一种多尺度道路网M-N匹配模式的判定方法技术

本发明专利技术涉及电子地图导航技术领域，且公开了一种多尺度道路网M‑N匹配模式的判定方法，包括利用待匹配路段的距离、方向和长度等几何约束的差异性指标分别计算出一个初始匹配概率矩阵，再根据各几何约束性指标的权重计算得到最终概率矩阵。本发明专利技术通过向候选匹配路径N正投影虚拟结点，巧妙的将M:N匹配模式转化为多个1:1或者1:M匹配模式进行处理，并由此判定虚拟路径M与候选匹配路径N的匹配模式，最终实现对M:N匹配模式的补充与完善，解决了因道路拓宽、新建交叉路口、立交桥交叉路口匹配等路网物理变化引发的较复杂的多尺度的M:N(多对多)匹配模式判定的问题，进一步完善了因不同比例尺道路网带来较多的M:N匹配模式所需的解决方案。

【技术实现步骤摘要】
一种多尺度道路网M-N匹配模式的判定方法
本专利技术涉及电子地图导航
，具体为一种多尺度道路网M-N匹配模式的判定方法。
技术介绍
依靠数据更新驱动的多尺度导航电子地图中路网数据的现势性是移动位置服务供应商向用户提供良好表现的导航电子地图的重要保障。多尺度导航电子地图更新中路网变化信息的识别和提取很大程度上取决于新旧版本路网数据库中对应的多尺度路网表达目标的匹配，其匹配精度会直接影响多尺度数据更新的准确率。从局部最优角度，路网匹配算法可以分为缓冲区算法、迭代最邻近点算法、结构拓扑法等，这些匹配算法虽然可以融合多个匹配条件，但得到的匹配结果可能仅在其局部阈值范围内是合理的，也即是只能达到部分最优的效果，甚至从全局整体的角度而言可能匹配结果是错误的。而实际上，路网匹配往往需要考虑更多的是整体匹配的效果，需要在局部最优的前提下，使路网匹配达到整体最优，对此，现有技术引入计算机视觉和模式识别领域常用的图匹配算法——概率松弛匹配方法，结合路网要素的位置、形状等指标，通过迭代匹配概率矩阵的方法力图使路网匹配达到整体最优。上述概率松弛匹配方法在计算效率和匹配精度方面优于其它全局算法，但这类基于概率松弛法的研究目前存在以下问题：(1)现有概率松弛法大都是从单一尺度的角度考虑路网目标的匹配，未顾及不同比例尺的道路网匹配；(2)对初始概率计算时，仅从局部考虑了路段的长度、方向和距离等几何约束指标，未顾及具有空间关联的不同路网要素之间的相互影响。而导航电子地图系统所必须具备的路径规划与引导功能更加关注的是路网要素的拓扑连通性质，对拓扑约束指标的忽略极可能无法实现局部最优的匹配效果，也将对整体匹配精度和后续实际应用造成影响；(3)已有研究仅考虑了1:0(一对无)、1:1(一对一)和1:M(一对多)匹配模式的设计与实现，但缺乏对由道路拓宽、新建交叉道路、立交桥交叉路口匹配等路网物理变化引发的较复杂的多尺度的M:N(多对多)匹配模式判定的研究，使得多尺度导航电子地图的实用性大大降低。为此，提出一种多尺度道路网M-N匹配模式的判定方法，从兼顾全局和局部的角度出发，由局部角度顾及几何约束和拓扑约束，由全局角度完善M:N匹配模式，旨在改进概率松弛法，提高电子地图导航与路网匹配的精度。
技术实现思路
针对
技术介绍
中提出的现有概率松弛法在计算过程中存在的不足，本专利技术提供了一种多尺度道路网M-N匹配模式的判定方法，具备补充与完善多尺度道路网M:N匹配模式、实现局部最优的匹配效果、提高整体匹配精度的优点，解决了上述
技术介绍
中提出的因缺乏对多尺度道路网M:N匹配模式的解决方案、初始概率计算约束考虑单一的问题。