一種適用于車道級(jí)導(dǎo)航定位的交叉路口路網(wǎng)模型制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提出了一種適用于車道級(jí)導(dǎo)航定位的交叉路口路網(wǎng)模型。該模型以現(xiàn)有地圖的路網(wǎng)模型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，針對(duì)車道級(jí)導(dǎo)航定位的應(yīng)用需求設(shè)計(jì)了交叉路口的路網(wǎng)模型。其主要由基礎(chǔ)屬性集、虛擬車道線集兩部分組成，并使用一種具有保形功能的分段三次埃爾米特插值算法來插值虛擬車道線。本發(fā)明專利技術(shù)所提出的交叉路口模型，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)明完整、精度高、信息量全和適用性廣等優(yōu)點(diǎn)，能夠很大程度上提高車道級(jí)數(shù)字地圖的精度，改善車輛導(dǎo)航在交叉路口的連續(xù)性和可靠性。

An intersection road network model suitable for lane level navigation and location

The invention provides an intersection road network model suitable for lane level navigation and positioning. The model is based on the road network model and data structure of the existing map, and the road network model is designed for the application of lane level navigation and positioning. It is mainly composed of a basic attribute set, the virtual lane in two parts, and the use of a shape preserving piecewise function three Hermite interpolation algorithm to interpolate virtual lane. The intersection model provided by the invention has simple structure, high precision, complete information and advantages, can greatly improve the lane level digital map in vehicle navigation accuracy, improve the continuity and reliability of intersection.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種適用于車道級(jí)導(dǎo)航定位的交叉路口路網(wǎng)模型
本專利技術(shù)涉及一種數(shù)字地圖的路網(wǎng)模型，尤其是涉及一種適用于車道級(jí)導(dǎo)航定位的交叉路口路網(wǎng)模型，其目的在于為車道級(jí)數(shù)字地圖的制作提供更加完善、更加精確的交叉路口路網(wǎng)模型，為車道級(jí)導(dǎo)航定位打下基礎(chǔ)，屬于車輛導(dǎo)航領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
近年來，高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)(AdvancedDriverAssistantSystems,ADAS)及車輛自主駕駛系統(tǒng)等智能交通系統(tǒng)(IntelligentTransportSystem,ITS)受到了極大的關(guān)注。其旨在借助通信技術(shù)，車輛定位等現(xiàn)代高科技來改善交通狀況，合理利用現(xiàn)有道路，充分發(fā)揮其效率，提高通行能力，綜合解決交通運(yùn)輸目前存在的諸多問題。智能交通系統(tǒng)(ITS)的不斷發(fā)展，對(duì)車輛導(dǎo)航定位的精度要求越來越高，只有在車輛準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)定位的前提下，才能確保ITS功能實(shí)現(xiàn)，改善交通，保證車輛安全行駛。