GPS車輛軌跡對數(shù)字交通地圖精確性校驗的研究

　　[摘要] 通過全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)采集到的車輛定位信息，較精確的記錄了車輛在不同時刻的位置數(shù)據(jù)，本文運用數(shù)據(jù)采集和圖象細化處理的方法，從中提取出了位置比較準確的道路曲線，為數(shù)字地圖的校準工作提供依據(jù)。

1 引言

　　地理信息系統(tǒng)(GIS)所使用的數(shù)字地圖一般都是通過對原始地圖的數(shù)字化獲得的。通常，原始地圖不可能完全精確，而且在對原始地圖數(shù)字化的過程中也會造成一些誤差。因此獲得的數(shù)字地圖往往是不精確的，甚至會產(chǎn)生很大的偏差。而對數(shù)字地圖的精度校驗需要有一個比較精確的地圖，本文介紹了通過對GPS車輛監(jiān)控系統(tǒng)所記錄的車輛定位數(shù)據(jù)的采集和提取，從而生成比較精確的數(shù)字地圖的方法。車輛的定位數(shù)據(jù)反映了車輛在不同時刻的精確位置，它是通過對車輛定位信息中經(jīng)緯度數(shù)據(jù)的提取得到的[1]。數(shù)據(jù)記錄了一輛或多輛車子在一段時間內(nèi)的位置信息，通過對數(shù)據(jù)的處理和轉換可以得到一幅比較精確的數(shù)字交通地圖，為以后數(shù)字地圖的識別和校正提供了準確的依據(jù)。

２軌跡的數(shù)據(jù)采集

　　首先簡單介紹GPS車輛監(jiān)控系統(tǒng)的結構。本實驗室研制的GPS車輛監(jiān)控系統(tǒng)包括一個監(jiān)控中心站與多個車載臺。監(jiān)控中心站與車載臺之間通過無線信道通信[2]。

　　車載臺裝配在車輛上，包括GPS接收部分、無線數(shù)傳控制卡、無線通信設備和報警裝置四部分。GPS接收部分包括一塊接收卡和一個專用天線。無線數(shù)傳控制卡通過GPS接收部分收集GPS定位信息，進行壓縮、打包、調(diào)制后由電臺發(fā)回監(jiān)控中心站。無線通信設備包括一個數(shù)傳電臺、天線和通信電源等。

　　監(jiān)控中心站面向監(jiān)控操作人員，包括智能監(jiān)控平臺、無線數(shù)傳控制卡、無線通信設備三大部分。前二者以串口RS232通信，后者通過電子線路相連。智能監(jiān)控平臺接收無線數(shù)傳控制卡傳來的實時定位信息，進行信息分析、處理、加工，將跟蹤目標的行駛軌跡顯示在矢量地圖上；同時可以接收操作人員的命令，將控制指令傳給無線數(shù)傳控制卡發(fā)送出去。無線數(shù)傳控制卡是一塊集成電路板，集成了一片F(xiàn)X469調(diào)制解調(diào)芯片、一塊80C51CPU、RS232串口及若干外圍芯片、器件。此卡主要用來接收各車載臺發(fā)來的信息，以及分發(fā)中心站的控制指令。

　　車輛行駛軌跡的采集是通過提取車載臺發(fā)回的定位信息將車輛在道路上行駛時的經(jīng)緯度信息保存下來，生成一個軌跡文件。它以文本的方式保存了經(jīng)緯度信息，實際上也就記錄了車輛行駛的軌跡。

３地理參數(shù)的獲得

　　已知：地圖上某一點p(x，y)的地理坐標g(Lon，Lat)；地理坐標到地圖坐標軸的放大倍數(shù)(Lx，Ly)；地圖顯示的正北方位角θ，即地理坐標系相對地圖坐標系之間的夾角（逆時針方向為正）θ；地圖上的某點p(x0，y0)對應的實際地理經(jīng)緯度g(Lon0，Lat0)。如圖1所示。

　　實際上當?shù)貓D的范圍較大(例如省內(nèi)交通公路)時，常取地圖正北方位角θ=0°。用以上公式將軌跡文件中地理坐標g(Lon，Lat)轉化成地圖坐標p(x，y)，并以矢量的形式顯示在屏幕上，由此可以看到如圖2所示的車輛行駛的軌跡圖。軌跡既反映了車輛所行駛的路線，又對道路位置進行了精確描繪。

４區(qū)域骨架細化算法對道路曲線的提取

　　通過對軌跡圖的放大顯示，可以看到在某些道路上存在二條或多條軌跡曲線。這是因為車輛可能不止一次地行駛在這條路上。由于道路本身具有一定的寬度，因此當車輛行駛在左行線和右行線上時會記錄下二條或多條并行的軌跡。

　　在這樣多條并行的軌跡曲線中，無疑曲線的中心線才是道路的精確位置。提取這樣的曲線作為軌跡才能保證以后識別和校正的準確性。

　　筆者采用了區(qū)域骨架算法提取軌跡曲線取得了良好效果。具體做法是首先將實際得到的軌跡曲線加粗顯示，直到多條曲線合為一條粗線。圖3(a)表示的是軌跡曲線的一個局部放大圖，轉換成位圖格式并粗化后得到如圖3(b) 的粗線條軌跡。然后采用區(qū)域骨架算法對軌跡進行細化，細化后得到的曲線就是所需要的道路曲線。