基于GOS的不停車收費系統(tǒng)_畢業(yè)論文.doc

題目：基于GPS的不停車收費地圖匹配方法研究I 摘 要基于GPS的不停車收費技術(shù)代表著未來道路收費的發(fā)展方向，精確的地圖匹配決定該收費系統(tǒng)能否成功實現(xiàn)精確收費。本文概述了各種常用的地圖匹配算法，并就各種地圖匹配算法進(jìn)行系統(tǒng)的分析和對比，在此理論基礎(chǔ)上，提出基于GPS的不停車收費系統(tǒng)的地圖匹配算法。本文以自駕車從黃島到濟南為例，對此路線中收費用地圖中的關(guān)鍵點即收費點進(jìn)行定義，并提出了一種新的專門用于收費的地圖匹配算法。此算法被證實是具有可行性的。關(guān)鍵詞：GPS，不停車收費，收費電子地圖，地圖匹配青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） ABSTRACTABSTRACTDo parking charge based on GPS technology represents the future development direction of road pricing.Accurate map matching decided to achieve precise charging of the success of the charging system. This article outlined the various commonly used map matching algorithm, and a variety of map matching algorithm for system analysis and comparison, based on the theory, put forward the no parking charge system based on GPS map matching algorithm. Taking self-driving from Huangdao to Jinan as an example, this route in charge with the points on the map the charge points are defined, and a new map matching algorithm is designed to charge. The algorithm is proved to be feasible.Key Words: GPS,no parking charge, electronic map,map matching II青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 目錄26目 錄摘 要：IABSTRACTII目 錄11 緒論31.1 論文研究的背景31.2 道路收費的發(fā)展歷程31.3 GPS收費系統(tǒng)的原理與特點51.3.1 DSRC電子收費技術(shù)61.3.2 ANPR電子收費技術(shù)71.3.3 基于GPS的不停車收費技術(shù)91.3.4 DSRC、ANPR和基于GPS的電子收費技術(shù)的性能比較及分析121.4本文研究內(nèi)容及結(jié)構(gòu)132 地圖匹配技術(shù)152.1 地圖匹配的基本原理152.2 常用地圖匹配算法182.2.1 最短距離算法182.2.2 概率統(tǒng)計算法192.2.3 基于拓?fù)潢P(guān)系的算法202.3 地圖匹配方法分析212.4 地圖匹配的應(yīng)用223 基于GPS的不停車收費系統(tǒng)地圖匹配方法243.1基于GPS不停車收費地圖匹配的作用243.2 基于GPS的收費地圖的定義243.2.1道路收費地圖收費關(guān)鍵點及收費路段定義253.2.2主線站出入口特殊處理253.2.3收費關(guān)鍵點和收費路段屬性值的定義253.2.4地圖精簡273.3基于GPS的不停車收費系統(tǒng)的地圖匹配方法283.3.1 地圖匹配中搜索范圍的確定283.3.2衛(wèi)星收費地圖匹配算法描述293.4 該算法可行性實驗344 總結(jié)36致 謝37參考文獻(xiàn)3838青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 緒論1 緒論1.1 論文研究的背景高速公路因其“高速、高效、安全、舒適”等優(yōu)點，在現(xiàn)代化公路建設(shè)中己成為發(fā)展的必然趨勢。作為連接主要城市和重要港口的樞紐高速公路，已成為承載繁忙運輸?shù)慕煌ㄒ?。我國的“十二五”?guī)劃中明確指出，要進(jìn)一步完善公路網(wǎng)絡(luò)，發(fā)揮路網(wǎng)整體效率。