現(xiàn)代車輛導(dǎo)航定位系統(tǒng)中涉及的地圖匹配、路徑規(guī)劃等都依賴于數(shù)字地圖對(duì)應(yīng)的空間數(shù)據(jù)庫(kù)。然而由于自身精度的限制，傳統(tǒng)的道路級(jí)數(shù)字地圖已經(jīng)不能滿足智能交通系統(tǒng)(ITS)對(duì)定位精度的需求。因此，精度能夠達(dá)到亞米級(jí)的車道級(jí)數(shù)字地圖正在被廣泛研究。車道級(jí)數(shù)字地圖是指相對(duì)于普通的數(shù)字地圖具有更高的精度和更豐富數(shù)據(jù)信息的新型數(shù)字地圖，不同的定位系統(tǒng)可以根據(jù)環(huán)境和需要的不同在一般的數(shù)字地圖的基礎(chǔ)上增加系統(tǒng)需要的信息(如車道數(shù)量、車道線種類、交通標(biāo)識(shí)符等)，以達(dá)到車道級(jí)定位的需要。車道級(jí)數(shù)字地圖相對(duì)于普通道路級(jí)數(shù)字地圖具有更加復(fù)雜的路網(wǎng)結(jié)構(gòu)。要構(gòu)建完善的車道級(jí)數(shù)字地圖，交叉路口的路網(wǎng)模型設(shè)計(jì)是不可忽視的關(guān)鍵問題。然而，目前大多數(shù)的交叉路口模型都不夠詳細(xì)完善，都存在信息量少、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)冗余、精度低和適用性差等問題，甚至有些數(shù)字地圖中直接忽略交叉路口的建模問題。這些不足制約了數(shù)字地圖精度的提高，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致車輛在交叉路口無法準(zhǔn)確進(jìn)行地圖匹配，影響定位精度。為了解決上述缺陷，本專利技術(shù)提出了一種適用于車道級(jí)導(dǎo)航定位的交叉路口路網(wǎng)模型。該專利技術(shù)以現(xiàn)有地圖的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和路網(wǎng)模型為基礎(chǔ)，針對(duì)車道級(jí)導(dǎo)航定位的應(yīng)用需求設(shè)計(jì)了交叉路口的路網(wǎng)模型。該交叉路口模型主要由基礎(chǔ)屬性集、虛擬車道線集兩部分組成。該模型中使用一種分段三次埃爾米特(Hermite)插值算法來插值虛擬車道線，此插值方法具有保形性，能保持?jǐn)?shù)據(jù)形狀和單調(diào)性，能很好的避免龍格(Runge)現(xiàn)象，使虛擬車道線更加逼近現(xiàn)實(shí)行車軌跡。本專利技術(shù)所提出的交叉路口模型，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)明、精度高、信息量全、適用性廣等優(yōu)點(diǎn)，能夠很大程度上提高車道級(jí)數(shù)字地圖的精度，進(jìn)而改善車輛導(dǎo)航在交叉路口的連續(xù)性和可靠性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
技術(shù)問題：本專利技術(shù)的目的是提出一種適用于車道級(jí)導(dǎo)航定位的交叉路口路網(wǎng)模型，所提出的交叉路口模型，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)明、精度高、信息量全、適用性廣等優(yōu)點(diǎn)，該模型能夠很大程度上提高車道級(jí)數(shù)字地圖的精度，對(duì)于改善車輛導(dǎo)航在交叉路口的連續(xù)性、可靠性和精度有很大作用。技術(shù)方案：本交叉路口模型以現(xiàn)有地圖的路網(wǎng)模型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，針對(duì)車道級(jí)導(dǎo)航定位的應(yīng)用需求來設(shè)計(jì)，主要由基礎(chǔ)屬性集、虛擬車道線集兩部分組成，并使用一種具有保形功能的分段三次Hermit插值算法來插值虛擬車道線；具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)明完整、精度高、信息量全和適用性廣等優(yōu)點(diǎn)；本專利技術(shù)所提出的具體模型如下：該模型M由兩部分組成：基礎(chǔ)屬