基於相對坐標定位的實時地圖匹配方法及系統的製作方法
2023-06-03 18:03:21
專利名稱：基於相對坐標定位的實時地圖匹配方法及系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及行動裝置的定位/導航技術領域，尤其涉及一種基於相對坐標定位的實時地圖匹配方法及系統。
背景技術：
基於GPS的車輛定位/導航系統的開發與應用正日益受到國內外重視，並顯示出巨大的經濟和社會效益。許多車輛定位/導航系統都需要進行準確實時的地圖匹配。地圖匹配是將通過GPS、航跡推算(DR，Dead-Reckoning)等方法測得的車輛位置和/或行駛軌跡，與車載電子地圖中的數據相比較、匹配，在車輛被約束在道路上的前提下，將車輛的GPS和/或DR誤差較大的輸出匹配到電子地圖中最鄰近的道路上誤差較小的相應點的過程。它不僅有利於在移動終端上顯示車輛的當前位置，更重要的是可以進一步為車輛提供導航計算和實時路徑引導功能。
對於普通車輛定位/導航系統來說，實時地圖匹配通常在本機上獨立完成，即通過一定的地圖匹配算法將測得的車輛位置或行駛軌跡直接轉換為與地圖數據相關的坐標位置。然而在某些特殊情況下，由於客觀條件限制，必須採用客戶端/伺服器交互式解決方案才能實現實時地圖匹配。例如在中國，真實電子地圖數據對普通車輛定位/導航系統用戶，甚至是開發者來說都是保密的，這就需要使用一定的加密算法對電子地圖的真實坐標數據進行加密處理。由於採用不可逆加密算法，一般情況下，會直接在客戶端應用程式中嵌入加密算法，實時對車輛的位置數據進行加密處理，以便進一步與加密地圖進行匹配。然而，一旦客戶端應用程式代碼被反編譯，高度機密的加密算法及電子地圖數據就面臨著有可能被破解從而導致洩密的危險。為了規避這種風險，可以選擇客戶端/伺服器交互式解決方案，即將加密算法的單一副本放置在伺服器端，客戶端通過不斷與伺服器端進行交互，將獲得的實時位置坐標通過伺服器端加密後傳回到客戶端，客戶端再與本機上已經加密的電子地圖進行下一步匹配。
採用客戶端/伺服器交互式解決方案雖然可以很好的滿足安全性要求，但客戶端與伺服器間必須維持實時、雙向高頻率(秒級)的遠程通信才能滿足車輛定位/導航應用的需求。顯然，維持實時、雙向、高質量的網絡通信的開銷及可能的通信時延會大大影響這種解決方案的可行性。
發明內容
有鑑於此，本發明的目的之一是提供一種基於相對坐標定位的實時地圖匹配方法，通過該方法解決現有技術中網路通信開銷過大、對網絡通信質量要求過高的缺陷。
為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的降低通過伺服器對客戶端接收到的絕對位置坐標進行坐標校正的頻率，只對具有較高參考價值的位置點坐標進行精確的坐標校正。對於接收到的大多數絕對位置坐標，根據其與參考坐標點的相對位置，採用一定的推算算法，估算其坐標校正值，具體步驟如下步驟1客戶端獲取位置信息並將獲取的位置信息發送給服務端；步驟2服務端對位置信息進行校正和/或加密後，將生成的可匹配坐標數據傳送給客戶端；步驟3客戶端進行所述可匹配坐標數據與電子地圖的匹配，並將匹配結果進行外在表示。
基於上述方案，步驟1進一步包括步驟11客戶端獲取客戶端當前的絕對位置坐標；步驟12客戶端根據參考點判斷規則對所接收到的絕對位置坐標進行篩選，若當前絕對位置坐標為參考點坐標，則將該坐標發送給服務端，執行步驟2；若當前絕對位置坐標為非參考點坐標，則執行步驟13；
步驟13客戶端對所述非參考點坐標進行近似計算，獲得可用於地圖匹配的相對定位坐標後執行步驟3。