全國公路總里程已超過400萬公里，五年增加38萬公里，高速公路里程已達(dá)6.4萬公里，總里程數(shù)位于世界第一。然而，與公路建設(shè)相比，公路收費的自動化水平卻相對滯后，傳統(tǒng)的收費方式（找零、回票、投幣）無法緩解尖峰時間的車流量，效率低下，使車輛在收費站區(qū)域滯留，形成“瓶頸”，不能很好的發(fā)揮高速公路的服務(wù)優(yōu)點，從而使電子不停車收費系統(tǒng)應(yīng)時而生。電子不停車收費系統(tǒng)是智能交通系統(tǒng)的主要服務(wù)內(nèi)容之一，是國內(nèi)外正在不斷開發(fā)并推廣普及的一種用于公路、大橋和隧道的電子自動收費系統(tǒng)。目前廣泛應(yīng)用的主要是利用專用短程微波通信技術(shù)，通過路側(cè)單元（RSU）與車載單元（OBU）的信息交換，自動識別車輛，采用電子支付方式，自動完成車輛通行費扣除的全自動收費方式。而基于GPS的不停車收費系統(tǒng)是世界上最先進(jìn)的電子收費方式之一，它的諸多優(yōu)點注定其必將成為未來發(fā)展的方向。作為電子不停車收費中最具廣泛應(yīng)用前景的GPS不停車收費系統(tǒng)正逐漸受到人們的青睞。衛(wèi)星收費電子地圖是衛(wèi)星收費系統(tǒng)中的核心技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn) GPS 的不停車收費技術(shù)的精確收費，而目前正由于車載設(shè)備成本高，使該收費系統(tǒng)受到一定的限制，因此車載收費電子地圖匹配方法具有重要的研究價值。目前關(guān)于國外道路收費方面技術(shù)資料大多限于對收費系統(tǒng)的介紹，而收費地圖匹配技術(shù)介紹很少。常規(guī)的用于導(dǎo)航系統(tǒng)中的地圖匹配方法是通過投影距離和車輛行駛方向與路段矢量方向差值加權(quán)的方法來進(jìn)行地圖匹配，判斷出車輛行駛的路段。由于這些方法需要完全的地圖路段信息較大的計算能力和存儲單元，從而增加了車載設(shè)備的成本。另外需要判斷匹配的路段較多，對信號可靠性的要求也比較高。加之道路收費自身的一些特點，上述方法不適合道路收費使用。因此需要對基于GPS的不停車收費地圖匹配方法進(jìn)行大量研究和試驗。1.2 道路收費的發(fā)展歷程自從道路收費開始應(yīng)用與人們的日常生活中以來，收費技術(shù)經(jīng)歷了從低級到高級，從功能簡單到功能完善豐富的過程。首先是無任何設(shè)備的人工收費方式，發(fā)展成為現(xiàn)在的半自動收費和電子收費。道路收費技術(shù)發(fā)展歷程如圖1-1所示。人工收費是指完全靠收費員來分辨車型、發(fā)卡、開票驗證、按里程計收費用、保管現(xiàn)金、統(tǒng)計數(shù)據(jù)和結(jié)帳的收費方法。從20世紀(jì)60年代以來，很多地方就采用這種簡單的收費辦法。目前，中國的一些收費公路（特別是低等級公路）仍廣泛采用這種收費方式。半自動收費是指在道路入口處由人工識別車型、發(fā)卡，但在出口處通過儀器設(shè)備來讀卡、人工進(jìn)行收費、顯示收費金額、付費放行等的收費方式。電子不停車收費（Electronic Toll Collection，簡稱ETC）系統(tǒng)是國際上正在努力開發(fā)并推廣普及的一種專門用于公路、橋梁和隧道的新型電子自動收費技術(shù)。它包括三種技術(shù)：基于DSRC（Dedicated ShortRange Communication，短程無線通信）電子收費技術(shù)、基于ANPR（Automatic Number Plat Recognition，車牌識別）電子收費技術(shù)及基于GPS（Global Positioning System全球定位系統(tǒng)）電子收費技術(shù)。ETC的三大特點：無需人、不停車、無現(xiàn)金。圖1-1 道路收費發(fā)展歷程首先，高速公路收費由傳統(tǒng)的人工收費到不停車非現(xiàn)金收費經(jīng)歷了漫長的過程，雖然國內(nèi)外目前均是多種收費方式并存的情況，但不停車電子收費必然成為未來收費方式的主流發(fā)展方向，世界各國均在努力發(fā)展適合本國國情的不停車收費系統(tǒng)，并在努力促使其標(biāo)準(zhǔn)化。在國際上，美國、歐洲、日本很早就針對不停車收費系統(tǒng)中的研發(fā)技術(shù)、工程實施、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行了深入研究。在美國，電子不停車收費方式已經(jīng)成為美國回收公路投資和養(yǎng)護費用的高效率手段，最著名的聯(lián)網(wǎng)運行電子不停車收費系統(tǒng)是EZpass系統(tǒng)。