性集Q，虛擬車道線集V，即：M＝(Q,V)(1)1)基礎(chǔ)屬性集QQ＝(Nc,p,b,bmax,U)(2)式(2)中N表示編號(hào)，c指交叉口，即Nc是交叉口編號(hào)；p是中心點(diǎn)坐標(biāo)，是中心點(diǎn)的緯度、λ是中心點(diǎn)的經(jīng)度；b是中心建筑半徑；bmax是交叉路口的最大范圍半徑；U是與該交叉路口相連的實(shí)際車道編號(hào)的集合，r表示實(shí)際的，即Nr表示相連的實(shí)際車道的編號(hào)，d表示相連車道的總數(shù)；2)虛擬車道線集VV＝(L1,L2,L3,…,Lm)(3)式(3)中m表示該交叉路口的虛擬車道線總數(shù)，L指虛擬車道線，L可以表示為：L＝(Nv,Nr_out,Nr_in,G,A)(4)式(4)中v表示虛擬的，即Nv是虛擬車道線編號(hào)；out和in表示駛出和駛?cè)耄碞r_out和Nr_in分別指與虛擬車道線L相連的駛出車道和駛?cè)胲嚨赖木幪?hào)；G＝{(x0,y0),(x1,y1),…,(xn,yn)}是描述虛擬車道線幾何特性的控制點(diǎn)集，n等于控制點(diǎn)的總數(shù)減一，x和y分別是控制點(diǎn)的緯度和經(jīng)度；A是插值后所得曲線參數(shù)集合；3)虛擬車道線獲取①選取控制點(diǎn)考慮到交叉路口的兩種交通情況，直行和拐彎所對(duì)應(yīng)的行駛軌跡不同，本專利技術(shù)所設(shè)計(jì)的模型對(duì)這兩種情況區(qū)分對(duì)待，式(4)中的控制點(diǎn)集G在拐彎和直行時(shí)的選取如下所示：式(5)中{E′,E,S,S′}和{E′,E,T,S,S′}均是按行車軌跡有序排列，其中E是駛出車道的結(jié)束點(diǎn)，S是駛?cè)胲嚨赖拈_始點(diǎn)；E′和S′分別為在駛出車道和駛?cè)胲嚨郎涎刂嚨栏?m所取得的控制點(diǎn)；T是針對(duì)直行情況所選的特殊控制點(diǎn)，在存在中心建筑，即b≠0的特殊情形下，T是點(diǎn)E和S的連接線H向右平移與圓O相切所得到切點(diǎn)，其中圓O是以交叉路口中心p為圓心，b+2為半徑所得的圓；在不存在中心建筑，即b＝0的一般情形下，則T為點(diǎn)E和點(diǎn)S連線的中點(diǎn)；如此便能夠保持控制點(diǎn)所描述的幾何特征與實(shí)際行車軌跡相符；②插值曲線對(duì)于上述的有序控制點(diǎn)集G＝{(x0,y0),(x1,y1),…,(xn,yn)}，節(jié)點(diǎn)x1,x2,…,xn-1將區(qū)間分為n個(gè)子區(qū)間，根據(jù)分段三次埃爾米特插值算法可得第k個(gè)區(qū)間段[xk-1,xk]的曲線函數(shù)如下：其中k＝1,2,…,n；ak,1、ak,2和ak,3表示曲線的參數(shù)；dk-1、dk為插值函數(shù)在區(qū)間[xk-1,xk]端點(diǎn)處的一階導(dǎo)數(shù)，可以用相鄰兩個(gè)區(qū)段的一階差商進(jìn)行加權(quán)的方式來近似計(jì)算：式中δk和δk+1分別指區(qū)間[xk-1,xk]和區(qū)間[xk,xk+1]的一階差商，ω1和ω2是加權(quán)權(quán)重，即：對(duì)于虛擬車道線首尾端點(diǎn)處的兩個(gè)控制點(diǎn)，設(shè)：通過式(6)-(11)可得虛擬車道線的參數(shù)集合A＝{a1,1,a1,2,a1,3,…,ak,1,ak,2,ak,3,…,an,1,an,2,an,3}；其中{ak,1,ak,2,ak,3}表示該虛擬車道線在區(qū)間[xk-1,xk]之間曲線的參數(shù)；{an,1,an,2,an,3}表示該虛擬車道線在區(qū)間[xn-1,xn]之間曲線的參數(shù)；綜上，便是本專利技術(shù)所提出的適用于車道級(jí)導(dǎo)航定位的交叉路口路網(wǎng)模型。有益效果：1、本專利技術(shù)所提模型中的控制點(diǎn)選取方法，考慮了特殊情形的交叉路口，提高了模型的適用性和精度。2、本專利技術(shù)將一種具有保形功能的分段三次埃爾米特插值算法運(yùn)用到虛擬車道線建模中，很好的避免了高次插值產(chǎn)生的龍格震蕩現(xiàn)象，能保證曲線連續(xù)光滑，同時(shí)具有保形功能，使插值曲線更加逼近實(shí)際行車軌跡，有效的提高了交叉路口路網(wǎng)模型精度。