本专利技术提供如下技术方案：一种多尺度道路网M-N匹配模式的判定方法，包括利用待匹配路段的距离、方向和长度等几何约束的差异性指标分别计算出一个初始匹配概率矩阵，再根据各几何约束性指标的权重计算得到最终概率矩阵，包含以下步骤：S1、所述初始匹配概率矩阵计算时新增拓扑约束性算子，并对所述拓扑约束性算子计算得到的初始匹配概率矩阵与距离、方向和长度计算得到的初始匹配概率矩阵依据权重计算得到最终匹配概率矩阵；S2、由所述待匹配路段的邻接路段间的相对关系计算两邻接匹配对的兼容系数，并基于各邻接匹配对的兼容系数计算所有邻接路段对所述待匹配路段的支持系数；S3、由所述支持系数对所述最终匹配概率矩阵进行不断的迭代更新，直到所述最终匹配概率矩阵的变化量收敛于极小值，迭代更新结束并得到迭代概率矩阵；S4、由所述迭代概率矩阵进行1:0匹配模式的判定，若不符合1:0匹配模式的判定，则继续进行结构相似性计算并进行判断；S5、由结构相似性判定是否为稳健匹配对，若是，则继续判定两端点匹配并由此确定1:1匹配模式或1:M匹配模式，若否，则判断未匹配的路段可能存在M:N匹配模式；S6、将步骤S5中可能存在M:N匹配模式的未匹配路段依据方向一致性原则连接成路径，即对m条未匹配的且具有连通性的路段进行虚拟路径M连接；S7、设定缓冲区分析获得所述虚拟路径M的候选匹配集，对所述虚拟路径M的候选匹配集中选择一条候选匹配路径N，在所述候选匹配路径N上插入m-1个虚拟结点Vi(i＝1,2...m-1)；S8、对所述虚拟路径M与所述候选匹配路径N进行结构相似性判断，并按以下公式计算所述虚拟路径M与所述候选匹配路径N的结构相似性：式中，SMN表示虚拟路径M与候选匹配路径N的结构相似性，||RiRi+1||表示路段RiRi+1的长度，||R1||路径R1的长度，表示路段Ri与Ri+1的结构相似性，的计算方法采用联合概率的思想按下式计算：式中，k表示两个相邻虚拟结点之间的路段数量，Oi表示路段的起点，Oi+1表示路段的终点，表示路段Oi与Oi+1的结构相似性；S9、对多条所述候选匹配路径N进行步骤S8中的算法计算，得到虚拟路径M与Nj的结构相似性(j＝1,2…i)，若则Ni可能为M的匹配路径；S10、计算步骤S5中确定1:1与1:M匹配模式的结构相似性的平均值Savg，若则判定Ni为M的匹配路径，否则，Ni将作为M未匹配的路段处理。优选的，所述步骤S1中，所述扑约束性算子包括结点连通度和弧段方向角，以结点为原点建立坐标系，以X轴为起始方向，逆时针记录各个弧段与X轴形成的方向角。进一步的，所述结点连通度和弧段方向角的拓扑差异由下式计算：式(3)中，m和n分别表示结点(Si，Ti)的最小和最大连通度，连通度表示结点所连接的路段数目，dgle(Si，Ti)为结点Si和Ti所关联道路弧段的方向角差。优选的，所述步骤S1中，距离、方向、长度和拓扑算子在约束性指标中所占的权重采用等权重法赋值。优选的，所述步骤S6中，方向一致性原则是指当结点存在两条以上未匹配的路段时，把路段方向偏差值较小的两条路段进行连接，如果结点只有两条未匹配的路段，则直接进行连接。优选的，所述步骤S7中，虚拟结点Vi满足以下两个假设条件：(1)Vi是Ri+1在N的正投影，即由结点Ri+1向路段Tj+kTj+k+1作垂线，垂线与Tj+kTj+k+1的交点为虚拟结点Vi；(2)Vi虚拟结点处的拓扑差异值与Ri+1相同。本专利技术具备以下有益效果：1、本专利技术通过设计由虚拟路径M上个连接路段的端点向候选匹配路径N正投影虚拟结点，巧妙的将M:N匹配模式转化为多个1:1或者1:M匹配模式进行处理，并由此判定虚拟路径M与候选匹配路径N的匹配模式，最终实现对M:N匹配模式的补充与完善，与现有技术相比，解决了因道路拓宽、新建交叉路口、立交桥交叉路口匹配等路网物理变化引发的较复杂的多尺度的M:N(多对多)匹配模式判定的问题，进一步完善了因不同比例尺道路网带来较多的M:N匹配模式所需的解决方案。2、本专利技术通过在初始匹配概率矩阵计算时引入拓扑约束算子，使得拓扑指标转化为一个概率矩阵参与到最终匹配概率矩阵的计算中，同时由加权的方法使得拓扑约束与距离、方向和长度等几何约束组成综合性差异指标，避免单一尺度的角度考虑路网目标的匹配，可以进一步提高匹配的精度，提高M:N匹配模式判定的精确性。