CN103604435B - 基于地图和减速带匹配的定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于地图和减速带匹配的定位方法，包括：使电子地图和智能手机的***初始化；结合电子地图、初始位置，在行驶过程中利用智能手机传感器检测到的方向和车辆中的里程计读数来获取一个关于时间的序列，在电子地图中利用地图匹配算法筛选出所有可能路径；处理与地面垂直的方向上的加速度序列，推测出所有可能为减速带的位置，同时计算出在该位置的时刻和在该时刻车辆的行驶方向；在所有可能路径中挑选出和减速带行驶方向相吻合的候选路径，同时确定经过减速带的时刻；对于每个候选路径根据经过减速带时刻和通过里程计读数获取的关于时间的序列，测出减速带之间行驶过的路径长度，利用概率估算算法找出概率最大的路径。

Description

基于地图和减速带匹配的定位方法

技术领域

本发明涉及一种基于地图和减速带匹配的定位方法，其能够通过智能手机、车载里程计和电子地图输入数据，根据减速带的位置来定位出目标。

背景技术

定位技术是一项非常重要的应用技术，其具有广泛应用场景。而且，定位技术是一项已被广泛研究的技术。现存的定位技术可以大体划分为两大类别：基于测距的定位技术和基于连通性的定位技术。

基于测距的定位需要测量各个物体间的相对距离，而且对测量的精度要求较高，如今主要的测量方式是基于RSS（即受到的信号强度）、到达信号的角度、到达时间的差别等等。相反，基于连通性的定位方法利用的是物体之间的连通性而避免了高代价的准精度的测量要求，因此这种定位方法在各种场景中都能适应。

当下所使用的GPS(GlobalPositioningSystem，全球定位***)定位会受到建筑物的遮挡，经常接收不到卫星信号，而且在GPS模块搜索卫星信号时非常耗能，对于手机电池的供给要求较高，因此在实际场景中的应用会受到一定的限制。

电子地图由多个节点和节点间的相互连接关系形成，用来表示实际上的地理情况。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种能够通过智能手机、车载里程计和电子地图输入数据，根据减速带的位置来定位出目标的定位方法。

为了实现上述技术目的，根据本发明，提供了一种基于地图和减速带匹配的定位方法，其包括：

第一步骤：使电子地图和智能手机的***初始化；其中，电子地图由多个节点和节点间的相互连接关系形成，用来表示实际的地理情况。

第二步骤：结合电子地图、初始位置，在行驶过程中利用智能手机传感器检测到的方向和车辆中的里程计读数来获取一个关于时间的序列，在电子地图中利用地图匹配算法筛选出所有可能路径；

第三步骤：处理与地面垂直的方向上的加速度序列，推测出所有可能为减速带的位置，同时计算出在该位置的时刻和在该时刻车辆的行驶方向；

第四步骤：在所有可能路径中挑选出和减速带行驶方向相吻合的候选路径，同时确定经过减速带的时刻；

第五步骤：对于每个候选路径根据经过减速带时刻和通过里程计读数获取的关于时间的序列，测出减速带之间行驶过的路径长度，利用概率估算算法找出概率最大的路径。

优选地，在第二步骤中，地图匹配算法筛选出所有可能路径的步骤可包括：

第一子步骤，把起始节点添加到电子地图以在电子地图搜寻所有初选候选路径，并将所有初选候选路径组成初选候选路径集合；

第二子步骤，判断初选候选路径集合是否为空，若初选候选路径集合为空，跳转到第五子步骤，否则从初选候选路径的集合取出一个初选候选路径并跳转到第三子步骤；

第三子步骤，如果取出的初选候选路径在电子地图中经过的路程长度小于实际用里程计测得的长度，跳转到第四子步骤，否则把该取出的初选候选路径加入到可能路径中去，跳转到第二子步骤；

第四子步骤，对于所有与该取出的初选候选路径的最后位置相邻的节点，判断其是否与给定的关于时间的序列中的数据相吻合，若相吻合则把该节点加入该取出的初选候选路径并且将该取出的初选候选路径加入到可能路径中去，如没有相邻节点吻合则删除该初选候选路径，然后回到第二子步骤；

