【正文】 為一種基本方法，與其他匹配方法結合能得到較好的效果。 1. 在車輛定位導航系統(tǒng)中的應用 地圖匹配可以為車輛定位導航系統(tǒng)提供準確的位置信息，便于在地圖上正確地顯示車輛位置，向司機提供準確的行駛指令，并提供給司機從起點到目的地的最短路線，或最短行駛時間的路線，并為司機提供路線周圍大型建筑物如銀行、商店、加油站、旅館等位置信息為用戶的，還為用戶提供道路的擁堵情況，方便用戶及時調(diào)整 路線，避免浪費時間和改善交通擁堵情況。也是下文所要展開研究的問題。 基于 GPS 的收 費地圖的定義 衛(wèi)星收費電子地圖不同于一般車載導航所用地圖，這是一種專門用于道路收費的具有特定定義的地圖，該地圖包含收費路段的地理位置信息、形狀數(shù)據(jù)信息、拓撲關系數(shù)據(jù)信息和屬性信息等。入口路段是從主線站入口開始沿道 路方向 在入口和下一個經(jīng)過點的中間位置附近的道路上添加一個新的經(jīng)過點，新經(jīng)過點一端連接主路入口、另一端連接下一經(jīng)過點，從入口到新經(jīng)過點形成主路入口路段；同理出口路段是從主線站出口開始沿道路相反方向，在出口和上一經(jīng)過點的中間位置附近添加新經(jīng)過點，形成主路出口路段。在此段高速公路收費道路中，對道路中的收費關鍵點和進出口路段作如下定義。 收費系統(tǒng)中費率計算分 2 種情況，瘦客戶端計費和胖客戶端計費，瘦客戶端計費是將費率計算放在后臺完成，胖客戶端計費將費率計算前段完成，從而減少后臺的計算壓力， 2 種費率計算方式下，車載端存儲的信息也不一樣。 GPS 數(shù)據(jù)接收頻率 1 次 /秒，如果車速過快，搜索范圍會跳過路段上的一些節(jié)點，造成漏點。高速公路雙向路段的橫向距離通常大大小于 50m。因此匹配范圍的選取和車速有一定的關系。在車速高于 36km/h，搜索范圍需要動態(tài)隨車速的變化。 步驟 2 接收 GPS 定位信息 ,坐標值 ),( yxGi ,速度 v,接收頻率為 1 次 /秒 。記錄入口路段 ID： )()()()( iF e elS e g me n ta llF e ea llF e e i ???計費 返回步驟 2。 青島理工大學畢業(yè)設計（論文） 3 基于 GPS的不停車收費系統(tǒng)地圖匹配方法 32 圖 32 地圖匹配的程序框圖 青島理工大學畢業(yè)設計（論文） 3 基于 GPS的不停車收費系統(tǒng)地圖匹配方法 33 濟青 高速公路 （現(xiàn)為 國家高速公路網(wǎng)規(guī)劃 的一條東西橫向線，編號 G20 青銀高速公路 ，是 青島 — 銀川 高速公路的東段）是 中國 高速公路 15年 15 項最具影響力重大工程候選項目之一。 上述流程中費用計算是按里程收費的計算方法 ,對于按路段出入口收費的情況下 ,只需在收費路段出口處 ,將記錄的入口 ID和出口 ID在費率表中匹配 ,即可得到入口到出口整條路段的通行費用 Fee（ all）。否則返回前面，繼續(xù)判斷。 