【正文】 的幾種進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。 上述的三種地圖匹配方法相對(duì)來(lái)說(shuō)都是計(jì)算簡(jiǎn)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(wú)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(lái)了許多比較實(shí)用的地圖匹配算法。按照匹配方法，就要選擇 B為匹配路段了，但從圖上直觀的看，選擇 A作為匹配路段似乎更為合理。 圖 24（ b） 線到線的匹配 在圖 24（ b）中，待匹配路段 A的坐標(biāo)為（ 6t， 6），待匹配路段 B的坐標(biāo)為（ 3，6t）， GPS觀測(cè)點(diǎn)連線的線段 P的坐標(biāo)為（ 6t， 3）。 圖 24 線到線的匹配（ a） 在圖 24（ a）中， GPS觀測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)了一個(gè)離群點(diǎn) P，按照上述的匹配方法， GPS觀測(cè)點(diǎn)被匹配到路段 B上，這顯然不合理，合理的匹配應(yīng)該被匹配到線段 A上。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 。 點(diǎn)到點(diǎn)的匹配、點(diǎn)到線的匹配都是僅僅利用了當(dāng)前觀測(cè)點(diǎn)位置進(jìn)行匹配，沒(méi)有充分利用歷史和未來(lái)的觀測(cè)點(diǎn)位置，有很大的局限性。 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 地圖匹配技術(shù) 17 圖 23點(diǎn)到線段的匹配 在圖 43中， P P P P4是連續(xù)的 GPS觀測(cè)點(diǎn)，它們的匹配結(jié)果是這樣的：（ P1— B1），（ P2— A1），（ P3— A2或 P3— B2），（ P4— B3） 。 2） 點(diǎn)到線段的匹配 點(diǎn)到線段的匹配就是搜索所有可能的線段，以 GPS觀測(cè)點(diǎn)到線段距離為判斷依據(jù)，觀測(cè)點(diǎn)到條線段距離最近的那條線段作為匹配路段，觀測(cè)點(diǎn)到匹配路段的投影點(diǎn)即為匹配點(diǎn)。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。匹配形式如圖 22顯示。 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 地圖匹配技術(shù) 16 圖 21 地圖匹配示意圖 1） 點(diǎn)到點(diǎn)的匹配 點(diǎn)到點(diǎn)的匹配就是搜索地圖數(shù)據(jù)庫(kù)中的節(jié)點(diǎn)、形狀點(diǎn)或自定義的點(diǎn)距離 GPS觀測(cè)點(diǎn)最近的點(diǎn)作為匹配點(diǎn)。 基于幾何信息的地圖匹配方法有 三類：點(diǎn)到點(diǎn)的匹配；點(diǎn)到線的匹配；線到線的匹配。 在圖 21中，點(diǎn) A、 B、 C都是 GPS觀測(cè)點(diǎn)，顯然這些觀測(cè)點(diǎn)都沒(méi)有準(zhǔn)確的定位在道路上，地圖匹配的任務(wù)就是通過(guò)一定的方法將這些點(diǎn)校正到道路的中心線上。一般認(rèn)為用于匹配的數(shù)字地圖誤差不應(yīng)超過(guò) 15m。如果條件成立，就可以把定位數(shù)據(jù)和車輛運(yùn)行軌跡同數(shù)字化地圖所提供的道路位置信息相比較，通過(guò)適當(dāng)?shù)钠ヅ溥^(guò)程確定出車輛最可能的行駛路段以及車輛在該路段中的最大可能位置。地圖匹配過(guò)程可分為兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的過(guò)程 : 1）尋找車輛當(dāng)前行駛的道路； 2）將當(dāng)前定位點(diǎn)匹配到車輛行駛的道路上。 4總結(jié)。 2. 系統(tǒng)的提出各種地圖地圖匹配技術(shù)。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(duì)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，本文以自駕車從黃島到濟(jì)南為例，對(duì)收費(fèi)用地圖中的關(guān)鍵點(diǎn)即收費(fèi)點(diǎn)進(jìn)行定義，并提出了一種專門用于收費(fèi)的地圖匹配算法。