基於上述方案，步驟12中所述的參考點判斷規則採用基於距離、時間或角度的判斷門限作為區分參考點坐標及非參考點坐標的判斷條件，若小於所述門限值，則判斷為非參考點坐標，若大於等於所述門限值，則判斷為參考點坐標。
基於上述方案，步驟13進一步包括步驟131客戶端讀取最近一個參考點坐標及經伺服器校正和/或加密後的該參考點坐標的可匹配參考點坐標；步驟132客戶端依據所述參考點坐標及可匹配參考點坐標使用推算算法近似計算出所述非參考點坐標的相對定位坐標，然後將所述相對定位坐標送地圖匹配單元進行地圖匹配。
基於上述方案，步驟3中還包括電子地圖數據的獲取步驟步驟31當客戶端需要進行地圖匹配時向服務端發起獲取地圖數據請求；步驟32服務端根據所述請求將整個地圖的全部或部分發送給客戶端；步驟33客戶端接收所述地圖數據進行地圖匹配。
本發明的另一目的之一是提供一種基於相對坐標定位的實時地圖匹配系統，為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的一種基於相對坐標定位的實時地圖匹配系統，包括定位模塊，用於獲取位置信息；地圖匹配單元，用於位置信息與地圖數據的匹配；表示單元，用於表達地圖匹配單元輸出的匹配結果；其特徵在於，所述系統包括服務端和客戶端，所述定位模塊、地圖匹配單元及表示單元位於客戶端；服務端包括一個或多個伺服器，所述伺服器內置坐標校正和/或加密算法，用於接收客戶端發送的位置信息並對其進行校正和/或加密處理，然後將處理後的位置信息發送給客戶端，由客戶端地圖匹配單元進行地圖匹配後送至表示單元進行表示。
基於上述方案，進一步地，所述客戶端還包括參考點判斷單元用於根據參考點判斷規則區分參考點坐標和非參考點坐標；相對坐標處理單元用於根據參考點坐標及可匹配參考點坐標推算非參考點坐標的相對定位坐標；參考點判斷單元接收定位模塊傳送的位置信息，依據判斷規則區分出參考點坐標和非參考點坐標，將參考點坐標發送給伺服器，將非參考點坐標發送給相對坐標處理單元；伺服器將經過校正和/或加密處理後的可匹配參考點坐標傳送給地圖匹配單元和相對坐標處理單元；地圖匹配單元負責所述可匹配參考點坐標或所述相對定位坐標與電子地圖的匹配，並將匹配結果送至表示單元。
基於上述方案，進一步地，所述電子地圖可存在於客戶端，所述地圖匹配單元直接從本地獲取地圖數據。
基於上述方案，進一步地，所述服務端還包括電子地圖模塊，用於存儲電子地圖數據，所述地圖匹配單元在需要地圖數據時向所述電子地圖模塊發送請求獲取部分或全部地圖數據。
通過本發明所揭示的技術方案，可以大大降低客戶端與伺服器間的通信頻率，減少網絡通信量，可以在保證加密算法安全性的前提下，為車輛定位/導航系統提供高效的實時地圖匹配功能。
圖1為實施本發明技術方案的系統結構圖；圖2為實施本發明技術方案的流程圖。
具體實施例方式
本發明採用客戶端/伺服器交互式解決方案實現實時地圖匹配，本發明不限制客戶端與伺服器端的具體通信連接方式。如圖1所示，本發明所述的一種基於相對坐標定位的實時地圖匹配系統包括以下幾個主要部分定位模塊用於接收客戶端所處地理位置信息，可以是GPS接收器或DR導航感應裝置等，所述的地理位置信息包括地理經緯度、方向角、行使速度等信息。
參考點判斷單元用於接收定位模塊發送的絕對位置信息，並根據參考點判斷規則區分參考點坐標和非參考點坐標。
伺服器用於接收參考點判斷單元發送的參考點坐標，對參考點坐標進行校正、加密等處理。
相對坐標處理單元用於根據最近一個參考點坐標及可匹配參考點坐標近似計算出非參考點坐標的相對定位坐標，相對定位坐標是一個近似的可直接用於地圖匹配的坐標值，是通過推算算法獲得的一個在可允許的誤差範圍內的估算值。