3、本專利技術(shù)所提出的交叉路口模型，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)明、精度高、信息量全、適用性廣等優(yōu)點(diǎn)，該模型能夠很大程度上提高車道級(jí)數(shù)字地圖的精度，對(duì)于改善車輛導(dǎo)航在交叉路口的連續(xù)性、可靠性和精度有很大作用。附圖說明圖1為拐彎虛擬車道線插值示意圖，圖2為直行虛擬車道線插值示意圖。具體實(shí)施方式近年來，高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)(AdvancedDriverAssistantSystems,ADAS)及車輛自主駕駛系統(tǒng)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種適用于車道級(jí)導(dǎo)航定位的交叉路口路網(wǎng)模型，其特征在于：本交叉路口模型以現(xiàn)有地圖的路網(wǎng)模型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，針對(duì)車道級(jí)導(dǎo)航定位的應(yīng)用需求來設(shè)計(jì)，由基礎(chǔ)屬性集、虛擬車道線集兩部分組成，并使用一種具有保形功能的分段三次埃爾米特插值算法來插值虛擬車道線；具有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)明完整、精度高、信息量全和適用性廣的優(yōu)點(diǎn)。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種適用于車道級(jí)導(dǎo)航定位的交叉路口路網(wǎng)模型，其特征在于：本交叉路口模型以現(xiàn)有地圖的路網(wǎng)模型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，針對(duì)車道級(jí)導(dǎo)航定位的應(yīng)用需求來設(shè)計(jì)，由基礎(chǔ)屬性集、虛擬車道線集兩部分組成，并使用一種具有保形功能的分段三次埃爾米特插值算法來插值虛擬車道線；具有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)明完整、精度高、信息量全和適用性廣的優(yōu)點(diǎn)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于車道級(jí)導(dǎo)航定位的交叉路口路網(wǎng)模型，其特征在于該模型具體如下：該模型M由兩部分組成：基礎(chǔ)屬性集Q，虛擬車道線集V，即：M＝(Q,V)(1)1)基礎(chǔ)屬性集QQ＝(Nc,p,b,bmax,U)(2)式(2)中N表示編號(hào)，c指交叉口，即Nc是交叉口編號(hào)；p是中心點(diǎn)坐標(biāo)，是中心點(diǎn)的緯度、λ是中心點(diǎn)的經(jīng)度；b是中心建筑半徑；bmax是交叉路口的最大范圍半徑；U是與該交叉路口相連的實(shí)際車道編號(hào)的集合，r表示實(shí)際的，即Nr表示相連的實(shí)際車道的編號(hào)，d表示相連車道的總數(shù)；2)虛擬車道線集VV＝(L1,L2,L3,…,Lm)(3)式(3)中m表示該交叉路口的虛擬車道線總數(shù)，L指虛擬車道線，L可以表示為：L＝(Nv,Nr_out,Nr_in,G，A)(4)式(4)中v表示虛擬的，即Nv是虛擬車道線編號(hào)；out和in表示駛出和駛?cè)耄碞r_out和Nr_in分別指與虛擬車道線L相連的駛出車道和駛?cè)胲嚨赖木幪?hào)；G＝{(x0,y0),(x1,y1),…,(xn,yn)}是描述虛擬車道線幾何特性的控制點(diǎn)集，n等于控制點(diǎn)的總數(shù)減一，x和y分別是控制點(diǎn)的緯度和經(jīng)度；A是插值后所得曲線參數(shù)集合。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的適用于車道級(jí)導(dǎo)航定位的交叉路口路網(wǎng)模型，其特征在于所述虛擬車道線L獲取方法如下：①選取控制點(diǎn)考慮到交叉路口的兩種交通情況，直行和拐彎所對(duì)應(yīng)的行駛...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李旭，蔣榮，夏亮，蔡志祥，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：東南大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：江蘇,32