CN101082501A

CN101082501A - 基于相对坐标定位的实时地图匹配方法及***

Info

Publication number: CN101082501A
Application number: CNA2007101280940A
Authority: CN
Inventors: 何丽娜
Original assignee: SWEDEN WEIFANGDA SOFTWARE TECHNIQUE CO Ltd
Current assignee: SWEDEN WEIFANGDA SOFTWARE TECHNIQUE CO Ltd
Priority date: 2007-07-13
Filing date: 2007-07-13
Publication date: 2007-12-05
Anticipated expiration: 2027-07-13
Also published as: CN101082501B

Abstract

本发明涉及移动设备的定位/导航技术领域，目的是提供一种基于相对坐标定位的实时地图匹配方法及***，解决了现有技术中地图数据不安全以及通信量高的技术问题。实现方案为：在客户端添加一参考点判断单元用于将绝对坐标区分为参考点坐标和非参考点坐标，对于参考点坐标，客户端将其发送到服务器进行校正和/或加密处理生成可匹配参考点坐标；对于非参考点坐标客户端根据最近一个参考点及可匹配参考点坐标推算获得相对定位坐标用于地图匹配。通过本发明大大降低客户端与服务器间的通信频率，减少网络通信量，可以在保证加密算法安全性的前提下，为车辆定位/导航***提供高效的实时地图匹配功能。

Description

基于相对坐标定位的实时地图匹配方法及***

技术领域

本发明涉及移动设备的定位/导航技术领域，尤其涉及一种基于相对坐标定位的实时地图匹配方法及***。

背景技术

基于GPS的车辆定位/导航***的开发与应用正日益受到国内外重视，并显示出巨大的经济和社会效益。许多车辆定位/导航***都需要进行准确实时的地图匹配。地图匹配是将通过GPS、航迹推算(DR，Dead-Reckoning)等方法测得的车辆位置和/或行驶轨迹，与车载电子地图中的数据相比较、匹配，在车辆被约束在道路上的前提下，将车辆的GPS和/或DR误差较大的输出匹配到电子地图中最邻近的道路上误差较小的相应点的过程。它不仅有利于在移动终端上显示车辆的当前位置，更重要的是可以进一步为车辆提供导航计算和实时路径引导功能。

对于普通车辆定位/导航***来说，实时地图匹配通常在本机上独立完成，即通过一定的地图匹配算法将测得的车辆位置或行驶轨迹直接转换为与地图数据相关的坐标位置。然而在某些特殊情况下，由于客观条件限制，必须采用客户端/服务器交互式解决方案才能实现实时地图匹配。例如在中国，真实电子地图数据对普通车辆定位/导航***用户，甚至是开发者来说都是保密的，这就需要使用一定的加密算法对电子地图的真实坐标数据进行加密处理。由于采用不可逆加密算法，一般情况下，会直接在客户端应用程序中嵌入加密算法，实时对车辆的位置数据进行加密处理，以便进一步与加密地图进行匹配。然而，一旦客户端应用程序代码被反编译，高度机密的加密算法及电子地图数据就面临着有可能被破解从而导致泄密的危险。为了规避这种风险，可以选择客户端/服务器交互式解决方案，即将加密算法的单一副本放置在服务器端，客户端通过不断与服务器端进行交互，将获得的实时位置坐标通过服务器端加密后传回到客户端，客户端再与本机上已经加密的电子地图进行下一步匹配。

采用客户端/服务器交互式解决方案虽然可以很好的满足安全性要求，但客户端与服务器间必须维持实时、双向高频率(秒级)的远程通信才能满足车辆定位/导航应用的需求。显然，维持实时、双向、高质量的网络通信的开销及可能的通信时延会大大影响这种解决方案的可行性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一是提供一种基于相对坐标定位的实时地图匹配方法，通过该方法解决现有技术中网路通信开销过大、对网络通信质量要求过高的缺陷。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

降低通过服务器对客户端接收到的绝对位置坐标进行坐标校正的频率，只对具有较高参考价值的位置点坐标进行精确的坐标校正。对于接收到的大多数绝对位置坐标，根据其与参考坐标点的相对位置，采用一定的推算算法，估算其坐标校正值，具体步骤如下：