地圖匹配單元用於接收來自伺服器端發送的可匹配參考點坐標及相對坐標處理單元發送的相對定位坐標，並根據一定的地圖匹配算法完成坐標與電子地圖的匹配。
電子地圖模塊用於保存經加密算法處理過的電子地圖並根據地圖匹配單元的請求向地圖匹配單元傳送地圖數據，該模塊可以位於伺服器端也可以位於客戶端，若位於伺服器端則需要通過網絡將客戶端需要用到的部分或全部電子地圖傳送給客戶端的地圖匹配單元；若位於客戶端則地圖匹配單元可直接從本地讀取地圖數據。
表示單元用於以圖形、語音等人能夠感知的方式表達地圖匹配的結果。
本發明所述的客戶端包括定位模塊、參考點判斷單元、地圖匹配單元、表示單元、相對坐標處理單元等，電子地圖模塊可位於客戶端也可位於服務端。本發明不限制客戶端的類型，只要能夠實現本發明所述功能的行動裝置都屬於本發明所述客戶端的範疇，可以是手持行動裝置，也可以是車載導航設備等。
以下結合圖1和圖2對本發明所述地圖匹配方法的處理步驟進行詳細描述。
步驟1客戶端定位模塊輸出客戶端當前的絕對位置坐標給參考點判斷單元。
這裡所述的絕對位置坐標與該坐標所使用的坐標系統無關，它既可以是直接從GPS接收到的經緯度坐標，也可以是對經緯度坐標進行預處理後得到的中間坐標數據，例如經坐標投影轉換等操作後獲得的坐標數據，還可以是其它一些定位/導航裝置所輸出的能夠粗略確定行動裝置地理位置的坐標數據。
步驟2客戶端參考點判斷單元根據參考點判斷規則對所接收到的絕對位置坐標進行篩選，將參考點坐標發送到遠端伺服器，執行步驟3；將非參考點坐標發送到相對坐標處理單元，執行步驟5。
所述的參考點判斷規則與電子地圖所使用的加密算法有關，根據不同的加密算法選擇不同的判斷規則。此處所述的參考點是指少數具有較高參考價值的坐標點，這些參考點可用於相對定位坐標的推算。
步驟3遠端伺服器接收客戶端所發送的參考點坐標，經校正和/或加密算法加密後獲得的可匹配參考點坐標發送到客戶端。
步驟4客戶端地圖匹配單元根據地圖匹配算法將可匹配參考點坐標與電子地圖進行匹配，匹配完畢後執行步驟7。
這裡的電子地圖既可以是預先存儲在客戶端的，也可以是從遠端伺服器實時傳送到客戶端的。一般情況下，出於安全考慮電子地圖都經過加密算法加密。
步驟5相對坐標處理單元接收非參考點坐標，然後根據最近一個參考點坐標及經過伺服器校正和/或加密後的可匹配參考點坐標近似計算出該非參考點坐標的相對定位坐標，並將該相對定位坐標傳送給地圖匹配單元。
步驟6客戶端地圖匹配單元根據地圖匹配算法將相對定位坐標與電子地圖數據進行匹配，匹配完畢後執行步驟7。
步驟7將匹配後的數據輸出到表示單元進行外在表達或表現。
以系統客戶端兩次發送參考點坐標到伺服器進行坐標校正、加密的時間間隔為一個周期，圖2所示為一個周期內，客戶端每次獲取到當前的絕對位置坐標P後，進行實時地圖匹配的數據處理流程。
假設客戶端在一個周期開始時接收到絕對坐標P1(X1，Y1)，經過判斷P1(X1，Y1)是參考點坐標。客戶端立即將其發送到伺服器，經處理後得到校正和/或加密後的可匹配參考點坐標對P1′(X1′，Y1′)，並發送回客戶端進行地圖匹配。
默認情況下，系統初始化接收到的第一個絕對坐標點被默認為參考點坐標。
當客戶端接收到下一對絕對坐標Pi(Xi，Yi)時，首先判斷其是否可能為參考點。一具體實施例中採用以下公式作為判斷條件D(P1，Pi)＜d公式(1)D(P1，Pi)採用歐氏距離公式計算D(P1,Pi)=(Xi-X1)2+(Yi-Y1)2]]>公式(2)d以公裡為單位，根據加密算法對地圖坐標扭曲程度及接下來使用的相對坐標推算算法與該加密算法的近似程度的不同，d的取值也有所不同。如果經過加密的地圖坐標與原坐標的偏移量較小，或相對坐標推算算法即近似計算算法對加密算法的逼近程度較高，則d的取值可以較大，如車輛每行駛2km取一次參考點坐標。d的取值越大，則本方法的實施效果越好。
