專利名稱：基于相對坐標定位的實時地圖匹配方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及移動設(shè)備的定位/導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于相對坐標定位的實時地圖匹配方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
基于GPS的車輛定位/導(dǎo)航系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用正日益受到國內(nèi)外重視，并顯示出巨大的經(jīng)濟和社會效益。許多車輛定位/導(dǎo)航系統(tǒng)都需要進行準確實時的地圖匹配。地圖匹配是將通過GPS、航跡推算(DR，Dead-Reckoning)等方法測得的車輛位置和/或行駛軌跡，與車載電子地圖中的數(shù)據(jù)相比較、匹配，在車輛被約束在道路上的前提下，將車輛的GPS和/或DR誤差較大的輸出匹配到電子地圖中最鄰近的道路上誤差較小的相應(yīng)點的過程。它不僅有利于在移動終端上顯示車輛的當前位置，更重要的是可以進一步為車輛提供導(dǎo)航計算和實時路徑引導(dǎo)功能。
對于普通車輛定位/導(dǎo)航系統(tǒng)來說，實時地圖匹配通常在本機上獨立完成，即通過一定的地圖匹配算法將測得的車輛位置或行駛軌跡直接轉(zhuǎn)換為與地圖數(shù)據(jù)相關(guān)的坐標位置。然而在某些特殊情況下，由于客觀條件限制，必須采用客戶端/服務(wù)器交互式解決方案才能實現(xiàn)實時地圖匹配。例如在中國，真實電子地圖數(shù)據(jù)對普通車輛定位/導(dǎo)航系統(tǒng)用戶，甚至是開發(fā)者來說都是保密的，這就需要使用一定的加密算法對電子地圖的真實坐標數(shù)據(jù)進行加密處理。由于采用不可逆加密算法，一般情況下，會直接在客戶端應(yīng)用程序中嵌入加密算法，實時對車輛的位置數(shù)據(jù)進行加密處理，以便進一步與加密地圖進行匹配。然而，一旦客戶端應(yīng)用程序代碼被反編譯，高度機密的加密算法及電子地圖數(shù)據(jù)就面臨著有可能被破解從而導(dǎo)致泄密的危險。為了規(guī)避這種風(fēng)險，可以選擇客戶端/服務(wù)器交互式解決方案，即將加密算法的單一副本放置在服務(wù)器端，客戶端通過不斷與服務(wù)器端進行交互，將獲得的實時位置坐標通過服務(wù)器端加密后傳回到客戶端，客戶端再與本機上已經(jīng)加密的電子地圖進行下一步匹配。
采用客戶端/服務(wù)器交互式解決方案雖然可以很好的滿足安全性要求，但客戶端與服務(wù)器間必須維持實時、雙向高頻率(秒級)的遠程通信才能滿足車輛定位/導(dǎo)航應(yīng)用的需求。顯然，維持實時、雙向、高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)通信的開銷及可能的通信時延會大大影響這種解決方案的可行性。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的之一是提供一種基于相對坐標定位的實時地圖匹配方法，通過該方法解決現(xiàn)有技術(shù)中網(wǎng)路通信開銷過大、對網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量要求過高的缺陷。