步骤1：客户端获取位置信息并将获取的位置信息发送给服务端；

步骤2：服务端对位置信息进行校正和/或加密后，将生成的可匹配坐标数据传送给客户端；

步骤3：客户端进行所述可匹配坐标数据与电子地图的匹配，并将匹配结果进行外在表示。

基于上述方案，步骤1进一步包括：

步骤11：客户端获取客户端当前的绝对位置坐标；

步骤12：客户端根据参考点判断规则对所接收到的绝对位置坐标进行筛选，若当前绝对位置坐标为参考点坐标，则将该坐标发送给服务端，执行步骤2；若当前绝对位置坐标为非参考点坐标，则执行步骤13；

步骤13：客户端对所述非参考点坐标进行近似计算，获得可用于地图匹配的相对定位坐标后执行步骤3。

基于上述方案，步骤12中所述的参考点判断规则采用基于距离、时间或角度的判断门限作为区分参考点坐标及非参考点坐标的判断条件，若小于所述门限值，则判断为非参考点坐标，若大于等于所述门限值，则判断为参考点坐标。

基于上述方案，步骤13进一步包括：

步骤131：客户端读取最近一个参考点坐标及经服务器校正和/或加密后的该参考点坐标的可匹配参考点坐标；

步骤132：客户端依据所述参考点坐标及可匹配参考点坐标使用推算算法近似计算出所述非参考点坐标的相对定位坐标，然后将所述相对定位坐标送地图匹配单元进行地图匹配。

基于上述方案，步骤3中还包括电子地图数据的获取步骤：

步骤31：当客户端需要进行地图匹配时向服务端发起获取地图数据请求；

步骤32：服务端根据所述请求将整个地图的全部或部分发送给客户端；

步骤33：客户端接收所述地图数据进行地图匹配。

本发明的另一目的之一是提供一种基于相对坐标定位的实时地图匹配***，为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于相对坐标定位的实时地图匹配***，包括：

定位模块，用于获取位置信息；

地图匹配单元，用于位置信息与地图数据的匹配；

表示单元，用于表达地图匹配单元输出的匹配结果；

其特征在于，所述***包括服务端和客户端，所述定位模块、地图匹配单元及表示单元位于客户端；

服务端包括一个或多个服务器，所述服务器内置坐标校正和/或加密算法，用于接收客户端发送的位置信息并对其进行校正和/或加密处理，然后将处理后的位置信息发送给客户端，由客户端地图匹配单元进行地图匹配后送至表示单元进行表示。

基于上述方案，进一步地，所述客户端还包括：

参考点判断单元：用于根据参考点判断规则区分参考点坐标和非参考点坐标；

相对坐标处理单元：用于根据参考点坐标及可匹配参考点坐标推算非参考点坐标的相对定位坐标；

参考点判断单元接收定位模块传送的位置信息，依据判断规则区分出参考点坐标和非参考点坐标，将参考点坐标发送给服务器，将非参考点坐标发送给相对坐标处理单元；

服务器将经过校正和/或加密处理后的可匹配参考点坐标传送给地图匹配单元和相对坐标处理单元；地图匹配单元负责所述可匹配参考点坐标或所述相对定位坐标与电子地图的匹配，并将匹配结果送至表示单元。

基于上述方案，进一步地，所述电子地图可存在于客户端，所述地图匹配单元直接从本地获取地图数据。

基于上述方案，进一步地，所述服务端还包括电子地图模块，用于存储电子地图数据，所述地图匹配单元在需要地图数据时向所述电子地图模块发送请求获取部分或全部地图数据。

通过本发明所揭示的技术方案，可以大大降低客户端与服务器间的通信频率，减少网络通信量，可以在保证加密算法安全性的前提下，为车辆定位/导航***提供高效的实时地图匹配功能。

附图说明

图1为实施本发明技术方案的***结构图；

图2为实施本发明技术方案的流程图。

具体实施方式

本发明采用客户端/服务器交互式解决方案实现实时地图匹配，本发明不限制客户端与服务器端的具体通信连接方式。如图1所示，本发明所述的一种基于相对坐标定位的实时地图匹配***包括以下几个主要部分：

定位模块：用于接收客户端所处地理位置信息，可以是GPS接收器或DR导航感应装置等，所述的地理位置信息包括地理经纬度、方向角、行使速度等信息。

参考点判断单元：用于接收定位模块发送的绝对位置信息，并根据参考点判断规则区分参考点坐标和非参考点坐标。

服务器：用于接收参考点判断单元发送的参考点坐标，对参考点坐标进行校正、加密等处理。

相对坐标处理单元：用于根据最近一个参考点坐标及可匹配参考点坐标近似计算出非参考点坐标的相对定位坐标，相对定位坐标是一个近似的可直接用于地图匹配的坐标值，是通过推算算法获得的一个在可允许的误差范围内的估算值。

