车辆导航系统中定位数据处理和地图匹配技术

分析了GPS误差来源，并提出了相应的处理办法；融合电子地图中的道路数据和GPS所提供的定位数据的地图匹配算法，可以有效地提高车辆导航的定位精度。在分析各种地图匹配算法基础上，提出了一种实用的地图匹配方法，并且在实践中得到了验证。     

一种综合地图匹配算法的设计与实现

根据位置点匹配算法和基于加权系统的地图匹配算法的一般原理,设计并实现了一种综合地图匹配算法,在不同的道路条件下采用不同的匹配策略,并考虑了道路网的连通性因素,实验证明算法的正确匹配率达到了86%,在道路交叉路口的匹配时间约0.34s,基本上可以满足车辆导航定位系统的要求。     

基于MAPGIS的地图数字化与地图接边

地图是GIS主要数据源，地图数字化是GIS数据输入的主要手段。分幅数字化常导致数据在接边处不匹配，地图接边是实现数字匹配的重要手段。文中详细了MAPGIS地图数字化输入方法，通过MAPGIS图形变换功能，总结了9幅分幅数字化地图拼接过程，通过MAPGIS图幅接边功能介绍了交互式，全自动，半自动图幅接边操作及如何实现数字接边。     

北京出租车GPS轨迹数据地图匹配算法研究

由于车辆位置数据匹配到电子地图时,会出现车辆轨迹偏离实际道路的情况,为了提高出租车GPS轨迹数据匹配到地图的准确率,提出一种出租车地图匹配算法:基于GPS定位精度的距离范围和车辆行驶方向与道路方向的夹角区间确定候选路段,依据车辆的速度确定方向权重,计算距离和方向的综合权重值进行轨迹点匹配,通过最短路径算法进行行驶轨迹的选择,并采用北京市西二环周围100辆出租车24860条GPS数据进行实验验证。实验表明该匹配算法的匹配正确率可达到96.72%。其具有地图匹配的准确性。     

曲率积分约束的GPS浮动车地图匹配方法

提出了以轨迹曲线的曲率积分值作为地图匹配特征的匹配方法,利用轨迹曲率积分值约束前后相邻轨迹点的关联匹配,采用不同类型行驶路径以及不同采样间隔,实施了浮动车地图匹配试验,结果表明,以匹配正确率和稳定性评判,本文提出的曲率积分约束的浮动车地图匹配方法优于现有的未采用曲率特征匹配的经典浮动车地图匹配方法。     

预建高精度地图的封闭区域UGV自动驾驶导航定位

针对封闭区域UGV自动驾驶应用，本文提出了一种基于平面高精度地图的导航定位方法。该方法利用三维激光扫描数据采用预定义的栅格地图概率值建立多分辨率地图，在保证定位精度的同时提高定位效率，采用极大似然估计获取载体位姿初值并将IMU数据用于计算高斯-牛顿法搜索初值。试验结果表明，基于激光扫描的二维地图构建与匹配定位方法能有效解决帧与帧匹配误差快速累积问题，可以高效地使用已有地图进行连续高精度的载体定位。     

基于路径预测的不确定性推理组合地图匹配算法

地图匹配是车辆导航系统中的重要组成部分。本文在简要介绍相关地图匹配算法和总结前期研究的基础上,提出了一种新的基于预测的不确定性推理组合地图匹配算法。该方法首先利用云模型这样一种处理定性与定量间不确定转换的工具,通过对当前信息的不确定性推理,计算定位点相对于候选道路的匹配可信度。之后,利用隐马尔科夫模型预测驾驶员出行路径及目的地,通过对模型中的观察值函数重新设定,将路径预测信息与当前地图匹配算法结合,构建组合地图匹配算法。同时,采用学习算法更新模型中的信息。最后,通过仿真实例证明了该组合算法的有效性,结果表明：该方法能够预测驾驶员行驶路径,起到预匹配的作用,提高了地图匹配算法的精度与实时性。     

街景影像下的临街建筑风格映射及地图生成方法

精细化的城市建筑风格地图已成为古建筑保护、城市规划、旅游资源开发的重要参考依据。但城市建筑众多,信息采集困难,仅靠人工难以实现成图,因此提出了面向街景影像建筑区域匹配的建筑风格地图生成方法。首先,在提取特征建筑风格影像的基础上,结合球形全景影像的空间几何约束和图像特征,通过匹配同名建筑区域构建双像建筑区域点位映射;然后,利用街景采集点到建筑俯视轮廓的方位范围,提出单像建筑区域方位映射,建立街景建筑区域与单体建筑俯视轮廓的空间匹配关系;最后,综合判定各单体建筑的风格属性,生成精细尺度的建筑风格地图。实验结果表明,基于单、双像位置映射的建筑区域匹配正确率分别达80.3%和85.1%,且19类建筑风格地图的分类精确率为55.1%,召回率为76.4%,在一定程度上能反映大范围的城市建筑风格的地理分布特征。     

