GPS車輛軌跡對(duì)數(shù)字交通地圖精確性校驗(yàn)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(shí)刻的位置數(shù)據(jù)，本文運(yùn)用數(shù)據(jù)采集和圖象細(xì)化處理的方法，從中提取出了位置比較準(zhǔn)確的道路曲線，為數(shù)字地圖的校準(zhǔn)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(duì)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(duì)原始地圖數(shù)字化的過程中也會(huì)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?xí)a(chǎn)生很大的偏差。而對(duì)數(shù)字地圖的精度校驗(yàn)需要有一個(gè)比較精確的地圖，本文介紹了通過對(duì)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(shí)刻的精確位置，它是通過對(duì)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(shí)間內(nèi)的位置信息，通過對(duì)數(shù)據(jù)的處理和轉(zhuǎn)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(shí)別和校正提供了準(zhǔn)確的依據(jù)。

２軌跡的數(shù)據(jù)采集

　　首先簡(jiǎn)單介紹GPS車輛監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。本實(shí)驗(yàn)室研制的GPS車輛監(jiān)控系統(tǒng)包括一個(gè)監(jiān)控中心站與多個(gè)車載臺(tái)。監(jiān)控中心站與車載臺(tái)之間通過無線信道通信[2]。

　　車載臺(tái)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(shè)備和報(bào)警裝置四部分。GPS接收部分包括一塊接收卡和一個(gè)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(jìn)行壓縮、打包、調(diào)制后由電臺(tái)發(fā)回監(jiān)控中心站。無線通信設(shè)備包括一個(gè)數(shù)傳電臺(tái)、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(tái)、無線數(shù)傳控制卡、無線通信設(shè)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(tái)接收無線數(shù)傳控制卡傳來的實(shí)時(shí)定位信息，進(jìn)行信息分析、處理、加工，將跟蹤目標(biāo)的行駛軌跡顯示在矢量地圖上；同時(shí)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(tái)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(tái)發(fā)回的定位信息將車輛在道路上行駛時(shí)的經(jīng)緯度信息保存下來，生成一個(gè)軌跡文件。它以文本的方式保存了經(jīng)緯度信息，實(shí)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(diǎn)p(x，y)的地理坐標(biāo)g(Lon，Lat)；地理坐標(biāo)到地圖坐標(biāo)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(biāo)系相對(duì)地圖坐標(biāo)系之間的夾角（逆時(shí)針方向?yàn)檎│?；地圖上的某點(diǎn)p(x0，y0)對(duì)應(yīng)的實(shí)際地理經(jīng)緯度g(Lon0，Lat0)。如圖1所示。

　　實(shí)際上當(dāng)?shù)貓D的范圍較大(例如省內(nèi)交通公路)時(shí)，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(biāo)g(Lon，Lat)轉(zhuǎn)化成地圖坐標(biāo)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(duì)道路位置進(jìn)行了精確描繪。

４區(qū)域骨架細(xì)化算法對(duì)道路曲線的提取

　　通過對(duì)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?yàn)檐囕v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(dāng)車輛行駛在左行線和右行線上時(shí)會(huì)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(shí)別和校正的準(zhǔn)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(shí)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(gè)局部放大圖，轉(zhuǎn)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(duì)軌跡進(jìn)行細(xì)化，細(xì)化后得到的曲線就是所需要的道路曲線。