再進(jìn)一步設(shè)想，對(duì)于一個(gè)收費(fèi)區(qū)的不同道路按不同道路的等級(jí)實(shí)施差別費(fèi)率時(shí)，基于 GPS 的不停車收費(fèi)技術(shù)則更具有優(yōu)勢(shì)。對(duì)一條相對(duì)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。 4）對(duì)一個(gè)較大范圍的路網(wǎng)進(jìn)行收費(fèi)，基于 GPS 的不停車收費(fèi)技術(shù)則可能較合適。 2） DSRC 電子收費(fèi)技術(shù)成熟、且廣泛使用，但需要高額費(fèi)用來(lái)建設(shè)、維護(hù)路邊設(shè)備。 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 緒論 13 表 11 三種收費(fèi)技術(shù)的性能比較 特性指標(biāo) DRSC收費(fèi)技術(shù) ANPR收費(fèi)技術(shù) GPS收費(fèi)技術(shù) 路側(cè)設(shè)備成本 高 較低 不需要 車載裝置成本 較低（約 500元） 不需要 高（約 5000元） 技術(shù)成熟性 成熟 比較成熟 不成熟 收費(fèi)準(zhǔn)確率 高 一般 高 按車型收費(fèi) 好 差 好 按里程、滯留 收費(fèi) 一般 好 好 電磁干擾 有 無(wú) 有 景觀影響 有 有 無(wú) 天氣影響 無(wú) 嚴(yán)重 無(wú) 運(yùn)營(yíng)管理 簡(jiǎn)單 復(fù)雜（不能完成現(xiàn)場(chǎng)扣款） 簡(jiǎn)單 外埠車輛收費(fèi) 方便 不方便 比較方便 功能擴(kuò)展 寬 窄 寬 兼容性 較差 一般 好 可維護(hù)性 較差 一般 好 DSRC 電子收費(fèi)技術(shù)和基于 GPS 的不停車收費(fèi)技術(shù)主要應(yīng)用于公路收費(fèi)，而 ANPR電子收費(fèi)技術(shù)主要用于城市擁擠收費(fèi)。 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)。在城市道路中 GPS 定位信號(hào)容易受到建筑物的阻擋，影響車輛的定位，需要輔助系統(tǒng)支持。 4）在技術(shù)上，相對(duì)于 DSRC 電子收費(fèi)技術(shù)要新。 2）車載電子地圖的更新復(fù)雜。 6）具有長(zhǎng)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。 4）車載裝置不僅是用作支付收費(fèi) 道路通行費(fèi)的工具，它只要載人相關(guān)的應(yīng)用軟體，即可產(chǎn)生多用途，如：車載導(dǎo)航，車隊(duì)管理，移動(dòng)商務(wù)，車輛保全，交通信息等。而 GPS青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 緒論 12 通過(guò)改變虛擬收費(fèi)點(diǎn)的定義，非常容易實(shí)現(xiàn)。 2）提供靈活的收費(fèi)區(qū)域定義和靈活的費(fèi)用支付。 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(wú)需龍門架，不會(huì)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。在日本超過(guò) 60%的新車出廠時(shí)就已安裝了車輛導(dǎo)航系統(tǒng) , 可以預(yù)見(jiàn) , 隨著更多汽車企業(yè)的介入 ,導(dǎo)航產(chǎn)品市場(chǎng)將逐漸成熟 , 導(dǎo)航產(chǎn)品前景廣闊 , 與 GPS相關(guān)的其它服務(wù)功能正在悄然興起 , 基于 GPS的收費(fèi)系統(tǒng)與 GPS 服務(wù)產(chǎn)品共同開(kāi)發(fā)將更能調(diào)動(dòng)道路使用者的積極性。具有建設(shè)周期短 , 硬件設(shè)施投入少 , 易于大規(guī)模推廣的特點(diǎn)。 （ 2）可移植性強(qiáng) 該收費(fèi)系統(tǒng)在小范圍內(nèi)實(shí)驗(yàn)成功后可快速進(jìn)行大規(guī)模推廣 , 有利于自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)的快速發(fā)展。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。 4. 系統(tǒng)特點(diǎn) （ 1）適用性好 基于 GPS的不停車收費(fèi)系統(tǒng)利用現(xiàn)有車道即可 , 不需要對(duì)車道改進(jìn) , 不受道路擴(kuò)寬 , 增加車道等的影響 ,為采用該收費(fèi)方式的汽車專留一個(gè)車道 , 未安裝該種收費(fèi)系統(tǒng)的車輛走人工收費(fèi)車道 , 隨著該收費(fèi)方式的普及 , 逐漸取消所有人工收費(fèi)車道。