葡萄牙的Via Vance電子收費系統(tǒng)可以算作歐洲具有代表意義的聯(lián)網(wǎng)電子收費系統(tǒng)之一，事實已證明，Via Vance電子收費系統(tǒng)是既有利于道路使用者又有利于道路運營商的有效收費手段。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）、歐洲準(zhǔn)化委員會（CEN）也在開展不停車收費領(lǐng)域的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化工作。其次，聯(lián)網(wǎng)收費項目已經(jīng)成為國內(nèi)、國際不停車收費的主流方向，但在電子收費系統(tǒng)從引進(jìn)我國到實施，經(jīng)過了一段時間的實踐，目前也取得了一定的進(jìn)展。如今國內(nèi)的ETC系統(tǒng)采用的基本都是基于DSRC技術(shù)的不停車收費系統(tǒng)。由于早期的不停車收費系統(tǒng)的引進(jìn)采取公路管理部門自主引進(jìn)的方式，沒有一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各個地區(qū)不停車收費系統(tǒng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不盡相同。至于車道結(jié)構(gòu)、通信網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控系統(tǒng)等等更是各行其是。至今我國的基于DSRC的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也還在制定和完善中，仍未公布。如今，我國公路收費系統(tǒng)從各路段獨立收費的狀態(tài)步入了聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一收費、通行費多業(yè)主拆分的時代。在實施區(qū)域聯(lián)網(wǎng)收費的進(jìn)程中，標(biāo)準(zhǔn)的不一致，協(xié)調(diào)上的困難，使我國的不停車收費系統(tǒng)逐漸暴露出了一些問題:1）各個城市的不停車收費系統(tǒng)需要在地區(qū)內(nèi)得以統(tǒng)一，比如說首先在省的范圍內(nèi)。這就需要擴大規(guī)模，路網(wǎng)規(guī)模的擴大，將導(dǎo)致ETC系統(tǒng)規(guī)模的擴大，使一次性投資增加，周期更長，風(fēng)險更大。2）現(xiàn)有的不停車收費系統(tǒng)造價比較高，許多關(guān)鍵的設(shè)備需要引進(jìn)。3）國內(nèi)己建的收費站中，大多數(shù)的入口收費站和出口收費站的交通量小，車道數(shù)量少，如果考慮單獨辟出一條專用的ETC車道在建設(shè)上比較困難，在利用率上又不夠經(jīng)濟?？傊覈腅TC項目進(jìn)展并不順利，有些大項目碰到了很復(fù)雜的協(xié)調(diào)問題，有些項目正式運行后因多種原因無法擴大規(guī)模，用戶群較小。與半自動收費方式相比，電子收費系統(tǒng)的運行市場化特色更濃一些，要求運營公司有很高的商業(yè)運作能力。在現(xiàn)階段，各方面的精力主要集中在人工半自動的區(qū)域聯(lián)網(wǎng)收費工作上。1.3 GPS收費系統(tǒng)的原理與特點電子收費技術(shù)從實現(xiàn)的技術(shù)手段上可分為3種：短程無線通信（Dedicated Short-Range Communication，DSRC）電子收費技術(shù)，車牌識別 （Automatic Number Plat recognition，ANPR）電子收費技術(shù)及衛(wèi)星定位（Vehicle Positioning System，車輛定位系統(tǒng)）電子收費技術(shù)。1.3.1 DSRC電子收費技術(shù)1. DSRC電子收費技術(shù)的定義DSRC電子收費技術(shù)是近幾年國際上比較成熟的收費技術(shù)。它是利用安裝在路側(cè)的路邊設(shè)備 （R0adSaid Unit，簡稱RSU）與行駛在收費道路的車輛上的車載裝置（OnBoard Unit，簡稱OBU）聯(lián)系起來，司機不停車、不使用現(xiàn)金而支付通行費用的一種收費技術(shù)。它可以應(yīng)用在城市道路收費、公路收費及大橋和隧道收費中。 2. DSRC電子收費系統(tǒng)的構(gòu)成DSRC電子收費系統(tǒng)包括前端系統(tǒng)和后臺系統(tǒng)組成：其中前端系統(tǒng)包括OBU車載單元、DSRC路邊設(shè)備、車輛分類系統(tǒng)、執(zhí)法系統(tǒng)等；后臺系統(tǒng)主要實現(xiàn)車輛通行費的結(jié)算、清分等功能。