附图说明图1为本专利技术不同匹配模式匹配流程图；图2为本专利技术结点的连通度及其关联的弧段示意图；图3为本专利技术方向一致性路段连接示意图；图4为本专利技术M:N的匹配模式示意图；图5为本专利技术2:本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多尺度道路网M‑N匹配模式的判定方法，包括利用待匹配路段的距离、方向和长度等几何约束的差异性指标分别计算出一个初始匹配概率矩阵，再根据各几何约束性指标的权重计算得到最终概率矩阵，其特征在于，包含以下步骤：S1、所述初始匹配概率矩阵计算时新增拓扑约束性算子，并对所述拓扑约束性算子计算得到的初始匹配概率矩阵与距离、方向和长度计算得到的初始匹配概率矩阵依据权重计算得到最终匹配概率矩阵；S2、由所述待匹配路段的邻接路段间的相对关系计算两邻接匹配对的兼容系数，并基于各邻接匹配对的兼容系数计算所有邻接路段对所述待匹配路段的支持系数；S3、由所述支持系数对所述最终匹配概率矩阵进行不断的迭代更新，直到所述最终匹配概率矩阵的变化量收敛于极小值，迭代更新结束并得到迭代概率矩阵；S4、由所述迭代概率矩阵进行1:0匹配模式的判定，若不符合1:0匹配模式的判定，则继续进行结构相似性计算并进行判断；S5、由结构相似性判定是否为稳健匹配对，若是，则继续判定两端点匹配并由此确定1:1匹配模式或1:M匹配模式，若否，则判断未匹配的路段可能存在M:N匹配模式；S6、将步骤S5中可能存在M:N匹配模式的未匹配路段依据方向一致性原则连接成路径，即对m条未匹配的且具有连通性的路段进行虚拟路径M连接；S7、设定缓冲区分析获得所述虚拟路径M的候选匹配集，对所述虚拟路径M的候选匹配集中选择一条候选匹配路径N，在所述候选匹配路径N上插入m‑1个虚拟结点Vi(i＝1,2...m‑1)；S8、对所述虚拟路径M与所述候选匹配路径N进行结构相似性判断，并按以下公式计算所述虚拟路径M与所述候选匹配路径N的结构相似性：...

【技术特征摘要】
1.一种多尺度道路网M-N匹配模式的判定方法，包括利用待匹配路段的距离、方向和长度等几何约束的差异性指标分别计算出一个初始匹配概率矩阵，再根据各几何约束性指标的权重计算得到最终概率矩阵，其特征在于，包含以下步骤：S1、所述初始匹配概率矩阵计算时新增拓扑约束性算子，并对所述拓扑约束性算子计算得到的初始匹配概率矩阵与距离、方向和长度计算得到的初始匹配概率矩阵依据权重计算得到最终匹配概率矩阵；S2、由所述待匹配路段的邻接路段间的相对关系计算两邻接匹配对的兼容系数，并基于各邻接匹配对的兼容系数计算所有邻接路段对所述待匹配路段的支持系数；S3、由所述支持系数对所述最终匹配概率矩阵进行不断的迭代更新，直到所述最终匹配概率矩阵的变化量收敛于极小值，迭代更新结束并得到迭代概率矩阵；S4、由所述迭代概率矩阵进行1:0匹配模式的判定，若不符合1:0匹配模式的判定，则继续进行结构相似性计算并进行判断；S5、由结构相似性判定是否为稳健匹配对，若是，则继续判定两端点匹配并由此确定1:1匹配模式或1:M匹配模式，若否，则判断未匹配的路段可能存在M:N匹配模式；S6、将步骤S5中可能存在M:N匹配模式的未匹配路段依据方向一致性原则连接成路径，即对m条未匹配的且具有连通性的路段进行虚拟路径M连接；S7、设定缓冲区分析获得所述虚拟路径M的候选匹配集，对所述虚拟路径M的候选匹配集中选择一条候选匹配路径N，在所述候选匹配路径N上插入m-1个虚拟结点Vi(i＝1,2...m-1)；S8、对所述虚拟路径M与所述候选匹配路径N进行结构相似性判断，并按以下公式计算所述虚拟路径M与所述候选匹配路径N的结构相似性：式中，SMN表示虚拟路径M与候选匹配路径N的结构相似性，||RiRi+1||表示路段RiRi+1的长度，||R1||路径R1的长度，表示路段Ri与Ri+1的结构相似性，的计算方法采用联合概率的思想按下式计...

【专利技术属性】
技术研发人员：王艳慧，赵文吉，张建辰，关鸿亮，
申请(专利权)人：首都师范大学，
类型：发明
国别省市：北京,11