fee_status — 當前路段收費標志值 1：行駛在收費路段；當前路段收費標志值0：沒有行駛在收費路段； search_scope — GPS 位置點：初始搜索范圍值； bound — 實際變化的搜索范圍； iV — 當前 i位置的行駛速度； 青島理工大學畢業(yè)設計（論文） 3 基于 GPS的不停車收費系統(tǒng)地圖匹配方法 30 ),( yxGi — GPS 位置 i的坐 標； ),( yxNodei — 任意搜索到的節(jié)點 i 的位置坐標； ),( yxNodefeei — 收費路段 i上的節(jié)點位置坐標； ),( vuSegmenti — 收費路段 i,左節(jié)點號為 u,右節(jié)點號為 v； )(typeSegmenti — i收費路段類型，入口值為 0，出口值為 1； )(lengthSegmenti — i 收費路段長度 /km； Fee（ all） — 總通行費用 /元； Node_Fee（ j） — 收費路段上 的節(jié)點號； Fee（ i） —— 收費路段費率 /（元 /km）； 設定收費標志值 fee_status 區(qū)分當前車輛是否在收費路段上： fee_status=0 —— 不在收費道路上；標志值 fee_status=1 —— 在收費道路上。假如 GPS 定位誤差為 20m，道路為兩車道組成，每車道 ，路側間隙為各為 ，則搜索范圍為： alnmsc o p ese a c h ????? 2_ （ 31） 其中 m 表示 GPS 定位誤差， n 表示車道數(shù)， l 表示車道寬度， a表示路側間隙 以濟青高速公路為例，假設 GPS 的定位誤差為 18，該高速公路為雙向四車道，路寬 ，路側間隙為 則 search_scope=18+4 +2 = （ 2）動態(tài)搜索匹配范圍值的確定 搜索范圍可根據(jù)車速在一定范圍內(nèi)自動調(diào)節(jié)。選取過大會造成誤判且加大計算量。車輛在高速公路行駛的特點 ,快速 120km/h,而 GPS 定位數(shù)據(jù)以 1 次 /秒的頻率接收。搜索范圍的選取非常重要，范圍過大，容易造成誤判，且加大計算量，如近距離平行的主輔路 ,使輔路行駛的車輛誤收費。 地圖信息的精簡包括下面兩個方面： 電子地圖可通過精簡地圖數(shù)據(jù)進行壓縮，去除不必要的形狀連接點， 保留路段的拓撲結構，這樣可大大的減少數(shù)據(jù)量，節(jié)省數(shù)據(jù)存儲空間和減少程序計算量。 圖 31是以黃島 到濟南的行程各路段定義簡圖。 入口點是車輛經(jīng)該點進入收費道路的點，和高速公路入口收費站對應；出口點是車輛經(jīng)該點離開收費道路的點，和高速公路出口收費站對應；經(jīng)過點，對于匝道收費站而言，是匝道和主路的交匯點，該點同時屬于主路和匝道；由此定義入口點和經(jīng)入口匝道與主路交匯的經(jīng)過點組成的路段為入口路段；出口點和經(jīng)出口匝道與主路交匯形成的經(jīng)過點組成的路段為出口路段；經(jīng)過點與經(jīng)過點連接組成的路段為經(jīng)過路段，多個相連接的經(jīng)過路段組成主路路段。因此單純依靠 GPS 定位和提高地圖精度，很難區(qū)分上下行兩個距離很近的點，因而對兩條道路匹配混亂，導致收費路徑的錯誤判斷。毫無疑問，沒有地圖匹配的協(xié)助，這將是個不可能完成的青島理工大學畢業(yè)設計（論文） 2 地圖匹配技術 23 任務。 基于以上這些情況，地圖匹配算法的研究應該朝著多手段綜合運用，相互補充、相互完善、精確化方向發(fā)展，對算法本身的準確性應該有一個檢驗機制，以最大程度保證算法的可靠性。 圖 26 道路拓撲關系 基于拓撲關系的算法通過對前一次匹配結果和車輛前進方向的分析，利用道路層的網(wǎng)絡拓撲關系，來確定當前車輛的匹配位置。 4） 多邊形嵌套關系的生成，建立多邊 形嵌套關系樹，即找出多邊形包含的“島嶼”，建立多邊形與多邊形之間的關系。