第五子步骤，输出所有可能路径，处理结束。

附图说明

结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：

图1示意性地示出了根据本发明实施例的基于地图和减速带匹配的定位方法的流程图。

图2示意性地示出了根据本发明实施例的地图匹配算法筛选出所有可能路径的步骤的流程图。

需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。

具体实施方式

为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述。

针对现有技术的不足，发明人有利地观察到，智能手机可以提供方向和加速度数据，汽车有里程计可以记录每个时刻走过的路程，减速带作为道路设施在闹市区和校园内都有普遍的分布，而且每个减速带的位置非常固定；由此，在给定了一张电子地图和初始位置之后，可以利用智能手机和汽车里程计来进行地图匹配，然后再利用减速带信息进行匹配；更重要的是，每经过一次减速带在智能手机测得的加速度上都有明显的体现。基于这些观察和分析，发明人提出了一种基于地图和减速带匹配的定位方法。

本发明可以适应于有减速带部署的区域，利用智能手机和车载里程计来定位。本发明适用于现实生活中的场景，当接收不到GPS信号或者考虑到节能时可以代替GPS去定位。利用智能手机和里程计所能直接测量信息，使用地图匹配和使用概率模型来计算最有可能的路径位置，能够达到更高的定位精度。

具体地说，图1示意性地示出了根据本发明实施例的基于地图和减速带匹配的定位方法的流程图。

如图1所示，根据本发明实施例的基于地图和减速带匹配的定位方法包括：

第一步骤S1：使电子地图和智能手机的***初始化，把智能手机中的各个传感器中从初始点开始记录至今的数据融合成相对于地面的方向和加速度的关于时间的序列；其中，电子地图由多个节点和节点间的相互连接关系形成，用来表示实际的地理情况。

第二步骤S2：结合电子地图、初始位置，在行驶过程中利用智能手机传感器检测到的方向相对于时间的序列和车辆中的里程计读数相对于时间的序列，在电子地图中利用地图匹配算法筛选出所有可能路径（由电子地图中的离散节点构成的）；

第三步骤S3：处理与地面垂直的方向上的加速度序列，推测出所有可能为减速带的位置（这是因为，在经过减速带时，由于会有颠簸而造成了与地面垂直的方向上的加速度变化），同时计算出在该位置的时刻和在该时刻车辆的行驶方向；

第四步骤S4：在所有可能路径中挑选出和减速带行驶方向相吻合的候选路径，同时确定经过减速带的时刻；

第五步骤S5：对于每个候选路径根据经过减速带时刻和通过里程计读数获取的关于时间的序列，测出减速带之间行驶过的路径长度，利用概率估算算法找出概率最大的路径。

由此，只要把概率最大的路径当作实际行驶路径来处理，即可以根据概率最大的路径来进行定位。

图2示意性地示出了根据本发明实施例的地图匹配算法筛选出所有可能路径的步骤的流程图。如图2所示，在第二步骤S2中，地图匹配算法筛选出所有可能路径的步骤可包括：

第一子步骤S01，把起始节点p0添加到电子地图以在电子地图搜寻所有初选候选路径，并将所有初选候选路径组成初选候选路径集合；其中，例如，起始节点p0是与初始位置相对应的节点，或者起始节点p0是用户输入的一个节点。

第二子步骤S02，判断初选候选路径集合是否为空（即，判断初选候选路径集合中的初选候选路径是否都被取出来），若初选候选路径集合为空，跳转到第五子步骤S05，否则从初选候选路径的集合取出一个初选候选路径并跳转到第三子步骤S03；

第三子步骤S03，如果取出的初选候选路径在电子地图中经过的路程长度小于实际用里程计测得的长度，跳转到第四子步骤S04，否则把该取出的初选候选路径加入到可能路径中去，跳转到第二子步骤S02；

第四子步骤S04，对于所有与该取出的初选候选路径的最后位置相邻的节点，判断其是否与给定的关于时间的序列中的数据相吻合，若相吻合则把该节点加入该取出的初选候选路径并且将该取出的初选候选路径加入到可能路径中去，如没有相邻节点吻合则删除该初选候选路径，然后回到第二子步骤S02；

第五子步骤S05，输出所有可能路径，处理结束。

本发明的优点至少包括：

（1）本发明所述的定位方法，可以适应于有减速带部署的区域，利用智能手机和车载里程计来定位。本发明适用于现实生活中的场景，当接收不到GPS信号或者考虑到节能时可以代替GPS去定位。