如果經過公式(1)判斷，判斷條件為真，則說明Pi不是參考點，則不再將其發送回伺服器，而是直接根據其與P1的相對位置，推算Pi′(Xi′，Yi′)的近似坐標值。根據加密算法的不同，可以選擇不同的推算算法建立推算模型，逼近加密函數。推算模型與加密算法的近似程度越高，本方法的實施效果越好。
由於加密算法對於開發者來說一般是保密的，只能通過對多組坐標點的原始坐標值和經過加密後的加密坐標值進行統計分析，如回歸分析，採用最小二乘法等不同逼近方法建立起最合適的推算模型，如線性模型，二次多項式模型等。如最簡單的推算模型可以是Xi′＝X1′+(Xi-X1)Yi′＝Y1′(Yi-Y1)公式(3)經推算獲得的Pi′(Xi′，Yi′)將用於與已有地圖數據進行匹配。
如果經過公式(1)判斷，判斷條件為假即D(P1，Pi)所計算出來的值大於等於d，則說明Pi是參考點，則上一周期結束，Pi成為新的參考點P1，將Pi的值賦給P1，將Pi′的值賦給P1′，重複以上處理流程。
公式(1)給出的參考點判斷條件在具體實施例當中可根據具體情況進行變化，如以收到該坐標的時間Ti與上次收到參考點坐標的時間T1的時間差作為判斷條件Ti-T1＜t根據車輛行駛速度或路況條件的不同，可以對t進行動態調整。如在車輛運行速度較快或車輛在高速公路上行駛時，車輛實時位置坐標變化大，這時可以採用較短的時間間隔，即較小的t作為判斷條件。如當車速為50km/h時，採用t＝60s。
還可以以收到該坐標時車輛的前進方向角θi(可由GPS接收模塊獲取)與上次收到參考點坐標時該車的前進方向角θ1之間的夾角作為判斷條件|θi-θ1|＜α當夾角變化較大，大於或等於判斷門限α時，說明車輛運行方向或運行路段發生了較大改變，有可能需要增加參考點。本條件可以和其他判斷條件組合起來，共同作為判斷該坐標是否為參考點的判斷條件，以便在將實時地圖匹配誤差控制在容許範圍內的同時，最大限度的降低客戶端與伺服器間的通信頻率。
為了將實時地圖匹配誤差控制在容許範圍內，同時最大限度降低客戶端與伺服器間的通信頻率，可根據行動裝置行駛狀態或路況的不同，對判斷條件進行動態調整或切換，以達到最佳的狀態。
本發明還可有其它多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情況下，本領域技術人員當可根據本發明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬於本發明所附的權利要求的保護範圍。
權利要求
1.一種基於相對坐標定位的實時地圖匹配系統，包括定位模塊，用於獲取位置信息；地圖匹配單元，用於位置信息與地圖數據的匹配；表示單元，用於表達地圖匹配單元輸出的匹配結果；其特徵在於，所述系統包括服務端和客戶端，所述定位模塊、地圖匹配單元及表示單元位於客戶端；服務端包括一個或多個伺服器，所述伺服器內置坐標校正和/或加密算法，用於接收客戶端發送的位置信息並對其進行校正和/或加密處理，然後將處理後的位置信息發送給客戶端，由客戶端地圖匹配單元進行地圖匹配後送至表示單元進行表示。