具有拓撲信息的矢量數(shù)據(jù)是網(wǎng)絡分析必要的數(shù)據(jù)來源。基于誤差模型，根據(jù)接收的 GPS定位數(shù)據(jù)建立緩沖區(qū)。 上述的三種地圖匹配方法相對來說都是計算簡單，僅利用了數(shù)字地圖的單一信息，不能保證任何時候都能得到正確的匹配結果，無法滿足真正地圖匹配的要求，因此根據(jù)這三種基本地圖匹配方法衍生出來了許多比較實用的地圖匹配算法。連線間的距離可以有很多種定義的方式，如定義兩折線 X、 Y的距離為取它們間最近點的距離，即yxYX YyXx ??? ?? ,m in 。從圖中可以看出，距離 PA3是 最短的，按照點到點匹配方法，應該將車輛匹配到 A3點，但從圖中直觀看出， P點匹配到線段 B上似乎更為合理些，因為 P更靠近線段 B。 在圖 21中，點 A、 B、 C都是 GPS觀測點，顯然這些觀測點都沒有準確的定位在道路上，地圖匹配的任務就是通過一定的方法將這些點校正到道路的中心線上。 4總結。對一條相對獨立的收費 公路，橋梁或隧道而言，DSRC 電子收費技術可能是最佳選擇，它用在類似新加坡的較小范圍且單一、集中的市區(qū)道路收費也很合適。 DSRC、 ANPR 和基于 GPS 的電子收費技術的性能比較及分析 DSRC 收費技術、 ANPR 收費技術及 VPS 收費技術，這 3 種電子收費技術都各有自己的優(yōu)缺點。 6）具有長距離通信的優(yōu)點，收費機制較不受空間限制，容易實時地在整個區(qū)域內(nèi)按里程收費及實施匝道收費，具備收費策略調(diào)整彈性。 它的特點如下： 1） GPS 電子收費系統(tǒng)可以將路旁設備降低到很少，無需龍門架，不會因為安裝龍門架而影 響市容美觀和道路交通，更適合于城市道路有效空間的利用。另外由于該系統(tǒng)不需要在道路上建設收費設施 , 因而不受道路施工的影響。 圖 12 衛(wèi)星定位網(wǎng)絡收費圖 該系統(tǒng)通過 GPS 接收衛(wèi)星信號定位車輛當前位置 ,定位數(shù)據(jù)與電子地圖結合應用路徑辨識算法等判斷車輛當前位置是否屬于收費高速公路 ,如位于收費公路 ,記錄虛擬入口時間、入口站號 ,接著等待出口 ,通過 GPS定位當汽車離開公路時記錄出口時間 ,出口站號 ,通過入口站號與出口站號到數(shù)據(jù)庫中查詢其它屬性信息 ,并增加收費記錄。 5. ANPR 電子收費技術的優(yōu)缺點 ANPR 電子收費技術適用于預交費的情況，可實行對經(jīng)過的車輛進行自動扣款 收費，能實現(xiàn)不停車收費，它有如下特點： 1） ANPR 收費系統(tǒng)只需在固定識別點安裝攝像機（需要配套的支撐裝置，如電線桿），路側設施投人相對比較少，且 ANPR 收費技術不需要安裝車載設備，減免了道路收費用戶的投人； 2）通過 ANPR 軟件識別車牌并能添加相應的時間、地點信息，便于按里程、滯留收費。 2）當車輛行駛到收費區(qū)內(nèi)及出入口時， ANPR 電子收費系統(tǒng)就利用安裝在收費區(qū)域邊緣（出入口）的固定視頻攝像機或移動視頻攝像機拍攝通過的車輛照片并通過一定傳輸線路將視頻流傳至收費管理中心。一方面增加大量投資，另一方面，如果是在城市道路上會有礙市容，同時在市區(qū)中安裝龍門架存在地理位置限制、影響交通等問題 ANPR 電子收費技術 1． ANPR 電子收費技術的定義 車牌識別技術（ Automatic Number Plate Recognition，簡稱 ANPR）是基于圖像處理與光學字符識別（ OCR）的汽車牌照自動識別技術，主要運用“不同車輛不同牌照”的思想概念來識別車輛。