一种面向车道级导航定位的城市道路路网模型制造技术

一种面向车道级导航定位的城市道路路网模型，该模型主要由道路地理信息层、道路两侧建筑物信息层和道路平面车道线信息层三部分组成。同时该模型中的道路平面车道线信息层使用三次Cardinal样条插值算法拟合目标道路的平面车道线，使得线形具有较好的光滑性、连续性和可塑性，该样条曲线能够较好地适应城市道路曲率变化大的特点，获取的参数能够更真实地反映城市道路的平面车道现状。本发明专利技术所提出的城市道路路网模型，扩展了传统道路级数字地图的属性，提高了传统道路级数字地图的精度，具有信息量全、精度高、适用性广等优点，在复杂的城市交通环境下，实现车辆精确、持续、实时导航定位，满足车道级导航定位的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种面向车道级导航定位的城市道路路网模型
本专利技术涉及车辆导航定位领域领域，特别是涉及一种面向车道级导航定位的城市道路路网模型。
技术介绍
目前，车辆导航定位技术的蓬勃发展对数字地图提出了更高的要求，传统道路级数字地图已经不能满足智能交通系统(ITSIntelligentTransportationSystem)对定位精度的要求。因此，精度能够达到亚米级的车道级增强型数字地图正在被国内外学者广泛研究，车道级增强型数字地图逐渐成为现代车辆导航定位系统的重要信息源。车道级增强型数字地图是在原有传统道路级数字地图的基础上增加一些特有属性(例如道路的曲率、坡度、车道线等)的数字地图，相比于传统道路级数字地图，具有更加丰富的地理信息数据，更加简明合理的路网结构。导航定位系统可以根据环境和需求的差异在传统道路级数字地图基础上增加系统需要的信息以达到车道级导航定位的需求。要构建完善的车道级增强型数字地图，城市道路路网模型的设计是其至关重要的一环。然而目前大多数城市道路路网模型都不够详细完善，缺乏高精度定位所需的数据信息，模型构架过于单一，数据结构冗余、精度低且适应性差。这些不足极大地制约了数字地图属性的扩展和精度的提高。此外，在城市建筑物密集的交通环境中，导航定位卫星信号常常会受到高楼的遮挡，信号误差较大，任有较多的卫星进行定位解算，车辆也无法实现精确、持续、实时定位。
技术实现思路
为了解决上述存在的问题，本专利技术提出一种面向车道级导航定位的城市道路路网模型，此模型扩展了传统道路级数字地图的属性，提高了传统道路级数字地图的精度。在复杂的城市交通环境下，能够实现车辆精确、持续、实时导航定位，满足车道级导航定位的需求，为达此目的，本专利技术提出一种面向车道级导航定位的城市道路路网模型，其特征在于：所述模型对城市道路进行分段建模；将任意两个相邻交叉路口之间的路段且不包含交叉路口定义为一个独立的目标道路，对于每一个目标道路，其模型由该目标道路的道路地理信息层、道路两侧建筑物信息层和道路平面车道线信息层三部分组成，同时该模型中的道路平面车道线信息层使用三次Cardinal样条插值算法拟合目标道路的平面车道线，来获取的参数能够更真实地反映城市道路的平面车道现状；该模型具体如下：该模型M由三部分组成：道路地理信息层G，道路两侧建筑物信息层J，道路平面车道线信息层T，即：Μ＝(G,J,T)(1)；1)道路地理信息层G：G＝(Rid,O,U,V,W)(2)；式(2)中，Rid表示目标道路的编号；表示目标道路起始点的坐标，其中和λ分别是起始点的经度和纬度；U表示目标道路的地理属性集，U＝(Re,Rl,Rw)，其中Re表示目标道路的名称，Rl表示目标道路的长度，Rw表示目标道路的宽度；V表示目标道路两侧建筑物的编号集，其中α与β分别表示目标道路左侧和右侧建筑物的数目，表示目标道路左侧第i个建筑物的编号，i＝1,2,…,α，表示目标道路右侧第j个建筑物的编号，j＝1,2,…,β；W表示目标道路所包含车道线的编号集，W＝(N1,…,Nr,…,Nd)，其中d表示目标道路所包含车道线的数目，Nr表示目标道路上第r条车道线的编号，r＝1,2,…,d；2)道路两侧建筑物信息层J：式(3)中，Rid表示目标道路的编号，α与β分别表示目标道路左侧和右侧建筑物的数目，表示目标道路左侧第i个建筑物的信息，i＝1,2,…,α，表示目标道路右侧第j个建筑物的信息，j＝1,2,…,β；可以进一步表示为：