3. DSRC電子收費系統(tǒng)的工作原理整個DSRC電子收費系統(tǒng)大致的運行過程是：1）用戶前往發(fā)行安裝部門，申請安裝車載裝置，預(yù)繳通行費或設(shè)立事后付費帳戶，相應(yīng)的信息被存入車載裝置中，然后該車便可以上路行駛。2）在進(jìn)入收費站時，車輛按規(guī)定限速通過收費車道。DSRC路邊設(shè)備通過天線與車載單元進(jìn)行雙向通信，收費操作在通信的過程中同時完成。收費操作的具體步驟包括根據(jù)車型按照收費標(biāo)準(zhǔn)確定收費額、核對余額、帳號信息、有關(guān)結(jié)果通知對方等。如果一切無誤（剩余余額充足或帳號有效時），則正常結(jié)束收費操作（改寫余額、記帳等）。否則（剩余余額不足或帳號無效時）啟動執(zhí)法系統(tǒng)記錄其車輛號碼，以保證通行費最終能被征收，不致流失。3）每次收費操作，都需將收費操作的相關(guān)信息遞交后臺系統(tǒng)，后臺系統(tǒng)對這些信息按照不同類別分別進(jìn)行處理。正常收費信息可以積累匯總，產(chǎn)生相應(yīng)的收入報告，同時，事后付款方式的收費數(shù)據(jù)將定時（或?qū)崟r）遞送給后臺系統(tǒng)，以便生成轉(zhuǎn)帳清單向金融機構(gòu)請求支付。不正常收費信息將立即通知執(zhí)法系統(tǒng)，以確保統(tǒng)一及時處理。后臺系統(tǒng)除了接收收費車道呈遞的信息外，還向收費車道發(fā)送相關(guān)信息，如收費標(biāo)準(zhǔn)、帳號“黑名單”等。 4）在系統(tǒng)中，金融機構(gòu)負(fù)責(zé)提供金融服務(wù)，包括管理事后付款帳戶及收費帳戶，處理各種轉(zhuǎn)帳、清帳事務(wù)，還參與車載裝置的發(fā)行、安裝。同時，它也向系統(tǒng)提供一定的信息，如不良信息帳號的“黑名單”業(yè)務(wù)結(jié)算結(jié)果等。4. DRSC 優(yōu)缺點DRSC電子收費是利用安裝在路側(cè)的路邊設(shè)備 （RSU）與行駛在收費道路車輛上的車載裝置（OBU） 聯(lián)系起來，司機不停車、不使用現(xiàn)金而支付通行費用的一種收費技術(shù)。它具有如下優(yōu)點： 1）收費精確。對于采用DSRC電子收費技術(shù)組成的道路收費系統(tǒng)，它可以對通過設(shè)有天線的收費站點的車輛進(jìn)行精確收費、誤差極小、并可以結(jié)合圖像抓拍等技術(shù)，對于未安裝車載裝置（OBU）的車輛進(jìn)行嚴(yán)格控制。 2）技術(shù)成熟，系統(tǒng)完整性好。DSRC電子收費系統(tǒng)是經(jīng)過多年發(fā)展的成熟技術(shù)。在采用該技術(shù)的條件下，道路收費系統(tǒng)可以適應(yīng)多種實際應(yīng)用要求，包括多種費用支付要求，且系統(tǒng)靈活性好，可以與其它應(yīng)用比較密切地結(jié)合。 同時存在以下不足： 1）系統(tǒng)的前期投資大。該技術(shù)要求用戶在相應(yīng)的車輛上安裝車載OBU，導(dǎo)致前期投資比較大。一般單片式OBU價格為200300元，雙片式則多達(dá)500元左右。 2）違章處理弊端。要求用戶必須安裝OBU，否則按違章車輛處理。用戶的配合問題也是該系統(tǒng)有效實施的關(guān)鍵。3）需要安裝龍門架。一方面增加大量投資，另一方面，如果是在城市道路上會有礙市容，同時在市區(qū)中安裝龍門架存在地理位置限制、影響交通等問題1.3.2 ANPR電子收費技術(shù) 1ANPR電子收費技術(shù)的定義 車牌識別技術(shù)（Automatic Number Plate Recognition，簡稱ANPR）是基于圖像處理與光學(xué)字符識別（OCR）的汽車牌照自動識別技術(shù)，主要運用“不同車輛不同牌照”的思想概念來識別車輛。ANPR電子收費技術(shù)是指在收費區(qū)內(nèi)不設(shè)收費站，司機或者車主需要預(yù)先預(yù)付交通道路通行費，并將汽車牌照輸入到計算機的數(shù)據(jù)庫中。當(dāng)車輛行使到收費區(qū)及出口時，系統(tǒng)利用車牌識別攝像機拍攝車輛照片，并將圖片傳輸至中心，通過ANPR軟件自動識別車輛，并與計算機數(shù)據(jù)庫內(nèi)的交款車輛進(jìn)行比對，已付款的車輛進(jìn)行核銷，未付款的車輛會被記錄下來，待工作人員核實之后，就會送出罰單。 2ANPR電子收費系統(tǒng)的構(gòu)成 ANPR電子收費系統(tǒng)由前端采集系統(tǒng)和后臺收費管理系統(tǒng)組成。