【正文】 為一種基本方法，與其他匹配方法結(jié)合能得到較好的效果。 1. 在車輛定位導(dǎo)航系統(tǒng)中的應(yīng)用 地圖匹配可以為車輛定位導(dǎo)航系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的位置信息，便于在地圖上正確地顯示車輛位置，向司機(jī)提供準(zhǔn)確的行駛指令，并提供給司機(jī)從起點(diǎn)到目的地的最短路線，或最短行駛時(shí)間的路線，并為司機(jī)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(shí)調(diào)整 路線，避免浪費(fèi)時(shí)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(fèi)地圖的定義 衛(wèi)星收費(fèi)電子地圖不同于一般車載導(dǎo)航所用地圖，這是一種專門用于道路收費(fèi)的具有特定定義的地圖，該地圖包含收費(fèi)路段的地理位置信息、形狀數(shù)據(jù)信息、拓?fù)潢P(guān)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(gè)經(jīng)過點(diǎn)的中間位置附近的道路上添加一個(gè)新的經(jīng)過點(diǎn)，新經(jīng)過點(diǎn)一端連接主路入口、另一端連接下一經(jīng)過點(diǎn)，從入口到新經(jīng)過點(diǎn)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(diǎn)的中間位置附近添加新經(jīng)過點(diǎn)，形成主路出口路段。在此段高速公路收費(fèi)道路中，對道路中的收費(fèi)關(guān)鍵點(diǎn)和進(jìn)出口路段作如下定義。 收費(fèi)系統(tǒng)中費(fèi)率計(jì)算分 2 種情況，瘦客戶端計(jì)費(fèi)和胖客戶端計(jì)費(fèi)，瘦客戶端計(jì)費(fèi)是將費(fèi)率計(jì)算放在后臺完成，胖客戶端計(jì)費(fèi)將費(fèi)率計(jì)算前段完成，從而減少后臺的計(jì)算壓力， 2 種費(fèi)率計(jì)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(diǎn)，造成漏點(diǎn)。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(guān)系。在車速高于 36km/h，搜索范圍需要?jiǎng)討B(tài)隨車速的變化。 步驟 2 接收 GPS 定位信息 ,坐標(biāo)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(jì)費(fèi) 返回步驟 2。 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 基于 GPS的不停車收費(fèi)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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 基于 GPS的不停車收費(fèi)系統(tǒng)地圖匹配方法 33 濟(jì)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(xiàng)最具影響力重大工程候選項(xiàng)目之一。 上述流程中費(fèi)用計(jì)算是按里程收費(fèi)的計(jì)算方法 ,對于按路段出入口收費(fèi)的情況下 ,只需在收費(fèi)路段出口處 ,將記錄的入口 ID和出口 ID在費(fèi)率表中匹配 ,即可得到入口到出口整條路段的通行費(fèi)用 Fee（ all）。否則返回前面，繼續(xù)判斷。 fee_status — 當(dāng)前路段收費(fèi)標(biāo)志值 1：行駛在收費(fèi)路段；當(dāng)前路段收費(fèi)標(biāo)志值0：沒有行駛在收費(fèi)路段； search_scope — GPS 位置點(diǎn)：初始搜索范圍值； bound — 實(shí)際變化的搜索范圍； iV — 當(dāng)前 i位置的行駛速度； 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 基于 GPS的不停車收費(fèi)系統(tǒng)地圖匹配方法 30 ),( yxGi — GPS 位置 i的坐 標(biāo)； ),( yxNodei — 任意搜索到的節(jié)點(diǎn) i 的位置坐標(biāo)； ),( yxNodefeei — 收費(fèi)路段 i上的節(jié)點(diǎn)位置坐標(biāo)； ),( vuSegmenti — 收費(fèi)路段 i,左節(jié)點(diǎn)號為 u,右節(jié)點(diǎn)號為 v； )(typeSegmenti — i收費(fèi)路段類型，入口值為 0，出口值為 1； )(lengthSegmenti — i 收費(fèi)路段長度 /km； Fee（ all） — 總通行費(fèi)用 /元； Node_Fee（ j） — 收費(fèi)路段上 的節(jié)點(diǎn)號； Fee（ i） —— 收費(fèi)路段費(fèi)率 /（元 /km）； 設(shè)定收費(fèi)標(biāo)志值 fee_status 區(qū)分當(dāng)前車輛是否在收費(fèi)路段上： fee_status=0 —— 不在收費(fèi)道路上；標(biāo)志值 fee_status=1 —— 在收費(fèi)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(cè)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(cè)間隙 以濟(jì)青高速公路為例，假設(shè) GPS 的定位誤差為 18，該高速公路為雙向四車道，路寬 ，路側(cè)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(jì)算量。車輛在高速公路行駛的特點(diǎn) ,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(jì)算量，如近距離平行的主輔路 ,使輔路行駛的車輛誤收費(fèi)。 