為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的降低通過服務(wù)器對客戶端接收到的絕對位置坐標進行坐標校正的頻率，只對具有較高參考價值的位置點坐標進行精確的坐標校正。對于接收到的大多數(shù)絕對位置坐標，根據(jù)其與參考坐標點的相對位置，采用一定的推算算法，估算其坐標校正值，具體步驟如下步驟1客戶端獲取位置信息并將獲取的位置信息發(fā)送給服務(wù)端；步驟2服務(wù)端對位置信息進行校正和/或加密后，將生成的可匹配坐標數(shù)據(jù)傳送給客戶端；步驟3客戶端進行所述可匹配坐標數(shù)據(jù)與電子地圖的匹配，并將匹配結(jié)果進行外在表示。
基于上述方案，步驟1進一步包括步驟11客戶端獲取客戶端當前的絕對位置坐標；步驟12客戶端根據(jù)參考點判斷規(guī)則對所接收到的絕對位置坐標進行篩選，若當前絕對位置坐標為參考點坐標，則將該坐標發(fā)送給服務(wù)端，執(zhí)行步驟2；若當前絕對位置坐標為非參考點坐標，則執(zhí)行步驟13；
步驟13客戶端對所述非參考點坐標進行近似計算，獲得可用于地圖匹配的相對定位坐標后執(zhí)行步驟3。
基于上述方案，步驟12中所述的參考點判斷規(guī)則采用基于距離、時間或角度的判斷門限作為區(qū)分參考點坐標及非參考點坐標的判斷條件，若小于所述門限值，則判斷為非參考點坐標，若大于等于所述門限值，則判斷為參考點坐標。
基于上述方案，步驟13進一步包括步驟131客戶端讀取最近一個參考點坐標及經(jīng)服務(wù)器校正和/或加密后的該參考點坐標的可匹配參考點坐標；步驟132客戶端依據(jù)所述參考點坐標及可匹配參考點坐標使用推算算法近似計算出所述非參考點坐標的相對定位坐標，然后將所述相對定位坐標送地圖匹配單元進行地圖匹配。
基于上述方案，步驟3中還包括電子地圖數(shù)據(jù)的獲取步驟步驟31當客戶端需要進行地圖匹配時向服務(wù)端發(fā)起獲取地圖數(shù)據(jù)請求；步驟32服務(wù)端根據(jù)所述請求將整個地圖的全部或部分發(fā)送給客戶端；步驟33客戶端接收所述地圖數(shù)據(jù)進行地圖匹配。
本發(fā)明的另一目的之一是提供一種基于相對坐標定位的實時地圖匹配系統(tǒng)，為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的一種基于相對坐標定位的實時地圖匹配系統(tǒng)，包括定位模塊，用于獲取位置信息；地圖匹配單元，用于位置信息與地圖數(shù)據(jù)的匹配；表示單元，用于表達地圖匹配單元輸出的匹配結(jié)果；其特征在于，所述系統(tǒng)包括服務(wù)端和客戶端，所述定位模塊、地圖匹配單元及表示單元位于客戶端；服務(wù)端包括一個或多個服務(wù)器，所述服務(wù)器內(nèi)置坐標校正和/或加密算法，用于接收客戶端發(fā)送的位置信息并對其進行校正和/或加密處理，然后將處理后的位置信息發(fā)送給客戶端，由客戶端地圖匹配單元進行地圖匹配后送至表示單元進行表示。
基于上述方案，進一步地，所述客戶端還包括參考點判斷單元用于根據(jù)參考點判斷規(guī)則區(qū)分參考點坐標和非參考點坐標；相對坐標處理單元用于根據(jù)參考點坐標及可匹配參考點坐標推算非參考點坐標的相對定位坐標；參考點判斷單元接收定位模塊傳送的位置信息，依據(jù)判斷規(guī)則區(qū)分出參考點坐標和非參考點坐標，將參考點坐標發(fā)送給服務(wù)器，將非參考點坐標發(fā)送給相對坐標處理單元；服務(wù)器將經(jīng)過校正和/或加密處理后的可匹配參考點坐標傳送給地圖匹配單元和相對坐標處理單元；地圖匹配單元負責(zé)所述可匹配參考點坐標或所述相對定位坐標與電子地圖的匹配，并將匹配結(jié)果送至表示單元。
基于上述方案，進一步地，所述電子地圖可存在于客戶端，所述地圖匹配單元直接從本地獲取地圖數(shù)據(jù)。