（2）本发明利用智能手机和里程计所能直接测量信息，使用地图匹配和使用概率模型来计算最有可能的路径位置，能够达到更高的定位精度。

为了清楚地表示本发明的具体实现方式，下面例示了一种算法实现方式。需要说明的是，以下示例仅仅示出了一种实现方式，而不构成对本发明的限制。

为形式化表达，在此定义了以下名词来简化算法的表达

电子地图(Graph)：电子地图是由节点的集合P和节点之间的相互关系E所组成的。E中的元素有两个重要的特征方向和其长度，在此分别用和来表示。

方向序列(OrientationSequence)：方向序列是开始记录至今由行进的方向和时间关系所形成的序列关系，在此用O(t)来表示，方向序列有时间的长度限制T。

候选路径(CandidateRoute)：候选路径是由一系列的来自P集合的节点序列p₀,p₁,p_n,而且在此用t₁,t₂,t_n表示两个节点的之间的时间。

冲突(Conflict)：如果对于某条候选路径，其不能满足下列的不等式（1）、（2）、（3），在此称之为冲突：

$|O\left(t\right)-d_{p_i{p}_{i+1}}|\≤\mathrm{\ϵ},---\left(1\right)$

$\underset{j=0}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}{t}_j\≤t\≤\underset{j=0}{\overset{i+1}{\mathrm{\Σ}}}{t}_j,---\left(2\right)$

$\frac{\left|e_{p_i{p}_{i+1}}\right|}{{\mathrm{\υ}}_u}\≤t_{i+1}\≤\frac{\left|e_{p_i{p}_{i+1}}\right|}{{\mathrm{\υ}}_l}---\left(3\right)$

可加路径(AdditiveRoute)：在此称一个候选路径是可加的，当在候选路径中可以添加一个新的节点同时生成新的候选路径不会产生冲突。

终结路径(TerminableRoute)：在此定义一条路径为可终结路径如果其没有冲突，而且 $\underset{j=0}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}{t}_j\≥T.$ .

现在已经跳出了所有的候选路径，现在从其中根据检测出来的的减速带来找出的路径。

检测的减速带序列：从此处的加速度序列中检测出来的减速带序列，b₀,b₁,b_|b|分别有着对应的时间点同时根据方向序列可以知道检测出来减速带的方向。

候选路径的减速带序列：从生成的候选路径和事先已知的减速带位置可以知道减速带的方向，可以用h₀,h₁,h_|h|和来分别表示减速带序列和其方向路径选择算法如下：

此外，需要说明的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (1)

1.一种基于地图和减速带匹配的定位方法，其特征在于包括：

第一步骤：使电子地图和智能手机的***初始化，其中电子地图由多个节点和节点间的相互连接关系形成，用来表示实际的地理情况；

第二步骤：结合电子地图、初始位置，在行驶过程中利用智能手机传感器检测到的方向和车辆中的里程计读数来获取一个关于时间的序列，在电子地图中利用地图匹配算法筛选出所有可能路径；

第三步骤：处理与地面垂直的方向上的加速度序列，推测出所有可能为减速带的位置，同时计算出在该位置的时刻和在该时刻车辆的行驶方向；

第四步骤：在所有可能路径中挑选出和减速带行驶方向相吻合的候选路径，同时确定经过减速带的时刻；

第五步骤：对于每个候选路径根据经过减速带时刻和通过里程计读数获取的关于时间的序列，测出减速带之间行驶过的路径长度，利用概率估算算法找出概率最大的路径；

在第二步骤中，地图匹配算法筛选出所有可能路径的步骤可包括：

第一子步骤，把起始节点添加到电子地图以在电子地图搜寻所有初选候选路径，并将所有初选候选路径组成初选候选路径集合；

第二子步骤，判断初选候选路径集合是否为空，若初选候选路径集合为空，跳转到第五子步骤，否则从初选候选路径的集合取出一个初选候选路径并跳转到第三子步骤；

第三子步骤，如果取出的初选候选路径在电子地图中经过的路程长度小于实际用里程计测得的长度，跳转到第四子步骤，否则把该取出的初选候选路径加入到可能路径中去，跳转到第二子步骤；

第四子步骤，对于所有与该取出的初选候选路径的最后位置相邻的节点，判断其是否与给定的关于时间的序列中的数据相吻合，若相吻合则把该节点加入该取出的初选候选路径并且将该取出的初选候选路径加入到可能路径中去，如没有相邻节点吻合则删除该初选候选路径，然后回到第二子步骤；

第五子步骤，输出所有可能路径，处理结束。