在采用該技術的條件下，道路收費系統(tǒng)可以適應多種實際應用要求，包括多種費用 支付要求，且系統(tǒng)靈活性好，可以與其它應用比較密切地結合。后臺系統(tǒng)除了接收收費車道呈遞的信息外，還向收費車道發(fā)送相關信息，如收費標準、帳號“黑名單”等。 2）在進入 收費站時，車輛按規(guī)定限速通過收費車道。與半自動收費方式相比，青島理工大學畢業(yè)設計（論文） 1 緒論 6 電子收費系統(tǒng)的運行市場化特色更濃一些，要求運營公司有很高的商業(yè)運作能力。至于車道結構、通信網(wǎng)絡、監(jiān)控系統(tǒng)等等更是各行其是。 圖 11 道路收費發(fā)展歷程 青島理工大學畢業(yè)設計（論文） 1 緒論 5 首先，高速公路收費由傳統(tǒng)的人工收費到不停車非現(xiàn)金收費經(jīng)歷了漫長的過程，雖然國內(nèi)外目前均是多種收費方式并存的情況，但不停車電子收費必然成為未來收費方式的主流發(fā)展方向，世界各國均在努力發(fā)展 適合本國國情的不停車收費系統(tǒng)，并在努力促使其標準化。道路收費技術 發(fā)展歷程如圖 11所示。目前關于國外道路收費方面技術資料大多限于對收費系統(tǒng)的介紹，而收費地圖匹配技術介紹很少。 我國的“十二五”規(guī)劃中明確指出，要進一步完善公路網(wǎng)絡，發(fā)揮路網(wǎng)整體效率。本文概述了各種常用的地圖匹配算法，并就各種地圖匹配算法進行系統(tǒng)的分析和對比，在此理論基礎 上，提出基于 GPS 的不停車收費系統(tǒng)的地圖匹配算法。電子不停車收費系統(tǒng)是智能交通系統(tǒng)的主要服務內(nèi)容之一，是國內(nèi)外正在不斷開發(fā)并推廣普及的一種用于公路、大橋和隧道的電子自動收費系統(tǒng)。另外需要判斷匹配的路段較多，對信號可靠性的要求也比較高。目前，中國的一些收費公路（特別是低等級公路）仍廣泛采用這種收費方式。葡萄牙的 Via Vance 電子收費系統(tǒng)可以算作歐洲具有代表意義的聯(lián)網(wǎng)電子收費系統(tǒng)之一，事實已證明， Via Vance 電子收費系統(tǒng)是既有利于道路使用者又有利于道路運營商的有效收費手段。在實施區(qū)域聯(lián)網(wǎng)收費的進程中，標準的不一致，協(xié)調(diào)上的困難，使我國的不停車收費系統(tǒng)逐漸暴露出了一些問題 : 1） 各個城市的不停車收費系統(tǒng)需要在地區(qū)內(nèi)得以統(tǒng)一，比如說首先在省的范圍內(nèi)。 DSRC 電子收費技術 1. DSRC 電子收費技術的定義 DSRC 電子收費技術是近幾年國際上比較成熟的收費技術。如果一切無誤（剩余余額充足或帳號有效時），則正常結束收費操作（改寫余額、記帳等）。 4. DRSC 優(yōu)缺點 DRSC 電子收 費是利用安裝在路側的路邊設備 （ RSU）與行駛在收費道路車輛上的車載裝置（ OBU） 聯(lián)系起來，司機不停車、不使用現(xiàn)金而支付通行費用的一種收費技術。一般單片式 OBU 價格為 200～ 300 元，雙片式則多達 500 元左右。 2． ANPR 電子收費系統(tǒng)的構成 ANPR 電子收費系統(tǒng)由前端采集系統(tǒng)和后