前端采集系統(tǒng)包括視頻攝像機（獲取車輛圖像）和照明燈（用于拍攝光源補充）以及相應(yīng)的視頻傳輸設(shè)備等，后臺收費管理系統(tǒng)主要實現(xiàn)車輛通行費的管理等功能。3ANPR電子收費系統(tǒng)的工作原理整個ANPR電子收費系統(tǒng)的工作流程如下： 1）司機或者車主需要通過通行費支付系統(tǒng)預(yù)先預(yù)付交通道路通行費。預(yù)付手段有4種：路側(cè)自助付費，因特網(wǎng)付費，手機付費和特約銀行付費。在付費的同時需要將車主自己的車牌號碼輸入收費管理系統(tǒng)中，以便保存到相應(yīng)的車牌數(shù)據(jù)庫中。 2）當(dāng)車輛行駛到收費區(qū)內(nèi)及出入口時，ANPR電子收費系統(tǒng)就利用安裝在收費區(qū)域邊緣（出入口）的固定視頻攝像機或移動視頻攝像機拍攝通過的車輛照片并通過一定傳輸線路將視頻流傳至收費管理中心。 3）收費管理中心通過ANRP軟件讀取圖像、識別車牌以及與數(shù)據(jù)庫內(nèi)交款車輛的車牌進(jìn)行匹配，已付款的車輛進(jìn)行核銷，未付款的車輛會被記錄下來，待工作人員核實之后，就會送出罰單。對于那些不能識別的車牌將有中心系統(tǒng)通過人工的辦法來識別，對于那些未付款的車輛將會保存它進(jìn)入收費區(qū)域配有時間、日期以及位置的圖片，以便作為處罰的證據(jù)。 4. ANPR電子收費系統(tǒng)概況 車牌識別技術(shù)在道路收費的應(yīng)用主要是輔助收費系統(tǒng)的執(zhí)法功能，在半自動收費和電子收費中都是利用ANRP來實現(xiàn)逃費抓拍系統(tǒng)（Video Enforcement System，簡稱VES），而真正采用ANPR作為一種收費技術(shù)是2003年2月倫敦市政府在中心區(qū)實施道路擁擠收費。除倫敦外，采用相似技術(shù)的有安大407ETR（Expos Tol Route）電子收費系統(tǒng)以及英國Darford橋梁電子收費系統(tǒng)。隨著車牌識別精度的改善，相信這種收費技術(shù)將會有越來越大的發(fā)展空間。同樣，車牌識別技術(shù)在我國道路收費的應(yīng)用主要是輔助收費系統(tǒng)的執(zhí)法功能，在半自動收費和電子收費中都是利用ANRP來實現(xiàn)逃費抓拍系統(tǒng)。但是倫敦?fù)頂D收費已經(jīng)在我國引起強烈反響，我國的北京、上海、廣州、南京、深圳等城市已經(jīng)開展了城市擁擠收費的研究，相信ANPR電子收費技術(shù)在不久的將來會有助于解決中國城市擁擠問題。5. ANPR電子收費技術(shù)的優(yōu)缺點 ANPR電子收費技術(shù)適用于預(yù)交費的情況，可實行對經(jīng)過的車輛進(jìn)行自動扣款收費，能實現(xiàn)不停車收費，它有如下特點： 1）ANPR收費系統(tǒng)只需在固定識別點安裝攝像機（需要配套的支撐裝置，如電線桿），路側(cè)設(shè)施投人相對比較少，且ANPR收費技術(shù)不需要安裝車載設(shè)備，減免了道路收費用戶的投人； 2）通過ANPR軟件識別車牌并能添加相應(yīng)的時間、地點信息，便于按里程、滯留收費。同時存在以下弊端： 1）自動車牌識別技術(shù)雖然發(fā)展的時間比較長，但是識別率不高，是制約ANPR收費的關(guān)鍵所在；2）車牌識別技術(shù)的性能指標(biāo)（識別率）不能滿足道路收費的實際需要，系統(tǒng)的穩(wěn)定性需要進(jìn)一步提高； 3）運營管理復(fù)雜，不能完成現(xiàn)場扣款； 4）天氣對攝像機捕獲車輛圖像的影響比較大； 5）ANPR收費系統(tǒng)功能擴展性是有限的。1.3.3 基于GPS的不停車收費技術(shù)1. 基于GPS的不停車收費技術(shù)的定義 它利用衛(wèi)星定位系統(tǒng)（Global Positioning System，簡稱GPS）及全球移動通信系統(tǒng)（Global System for Mobile Communication，簡稱GSM），通過與車載裝置的通信，進(jìn)行不停車收費。2. 基于GPS的不停車收費技術(shù)的構(gòu)成 該系統(tǒng)包括GPS接收裝置,用于接收GPS數(shù)據(jù), 定位車輛; 電子地圖及數(shù)據(jù)庫, 其中包含所有收費高速公路及其出口的空間位置信息及高速公路段落名稱、段落長度、所屬業(yè)主及收費標(biāo)準(zhǔn)等屬性信息;繳費卡,可持卡繳費及傳遞數(shù)據(jù)。3. 