一种基于网络拓扑关系的地图匹配算法

地图匹配是车辆导航定位系统中提高定位精度的一种方法,其精度受定位数据、地图数据质量及坐标系转换关系的影响。在分析现有算法的基础上,提出了一种基于网络拓扑关系的地图匹配算法。该算法只需将GPS定位数据和G IS数据相结合,即可用算法的形式解决地图匹配中一些常见的问题。实验证明:该算法是一种精度高、效率好、实用性强的地图匹配算法,具有较好的实用价值。     

基于点序列和要素加权法的地图匹配算法

浮动车数据(Floating Car Data,FCD)已广泛应用于城市规划、智能交通系统中,其中地图匹配一直以来都是浮动车数据应用的技术难点。本文在已有地图匹配算法的基础上,提出了基于点序列和要素加权法的地图匹配模型,不仅考虑了当前GPS点的信息,同时也考虑了GPS数据的历史信息和道路网的拓扑结构,从空间关系上分析车辆行驶轨迹和道路的相似性。作者通过上海市出租车轨迹数据对算法进行验证,结果表明:该匹配模型解决了已有地图匹配算法的一些弊端,并且提高了地图匹配的精度,具有高效、实用的特点。     

Line segment confidence region-based string matching method for map conflation

In this paper, a method to detect corresponding point pairs between polygon object pairs with a string matching method based on a confidence region model of a line segment is proposed. The optimal point edit sequence to convert the contour of a target object into that of a reference object was found by the string matching method which minimizes its total error cost, and the corresponding point pairs were derived from the edit sequence. Because a significant amount of apparent positional discrepancies between corresponding objects are caused by spatial uncertainty and their confidence region models of line segments are therefore used in the above matching process, the proposed method obtained a high F-measure for finding matching pairs. We applied this method for built-up area polygon objects in a cadastral map and a topographical map. Regardless of their different mapping and representation rules and spatial uncertainties, the proposed method with a confidence level at 0.95 showed a matching result with an F-measure of 0.894.     

顾及几何特征相似性的多源等高线匹配方法

已有的多源等高线匹配方法主要基于等高线拓扑关系构建以及基于空间欧氏距离的相似性度量,缺少对等高线几何形态相似性的考虑,在等高线密集区域、图幅边界区域以及地形变化剧烈区域易产生误匹配情况。为此,本文提出一种基于几何特征相似性的由粗匹配到精匹配的多源等高线匹配策略。提出顾及局部特性的基于节点曲率以及法向量与横坐标轴夹角的混合特征描述测度,将等高线点序列转化为几何形态特征描述序列,引入最长公共子序列算法,量化计算多源等高线数据之间的相似程度,并依据相似度实现同名等高线匹配。利用模拟数据和真实数据对本文方法的可靠性和运行效率进行验证,试验证明,本文提出的匹配策略顾及了等高线空间位置特征和几何形态特征,能够保证较高的匹配精度和运行效率,并具有较好的适用范围。     

基于概率的地图实体匹配方法

数字地图合并是通过同名实体匹配和合并变换技术,调整相关地物实体的几何、属性等差异,实现同一地区不同来源地图数据的集成和融合。其中同名实体匹配是极为重要的第一步,也是一个存在大量不确定性的过程,匹配阈值的选取、实体非一对一的匹配关系是匹配中的关键难题,匹配效果不佳或出现错误匹配直接影响着后续合并结果的正确性。本文提出一种基于概率理论的匹配模型,该模型融合多种匹配指标,通过计算实体匹配概率大小来确定匹配实体。该方法避免了匹配指标精确阈值的选取,并且能够有效地解决匹配中非一对一的情况。     

基于道路连通性和最短路径的综合地图匹配算法

本文研究了要素加权法、路网拓扑法和网格划分法等地图匹配算法,分析了地图匹配过程,包括地图数据预处理、道路连通性的建立、投影点的计算和道路匹配度的计算,提出了一种基于道路连通性,采用捕捉圆获取候选道路集的地图匹配算法,并且对车辆GPS信号丢失的情况,采用最短路径算法,推算出车辆经过的道路。最后通过试验比较分析,验证了本算法具有较高的匹配准确度、匹配速度和实用性。      