式(4)中，表示目标道路左侧第i个建筑物的编号，表示此建筑物平面几何中心点的坐标，和分别表示此建筑物平面几何中心点在以目标道路起始点O为原点的高斯平面直角坐标系下的横坐标即东向位置和纵坐标即北向位置；则表示此建筑物平面几何在目标道路方向上两个端点的坐标集，是端点在以目标道路起始点为原点的高斯平面直角坐标系下的横坐标，是端点在以目标道路起始点为原点的高斯平面直角坐标系下的纵坐标，Hleft表示此建筑物的高度；同理，可以进一步表示为：式(5)中，表示目标道路右侧第j个建筑物的编号，表示此建筑物平面几何中心点的坐标，和分别表示此建筑物平面几何中心点在以目标道路起始点O为原点的高斯平面直角坐标系下的横坐标即东向位置和纵坐标即北向位置；则表示此建筑物平面几何在目标道路方向上两个端点的坐标集，是端点在以目标道路起始点为原点的高斯平面直角坐标系下的横坐标，是端点在以目标道路起始点为原点的高斯平面直角坐标系下的纵坐标，Hright表示此建筑物的高度；3)道路平面车道线信息层T：式(6)中，Rid表示目标道路的编号，d表示目标道路所包含车道线的数目，Lr表示目标道路上第r条车道线的信息，其中r＝1,2,…,d；Lr可以进一步表示为：Lr＝(P,Q)(7)；式(7)中，P＝{S1＝(x1,y1),…,Sk＝(xk,yk),…,Sm＝(xm,ym)}是在第r条车道中心线上顺序选取的节点坐标集，其中k＝2,3,…,m-2，S2和Sm-1分别是该车道的起点和终点，S1是在该车道延长线上与S2相邻的一点，Sm是在该车道延长线上与Sm-1相邻的一点，x和y分别是在以目标道路起始点O为原点的高斯平面直角坐标系下的横坐标即东向位置和纵坐标即北向位置，Q是该车道使用三次Cardinal样条插值后所得曲线参数的集合；4)道路车道线的拟合获取：对于目标道路中任意一条车道中心线上所选取的节点坐标集P＝{S1＝(x1,y1),…,Sk＝(xk,yk),…,Sm＝(xm,ym)}，根据三次Cardinal样条插值算法拟合其平面线形；三次Cardinal样条曲线由4个连续的节点完全确定，中间两个节点是曲线段的端点，其余相邻的两个点用于计算该曲线段端点的斜率；设4个连续的节点为Sk-1,Sk,Sk+1,Sk+2，其中k＝2,3,…,m-2，设S(μ)是节点Sk和Sk+1之间曲线段的向量式，其中μ为参变量，0≤μ≤1，则从Sk-1到Sk+2间的4个点用于建立三次Cardinal样条曲线段的边界条件为：式(8)中，S(0)与S(1)分别为S(μ)在节点Sk和Sk+1之间曲线段两个端点的位置向量，S′(0)与S′(1)分别为曲线段在两端点处的切向量，曲线参变量μ是在两个端点取值0和1之间变化；参数t为张力(tension)系数，t控制Cardinal样条曲线与输入节点的松紧程度，t＞0时Cardinal样条曲线为紧曲线，t＜0时Cardinal样条曲线为松曲线，该模型设定张力系数t的初始值为0，后期不断调整t的取值使得样条曲线满足目标道路地形、地物及周边环境的控制要求和精度要求；由式(8)可知节点Sk和Sk+1处的斜率分别与弦和成正比；求解式(8)中的四个方程，并将之转换成矩阵形式，如下：Cardinal矩阵Ic如下：其中s＝1-t/2；将式(9)中的矩阵方程展开成多项式形式，有：进一步将Sk-1,Sk,Sk+1,Sk+2分解成二维平面上x,y方向上的分量，得到节点Sk和Sk+1之间曲线段的参数三项函数式在x,y方向上的表达式，如下：将式(12)展开后按μ的升幂排列，得到节点Sk和Sk+1之间的三次Cardinal样条曲线的参数形式，如下：式(13)中参数如下：其中，s＝1-t/2；定义参数矩阵同时在节点Sk和Sk本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向车道级导航定位的城市道路路网模型，其特征在于：所述模型对城市道路进行分段建模；将任意两个相邻交叉路口之间的路段且不包含交叉路口定义为一个独立的目标道路，对于每一个目标道路，其模型由该目标道路的道路地理信息层、道路两侧建筑物信息层和道路平面车道线信息层三部分组成，同时该模型中的道路平面车道线信息层使用三次Cardinal样条插值算法拟合目标道路的平面车道线，来获取的参数能够更真实地反映城市道路的平面车道现状；该模型具体如下：该模型M由三部分组成：道路地理信息层G，道路两侧建筑物信息层J，道路平面车道线信息层T，即：Μ＝(G,J,T)   (1)；1)道路地理信息层G：G＝(Rid,O,U,V,W)   (2)；式(2)中，Rid表示目标道路的编号；