基于上述方案，進一步地，所述服務(wù)端還包括電子地圖模塊，用于存儲電子地圖數(shù)據(jù)，所述地圖匹配單元在需要地圖數(shù)據(jù)時向所述電子地圖模塊發(fā)送請求獲取部分或全部地圖數(shù)據(jù)。
通過本發(fā)明所揭示的技術(shù)方案，可以大大降低客戶端與服務(wù)器間的通信頻率，減少網(wǎng)絡(luò)通信量，可以在保證加密算法安全性的前提下，為車輛定位/導(dǎo)航系統(tǒng)提供高效的實時地圖匹配功能。


圖1為實施本發(fā)明技術(shù)方案的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖2為實施本發(fā)明技術(shù)方案的流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明采用客戶端/服務(wù)器交互式解決方案實現(xiàn)實時地圖匹配，本發(fā)明不限制客戶端與服務(wù)器端的具體通信連接方式。如圖1所示，本發(fā)明所述的一種基于相對坐標定位的實時地圖匹配系統(tǒng)包括以下幾個主要部分定位模塊用于接收客戶端所處地理位置信息，可以是GPS接收器或DR導(dǎo)航感應(yīng)裝置等，所述的地理位置信息包括地理經(jīng)緯度、方向角、行使速度等信息。
參考點判斷單元用于接收定位模塊發(fā)送的絕對位置信息，并根據(jù)參考點判斷規(guī)則區(qū)分參考點坐標和非參考點坐標。
服務(wù)器用于接收參考點判斷單元發(fā)送的參考點坐標，對參考點坐標進行校正、加密等處理。
相對坐標處理單元用于根據(jù)最近一個參考點坐標及可匹配參考點坐標近似計算出非參考點坐標的相對定位坐標，相對定位坐標是一個近似的可直接用于地圖匹配的坐標值，是通過推算算法獲得的一個在可允許的誤差范圍內(nèi)的估算值。
地圖匹配單元用于接收來自服務(wù)器端發(fā)送的可匹配參考點坐標及相對坐標處理單元發(fā)送的相對定位坐標，并根據(jù)一定的地圖匹配算法完成坐標與電子地圖的匹配。
電子地圖模塊用于保存經(jīng)加密算法處理過的電子地圖并根據(jù)地圖匹配單元的請求向地圖匹配單元傳送地圖數(shù)據(jù)，該模塊可以位于服務(wù)器端也可以位于客戶端，若位于服務(wù)器端則需要通過網(wǎng)絡(luò)將客戶端需要用到的部分或全部電子地圖傳送給客戶端的地圖匹配單元；若位于客戶端則地圖匹配單元可直接從本地讀取地圖數(shù)據(jù)。
表示單元用于以圖形、語音等人能夠感知的方式表達地圖匹配的結(jié)果。
本發(fā)明所述的客戶端包括定位模塊、參考點判斷單元、地圖匹配單元、表示單元、相對坐標處理單元等，電子地圖模塊可位于客戶端也可位于服務(wù)端。本發(fā)明不限制客戶端的類型，只要能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明所述功能的移動設(shè)備都屬于本發(fā)明所述客戶端的范疇，可以是手持移動設(shè)備，也可以是車載導(dǎo)航設(shè)備等。
以下結(jié)合圖1和圖2對本發(fā)明所述地圖匹配方法的處理步驟進行詳細描述。
步驟1客戶端定位模塊輸出客戶端當前的絕對位置坐標給參考點判斷單元。
這里所述的絕對位置坐標與該坐標所使用的坐標系統(tǒng)無關(guān)，它既可以是直接從GPS接收到的經(jīng)緯度坐標，也可以是對經(jīng)緯度坐標進行預(yù)處理后得到的中間坐標數(shù)據(jù)，例如經(jīng)坐標投影轉(zhuǎn)換等操作后獲得的坐標數(shù)據(jù)，還可以是其它一些定位/導(dǎo)航裝置所輸出的能夠粗略確定移動設(shè)備地理位置的坐標數(shù)據(jù)。