無(wú)論哪種收費(fèi)方式均可在繳費(fèi)時(shí)傳遞收費(fèi)數(shù)據(jù) , 然后依據(jù)收費(fèi)數(shù)據(jù)通過(guò)銀行或指定收費(fèi)機(jī)構(gòu)對(duì)收繳費(fèi)用進(jìn) 行劃分。實(shí)時(shí)支付可用繳費(fèi)卡與車載裝置相連 ,當(dāng)車輛駛離高速公路時(shí) ,實(shí) 時(shí)扣取繳費(fèi)卡中的相應(yīng)費(fèi)用 ,余額不足限定值時(shí)提示青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 緒論 11 充值 。 圖 12 衛(wèi)星定位網(wǎng)絡(luò)收費(fèi)圖 該系統(tǒng)通過(guò) GPS 接收衛(wèi)星信號(hào)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(shí)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(hào) ,接著等待出口 ,通過(guò) GPS定位當(dāng)汽車離開(kāi)公路時(shí)記錄出口時(shí)間 ,出口站號(hào) ,通過(guò)入口站號(hào)與出口站號(hào)到數(shù)據(jù)庫(kù)中查詢其它屬性信息 ,并增加收費(fèi)記錄。 3. 工作原理 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 緒論 10 基于衛(wèi)星定位和無(wú)線接入技術(shù)的新一代收費(fèi)系統(tǒng)，通過(guò)自動(dòng)記錄車輛行駛的位置和里程，綜合考慮道路收費(fèi)車輛參數(shù)和道路收費(fèi)因素，自動(dòng)計(jì)算車輛的通行費(fèi)，由無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞召M(fèi)管理中心，根據(jù)相關(guān)公路收費(fèi)政策，對(duì)車輛收取通行費(fèi)。 電子地圖及數(shù)據(jù)庫(kù) , 其中包含所有收費(fèi)高速公路及其出口的空間位置信息及高速公路段落名稱、段落長(zhǎng)度、所屬業(yè)主及收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)等屬性信息 。 基于 GPS 的不停車收費(fèi)技術(shù) 1. 基于 GPS 的不停車收費(fèi)技術(shù)的定義 它利用衛(wèi)星定位系統(tǒng)（ Global Positioning System，簡(jiǎn)稱 GPS）及全球移動(dòng)通信系統(tǒng)（ Global System for Mobile Communication，簡(jiǎn)稱 GSM），通過(guò)與車載裝置的通信，進(jìn)行不停車收費(fèi)。 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(duì)經(jīng)過(guò)的車輛進(jìn)行自動(dòng)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(shí)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(duì)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(guò) ANPR 軟件識(shí)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)。同樣，車牌識(shí)別技術(shù)在我國(guó)道路收費(fèi)的應(yīng)用主要是輔助收費(fèi)系統(tǒng)的執(zhí)法功能，在半自動(dòng)收費(fèi)和電子收費(fèi)中都是利用 ANRP 來(lái)實(shí)現(xiàn)逃青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 緒論 9 費(fèi)抓拍系統(tǒng)。除倫敦外，采用相似技術(shù)的有安大 407ETR（ Expos Tol Route）電子收費(fèi)系統(tǒng)以及英國(guó) Darford 橋梁電子收費(fèi)系統(tǒng)。對(duì)于那些不能識(shí)別的車牌將有中心系統(tǒng)通過(guò) 人工的辦法來(lái)識(shí)別，對(duì)于那些未付款的車輛將會(huì)保存它進(jìn)入收費(fèi)區(qū)域配有時(shí)間、日期以及位置的圖片，以便作為處罰的證據(jù)。 