多尺度面实体的匹配方法研究

从多尺度面实体匹配的需要出发,分析地图综合所引起的一对多、多对多匹配关系,以及不同地图综合算子给同名实体所造成的差异,将一对一匹配关系的几何相似性度量模型和非一对一匹配关系的基于重叠度的面实体匹配方法相结合,采用指标阈值自动确定方法,建立一种新的适用多尺度变化的面实体匹配方法。最后以多个比例尺的居民地为实验对象,验证本方法的可行性和有效性。     

基于边缘提取和改进型整体松弛匹配算法的InSAR复图像配准方法

配准精度是InSAR合成孔径雷达干涉成像技术中的重要指标。为获得高精确度的测量结果,提出一种包括概略配准、像素级初配准和亚像素级精配准三个环节的逐级提高精度的InSAR复图像配准方法。利用EnView软件提供的经度和纬度实现概略配准、采用基于多边形结构和边缘提取的像素级初匹配方法大大提高匹配速度。考虑以往的匹配算法都是基于能量图进行并且忽略了整体性,采用基于整体松弛匹配和相位最小二乘匹配相结合的亚像素级精匹配算法减少误匹配率,提高匹配精度。实验结果证明该方法具有良好的性能。     

利用空白区域骨架线网眼匹配多源面状居民地

多源大比例尺城市地图中,同名居民地数据间往往存在较大几何位置偏差,从而增加了居民地匹配的难度和不确定性。针对这一问题,本文提出了一种利用空白区域骨架线网眼进行居民地匹配的新方法。首先,提取空白区域骨架线,并建立空白区域骨架线网眼和居民地之间的一一映射关系,将居民地匹配转换为骨架线网眼匹配;然后,根据骨架线网眼之间的相接拓扑关系构建对偶图,计算对偶图中每个节点的各项中心性指标,并利用极化变换和层次分析法建立骨架线网眼匹配模型,获取骨架线网眼匹配结果;最后,将骨架线网眼匹配结果按照映射关系进行传递,从而得到居民地匹配结果。将居民地匹配转换为空白区域骨架线网眼匹配,并对骨架线网眼进行对偶图构建和极化变换,为匹配增加拓扑约束和相对位置约束,从而弥补几何位置的较大偏差对匹配造成的影响。对比试验及分析表明本方法能够有效解决大比例尺城市地图中几何位置偏差较大的面状居民地的匹配问题。     

A building polygonal object matching method based on minimum bounding rectangle combinatorial optimization and relaxation labeling

Volunteered geographic information (VGI) is an emerging phenomenon where anyone can create geographic information and share it with others. Compared with traditional authoritative geospatial data, it has several advantages, such as enriched data, instant updates, and low cost. The object matching method is widely used in VGI quality assessment and data updates. However, VGI matching faces certain challenges, such as the levels of detail that vary from object to object, the uneven distribution of data quality, and the automated matching requirement. To resolve these problems, this article proposes a new matching method that effectively combines the advantages of minimum bounding rectangle combinatorial optimization (MBRCO) and relaxation labeling. The proposed method (1) avoids setting the similarity threshold and weights and does not require training samples. This process is realized based on contextual information and optimization. (2) It overcomes the disadvantage that the MBRCO algorithm cannot distinguish adjacent buildings with similar shapes. Our approach is experimentally validated using two publicly available spatial datasets: OpenStreetMap and AutoNavi map. The experimental studies show that the proposed automatic matching method outperforms all the threshold-based MBRCO methods and achieves high accuracy with a precision of 97.8% and a recall of 99.2%.     

半全局约束下的多基线立体影像MVLL匹配方法

多视铅垂线轨迹法（multi-view vertical line locus,MVLL）能够以物方地面铅垂线为几何约束,匹配获取物方空间点的最佳高程,是一种实用的多基线立体影像匹配方法。针对MVLL匹配方法中的物方空间点独立匹配、缺少整体性约束问题,将物方空间局部光滑特性应用至匹配过程,提出了一种半全局约束下的多基线立体影像MVLL匹配方法。首先,将物方空间点沿地面铅垂线上的准确高程搜索,等效至像方空间沿核线方向上的准确视差搜索;其次,采用MVLL匹配方法计算物方空间点在多张影像上的等效像方匹配测度;然后,采用半全局匹配法（semi-global matching, SGM）对匹配测度进行多路径聚合分析,得到物方空间局部光滑约束下的等效视差图;最后,将等效视差图转化为物方空间点匹配高程,并对多基线立体影像进行多分辨率匹配处理,实现整体最优条件下的MVLL匹配。采用多类型地形特征与局部区域影像进行匹配实验与对比分析,实验结果表明,所提方法能够对多类型地形特征的物方空间匹配测度进行优化,获取更加可靠的匹配结果,具有更高的影像匹配性能。