一種帶有道路曲率的增強(qiáng)型數(shù)字矢量地圖制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于地理信息系統(tǒng)領(lǐng)域，涉及一種帶有道路曲率的增強(qiáng)型數(shù)字矢量地圖制 作方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 數(shù)字地圖是通過數(shù)字化的方法，把城市地理信息以一定的格式存儲(chǔ)起來，并能以 連續(xù)地圖的形式呈現(xiàn)出來，本質(zhì)上是一個(gè)城市地理數(shù)據(jù)庫。數(shù)字地圖可提供豐富的基于位 置的服務(wù)，為人們生活帶來了極大的便利。然而目前的數(shù)字地圖存在以下問題:數(shù)字地圖精 度較低，無法通過已有信息進(jìn)一步計(jì)算獲得精度較高的道路曲率等信息;地圖信息匱乏，一 般僅包含位置信息，而對(duì)于一些人們關(guān)注的重要信息，例如道路的航向、曲率、坡度、附近樓 層的高度等信息并沒有包含;數(shù)字地圖目前制作復(fù)雜、專業(yè)性要求很高，在知識(shí)上需要掌握 空間變換、幾何變換算法、矢量與柵格數(shù)據(jù)模型等;除了對(duì)專業(yè)性有很高的要求，傳統(tǒng)數(shù)字 地圖制作過程中很多測(cè)繪工作需要由人工來完成，工作量大且效率不高，制作成本相對(duì)較 尚。
[0003] 針對(duì)上述問題，近幾年國內(nèi)外開始關(guān)注增強(qiáng)型數(shù)字矢量地圖，其不僅包含了普通 地圖所已有的位置信息，還包含了一些特殊的信息，例如道路的航向、曲率、周邊房屋的高 度等。增強(qiáng)型數(shù)字矢量地圖相對(duì)于普通數(shù)字地圖具有更加廣泛的運(yùn)用前景。本專利提出了 一種帶有道路曲率的增強(qiáng)型數(shù)字矢量地圖制作方法。該方法通過信息采集車輛采集道路信 息，簡單易行，避免了大量的人工測(cè)繪工作。同時(shí)帶有道路曲率的增強(qiáng)型數(shù)字地圖包含了道 路的曲率信息，其在車輛主動(dòng)安全領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。例如，近幾年客車在山區(qū)道路翻車 事故頻繁發(fā)生，造成巨大的人員財(cái)產(chǎn)損失，司機(jī)缺乏對(duì)復(fù)雜環(huán)境中路況的提前預(yù)警以及對(duì) 當(dāng)前路況判斷失誤是事故發(fā)生的原因。其中道路的曲率是一種非常重要的道路信息，道路 的曲率對(duì)于車輛檔位控制、速度控制有著重要的參考價(jià)值。司機(jī)提前獲得準(zhǔn)確的道路信息 可以有效的避免車輛出現(xiàn)翻車等一系列事故。因此制作帶有道路曲率的增強(qiáng)型數(shù)字矢量地 圖，對(duì)于車輛的安全行駛，有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提出了一種帶有道路曲率的增強(qiáng)型數(shù)字矢量地圖制作方法，已解決現(xiàn)有數(shù) 字地圖的制作工作量大、過程復(fù)雜、精度不夠高、缺乏道路的曲率信息（其在車輛主動(dòng)安全 領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用）的問題。