工作原理基于衛(wèi)星定位和無線接入技術(shù)的新一代收費系統(tǒng)，通過自動記錄車輛行駛的位置和里程，綜合考慮道路收費車輛參數(shù)和道路收費因素，自動計算車輛的通行費，由無線傳輸網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞召M管理中心，根據(jù)相關(guān)公路收費政策，對車輛收取通行費。衛(wèi)星定位收費系統(tǒng)包括智能車載收費設(shè)備（OBU）、稽查系統(tǒng)、管理中心3大部分組成，共同組成1個完整的衛(wèi)星定位收費網(wǎng)絡(luò)，如圖1-2所示。 圖1-2 衛(wèi)星定位網(wǎng)絡(luò)收費圖該系統(tǒng)通過GPS接收衛(wèi)星信號定位車輛當(dāng)前位置,定位數(shù)據(jù)與電子地圖結(jié)合應(yīng)用路徑辨識算法等判斷車輛當(dāng)前位置是否屬于收費高速公路,如位于收費公路,記錄虛擬入口時間、入口站號,接著等待出口,通過GPS定位當(dāng)汽車離開公路時記錄出口時間,出口站號,通過入口站號與出口站號到數(shù)據(jù)庫中查詢其它屬性信息,并增加收費記錄。費用支付可采用實時支付或先使用后支付兩種方式。實時支付可用繳費卡與車載裝置相連,當(dāng)車輛駛離高速公路時,實時扣取繳費卡中的相應(yīng)費用,余額不足限定值時提示充值;先使用后付費方式可定期到指定機構(gòu)交納費用。無論哪種收費方式均可在繳費時傳遞收費數(shù)據(jù), 然后依據(jù)收費數(shù)據(jù)通過銀行或指定收費機構(gòu)對收繳費用進(jìn)行劃分。定期對收費數(shù)據(jù)備份和更新電子地圖及數(shù)據(jù)庫。4. 系統(tǒng)特點（1）適用性好基于GPS的不停車收費系統(tǒng)利用現(xiàn)有車道即可, 不需要對車道改進(jìn), 不受道路擴寬, 增加車道等的影響,為采用該收費方式的汽車專留一個車道, 未安裝該種收費系統(tǒng)的車輛走人工收費車道, 隨著該收費方式的普及, 逐漸取消所有人工收費車道。整個過程全部利用現(xiàn)有車道。另外由于該系統(tǒng)不需要在道路上建設(shè)收費設(shè)施, 因而不受道路施工的影響。當(dāng)整個路網(wǎng)有新建高速公路時, 更新電子地圖數(shù)據(jù)庫即可。（2）可移植性強該收費系統(tǒng)在小范圍內(nèi)實驗成功后可快速進(jìn)行大規(guī)模推廣, 有利于自動收費系統(tǒng)的快速發(fā)展?？墒紫葘σ粋€小行政區(qū)內(nèi)車輛進(jìn)行實驗, 實驗成功后, 大范圍效仿相同方式進(jìn)行即可。具有建設(shè)周期短, 硬件設(shè)施投入少, 易于大規(guī)模推廣的特點。（3）可擴展性好該收費系統(tǒng)可與GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)共同開發(fā),并可進(jìn)行功能擴展, 提供其它服務(wù)功能, 如車輛跟蹤、信息查詢、出行路線規(guī)劃等。在日本超過60%的新車出廠時就已安裝了車輛導(dǎo)航系統(tǒng), 可以預(yù)見, 隨著更多汽車企業(yè)的介入,導(dǎo)航產(chǎn)品市場將逐漸成熟, 導(dǎo)航產(chǎn)品前景廣闊, 與GPS相關(guān)的其它服務(wù)功能正在悄然興起, 基于GPS的收費系統(tǒng)與GPS服務(wù)產(chǎn)品共同開發(fā)將更能調(diào)動道路使用者的積極性。 5. 基于GPS的不停車電子收費技術(shù)的優(yōu)缺點 基于GPS的不停車電子收費技術(shù)是利用GPS及GSM，通過與車載裝 置OBU的通信，進(jìn)行不停車收費。它的特點如下： 1）GPS電子收費系統(tǒng)可以將路旁設(shè)備降低到很少，無需龍門架，不會因為安裝龍門架而影響市容美觀和道路交通，更適合于城市道路有效空間的利用。同時降低了設(shè)備的投資，在地理位置受限制的地方，這種技術(shù)的優(yōu)勢更為明顯。 2）提供靈活的收費區(qū)域定義和靈活的費用支付。DSRC收費技術(shù)在土地使用模式發(fā)生變化、收費區(qū)域需要改變時，克服傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施改變存在比較大的困難。而GPS通過改變虛擬收費點的定義，非常容易實現(xiàn)。3）車載裝置可由市場直接提供，GPRSGSM以及GPS技術(shù)規(guī)格己標(biāo)準(zhǔn)化，很多廠商具有生產(chǎn)制造能力，系統(tǒng)供應(yīng)商較難壟斷車載設(shè)備市場，故很容易跨平臺或系統(tǒng)使用。 4）車載裝置不僅是用作支付收費道路通行費的工具，它只要載人相關(guān)的應(yīng)用軟體，即可產(chǎn)生多用途，如：車載導(dǎo)航，車隊管理，移動商務(wù)，車輛保全，交通信息等。 