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(dòng)視頻攝像機(jī)拍攝通過(guò)的車輛照片并通過(guò)一定傳輸線路將視頻流傳至收費(fèi)管理中心。預(yù)付手段有 4 種：路側(cè)自助付費(fèi)，因特網(wǎng)付費(fèi) ，手機(jī)付費(fèi)和特約銀行付費(fèi)。前端采集系統(tǒng)包括視頻攝像機(jī)（獲取車輛圖像）和照明燈（用于拍攝光源補(bǔ)充）以及相應(yīng)的視頻傳輸設(shè)備等，后臺(tái)收費(fèi)管理系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)車輛通行費(fèi)的管理等功能。當(dāng)車輛行使到收費(fèi)區(qū)及出口時(shí)，系統(tǒng)利用車牌識(shí)別攝像機(jī)拍攝車輛照片，并將圖片傳輸至中心，通過(guò) ANPR 軟件自動(dòng)識(shí)別車輛，并與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的交款車輛進(jìn) 行比對(duì)，已付款的車輛進(jìn)行核銷，未付款的車輛會(huì)被記錄下來(lái)，待工作人員核實(shí)之后，就會(huì)送出罰單。一方面增加大量投資，另一方面，如果是在城市道路上會(huì)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(wèn)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(shí)別技術(shù)（ Automatic Number Plate Recognition，簡(jiǎn)稱 ANPR）是基于圖像處理與光學(xué)字符識(shí)別（ OCR）的汽車牌照自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，主要運(yùn)用“不同車輛不同牌照”的思想概念來(lái)識(shí)別車輛。用戶的配合問(wèn)題也是該系統(tǒng)有效實(shí)施的關(guān)鍵。 2）違章處理弊端。該技術(shù)要求用戶在相應(yīng)的車輛上安裝車載 OBU，導(dǎo)致前期投資比較大。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。 2）技術(shù)成熟， 系統(tǒng)完整性好。它具有如下優(yōu)點(diǎn)： 1）收費(fèi)精確。同時(shí)，它也向系統(tǒng)提供一定的信息，如不良信息帳號(hào)的“黑名單”業(yè)務(wù)結(jié)算結(jié)果等。后臺(tái)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(hào)“黑名單”等。正常收費(fèi)信息可以積累 匯總，產(chǎn)生相應(yīng)的收入報(bào)告，青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 緒論 7 同時(shí)，事后付款方式的收費(fèi)數(shù)據(jù)將定時(shí)（或?qū)崟r(shí)）遞送給后臺(tái)系統(tǒng)，以便生成轉(zhuǎn)帳清單向金融機(jī)構(gòu)請(qǐng)求支付。否則（剩余余額不足或帳號(hào)無(wú)效時(shí)）啟動(dòng)執(zhí)法系統(tǒng)記錄其車輛號(hào)碼，以保證通行費(fèi)最終能被征收，不致流失。收費(fèi)操作的具體步驟包括根據(jù)車型按照收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)確定收費(fèi)額、核對(duì)余額、帳號(hào)信息、有關(guān)結(jié)果通知對(duì)方等。 2）在進(jìn)入 收費(fèi)站時(shí)，車輛按規(guī)定限速通過(guò)收費(fèi)車道。 2. DSRC 電子收費(fèi)系統(tǒng)的構(gòu)成 DSRC 電子收費(fèi)系統(tǒng)包括前端系統(tǒng)和后臺(tái)系統(tǒng)組成：其中前端系統(tǒng)包括 OBU 車載單元、 DSRC 路邊設(shè)備、車輛分類系統(tǒng)、執(zhí)法系統(tǒng)等；后臺(tái)系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)車輛通行費(fèi)的結(jié)算、清分等功能。它是利用安裝在路側(cè)的路邊設(shè)備 （ R0ad— Said Unit，簡(jiǎn)稱 RSU）與行駛在收費(fèi)道路的車輛上的車載裝置（ On— Board Unit，簡(jiǎn)稱