步驟2客戶端參考點判斷單元根據(jù)參考點判斷規(guī)則對所接收到的絕對位置坐標進行篩選，將參考點坐標發(fā)送到遠端服務(wù)器，執(zhí)行步驟3；將非參考點坐標發(fā)送到相對坐標處理單元，執(zhí)行步驟5。
所述的參考點判斷規(guī)則與電子地圖所使用的加密算法有關(guān)，根據(jù)不同的加密算法選擇不同的判斷規(guī)則。此處所述的參考點是指少數(shù)具有較高參考價值的坐標點，這些參考點可用于相對定位坐標的推算。
步驟3遠端服務(wù)器接收客戶端所發(fā)送的參考點坐標，經(jīng)校正和/或加密算法加密后獲得的可匹配參考點坐標發(fā)送到客戶端。
步驟4客戶端地圖匹配單元根據(jù)地圖匹配算法將可匹配參考點坐標與電子地圖進行匹配，匹配完畢后執(zhí)行步驟7。
這里的電子地圖既可以是預(yù)先存儲在客戶端的，也可以是從遠端服務(wù)器實時傳送到客戶端的。一般情況下，出于安全考慮電子地圖都經(jīng)過加密算法加密。
步驟5相對坐標處理單元接收非參考點坐標，然后根據(jù)最近一個參考點坐標及經(jīng)過服務(wù)器校正和/或加密后的可匹配參考點坐標近似計算出該非參考點坐標的相對定位坐標，并將該相對定位坐標傳送給地圖匹配單元。
步驟6客戶端地圖匹配單元根據(jù)地圖匹配算法將相對定位坐標與電子地圖數(shù)據(jù)進行匹配，匹配完畢后執(zhí)行步驟7。
步驟7將匹配后的數(shù)據(jù)輸出到表示單元進行外在表達或表現(xiàn)。
以系統(tǒng)客戶端兩次發(fā)送參考點坐標到服務(wù)器進行坐標校正、加密的時間間隔為一個周期，圖2所示為一個周期內(nèi)，客戶端每次獲取到當前的絕對位置坐標P后，進行實時地圖匹配的數(shù)據(jù)處理流程。
假設(shè)客戶端在一個周期開始時接收到絕對坐標P1(X1，Y1)，經(jīng)過判斷P1(X1，Y1)是參考點坐標?？蛻舳肆⒓磳⑵浒l(fā)送到服務(wù)器，經(jīng)處理后得到校正和/或加密后的可匹配參考點坐標對P1′(X1′，Y1′)，并發(fā)送回客戶端進行地圖匹配。
默認情況下，系統(tǒng)初始化接收到的第一個絕對坐標點被默認為參考點坐標。
當客戶端接收到下一對絕對坐標Pi(Xi，Yi)時，首先判斷其是否可能為參考點。一具體實施例中采用以下公式作為判斷條件D(P1，Pi)＜d公式(1)D(P1，Pi)采用歐氏距離公式計算D(P1,Pi)=(Xi-X1)2+(Yi-Y1)2]]>公式(2)d以公里為單位，根據(jù)加密算法對地圖坐標扭曲程度及接下來使用的相對坐標推算算法與該加密算法的近似程度的不同，d的取值也有所不同。如果經(jīng)過加密的地圖坐標與原坐標的偏移量較小，或相對坐標推算算法即近似計算算法對加密算法的逼近程度較高，則d的取值可以較大，如車輛每行駛2km取一次參考點坐標。d的取值越大，則本方法的實施效果越好。
如果經(jīng)過公式(1)判斷，判斷條件為真，則說明Pi不是參考點，則不再將其發(fā)送回服務(wù)器，而是直接根據(jù)其與P1的相對位置，推算Pi′(Xi′，Yi′)的近似坐標值。根據(jù)加密算法的不同，可以選擇不同的推算算法建立推算模型，逼近加密函數(shù)。推算模型與加密算法的近似程度越高，本方法的實施效果越好。
由于加密算法對于開發(fā)者來說一般是保密的，只能通過對多組坐標點的原始坐標值和經(jīng)過加密后的加密坐標值進行統(tǒng)計分析，如回歸分析，采用最小二乘法等不同逼近方法建立起最合適的推算模型，如線性模型，二次多項式模型等。如最簡單的推算模型可以是Xi′＝X1′+(Xi-X1)Yi′＝Y(jié)1′(Yi-Y1)公式(3)經(jīng)推算獲得的Pi′(Xi′，Yi′)將用于與已有地圖數(shù)據(jù)進行匹配。