[0005] 本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0006] -種帶有道路曲率的增強(qiáng)型數(shù)字矢量地圖制作方法。首先選定道路，確定道路的 起始點(diǎn)與終點(diǎn);通過信息采集車輛獲取道路信息采集點(diǎn)及其位置信息，并對(duì)獲得的位置信 息進(jìn)行初步處理;從處理后的道路信息采集點(diǎn)中選取道路的主節(jié)點(diǎn)及其附屬節(jié)點(diǎn)；判斷選 取的主節(jié)點(diǎn)及附屬節(jié)點(diǎn)是否滿足要求，如果不滿足則進(jìn)行相應(yīng)的變換;然后采用拉格朗曰 差值法，獲得主節(jié)點(diǎn)處道路軌跡的函數(shù)表達(dá)式;接著利用數(shù)學(xué)方法通過軌跡的函數(shù)表達(dá)式， 計(jì)算出主節(jié)點(diǎn)處的曲率;最后利用數(shù)字地圖制作軟件制作帶有道路曲率的增強(qiáng)型數(shù)字矢量 地圖。
[0007] 具體實(shí)施步驟包括：
[0008] 步驟一、選定道路，確定道路的起始點(diǎn)與終點(diǎn)；
[0009] 首先將需要測(cè)繪的道路進(jìn)行分割，選定需要進(jìn)行量測(cè)的部分，確定需要測(cè)繪部分 的起始點(diǎn)與終點(diǎn)。本專利所適用的道路為高速公路以及一級(jí)、二級(jí)公路，且所適用的道路光 滑連續(xù)，不包含交叉路口。鑒于步驟二所采用的高斯-克呂格投影在局部范圍精度較高，因 此選擇的道路長度不超過5km。
[0010] 步驟二、通過信息采集車輛獲取道路信息采集點(diǎn)及其位置信息，并對(duì)獲得的位置 信息進(jìn)行初步處理；
[0011] 信息采集車輛，搭載了組合導(dǎo)航系統(tǒng)，輸出頻率為20HZ，可以采集到車輛所在道路 的位置信息LnB1，其中L 1S經(jīng)度，B1S煒度，i表示組合導(dǎo)航系統(tǒng)輸出的位置信息的序號(hào)，i =1，2,3···。本專利將采集到的第i組經(jīng)煒度信息LnB1所表示的點(diǎn)作為第i個(gè)道路信息采集 點(diǎn)心(1^ B1)。由于道路的車道之間基本平行，所以本專利選取行進(jìn)方向左側(cè)車道來提取道 路的曲率信息，且在采集過程中采集車輛沿車道中心行駛。道路信息采集過程中為了保證 道路信息采集點(diǎn)密度均勻，車速在60~70km/h之間，相鄰的道路信息采集點(diǎn)間隔距離在 0.83~0.97m之間。由于制作地圖需要平面直角坐標(biāo)系坐標(biāo)，本發(fā)明采用較為成熟的3度帶 高斯-克呂格投影方法，將道路信息采集點(diǎn)的經(jīng)煒度坐標(biāo)RdL 1 B1)投影為高斯平面直角坐 標(biāo)系坐標(biāo)Pi(Xiyi)，xi為坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后對(duì)應(yīng)的平面直角坐標(biāo)系的縱坐標(biāo)(北向位置），yi為坐標(biāo) 轉(zhuǎn)換后對(duì)應(yīng)的平面直角坐標(biāo)系的橫坐標(biāo)(東向位置）。根據(jù)起始點(diǎn)Ri(L 1B1)選定Ro(U) Bo)作 為高斯-克呂格投影的原點(diǎn)，其中Lo = 3D，0為(U/3)四舍五入取整的值，Bo = 0°。經(jīng)煒度坐標(biāo) RKL1 B1)轉(zhuǎn)換公式如下所示：
[0013] 式⑴為高斯投影公式的泰勒級(jí)數(shù)展開式，式中省去了 7次以上高次項(xiàng)，其中Ai為赤道至 煒度B1的子午線弧長，且
1為所求點(diǎn)的經(jīng)度Li與Lq之差，cosBi，N為通過所求點(diǎn)的卯酉圈曲率半徑，e' 為橢球第二偏心率，Co，C1，C2，C3，C4為與點(diǎn)位無關(guān)的系數(shù)，僅有橢球體長半軸、短半軸、第一 偏心率等參數(shù)確定。
[0014] 步驟三、根據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后的道路信息采集點(diǎn)，選取道路的主節(jié)點(diǎn)及其附屬節(jié)點(diǎn)；
