[發明專利]一種面向車道級導航定位的城市道路路網模型

有效

• 申請號: 201710299349.3
• 申請日: 2017-05-02
• 公開（公告）號: CN107193888B
• 公開（公告）日: 2019-09-20
• 發明（設計）人: 李旭;夏亮;蔣榮;蔡志祥
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06F16/29
• 分類號: G06F16/29;G01C21/32
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 蔣昱

1.一種面向車道級導航定位的城市道路路網模型，其特征在于：

所述模型對城市道路進行分段建模；將任意兩個相鄰交叉路口之間的路段且不包含交叉路口定義為一個獨立的目標道路，對于每一個目標道路，其模型由該目標道路的道路地理信息層、道路兩側建筑物信息層和道路平面車道線信息層三部分組成，同時該模型中的道路平面車道線信息層使用三次Cardinal樣條插值算法擬合目標道路的平面車道線，來獲取的參數能夠更真實地反映城市道路的平面車道現狀；

該模型具體如下：

該模型M由三部分組成：道路地理信息層G，道路兩側建筑物信息層J，道路平面車道線信息層T，即：

Μ＝(G,J,T) (1)；

1)道路地理信息層G：

G＝(R_id,O,U,V,W) (2)；

式(2)中，R_id表示目標道路的編號；表示目標道路起始點的坐標，其中和λ分別是起始點的經度和緯度；U表示目標道路的地理屬性集，U＝(R_e,R_l,R_w)，其中R_e表示目標道路的名稱，R_l表示目標道路的長度，R_w表示目標道路的寬度；V表示目標道路兩側建筑物的編號集，其中α與β分別表示目標道路左側和右側建筑物的數目，表示目標道路左側第i個建筑物的編號，i＝1,2,…,α，表示目標道路右側第j個建筑物的編號，j＝1,2,…,β；W表示目標道路所包含車道線的編號集，W＝(N₁,…,N_r,…,N_d)，其中d表示目標道路所包含車道線的數目，N_r表示目標道路上第r條車道線的編號，r＝1,2,…,d；

2)道路兩側建筑物信息層J：

式(3)中，R_id表示目標道路的編號，α與β分別表示目標道路左側和右側建筑物的數目，表示目標道路左側第i個建筑物的信息，i＝1,2,…,α，表示目標道路右側第j個建筑物的信息，j＝1,2,…,β；可以進一步表示為：

式(4)中，表示目標道路左側第i個建筑物的編號，表示此建筑物平面幾何中心點的坐標，和分別表示此建筑物平面幾何中心點在以目標道路起始點O為原點的高斯平面直角坐標系下的橫坐標即東向位置和縱坐標即北向位置；則表示此建筑物平面幾何在目標道路方向上兩個端點的坐標集，是端點在以目標道路起始點為原點的高斯平面直角坐標系下的橫坐標，是端點在以目標道路起始點為原點的高斯平面直角坐標系下的縱坐標，H_left表示此建筑物的高度；

同理，可以進一步表示為：

式(5)中，表示目標道路右側第j個建筑物的編號，表示此建筑物平面幾何中心點的坐標，和分別表示此建筑物平面幾何中心點在以目標道路起始點O為原點的高斯平面直角坐標系下的橫坐標即東向位置和縱坐標即北向位置；則表示此建筑物平面幾何在目標道路方向上兩個端點的坐標集，是端點在以目標道路起始點為原點的高斯平面直角坐標系下的橫坐標，是端點在以目標道路起始點為原點的高斯平面直角坐標系下的縱坐標，H_right表示此建筑物的高度；

3)道路平面車道線信息層T：

式(6)中，R_id表示目標道路的編號，d表示目標道路所包含車道線的數目，L_r表示目標道路上第r條車道線的信息，其中r＝1,2,…,d；L_r可以進一步表示為：

L_r＝(P,Q) (7)；

式(7)中，P＝{S₁＝(x₁,y₁),…,S_k＝(x_k,y_k),…,S_m＝(x_m,y_m)}是在第r條車道中心線上順序選取的節點坐標集，其中k＝2,3,…,m-2，S₂和S_m-1分別是該車道的起點和終點，S₁是在該車道延長線上與S₂相鄰的一點，S_m是在該車道延長線上與S_m-1相鄰的一點，x和y分別是在以目標道路起始點O為原點的高斯平面直角坐標系下的橫坐標即東向位置和縱坐標即北向位置，Q是該車道使用三次Cardinal樣條插值后所得曲線參數的集合；

4)道路車道線的擬合獲取：

對于目標道路中任意一條車道中心線上所選取的節點坐標集P＝{S₁＝(x₁,y₁),…,S_k＝(x_k,y_k),…,S_m＝(x_m,y_m)}，根據三次Cardinal樣條插值算法擬合其平面線形；三次Cardinal樣條曲線由4個連續的節點完全確定，中間兩個節點是曲線段的端點，其余相鄰的兩個點用于計算該曲線段端點的斜率；設4個連續的節點為S_k-1,S_k,S_k+1,S_k+2，其中k＝2,3,…,m-2，設S(μ)是節點S_k和S_k+1之間曲線段的向量式，其中μ為參變量，0≤μ≤1，則從S_k-1到S_k+2間的4個點用于建立三次Cardinal樣條曲線段的邊界條件為：

式(8)中，S(0)與S(1)分別為S(μ)在節點S_k和S_k+1之間曲線段兩個端點的位置向量，S′(0)與S′(1)分別為曲線段在兩端點處的切向量，曲線參變量μ是在兩個端點取值0和1之間變化；參數t為張力(tension)系數，t控制Cardinal樣條曲線與輸入節點的松緊程度，t＞0時Cardinal樣條曲線為緊曲線，t＜0時Cardinal樣條曲線為松曲線，該模型設定張力系數t的初始值為0，后期不斷調整t的取值使得樣條曲線滿足目標道路地形、地物及周邊環境的控制要求和精度要求；由式(8)可知節點S_k和S_k+1處的斜率分別與弦和成正比；

求解式(8)中的四個方程，并將之轉換成矩陣形式，如下：

Cardinal矩陣I_c如下：

其中s＝1-t/2；

將式(9)中的矩陣方程展開成多項式形式，有：

進一步將S_k-1,S_k,S_k+1,S_k+2分解成二維平面上x,y方向上的分量，得到節點S_k和S_k+1之間曲線段的參數三項函數式在x,y方向上的表達式，如下：

將式(12)展開后按μ的升冪排列，得到節點S_k和S_k+1之間的三次Cardinal樣條曲線的參數形式，如下：

式(13)中參數如下：

其中，s＝1-t/2；定義參數矩陣

同時在節點S_k和S_k+1之間等間距地選取8個節點，并將這10個節點作為三次樣條插值函數的插值點，并將此樣條函數值作為基準值；計算節點S_k和S_k+1之間的曲線段通過三次Cardinal樣條插值法得到的樣條函數值與基準值間的偏差值，若偏差值為正，則將t往負數方向調節，若偏差值為負，則將t往正數方向調節，直至將偏差值控制在0.3m之內；

通過式(8)-(14)可得該車道中心線經過三次Cardinal樣條插值后所得曲線參數集合Q＝(t,Y₂,…,Y_k,…,Y_m-2)，其中t為張力系數，k＝2,3,…,m-2。

2.根據權利要求1所述的一種面向車道級導航定位的城市道路路網模型，其特征在于：每個獨立目標道路的長度不超過3km。