如果經(jīng)過公式(1)判斷，判斷條件為假即D(P1，Pi)所計算出來的值大于等于d，則說明Pi是參考點，則上一周期結(jié)束，Pi成為新的參考點P1，將Pi的值賦給P1，將Pi′的值賦給P1′，重復(fù)以上處理流程。
公式(1)給出的參考點判斷條件在具體實施例當中可根據(jù)具體情況進行變化，如以收到該坐標的時間Ti與上次收到參考點坐標的時間T1的時間差作為判斷條件Ti-T1＜t根據(jù)車輛行駛速度或路況條件的不同，可以對t進行動態(tài)調(diào)整。如在車輛運行速度較快或車輛在高速公路上行駛時，車輛實時位置坐標變化大，這時可以采用較短的時間間隔，即較小的t作為判斷條件。如當車速為50km/h時，采用t＝60s。
還可以以收到該坐標時車輛的前進方向角θi(可由GPS接收模塊獲取)與上次收到參考點坐標時該車的前進方向角θ1之間的夾角作為判斷條件|θi-θ1|＜α當夾角變化較大，大于或等于判斷門限α?xí)r，說明車輛運行方向或運行路段發(fā)生了較大改變，有可能需要增加參考點。本條件可以和其他判斷條件組合起來，共同作為判斷該坐標是否為參考點的判斷條件，以便在將實時地圖匹配誤差控制在容許范圍內(nèi)的同時，最大限度的降低客戶端與服務(wù)器間的通信頻率。
為了將實時地圖匹配誤差控制在容許范圍內(nèi)，同時最大限度降低客戶端與服務(wù)器間的通信頻率，可根據(jù)移動設(shè)備行駛狀態(tài)或路況的不同，對判斷條件進行動態(tài)調(diào)整或切換，以達到最佳的狀態(tài)。
本發(fā)明還可有其它多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質(zhì)的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員當可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于相對坐標定位的實時地圖匹配系統(tǒng)，包括定位模塊，用于獲取位置信息；地圖匹配單元，用于位置信息與地圖數(shù)據(jù)的匹配；表示單元，用于表達地圖匹配單元輸出的匹配結(jié)果；其特征在于，所述系統(tǒng)包括服務(wù)端和客戶端，所述定位模塊、地圖匹配單元及表示單元位于客戶端；服務(wù)端包括一個或多個服務(wù)器，所述服務(wù)器內(nèi)置坐標校正和/或加密算法，用于接收客戶端發(fā)送的位置信息并對其進行校正和/或加密處理，然后將處理后的位置信息發(fā)送給客戶端，由客戶端地圖匹配單元進行地圖匹配后送至表示單元進行表示。
2.如權(quán)利要求1所述的基于相對坐標定位的實時地圖匹配系統(tǒng)，其特征在于，所述客戶端還包括參考點判斷單元用于根據(jù)參考點判斷規(guī)則區(qū)分參考點坐標和非參考點坐標；相對坐標處理單元用于根據(jù)參考點坐標及可匹配參考點坐標推算非參考點坐標的相對定位坐標；參考點判斷單元接收定位模塊傳送的位置信息，依據(jù)判斷規(guī)則區(qū)分出參考點坐標和非參考點坐標，將參考點坐標發(fā)送給服務(wù)器，將非參考點坐標發(fā)送給相對坐標處理單元；服務(wù)器將經(jīng)過校正和/或加密處理后的可匹配參考點坐標傳送給地圖匹配單元和相對坐標處理單元；地圖匹配單元負責(zé)所述可匹配參考點坐標或所述相對定位坐標與電子地圖的匹配，并將匹配結(jié)果送至表示單元。
3.如權(quán)利要求2所述的基于相對坐標定位的實時地圖匹配系統(tǒng)，其特征在于，所述電子地圖存在于客戶端，所述地圖匹配單元直接從本地獲取地圖數(shù)據(jù)。