5）車載裝置易擴展為移動商務(wù)基礎(chǔ)平臺的終端設(shè)備，并衍生其它商機。 6）具有長距離通信的優(yōu)點，收費機制較不受空間限制，容易實時地在整個區(qū)域內(nèi)按里程收費及實施匝道收費，具備收費策略調(diào)整彈性。 同時基于GPS的不停車收費技術(shù)存在以下不足： 1）用戶的OBU成本高，如果由此造成用戶的數(shù)量減少，可能影響系統(tǒng)的有效運行。2）車載電子地圖的更新復(fù)雜。 3）如果系統(tǒng)設(shè)計得不合理，將會涉及到用戶的隱私問題，這是很多國家暫時不考慮這種方式的一個原因。 4）在技術(shù)上，相對于DSRC電子收費技術(shù)要新。GPS技術(shù)是成熟的，但應(yīng)用在不停車收費方面比較少。在城市道路中GPS定位信號容易受到建筑物的阻擋，影響車輛的定位，需要輔助系統(tǒng)支持。 5）GPS電子收費系統(tǒng)的運營需要配套法規(guī)、政策和嚴(yán)厲的懲罰制度，特別是針對那些“違規(guī)車輛”以及故意損壞車載裝置的行為。 1.3.4 DSRC、ANPR和基于GPS的電子收費技術(shù)的性能比較及分析DSRC收費技術(shù)、ANPR收費技術(shù)及VPS收費技術(shù)，這3種電子收費技術(shù)都各有自己的優(yōu)缺點。下面將從路側(cè)設(shè)施成本、車載裝置成本、技術(shù)成熟性、收費準(zhǔn)確率、按車型收費、按里程或滯留收費、電磁干擾、景觀影響、天氣影響、外埠車輛收費、功能擴展、兼容性和可維護性等方面來比較，見表1-1。表 1-1 三種收費技術(shù)的性能比較特性指標(biāo)DRSC收費技術(shù)ANPR收費技術(shù)GPS收費技術(shù)路側(cè)設(shè)備成本高較低不需要車載裝置成本較低（約500元）不需要高（約5000元）技術(shù)成熟性成熟比較成熟不成熟收費準(zhǔn)確率高一般高按車型收費好差好按里程、滯留收費一般好好電磁干擾有無有景觀影響有有無天氣影響無嚴(yán)重?zé)o 運營管理簡單復(fù)雜（不能完成現(xiàn)場扣款）簡單外埠車輛收費方便不方便比較方便功能擴展寬窄寬兼容性較差一般好可維護性較差一般好DSRC電子收費技術(shù)和基于GPS的不停車收費技術(shù)主要應(yīng)用于公路收費，而ANPR電子收費技術(shù)主要用于城市擁擠收費。由以上3種收費技術(shù)的原理及技術(shù)性能比較分析可知：1） ANPR電子收費技術(shù)不成熟、且車牌識別精度不高，是制約這種技術(shù)發(fā)展的最大障礙。 2） DSRC電子收費技術(shù)成熟、且廣泛使用，但需要高額費用來建設(shè)、維護路邊設(shè)備。 3） 基于GPS的不停車收費技術(shù)比較新、且車載裝置投人較高，但其靈活的收費區(qū)域定義和費用支付方式及毋需建設(shè)龍門架等路邊設(shè)備已受到全球的關(guān)注。 4）對一個較大范圍的路網(wǎng)進(jìn)行收費，基于GPS的不停車收費技術(shù)則可能較合適。以德國為例，其實施的貨車收費系統(tǒng)將按其行駛里程與重量來計算應(yīng)繳的道路通行費，由于其收費范圍較大，收費點分布較廣，采用DSRC電子收費技術(shù)的難度較大，費用也高，VlX3可能是較好的選擇。對一條相對獨立的收費公路，橋梁或隧道而言，DSRC電子收費技術(shù)可能是最佳選擇，它用在類似新加坡的較小范圍且單一、集中的市區(qū)道路收費也很合適。 5）由于收費分區(qū)與計價方式復(fù)雜，這類系統(tǒng)通常必須具備一套全國性或區(qū)域性的收費系統(tǒng)。再進(jìn)一步設(shè)想，對于一個收費區(qū)的不同道路按不同道路的等級實施差別費率時，基于GPS的不停車收費技術(shù)則更具有優(yōu)勢。1.4本文研究內(nèi)容及結(jié)構(gòu)基于GPS的不停車收費技術(shù)代表著未來道路收費的發(fā)展方向，精確的地圖匹配決定該收費系統(tǒng)能否實現(xiàn)成功收費。本文概述了各種常用的地圖匹配算法，并就各種地圖匹配算法進(jìn)行系統(tǒng)的分析和對比，在此理論基礎(chǔ)上，提出基于GPS的不停車收費系統(tǒng)的地圖匹配算法，本文以自駕車從黃島到濟南為例，對收費用地圖中的關(guān)鍵點即收費點進(jìn)行定義，并提出了一種專門用于收費的地圖匹配算法。具體內(nèi)容如下：1. 基于GPS的不停車收費系統(tǒng)的原理和特點概述，并就各種ETC技術(shù)對比分析。2. 系統(tǒng)的提出各種地圖地圖匹配技術(shù)。3. 以黃島前往濟南為例，對基于GPS地圖進(jìn)行重新定義，并給出了新的地圖匹配算法。