地圖信息的精簡包括下面兩個(gè)方面： 電子地圖可通過精簡地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，去除不必要的形狀連接點(diǎn)， 保留路段的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，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(jì)算量。 圖 31是以黃島 到濟(jì)南的行程各路段定義簡圖。 入口點(diǎn)是車輛經(jīng)該點(diǎn)進(jìn)入收費(fèi)道路的點(diǎn)，和高速公路入口收費(fèi)站對應(yīng)；出口點(diǎn)是車輛經(jīng)該點(diǎn)離開收費(fèi)道路的點(diǎn)，和高速公路出口收費(fèi)站對應(yīng)；經(jīng)過點(diǎn)，對于匝道收費(fèi)站而言，是匝道和主路的交匯點(diǎn)，該點(diǎn)同時(shí)屬于主路和匝道；由此定義入口點(diǎn)和經(jīng)入口匝道與主路交匯的經(jīng)過點(diǎn)組成的路段為入口路段；出口點(diǎn)和經(jīng)出口匝道與主路交匯形成的經(jīng)過點(diǎn)組成的路段為出口路段；經(jīng)過點(diǎn)與經(jīng)過點(diǎn)連接組成的路段為經(jīng)過路段，多個(gè)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(gè)距離很近的點(diǎn)，因而對兩條道路匹配混亂，導(dǎo)致收費(fèi)路徑的錯(cuò)誤判斷。毫無疑問，沒有地圖匹配的協(xié)助，這將是個(gè)不可能完成的青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 地圖匹配技術(shù) 23 任務(wù)。 基于以上這些情況，地圖匹配算法的研究應(yīng)該朝著多手段綜合運(yùn)用，相互補(bǔ)充、相互完善、精確化方向發(fā)展，對算法本身的準(zhǔn)確性應(yīng)該有一個(gè)檢驗(yàn)機(jī)制，以最大程度保證算法的可靠性。 圖 26 道路拓?fù)潢P(guān)系 基于拓?fù)潢P(guān)系的算法通過對前一次匹配結(jié)果和車輛前進(jìn)方向的分析，利用道路層的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系，來確定當(dāng)前車輛的匹配位置。 4） 多邊形嵌套關(guān)系的生成，建立多邊 形嵌套關(guān)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(guān)系。具有拓?fù)湫畔⒌氖噶繑?shù)據(jù)是網(wǎng)絡(luò)分析必要的數(shù)據(jù)來源?；谡`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(jì)算簡單，僅利用了數(shù)字地圖的單一信息，不能保證任何時(shí)候都能得到正確的匹配結(jié)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(shí)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(diǎn)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(diǎn)到點(diǎn)匹配方法，應(yīng)該將車輛匹配到 A3點(diǎn)，但從圖中直觀看出， P點(diǎn)匹配到線段 B上似乎更為合理些，因?yàn)?P更靠近線段 B。 在圖 21中，點(diǎn) A、 B、 C都是 GPS觀測點(diǎn)，顯然這些觀測點(diǎn)都沒有準(zhǔn)確的定位在道路上，地圖匹配的任務(wù)就是通過一定的方法將這些點(diǎn)校正到道路的中心線上。 4總結(jié)。對一條相對獨(dú)立的收費(fèi) 公路，橋梁或隧道而言，DSRC 電子收費(fèi)技術(shù)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(fèi)也很合適。 DSRC、 ANPR 和基于 GPS 的電子收費(fèi)技術(shù)的性能比較及分析 DSRC 收費(fèi)技術(shù)、 ANPR 收費(fèi)技術(shù)及 VPS 收費(fèi)技術(shù)，這 3 種電子收費(fèi)技術(shù)都各有自己的優(yōu)缺點(diǎn)。 6）具有長距離通信的優(yōu)點(diǎn)，收費(fèi)機(jī)制較不受空間限制，容易實(shí)時(shí)地在整個(gè)區(qū)域內(nèi)按里程收費(fèi)及實(shí)施匝道收費(fèi)，具備收費(fèi)策略調(diào)整彈性。 它的特點(diǎn)如下： 1） GPS 電子收費(fèi)系統(tǒng)可以將路旁設(shè)備降低到很少，無需龍門架，不會因?yàn)榘惭b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(shè)收費(fèi)設(shè)施 , 因而不受道路施工的影響。 圖 12 衛(wèi)星定位網(wǎng)絡(luò)收費(fèi)圖 該系統(tǒng)通過 GPS 接收衛(wèi)星信號定位車輛當(dāng)前位置 ,定位數(shù)據(jù)與電子地圖結(jié)合應(yīng)用路徑辨識算法等判斷車輛當(dāng)前位置是否屬于收費(fèi)高速公路 ,如位于收費(fèi)公路 ,記錄虛擬入口時(shí)間、入口站號 ,接著等待出口 ,通過 GPS定位當(dāng)汽車離開公路時(shí)記錄出口時(shí)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(fèi)記錄。 