2.如權利要求1所述的基於相對坐標定位的實時地圖匹配系統，其特徵在於，所述客戶端還包括參考點判斷單元用於根據參考點判斷規則區分參考點坐標和非參考點坐標；相對坐標處理單元用於根據參考點坐標及可匹配參考點坐標推算非參考點坐標的相對定位坐標；參考點判斷單元接收定位模塊傳送的位置信息，依據判斷規則區分出參考點坐標和非參考點坐標，將參考點坐標發送給伺服器，將非參考點坐標發送給相對坐標處理單元；伺服器將經過校正和/或加密處理後的可匹配參考點坐標傳送給地圖匹配單元和相對坐標處理單元；地圖匹配單元負責所述可匹配參考點坐標或所述相對定位坐標與電子地圖的匹配，並將匹配結果送至表示單元。
3.如權利要求2所述的基於相對坐標定位的實時地圖匹配系統，其特徵在於，所述電子地圖存在於客戶端，所述地圖匹配單元直接從本地獲取地圖數據。
4.如權利要求2所述的基於相對坐標定位的實時地圖匹配系統，其特徵在於，所述服務端還包括電子地圖模塊，用於存儲電子地圖數據，所述地圖匹配單元在需要地圖數據時向所述電子地圖模塊發送請求獲取部分或全部地圖數據。
5.一種基於相對坐標定位的實時地圖匹配方法，其特徵在於，包括如下步驟步驟1客戶端獲取位置信息並將獲取的位置信息發送給服務端；步驟2服務端對位置信息進行校正和/或加密後，將生成的可匹配坐標數據傳送給客戶端；步驟3客戶端進行所述可匹配坐標數據與電子地圖的匹配，並將匹配結果進行外在表示。
6.如權利要求5所述的基於相對坐標定位的實時地圖匹配方法，其特徵在於，步驟1進一步包括步驟11客戶端獲取客戶端當前的絕對位置坐標；步驟12客戶端根據參考點判斷規則對所接收到的絕對位置坐標進行篩選，若當前絕對位置坐標為參考點坐標，則將該坐標發送給服務端，執行步驟2；若當前絕對位置坐標為非參考點坐標，則執行步驟13；步驟13客戶端對所述非參考點坐標進行近似計算，獲得可用於地圖匹配的相對定位坐標後執行步驟3。
7.如權利要求6所述的基於相對坐標定位的實時地圖匹配方法，其特徵在於，步驟12中所述的參考點判斷規則採用基於距離、時間或角度的判斷門限作為區分參考點坐標及非參考點坐標的判斷條件，若小於所述門限值，則判斷為非參考點坐標，若大於等於所述門限值，則判斷為參考點坐標。
8.如權利要求6所述的基於相對坐標定位的實時地圖匹配方法，其特徵在於，步驟13進一步包括步驟131客戶端讀取最近一個參考點坐標及經伺服器校正和/或加密後的該參考點坐標的可匹配參考點坐標；步驟132客戶端依據所述參考點坐標及可匹配參考點坐標使用推算算法近似計算出所述非參考點坐標的相對定位坐標，然後將所述相對定位坐標送地圖匹配單元進行地圖匹配。
9.如權利要求5至8中任一項權利要求所述的基於相對坐標定位的實時地圖匹配方法，其特徵在於，步驟3中還包括電子地圖數據的獲取步驟步驟31當客戶端需要進行地圖匹配時向服務端發起獲取地圖數據請求；步驟32服務端根據所述請求將整個地圖的全部或部分發送給客戶端；步驟33客戶端接收所述地圖數據進行地圖匹配。
全文摘要
本發明涉及行動裝置的定位/導航技術領域，目的是提供一種基於相對坐標定位的實時地圖匹配方法及系統，解決了現有技術中地圖數據不安全以及通信量高的技術問題。實現方案為在客戶端添加一參考點判斷單元用於將絕對坐標區分為參考點坐標和非參考點坐標，對於參考點坐標，客戶端將其發送到伺服器進行校正和/或加密處理生成可匹配參考點坐標；對於非參考點坐標客戶端根據最近一個參考點及可匹配參考點坐標推算獲得相對定位坐標用於地圖匹配。通過本發明大大降低客戶端與伺服器間的通信頻率，減少網絡通信量，可以在保證加密算法安全性的前提下，為車輛定位/導航系統提供高效的實時地圖匹配功能。
文檔編號G01S5/02GK101082501SQ20071012809
公開日2007年12月5日 申請日期2007年7月13日 優先權日2007年7月13日
發明者何麗娜 申請人:瑞典維方達軟體技術有限公司