一種帶有道路曲率的增強型數字矢量地圖制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于地理信息系統領域，涉及一種帶有道路曲率的增強型數字矢量地圖制 作方法。
【背景技術】
[0002] 數字地圖是通過數字化的方法，把城市地理信息以一定的格式存儲起來，并能以 連續地圖的形式呈現出來，本質上是一個城市地理數據庫。數字地圖可提供豐富的基于位 置的服務，為人們生活帶來了極大的便利。然而目前的數字地圖存在以下問題:數字地圖精 度較低，無法通過已有信息進一步計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，而對于一些人們關注的重要信息，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;數字地圖目前制作復雜、專業性要求很高，在知識上需要掌握 空間變換、幾何變換算法、矢量與柵格數據模型等;除了對專業性有很高的要求，傳統數字 地圖制作過程中很多測繪工作需要由人工來完成，工作量大且效率不高，制作成本相對較 尚。
[0003] 針對上述問題，近幾年國內外開始關注增強型數字矢量地圖，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。增強型數字矢量地圖相對于普通數字地圖具有更加廣泛的運用前景。本專利提出了 一種帶有道路曲率的增強型數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繪工作。同時帶有道路曲率的增強型數字地圖包含了道 路的曲率信息，其在車輛主動安全領域有著廣泛的應用。例如，近幾年客車在山區道路翻車 事故頻繁發生，造成巨大的人員財產損失，司機缺乏對復雜環境中路況的提前預警以及對 當前路況判斷失誤是事故發生的原因。其中道路的曲率是一種非常重要的道路信息，道路 的曲率對于車輛檔位控制、速度控制有著重要的參考價值。司機提前獲得準確的道路信息 可以有效的避免車輛出現翻車等一系列事故。因此制作帶有道路曲率的增強型數字矢量地 圖，對于車輛的安全行駛，有著重要的現實意義。

【發明內容】

[0004] 本發明提出了一種帶有道路曲率的增強型數字矢量地圖制作方法，已解決現有數 字地圖的制作工作量大、過程復雜、精度不夠高、缺乏道路的曲率信息（其在車輛主動安全 領域有著廣泛的應用）的問題。
[0005] 本發明采用如下技術方案：
[0006] -種帶有道路曲率的增強型數字矢量地圖制作方法。首先選定道路，確定道路的 起始點與終點;通過信息采集車輛獲取道路信息采集點及其位置信息，并對獲得的位置信 息進行初步處理;從處理后的道路信息采集點中選取道路的主節點及其附屬節點；判斷選 取的主節點及附屬節點是否滿足要求，如果不滿足則進行相應的變換;然后采用拉格朗曰 差值法，獲得主節點處道路軌跡的函數表達式;接著利用數學方法通過軌跡的函數表達式， 計算出主節點處的曲率;最后利用數字地圖制作軟件制作帶有道路曲率的增強型數字矢量 地圖。
[0007] 具體實施步驟包括：
[0008] 步驟一、選定道路，確定道路的起始點與終點；
[0009] 首先將需要測繪的道路進行分割，選定需要進行量測的部分，確定需要測繪部分 的起始點與終點。本專利所適用的道路為高速公路以及一級、二級公路，且所適用的道路光 滑連續，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及其位置信息，并對獲得的位置 信息進行初步處理；
[0011] 信息采集車輛，搭載了組合導航系統，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經度，B1S煒度，i表示組合導航系統輸出的位置信息的序號，i =1，2,3···。本專利將采集到的第i組經煒度信息LnB1所表示的點作為第i個道路信息采集 點心(1^ B1)。由于道路的車道之間基本平行，所以本專利選取行進方向左側車道來提取道 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 道路信息采集點密度均勻，車速在60~70km/h之間，相鄰的道路信息采集點間隔距離在 0.83~0.97m之間。由于制作地圖需要平面直角坐標系坐標，本發明采用較為成熟的3度帶 高斯-克呂格投影方法，將道路信息采集點的經煒度坐標RdL 1 B1)投影為高斯平面直角坐 標系坐標Pi(Xiyi)，xi為坐標轉換后對應的平面直角坐標系的縱坐標(北向位置），yi為坐標 轉換后對應的平面直角坐標系的橫坐標(東向位置）。根據起始點Ri(L 1B1)選定Ro(U) Bo)作 為高斯-克呂格投影的原點，其中Lo = 3D，0為(U/3)四舍五入取整的值，Bo = 0°。經煒度坐標 RKL1 B1)轉換公式如下所示：
[0013] 式⑴為高斯投影公式的泰勒級數展開式，式中省去了 7次以上高次項，其中Ai為赤道至 煒度B1的子午線弧長，且
1為所求點的經度Li與Lq之差，cosBi，N為通過所求點的卯酉圈曲率半徑，e' 為橢球第二偏心率，Co，C1，C2，C3，C4為與點位無關的系數，僅有橢球體長半軸、短半軸、第一 偏心率等參數確定。
[0014] 步驟三、根據坐標轉換后的道路信息采集點，選取道路的主節點及其附屬節點；
[0015] 目前矢量地圖多采用點的連線來表示道路，所以本發明從轉換后的道路信息采集 AP1(Xiyi)中選取主節點及其附屬節點，通過主節點的連線來表示道路。主節點及其附屬節 點的選取的方法為:選取連續5個轉換后的道路信息采集點，然后取中間的第3個作為主節 點，其余的作為附屬節點。起始主節點N 1選取車輛所獲得到的轉換后的第3個道路信息采集 點P3(x3y 3)，主節點N1表示為N1U1 Y1)其中X1 = X3 J1 = Y3i3同時選取P3左右4個轉換后的道路 信息采集點？心171)、？2(1272)、？心474)、？5(1575)作為主節點沁附屬節點見,1、1'11,2、見,3、見,4， 對應附屬節點表示為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，一般的節點 及其附屬節點取法如下：例如，第k個主節點Nk選取道路信息采集點P5k-2(X5k-2 y5k-2)，即主 節點Nk表示為Nk(Xk Yk)其中Xk = X5k-2、Yk = y5k-2,同時對應的附屬節點池,1、池,2、池,3、池,4選取 的?? 路f曰息木集點 ^%P5k-4( X5k-4y5k-4)、P5k-3 ( X5k-3y5k-3 )、P5k-1 ( X5k-iy5k-1)、P5k( X5ky5k)，貝丨J對 的附屬節點表示為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，直至選取道路結束為止，如果最后道路信息采集點不足5個，則不再選 取主節點，默認道路至此結束。
[0016]步驟四、根據選定的主節點、附屬節點，判斷其是否滿足要求，如不滿足則對其進 行相應的變換；
[0017] 為了能夠滿足步驟五的拉格朗日插值算法的要求，避免在計算道路軌跡表達式時 候出現無法求解的情況（即任意一個主節點與其附屬節點的縱坐標出現相同的情況），需要 判斷選定的主節點、附屬節點是否滿足要求，如不滿足則對其進行相應的變換。由于相鄰的 主節點間距不超過4.85m(道路