5. ANPR 電子收費(fèi)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn) ANPR 電子收費(fèi)技術(shù)適用于預(yù)交費(fèi)的情況，可實(shí)行對經(jīng)過的車輛進(jìn)行自動扣款 收費(fèi)，能實(shí)現(xiàn)不停車收費(fèi)，它有如下特點(diǎn)： 1） ANPR 收費(fèi)系統(tǒng)只需在固定識別點(diǎn)安裝攝像機(jī)（需要配套的支撐裝置，如電線桿），路側(cè)設(shè)施投人相對比較少，且 ANPR 收費(fèi)技術(shù)不需要安裝車載設(shè)備，減免了道路收費(fèi)用戶的投人； 2）通過 ANPR 軟件識別車牌并能添加相應(yīng)的時(shí)間、地點(diǎn)信息，便于按里程、滯留收費(fèi)。 2）當(dāng)車輛行駛到收費(fèi)區(qū)內(nèi)及出入口時(shí)， ANPR 電子收費(fèi)系統(tǒng)就利用安裝在收費(fèi)區(qū)域邊緣（出入口）的固定視頻攝像機(jī)或移動視頻攝像機(jī)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(fèi)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(shí)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(fèi)技術(shù) 1． ANPR 電子收費(fèi)技術(shù)的定義 車牌識別技術(shù)（ Automatic Number Plate Recognition，簡稱 ANPR）是基于圖像處理與光學(xué)字符識別（ OCR）的汽車牌照自動識別技術(shù)，主要運(yùn)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(shù)的條件下，道路收費(fèi)系統(tǒng)可以適應(yīng)多種實(shí)際應(yīng)用要求，包括多種費(fèi)用 支付要求，且系統(tǒng)靈活性好，可以與其它應(yīng)用比較密切地結(jié)合。后臺系統(tǒng)除了接收收費(fèi)車道呈遞的信息外，還向收費(fèi)車道發(fā)送相關(guān)信息，如收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)、帳號“黑名單”等。 2）在進(jìn)入 收費(fèi)站時(shí)，車輛按規(guī)定限速通過收費(fèi)車道。與半自動收費(fèi)方式相比，青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 緒論 6 電子收費(fèi)系統(tǒng)的運(yùn)行市場化特色更濃一些，要求運(yùn)營公司有很高的商業(yè)運(yùn)作能力。至于車道結(jié)構(gòu)、通信網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控系統(tǒng)等等更是各行其是。 圖 11 道路收費(fèi)發(fā)展歷程 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 緒論 5 首先，高速公路收費(fèi)由傳統(tǒng)的人工收費(fèi)到不停車非現(xiàn)金收費(fèi)經(jīng)歷了漫長的過程，雖然國內(nèi)外目前均是多種收費(fèi)方式并存的情況，但不停車電子收費(fèi)必然成為未來收費(fèi)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(fèi)系統(tǒng)，并在努力促使其標(biāo)準(zhǔn)化。道路收費(fèi)技術(shù) 發(fā)展歷程如圖 11所示。目前關(guān)于國外道路收費(fèi)方面技術(shù)資料大多限于對收費(fèi)系統(tǒng)的介紹，而收費(fèi)地圖匹配技術(shù)介紹很少。 我國的“十二五”規(guī)劃中明確指出，要進(jìn)一步完善公路網(wǎng)絡(luò)，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(jìn)行系統(tǒng)的分析和對比，在此理論基礎(chǔ) 上，提出基于 GPS 的不停車收費(fèi)系統(tǒng)的地圖匹配算法。電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)是智能交通系統(tǒng)的主要服務(wù)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(fèi)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(fèi)公路（特別是低等級公路）仍廣泛采用這種收費(fèi)方式。葡萄牙的 Via Vance 電子收費(fèi)系統(tǒng)可以算作歐洲具有代表意義的聯(lián)網(wǎng)電子收費(fèi)系統(tǒng)之一，事實(shí)已證明， Via Vance 電子收費(fèi)系統(tǒng)是既有利于道路使用者又有利于道路運(yùn)營商的有效收費(fèi)手段。在實(shí)施區(qū)域聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)的進(jìn)程中，標(biāo)準(zhǔn)的不一致，協(xié)調(diào)上的困難，使我國的不停車收費(fèi)系統(tǒng)逐漸暴露出了一些問題 : 1） 各個(gè)城市的不停車收費(fèi)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(fèi)技術(shù) 1. DSRC 電子收費(fèi)技術(shù)的定義 DSRC 電子收費(fèi)技術(shù)是近幾年國際上比較成熟的收費(fèi)技術(shù)。如果一切無誤（剩余余額充足或帳號有效時(shí)），則正常結(jié)束收費(fèi)操作（改寫余額、記帳等）。 4. DRSC 優(yōu)缺點(diǎn) DRSC 電子收 費(fèi)是利用安裝在路側(cè)的路邊設(shè)備 （ RSU）與行駛在收費(fèi)道路車輛上的車載裝置（ OBU） 聯(lián)系起來，司機(jī)不停車、不使用現(xiàn)金而支付通行費(fèi)用的一種收費(fèi)技術(shù)。一般單片式 OBU 價(jià)格為 200～ 300 元，雙片式則多達(dá) 500 元左右。 2． ANPR 電子收費(fèi)系統(tǒng)的構(gòu)成 ANPR 電子收費(fèi)系統(tǒng)由前端采集系統(tǒng)和后