據的相關性提高匹配率，既克服了漸增式匹配算法誤匹配率較高的缺陷，又避免了全局式匹配算法計算復雜的不足；同時，使用二維幾何變換，擬合軌跡數(shù)據到最

6、優(yōu)匹配道路上。論文的主要內容包括：
　　1)首先，論述了地圖匹配的概念，地圖匹配算法涉及到的基本概念以及增量匹配、全局匹配等基本原理，地圖匹配算法的研究現(xiàn)狀并指出存在的問題，為后面算法的設計工作做好鋪墊。
　　2)其次，針對GPS定位數(shù)據的特點，研究GPS數(shù)據預處理方法。數(shù)據預處理部分，包括了誤差分析，數(shù)據產生冗余、中斷或漂移的原因并給出解決辦法。結合實驗數(shù)據進行分析，給出處理后的效果。實驗結果表明，論文中數(shù)據處理的方法正確

7、，處理后的結果符合真實的道路情況，可以作為下一步地圖匹配的數(shù)據源。
　　3)第三，在上述工作基礎上，詳細介紹基于MBR的地圖匹配算法設計與實現(xiàn)。重點論述了算法的設計思路，算法的實現(xiàn)過程以及算法流程。按照算法流程完成了誤差區(qū)域的確定、最佳匹配道路識別的設計。闡述了如何獲得最佳匹配道路的算法實現(xiàn)過程，對流程中的每個算法過程進行了詳細的描述，并給出了實現(xiàn)流程圖。
　　4)最后，經過局部仿真實驗，對基于MBR的地圖匹配算法進行驗證，

8、在實驗中，采用GPS模塊接收數(shù)據，針對較復雜的路段進行地圖匹配，并詳細給出了復雜路段和一般路段的匹配實驗結果。經驗證該算法能夠更真實地反映GPS載體運動軌跡，其匹配效率和準確性較高。
　　在該算法經過初步驗證基礎上，又將其集成于“校園GPS巡檢系統(tǒng)”中進行實際應用驗證。目前，國內外巡邏績效考核還處在起步階段，95％以上的用戶選擇了離線式電子巡更系統(tǒng)，但仍存在許多問題和缺陷。例如：考核信息過于匱乏，巡邏過程中巡檢點之外的執(zhí)勤表現(xiàn)無從

9、考證；不能實時定位；巡邏歷史數(shù)據難以可視化；主觀性和描述性考核指標較多，客觀公正性有待進一步加強。因此，本文提出基于 GPS軌跡的巡邏績效考核模型。首先，本文利用 GPS軌跡記錄儀采集數(shù)據，追蹤定位巡邏人員的執(zhí)勤軌跡。GPS軌跡形式的考核信息，包含了巡邏時間、地點、速度等，且記錄頻率最高為1次/秒。其次，借以功能強大的GIS時空分析能力，以巡邏區(qū)域、巡邏路線、巡邏區(qū)段、巡檢點等為主要研究對象，分析保安人員的巡邏過程，客觀提取考核指標信息