一种面向高速公路的车道级增强型矢量数字地图制作方法

摘要

本发明公开了一种面向高速公路的车道级增强型矢量数字地图制作方法。本发明通过以下技术方案实现：首先在需要测绘的道路上选择一条车道，确定车道的起点和终点；利用信息采集车辆采集车道的位置信息，根据所采信息选取车道的节点；通过高斯‑克吕格投影对节点进行大地坐标系到高斯平面直角坐标系的转换；利用最小二乘法对节点进行筛选得到车道的最终矢量数据；最后利用上述方法得到需要测绘的道路上其它车道的最终矢量数据，并借助相关数字地图制作软件将最终矢量数据制作生成面向高速公路的车道级增强型矢量数字地图。本发明制作出的数字地图包含道路的车道信息，相对于一般的数字地图精度更高。

主权项

一种面向高速公路的车道级增强型矢量数字地图制作方法，其特征在于，包含如下步骤：步骤一：选择需要测绘的路段并将其定义为目标道路，确定目标道路的起点和终点；目标道路的选取范围为我国的高速公路，并且目标道路应光滑连续、不包含交叉路口；鉴于步骤二中所采用的高斯‑克吕格投影在小范围内精度较高，且误差会随着投影范围的增大而不断变大，故本发明中所选目标道路的长度不超过5km。步骤二：在目标道路上选择一条车道并将其定义为目标车道，确定目标车道的起点和终点，利用信息采集车辆采集目标车道的位置信息；所述信息采集车辆搭载了组合导航系统，水平定位精度的圆概率误差小于0.02m，输出频率为20Hz，可以实时输出车辆所在位置的经纬度信息P_i(L_i,B_i)，其中L_i表示信息采集车辆在目标车道上采集到的第i组车道位置信息中的经度信息，B_i表示信息采集车辆在目标车道上采集到的第i组车道位置信息中的纬度信息，i＝1,2,3…。车道位置信息采集过程中为了使信息采集点尽可能的分布均匀，将车速控制在60‑70km/h(16.67‑19.44m/s)，并保持在目标车道的中心匀速行驶。步骤三：将目标车道上的车道位置信息采集点P_i(L_i,B_i)定义为车道的节点，假设从目标车道起点到目标车道终点之间有m个节点。通过3度带高斯‑克吕格投影对上述m个节点的经纬度坐标进行大地坐标系到高斯平面直角坐标系的转换；本发明根据起始节点P₁(L₁,B₁)选定P₀(L₀,B₀)作为高斯‑克吕格投影的原点，其中L₀＝3A，A为(L₁/3)四舍五入取整的值，B₀＝0°；坐标转换公式如下：$\left\{\begin{array}{c}{x}_i=X_{B_i}+\frac{1}{2}{\mathrm{Ntl}}^2{\cos }^2{B}_i+\frac{1}{24}Nt(5-t^2+9{\eta }^2+4{\eta }^4)l^4{B}_i\\ +\frac{1}{720}Nt(61-58t^2+t^4+270{\eta }^2-330{\eta }^2{t}^2)l^6{\cos }^6{B}_i+...\\ y_i=Nl\cos B_i+\frac{1}{6}N(1-t^2+{\eta }^2)l^3{\cos }^3{B}_i\\ +\frac{1}{120}N(5-18t^2+t^4+14{\eta }^4-58{\eta }^2{t}^2)l^5{\cos }^5{B}_i+...\end{array}\right.---\left(1\right)$其中，x_i为第i个节点在高斯平面直角坐标系下的纵坐标(北向位置)，y_i为第i个节点在高斯平面直角坐标系下的横坐标(东向位置)，l为所求点的经度L_i与L₀之差，t＝tanB_i，η＝e'cosB_i，e'为椭球第二偏心率，N为通过所求点的卯酉圈曲率半径，为赤道至纬度B_i的子午线弧长，且其中C₀，C₁，C₂，C₃，C₄为与点位无关的系数，仅有椭球体长半轴、短半轴、第一偏心率等参数确定；步骤四：利用最小二乘直线分段拟合目标车道的平面线形，并根据拟合结果对上述目标车道的节点进行筛选；具体筛选流程如下：①、定义经筛选后剩余的节点个数为R，R的初始值为m，即R＝m；设定阈值D_THR；本发明中阈值D_THR取0.00256；目标车道的节点在未经筛选的情况下相邻的节点处车道行进方向的角度差远小于0.1°，然而经过本筛选流程后将达到相邻的节点处车道行进方向的角度相差约0.1°的效果，能较好的实现在道路弯曲程度较大的地方节点较密集、在道路弯曲程度较小的地方节点较稀疏的要求。②、从目标车道的第1个节点开始将每10个相邻的节点(不考虑已经被删除的节点)分为一个节点集Q，定义节点集序列指针j，假设经筛选后剩余的R个节点{P₁,P₂,P₃,…,P_i,…,P_R},(1≤i≤R)以每10个为一组的方式共被分成了n个节点集{Q₁,Q₂,Q₃,…,Q_j,…,Q_n},(1≤j≤n)，则n为(R/10)向下取整的值，其中Q_j＝{P_10j‑9,P_10j‑8,P_10j‑7,…,P_10j}；③、将j赋值为1，即j＝1；④、用最小二乘法求取第j个节点集中10个节点的拟合直线，并计算拟合误差；设第j个节点集的最小二乘拟合直线的函数表达式为：y＝a_j+b_jx   (2)其中，a_j和b_j为待定常数；则拟合误差D_j可由下式获得：$D_j=\underset{i=10j-9}{\overset{10j}{\Sigma }}{\left(y_i-Y_j+\frac{S_j-X_j{Y}_j}{T_j-X_j^2}{X}_j-\frac{S_j-X_j{Y}_j}{T_j-X_j^2}{x}_i\right)}^2---\left(3\right)$其中，Y_j为第j个节点集内节点纵坐标的均值，X_j为第j个节点集内节点横坐标的均值，S_j为第j个节点集内节点横坐标和纵坐标积的均值，T_j为第j个节点集内节点横坐标平方的均值，为X_j的平方，即：⑤、将D_j与阈值D_THR进行比较：当D_j小于阈值D_THR时删除第j个节点集内下标为偶数的节点，并将R的值减5，即R＝R‑5；当D_j大于或等于阈值D_THR时不删除节点且R的值不变；⑥、将j的值加一，即j＝j+1，若此时j＞n则进行⑦，反之则跳转至④；⑦、若n个节点集{Q₁,Q₂,Q₃,…,Q_j,…,Q_n},(1≤j≤n)中没有任何一个节点被删除则跳出该筛选流程至步骤五。若n个节点集{Q₁,Q₂,Q₃,…,Q_j,…,Q_n},(1≤j≤n)中有节点被删除则跳转至②继续进行检测和筛选。步骤五：按照步骤一至步骤四所述方法得到目标道路上其它车道经筛选后的最终矢量数据，并通过相关数字地图制作软件完成整条道路的车道级增强型矢量数字地图的制作。