4.如權(quán)利要求2所述的基于相對坐標定位的實時地圖匹配系統(tǒng)，其特征在于，所述服務(wù)端還包括電子地圖模塊，用于存儲電子地圖數(shù)據(jù)，所述地圖匹配單元在需要地圖數(shù)據(jù)時向所述電子地圖模塊發(fā)送請求獲取部分或全部地圖數(shù)據(jù)。
5.一種基于相對坐標定位的實時地圖匹配方法，其特征在于，包括如下步驟步驟1客戶端獲取位置信息并將獲取的位置信息發(fā)送給服務(wù)端；步驟2服務(wù)端對位置信息進行校正和/或加密后，將生成的可匹配坐標數(shù)據(jù)傳送給客戶端；步驟3客戶端進行所述可匹配坐標數(shù)據(jù)與電子地圖的匹配，并將匹配結(jié)果進行外在表示。
6.如權(quán)利要求5所述的基于相對坐標定位的實時地圖匹配方法，其特征在于，步驟1進一步包括步驟11客戶端獲取客戶端當前的絕對位置坐標；步驟12客戶端根據(jù)參考點判斷規(guī)則對所接收到的絕對位置坐標進行篩選，若當前絕對位置坐標為參考點坐標，則將該坐標發(fā)送給服務(wù)端，執(zhí)行步驟2；若當前絕對位置坐標為非參考點坐標，則執(zhí)行步驟13；步驟13客戶端對所述非參考點坐標進行近似計算，獲得可用于地圖匹配的相對定位坐標后執(zhí)行步驟3。
7.如權(quán)利要求6所述的基于相對坐標定位的實時地圖匹配方法，其特征在于，步驟12中所述的參考點判斷規(guī)則采用基于距離、時間或角度的判斷門限作為區(qū)分參考點坐標及非參考點坐標的判斷條件，若小于所述門限值，則判斷為非參考點坐標，若大于等于所述門限值，則判斷為參考點坐標。
8.如權(quán)利要求6所述的基于相對坐標定位的實時地圖匹配方法，其特征在于，步驟13進一步包括步驟131客戶端讀取最近一個參考點坐標及經(jīng)服務(wù)器校正和/或加密后的該參考點坐標的可匹配參考點坐標；步驟132客戶端依據(jù)所述參考點坐標及可匹配參考點坐標使用推算算法近似計算出所述非參考點坐標的相對定位坐標，然后將所述相對定位坐標送地圖匹配單元進行地圖匹配。
9.如權(quán)利要求5至8中任一項權(quán)利要求所述的基于相對坐標定位的實時地圖匹配方法，其特征在于，步驟3中還包括電子地圖數(shù)據(jù)的獲取步驟步驟31當客戶端需要進行地圖匹配時向服務(wù)端發(fā)起獲取地圖數(shù)據(jù)請求；步驟32服務(wù)端根據(jù)所述請求將整個地圖的全部或部分發(fā)送給客戶端；步驟33客戶端接收所述地圖數(shù)據(jù)進行地圖匹配。
全文摘要
本發(fā)明涉及移動設(shè)備的定位/導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，目的是提供一種基于相對坐標定位的實時地圖匹配方法及系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中地圖數(shù)據(jù)不安全以及通信量高的技術(shù)問題。實現(xiàn)方案為在客戶端添加一參考點判斷單元用于將絕對坐標區(qū)分為參考點坐標和非參考點坐標，對于參考點坐標，客戶端將其發(fā)送到服務(wù)器進行校正和/或加密處理生成可匹配參考點坐標；對于非參考點坐標客戶端根據(jù)最近一個參考點及可匹配參考點坐標推算獲得相對定位坐標用于地圖匹配。通過本發(fā)明大大降低客戶端與服務(wù)器間的通信頻率，減少網(wǎng)絡(luò)通信量，可以在保證加密算法安全性的前提下，為車輛定位/導(dǎo)航系統(tǒng)提供高效的實時地圖匹配功能。
文檔編號G01S5/02GK101082501SQ20071012809
公開日2007年12月5日 申請日期2007年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月13日
發(fā)明者何麗娜 申請人:瑞典維方達軟件技術(shù)有限公司