地图匹配单元：用于接收来自服务器端发送的可匹配参考点坐标及相对坐标处理单元发送的相对定位坐标，并根据一定的地图匹配算法完成坐标与电子地图的匹配。

电子地图模块：用于保存经加密算法处理过的电子地图并根据地图匹配单元的请求向地图匹配单元传送地图数据，该模块可以位于服务器端也可以位于客户端，若位于服务器端则需要通过网络将客户端需要用到的部分或全部电子地图传送给客户端的地图匹配单元；若位于客户端则地图匹配单元可直接从本地读取地图数据。

表示单元：用于以图形、语音等人能够感知的方式表达地图匹配的结果。

本发明所述的客户端包括定位模块、参考点判断单元、地图匹配单元、表示单元、相对坐标处理单元等，电子地图模块可位于客户端也可位于服务端。本发明不限制客户端的类型，只要能够实现本发明所述功能的移动设备都属于本发明所述客户端的范畴，可以是手持移动设备，也可以是车载导航设备等。

以下结合图1和图2对本发明所述地图匹配方法的处理步骤进行详细描述。

步骤1：客户端定位模块输出客户端当前的绝对位置坐标给参考点判断单元。

这里所述的绝对位置坐标与该坐标所使用的坐标***无关，它既可以是直接从GPS接收到的经纬度坐标，也可以是对经纬度坐标进行预处理后得到的中间坐标数据，例如经坐标投影转换等操作后获得的坐标数据，还可以是其它一些定位/导航装置所输出的能够粗略确定移动设备地理位置的坐标数据。

步骤2：客户端参考点判断单元根据参考点判断规则对所接收到的绝对位置坐标进行筛选，将参考点坐标发送到远端服务器，执行步骤3；将非参考点坐标发送到相对坐标处理单元，执行步骤5。

所述的参考点判断规则与电子地图所使用的加密算法有关，根据不同的加密算法选择不同的判断规则。此处所述的参考点是指少数具有较高参考价值的坐标点，这些参考点可用于相对定位坐标的推算。

步骤3：远端服务器接收客户端所发送的参考点坐标，经校正和/或加密算法加密后获得的可匹配参考点坐标发送到客户端。

步骤4：客户端地图匹配单元根据地图匹配算法将可匹配参考点坐标与电子地图进行匹配，匹配完毕后执行步骤7。

这里的电子地图既可以是预先存储在客户端的，也可以是从远端服务器实时传送到客户端的。一般情况下，出于安全考虑电子地图都经过加密算法加密。

步骤5：相对坐标处理单元接收非参考点坐标，然后根据最近一个参考点坐标及经过服务器校正和/或加密后的可匹配参考点坐标近似计算出该非参考点坐标的相对定位坐标，并将该相对定位坐标传送给地图匹配单元。

步骤6：客户端地图匹配单元根据地图匹配算法将相对定位坐标与电子地图数据进行匹配，匹配完毕后执行步骤7。

步骤7：将匹配后的数据输出到表示单元进行外在表达或表现。

以***客户端两次发送参考点坐标到服务器进行坐标校正、加密的时间间隔为一个周期，图2所示为一个周期内，客户端每次获取到当前的绝对位置坐标P后，进行实时地图匹配的数据处理流程。

假设客户端在一个周期开始时接收到绝对坐标P₁(X₁，Y₁)，经过判断P₁(X₁，Y₁)是参考点坐标。客户端立即将其发送到服务器，经处理后得到校正和/或加密后的可匹配参考点坐标对P₁′(X₁′，Y₁′)，并发送回客户端进行地图匹配。

默认情况下，***初始化接收到的第一个绝对坐标点被默认为参考点坐标。

当客户端接收到下一对绝对坐标P_i(X_i，Y_i)时，首先判断其是否可能为参考点。一具体实施例中采用以下公式作为判断条件：

D(P₁，P_i)＜d 公式(1)

D(P₁，P_i)采用欧氏距离公式计算：

D (P_{1}, P_{i}) = \sqrt{{(X_{i} - X_{1})}^{2} + {(Y_{i} - Y_{1})}^{2}}

公式(2)

d以公里为单位，根据加密算法对地图坐标扭曲程度及接下来使用的相对坐标推算算法与该加密算法的近似程度的不同，d的取值也有所不同。如果经过加密的地图坐标与原坐标的偏移量较小，或相对坐标推算算法即近似计算算法对加密算法的逼近程度较高，则d的取值可以较大，如车辆每行驶2km取一次参考点坐标。d的取值越大，则本方法的实施效果越好。

