GPS車(chē)輛軌跡對數字交通地圖精確性校驗的研究

　　[摘要] 通過(guò)全球衛星定位系統(GPS)采集到的車(chē)輛定位信息，較精確的記錄了車(chē)輛在不同時(shí)刻的位置數據，本文運用數據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(xiàn)，為數字地圖的校準工作提供依據。

1 引言

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

２軌跡的數據采集

　　首先簡(jiǎn)單介紹GPS車(chē)輛監控系統的結構。本實(shí)驗室研制的GPS車(chē)輛監控系統包括一個(gè)監控中心站與多個(gè)車(chē)載臺。監控中心站與車(chē)載臺之間通過(guò)無(wú)線(xiàn)信道通信[2]。

　　車(chē)載臺裝配在車(chē)輛上，包括GPS接收部分、無(wú)線(xiàn)數傳控制卡、無(wú)線(xiàn)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(gè)專(zhuān)用天線(xiàn)。無(wú)線(xiàn)數傳控制卡通過(guò)GPS接收部分收集GPS定位信息，進(jìn)行壓縮、打包、調制后由電臺發(fā)回監控中心站。無(wú)線(xiàn)通信設備包括一個(gè)數傳電臺、天線(xiàn)和通信電源等。

　　監控中心站面向監控操作人員，包括智能監控平臺、無(wú)線(xiàn)數傳控制卡、無(wú)線(xiàn)通信設備三大部分。前二者以串口RS232通信，后者通過(guò)電子線(xiàn)路相連。智能監控平臺接收無(wú)線(xiàn)數傳控制卡傳來(lái)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(wú)線(xiàn)數傳控制卡發(fā)送出去。無(wú)線(xiàn)數傳控制卡是一塊集成電路板，集成了一片FX469調制解調芯片、一塊80C51CPU、RS232串口及若干外圍芯片、器件。此卡主要用來(lái)接收各車(chē)載臺發(fā)來(lái)的信息，以及分發(fā)中心站的控制指令。

　　車(chē)輛行駛軌跡的采集是通過(guò)提取車(chē)載臺發(fā)回的定位信息將車(chē)輛在道路上行駛時(shí)的經(jīng)緯度信息保存下來(lái)，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(chē)輛行駛的軌跡。

３地理參數的獲得

　　已知：地圖上某一點(diǎn)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(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(shí)針?lè )较驗檎│?；地圖上的某點(diǎn)p(x0，y0)對應的實(shí)際地理經(jīng)緯度g(Lon0，Lat0)。如圖1所示。

　　實(shí)際上當地圖的范圍較大(例如省內交通公路)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(chē)輛行駛的軌跡圖。軌跡既反映了車(chē)輛所行駛的路線(xiàn)，又對道路位置進(jìn)行了精確描繪。

４區域骨架細化算法對道路曲線(xiàn)的提取

　　通過(guò)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(xiàn)。這是因為車(chē)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(chē)輛行駛在左行線(xiàn)和右行線(xiàn)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(xiàn)中，無(wú)疑曲線(xiàn)的中心線(xiàn)才是道路的精確位置。提取這樣的曲線(xiàn)作為軌跡才能保證以后識別和校正的準確性。

　　筆者采用了區域骨架算法提取軌跡曲線(xiàn)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(xiàn)加粗顯示，直到多條曲線(xiàn)合為一條粗線(xiàn)。圖3(a)表示的是軌跡曲線(xiàn)的一個(gè)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(xiàn)條軌跡。然后采用區域骨架算法對軌跡進(jìn)行細化，細化后得到的曲線(xiàn)就是所需要的道路曲線(xiàn)。