GPS/DR组合导航的地图匹配算法研究与实现

摘要

随着社会的发展、科技的进步，汽车已经成为人们日常出行的常用交通工具之一。随着汽车数量的增加，道路交通变得更加错综复杂，道路信息日新月异，车载导航系统应运而生。传统的单一导航已不能同时满足车载导航系统实时性、准确性和稳定性的要求，GPS、DR组合导航具有良好的优势互补功能，既能在其中任何一种导航失效的情况下继续为车辆提供导航，又能在二者同时正常工作时提高导航定位精度、增强系统稳定性，成为车载导航系统新的发展趋势。
　　 设计了组合导航地图匹配三个过程的算法——粗匹配算法、精匹配算法和跟踪匹配算法，并对各匹配过程的算法进行了理论推导论证。在选定车辆当前行驶道路的粗匹配算法中，直接投影法是常用方法之一，该方法简单易行，但稳定性差、匹配效率低，不能满足地图匹配高稳定性和高正确率的要求。设计的算法以直接投影法为基础，结合相关性算法和概率统计法，在匹配过程中引入历史匹配参数进行迭代运算，采用多点采样消除偶然误差。选定了实际的行驶道路后，通过精匹配过程将GPS测得的点位投影到行驶路段，再与DR测得的点位进行最佳线性组合，提高车辆的定位精度。当车辆进行道路切换时，跟踪匹配算法能快速准确的选定车辆所切换的道路，并根据方向改变的时间纠正车辆的精确位置，达到精确跟踪目的。
　　 完成了地图匹配三个过程的算法仿真。结合车辆实际行驶的环境和GPS与DR接收机的精度，对算法的参数进行了设置，并通过matlab仿真和数理统计进行了分析。设计的算法在选路的时效性和正确率两方面有良好的兼容性，并具有良好的稳定性;能将车辆精确定位到行驶路段上，满足日常行驶需求;在车辆改变行驶道路时能够及时准确的跟踪车辆的行驶位置，并通过方向的改变来纠正车辆在电子地图中的位置。最后结合实际道路网信息对算法进行模拟匹配效果检验，验证了算法设计的可行性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景与意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究目的与意义

1．2 国内外研究情况

1．2．1 国外研究情况

1．2．2 国内研究情况

1．3 车载GPS／DR组合导航地图匹配算法研究的主要内容

1．3．1 课题研究的主要内容

1．3．2 课题研究需要解决的主要问题

1．4 本文主要内容

第2章 GPS／DR组合导航系统

2．1 GPS系统

2．1．1 GPS定位原理

2．1．2 GPS定位特点与误差分析

2．2 DR系统

2．2．1 DR定位原理

2．2．2 DR定位特点与误差分析

2．3 GPS／DR组合导航

2．3．1 组合导航

2．3．2 组合导航系统架构

2．3．3 导航设备精度

2．4 地图匹配算法

2．4．1 电子地图

2．4．2 地图匹配算法

2．4．3 常用的地图匹配算法

2．4．4 本文设计的地图匹配算法

2．5 本章小结

第3章 粗匹配算法的研究与实现

3．1 粗匹配算法设计

3．2 算法参数选取

3．2．1 距离参数及其调整系数

3．2．2 角度参数及其调整系数

3．2．3 历史匹配参数及其调整系数

3．3 算法流程图

3．4 算法仿真分析与比较

3．4．1 粗匹配算法匹配正确率分析

3．4．2 本文粗匹配算法与其他算法比较

3．4．3 粗匹配算法匹配效果仿真

3．5 本章小结

第4章 精匹配算法的研究与实现

4．1 精匹配算法

4．2 单一导航系统的精匹配分析

4．2．1 GPS导航系统精匹配分析

4．2．2 DR导航系统精匹配分析

4．2．3 两种导航系统匹配误差统计分析

4．3 数据融合

4．3．1 数据融合技术

4．3．2 最佳线性组合

4．3．3 GPS定位点投影到行驶路段

4．3．4 GPS与DR直接组合再投影

4．3．5 GPS先投影再与DR组合

4．3．6 两种组合方式匹配效果比较

4．4 算法流程图

4．5 本章小结

第5章 跟踪匹配算法的研究与实现

5．1 跟踪匹配算法

5．2 算法参数设置

5．2．1 距离参数设置

5．2．1 夹角参数设置

5．2．1 连通关系参数设置

5．3 算法流程图

5．4 跟踪匹配算法匹配效果仿真分析

5．5 跟踪匹配算法比较

5．6 本章小结

第6章 实际路况匹配

6．1 匹配区域选取

6．2 道路信息提取

6．3 匹配过程与效果

6．3．1 模拟噪声

6．3．2 匹配参数选取

6．3．3 匹配结果

6．4 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士学位期间发表的论文