如果经过公式(1)判断，判断条件为真，则说明P_i不是参考点，则不再将其发送回服务器，而是直接根据其与P₁的相对位置，推算P_i′(X_i′，Y_i′)的近似坐标值。根据加密算法的不同，可以选择不同的推算算法建立推算模型，逼近加密函数。推算模型与加密算法的近似程度越高，本方法的实施效果越好。

由于加密算法对于开发者来说一般是保密的，只能通过对多组坐标点的原始坐标值和经过加密后的加密坐标值进行统计分析，如回归分析，采用最小二乘法等不同逼近方法建立起最合适的推算模型，如线性模型，二次多项式模型等。如最简单的推算模型可以是：

X_i′＝X₁′+(X_i-X₁)

Y_i′＝Y₁′(Y_i-Y₁) 公式(3)

经推算获得的P_i′(X_i′，Y_i′)将用于与已有地图数据进行匹配。

如果经过公式(1)判断，判断条件为假即D(P₁，P_i)所计算出来的值大于等于d，则说明P_i是参考点，则上一周期结束，P_i成为新的参考点P₁，将P_i的值赋给P₁，将P_i′的值赋给P₁′，重复以上处理流程。

公式(1)给出的参考点判断条件在具体实施例当中可根据具体情况进行变化，如以收到该坐标的时间T_i与上次收到参考点坐标的时间T₁的时间差作为判断条件：

T_i-T₁＜t

根据车辆行驶速度或路况条件的不同，可以对t进行动态调整。如在车辆运行速度较快或车辆在高速公路上行驶时，车辆实时位置坐标变化大，这时可以采用较短的时间间隔，即较小的t作为判断条件。如当车速为50km/h时，采用t＝60s。

还可以以收到该坐标时车辆的前进方向角θ_i(可由GPS接收模块获取)与上次收到参考点坐标时该车的前进方向角θ₁之间的夹角作为判断条件：

|θ_i-θ₁|＜α

当夹角变化较大，大于或等于判断门限α时，说明车辆运行方向或运行路段发生了较大改变，有可能需要增加参考点。本条件可以和其他判断条件组合起来，共同作为判断该坐标是否为参考点的判断条件，以便在将实时地图匹配误差控制在容许范围内的同时，最大限度的降低客户端与服务器间的通信频率。

为了将实时地图匹配误差控制在容许范围内，同时最大限度降低客户端与服务器间的通信频率，可根据移动设备行驶状态或路况的不同，对判断条件进行动态调整或切换，以达到最佳的状态。

本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims

1、一种基于相对坐标定位的实时地图匹配***，包括：

定位模块，用于获取位置信息；

地图匹配单元，用于位置信息与地图数据的匹配；

表示单元，用于表达地图匹配单元输出的匹配结果；

2、如权利要求1所述的基于相对坐标定位的实时地图匹配***，其特征在于，所述客户端还包括：

3、如权利要求2所述的基于相对坐标定位的实时地图匹配***，其特征在于，所述电子地图存在于客户端，所述地图匹配单元直接从本地获取地图数据。

4、如权利要求2所述的基于相对坐标定位的实时地图匹配***，其特征在于，所述服务端还包括电子地图模块，用于存储电子地图数据，所述地图匹配单元在需要地图数据时向所述电子地图模块发送请求获取部分或全部地图数据。

5、一种基于相对坐标定位的实时地图匹配方法，其特征在于，包括如下步骤：

6、如权利要求5所述的基于相对坐标定位的实时地图匹配方法，其特征在于，步骤1进一步包括：

步骤11：客户端获取客户端当前的绝对位置坐标；

7、如权利要求6所述的基于相对坐标定位的实时地图匹配方法，其特征在于，步骤12中所述的参考点判断规则采用基于距离、时间或角度的判断门限作为区分参考点坐标及非参考点坐标的判断条件，若小于所述门限值，则判断为非参考点坐标，若大于等于所述门限值，则判断为参考点坐标。

8、如权利要求6所述的基于相对坐标定位的实时地图匹配方法，其特征在于，步骤13进一步包括：

9、如权利要求5至8中任一项权利要求所述的基于相对坐标定位的实时地图匹配方法，其特征在于，步骤3中还包括电子地图数据的获取步骤：

步骤33：客户端接收所述地图数据进行地图匹配。