[0015] 目前矢量地圖多采用點(diǎn)的連線來表示道路，所以本發(fā)明從轉(zhuǎn)換后的道路信息采集 AP1(Xiyi)中選取主節(jié)點(diǎn)及其附屬節(jié)點(diǎn)，通過主節(jié)點(diǎn)的連線來表示道路。主節(jié)點(diǎn)及其附屬節(jié) 點(diǎn)的選取的方法為:選取連續(xù)5個(gè)轉(zhuǎn)換后的道路信息采集點(diǎn)，然后取中間的第3個(gè)作為主節(jié) 點(diǎn)，其余的作為附屬節(jié)點(diǎn)。起始主節(jié)點(diǎn)N 1選取車輛所獲得到的轉(zhuǎn)換后的第3個(gè)道路信息采集 點(diǎn)P3(x3y 3)，主節(jié)點(diǎn)N1表示為N1U1 Y1)其中X1 = X3 J1 = Y3i3同時(shí)選取P3左右4個(gè)轉(zhuǎn)換后的道路 信息采集點(diǎn)？心171)、？2(1272)、？心474)、？5(1575)作為主節(jié)點(diǎn)沁附屬節(jié)點(diǎn)見,1、1'11,2、見,3、見,4， 對(duì)應(yīng)附屬節(jié)點(diǎn)表示為N1MX14 Y14KN1WX1J Y1,2) AuU1,3 YuhN1YXia Yi,4)，其中Xi,1 = Xl、Yl，l = yi、Xl，2 = X2、Yl，2 = y2、Xl，3 = X4、Yl，3 = y4、Xl，4 = X5、Yl，4 = y5〇 依此類推，一般的節(jié)點(diǎn) 及其附屬節(jié)點(diǎn)取法如下：例如，第k個(gè)主節(jié)點(diǎn)Nk選取道路信息采集點(diǎn)P5k-2(X5k-2 y5k-2)，即主 節(jié)點(diǎn)Nk表示為Nk(Xk Yk)其中Xk = X5k-2、Yk = y5k-2,同時(shí)對(duì)應(yīng)的附屬節(jié)點(diǎn)池,1、池,2、池,3、池,4選取 的?? 路f曰息木集點(diǎn) ^%P5k-4( X5k-4y5k-4)、P5k-3 ( X5k-3y5k-3 )、P5k-1 ( X5k-iy5k-1)、P5k( X5ky5k)，貝丨J對(duì) 的附屬節(jié)點(diǎn)表示為Nk,l(Xk,l Yk,l)、Nk,2(Xk,2 Yk,2)、Nk,3(Xk,3 Yk,3)、Nk,4(Xk,4 Yk,4)，其中Xk,l = X5k-4、Yk, I - y5k-4、Xk, 2 - X5k-3、Yk, 2 - y5k-3、Xk, 3 - X5k-1、Yk, 3 - y5k-1、Xk, 4 - X5k、Yk,4 - y5k，中k - I，2,3···。依次類推，直至選取道路結(jié)束為止，如果最后道路信息采集點(diǎn)不足5個(gè)，則不再選 取主節(jié)點(diǎn)，默認(rèn)道路至此結(jié)束。
[0016]步驟四、根據(jù)選定的主節(jié)點(diǎn)、附屬節(jié)點(diǎn)，判斷其是否滿足要求，如不滿足則對(duì)其進(jìn) 行相應(yīng)的變換；
[0017] 為了能夠滿足步驟五的拉格朗日插值算法的要求，避免在計(jì)算道路軌跡表達(dá)式時(shí) 候出現(xiàn)無法求解的情況（即任意一個(gè)主節(jié)點(diǎn)與其附屬節(jié)點(diǎn)的縱坐標(biāo)出現(xiàn)相同的情況），需要 判斷選定的主節(jié)點(diǎn)、附屬節(jié)點(diǎn)是否滿足要求，如不滿足則對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的變換。由于相鄰的 主節(jié)點(diǎn)間距不超過4.85m(道路