【技术特征摘要】
1.一种面向车道级导航定位的城市道路路网模型，其特征在于：所述模型对城市道路进行分段建模；将任意两个相邻交叉路口之间的路段且不包含交叉路口定义为一个独立的目标道路，对于每一个目标道路，其模型由该目标道路的道路地理信息层、道路两侧建筑物信息层和道路平面车道线信息层三部分组成，同时该模型中的道路平面车道线信息层使用三次Cardinal样条插值算法拟合目标道路的平面车道线，来获取的参数能够更真实地反映城市道路的平面车道现状；该模型具体如下：该模型M由三部分组成：道路地理信息层G，道路两侧建筑物信息层J，道路平面车道线信息层T，即：Μ＝(G,J,T)(1)；1)道路地理信息层G：G＝(Rid,O,U,V,W)(2)；式(2)中，Rid表示目标道路的编号；表示目标道路起始点的坐标，其中和λ分别是起始点的经度和纬度；U表示目标道路的地理属性集，U＝(Re,Rl,Rw)，其中Re表示目标道路的名称，Rl表示目标道路的长度，Rw表示目标道路的宽度；V表示目标道路两侧建筑物的编号集，其中α与β分别表示目标道路左侧和右侧建筑物的数目，表示目标道路左侧第i个建筑物的编号，i＝1,2,…,α，表示目标道路右侧第j个建筑物的编号，j＝1,2,…,β；W表示目标道路所包含车道线的编号集，W＝(N1,…,Nr,…,Nd)，其中d表示目标道路所包含车道线的数目，Nr表示目标道路上第r条车道线的编号，r＝1,2,…,d；2)道路两侧建筑物信息层J：式(3)中，Rid表示目标道路的编号，α与β分别表示目标道路左侧和右侧建筑物的数目，表示目标道路左侧第i个建筑物的信息，i＝1,2,…,α，表示目标道路右侧第j个建筑物的信息，j＝1,2,…,β；可以进一步表示为：式(4)中，表示目标道路左侧第i个建筑物的编号，表示此建筑物平面几何中心点的坐标，和分别表示此建筑物平面几何中心点在以目标道路起始点O为原点的高斯平面直角坐标系下的横坐标即东向位置和纵坐标即北向位置；则表示此建筑物平面几何在目标道路方向上两个端点的坐标集，是端点在以目标道路起始点为原点的高斯平面直角坐标系下的横坐标，是端点在以目标道路起始点为原点的高斯平面直角坐标系下的纵坐标，Hleft表示此建筑物的高度；同理，可以进一步表示为：式(5)中，表示目标道路右侧第j个建筑物的编号，表示此建筑物平面几何中心点的坐标，和分别表示此建筑物平面几何中心点在以目标道路起始点O为原点的高斯平面直角坐标系下的横坐标即东向位置和纵坐标即北向位置；则表示此建筑物平面几何在目标道路方向上两个端点的坐标集，是端点在以目标道路起始点为原点的高斯平面直角坐标系下的横坐标，是端点在以目标道路起始点为原点的高斯平面直角坐标系下的纵坐标，Hright表示此建筑物的高度；3)道路平面车道线信息层T：式(6)中，Rid表示目标道路的编号，d表示目标道路所包含车道线的数目，Lr表示目标道路上第r条车道线的信息，其中r＝1,2,…,d；Lr可以进一步表示为：Lr＝(P,Q)(7)；式(7)中，P＝{S1＝(x1,y1),…,Sk＝(xk,yk),…,Sm＝(xm,ym)}是在第r条车道中心线上顺序选取的节点坐标集，其中k＝2,3,…,m-2，S2和Sm-1分别是该车道的起点和终点，S1是在该车道延长线上与S2相邻的一点，Sm是在该车道延长线上与Sm-1相邻的一点，x和y分别是在以目标道路起始点O为原点的高斯平面直角坐标系下的横坐标即东向位置和纵坐标即北向位置，Q是该车道使用三次Cardinal样条插值后所得曲线参数的集合；4)道路车道线的拟合获取：对于目标道路中任意一条车道中心线上所选取的节点坐标集P＝{S1＝(x1,y1),…,Sk＝(xk,yk),…,Sm＝(xm,ym)}，根据三次Cardinal样条插值算法拟合其平面线形；三次Cardinal样条曲线由...

【专利技术属性】
技术研发人员：李旭，夏亮，蒋荣，蔡志祥，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32