4總結(jié)。青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 地圖匹配技術(shù) 2 地圖匹配技術(shù)2.1 地圖匹配的基本原理將用導(dǎo)航定位方法得到的車輛位置或行駛軌跡與車載的電子地圖道路數(shù)據(jù)相比較、匹配，從而找到車輛所在的道路，并且顯示出車輛的實時位置的軟件修正技術(shù)叫地圖匹配（Map Matching，MM）。地圖匹配過程可分為兩個相對獨立的過程:1）尋找車輛當(dāng)前行駛的道路；2）將當(dāng)前定位點匹配到車輛行駛的道路上。地圖匹配的兩個條件是高精度的數(shù)字地圖和車輛在路網(wǎng)中行駛。如果條件成立，就可以把定位數(shù)據(jù)和車輛運行軌跡同數(shù)字化地圖所提供的道路位置信息相比較，通過適當(dāng)?shù)钠ヅ溥^程確定出車輛最可能的行駛路段以及車輛在該路段中的最大可能位置。反之，則地圖匹配將產(chǎn)生錯誤的位置輸出，并可能導(dǎo)致系統(tǒng)性能的嚴(yán)重下降。一般認(rèn)為用于匹配的數(shù)字地圖誤差不應(yīng)超過15m。由于陸地車輛在除了進(jìn)入停車場等之外的決大多數(shù)時間都位于道路網(wǎng)絡(luò)中，因此使用地圖匹配技術(shù)的條件是滿足的。在圖2-1中，點A、B、C都是GPS觀測點，顯然這些觀測點都沒有準(zhǔn)確的定位在道路上，地圖匹配的任務(wù)就是通過一定的方法將這些點校正到道路的中心線上?，F(xiàn)在地圖匹配的算法有很多，但根據(jù)利用信息不同，大體上可以歸結(jié)為兩大類：1） 基于幾何信息的地圖匹配方法；2） 基于拓?fù)潢P(guān)系的地圖匹配方法?；趲缀涡畔⒌牡貓D匹配方法有三類：點到點的匹配；點到線的匹配；線到線的匹配。前兩種可視為搜索問題，最后一種可視為統(tǒng)計估計問題。圖2-1 地圖匹配示意圖1）點到點的匹配點到點的匹配就是搜索地圖數(shù)據(jù)庫中的節(jié)點、形狀點或自定義的點距離GPS觀測點最近的點作為匹配點。該方法簡單易行，實現(xiàn)快速，但是匹配結(jié)果與路段上待匹配的點集關(guān)系密切，待匹配的點越多，匹配效果越好。匹配形式如圖2-2顯示。圖2-2 點到點的匹配在圖4-2中，A1、A2、A3、A4、A5、B1、B2、B3都是GPS觀測點P的待匹配點。從圖中可以看出，距離PA3是最短的，按照點到點匹配方法，應(yīng)該將車輛匹配到A3點，但從圖中直觀看出，P點匹配到線段B上似乎更為合理些，因為P更靠近線段B。缺點在于匹配點少時匹配結(jié)果不準(zhǔn)確。2）點到線段的匹配點到線段的匹配就是搜索所有可能的線段，以GPS觀測點到線段距離為判斷依據(jù)，觀測點到條線段距離最近的那條線段作為匹配路段，觀測點到匹配路段的投影點即為匹配點。這種方法同樣比較簡單，也很直觀，但該方法得到的結(jié)果的不足在于匹配結(jié)果會出現(xiàn)來回擺動的情況，當(dāng)GPS觀測點距離多條路段的距離相等時就無法進(jìn)行路段匹配了，匹配形式如圖2-3所示。圖2-3點到線段的匹配在圖4-3中，P1、P2、P3、P4是連續(xù)的GPS觀測點，它們的匹配結(jié)果是這樣的：（P1B1），（P2A1），（P3A2或P3B2），（P4B3）。可以看出，匹配結(jié)果出現(xiàn)了在線段A、B間搖擺的情況，還有觀測點P3無法確定匹配點。點到點的匹配、點到線的匹配都是僅僅利用了當(dāng)前觀測點位置進(jìn)行匹配，沒有充分利用歷史和未來的觀測點位置，有很大的局限性。3）線到線的匹配線到線的匹配就是將一系列GPS觀測點擬合到道路網(wǎng)相應(yīng)的路段中，擬合的標(biāo)準(zhǔn)就是觀測點形成的折線到路段之間的距離，距離最短的為匹配路段。連線間的距離可以有很多種定義的方式，如定義兩折線X、Y的距離為取它們間最近點的距離，即。匹配的示意圖如圖2-4（a）所示。圖2-4 線到線的匹配（a）在圖2-4（a）中，GPS觀測點出現(xiàn)了一個離群點P，按照上述的匹配方法，GPS觀測點被匹配到路段B上，這顯然不合理，合理的匹配應(yīng)該被匹配到線段A上。兩折線間距離的定義還可以如下，按照這樣距離計算方式同樣也會出現(xiàn)像圖2-4（b）那樣的錯誤匹配了。圖2-4（b） 線到線的匹配在圖2-4（b）中，待匹配路段A的坐標(biāo)為（6t，6），待匹配路段B的坐標(biāo)為（3，6t），GPS觀測點連線的線段P的坐標(biāo)為（6t，3）。按照上述距離計算方式，至于的計算，如果距離定義有正負(fù)定義（定義線一側(cè)的點到線的距離為正，則另一側(cè)的點到線的距離就為負(fù)），則；如果距離定義是取絕對值，則通過計算可得。按照匹配方法，就要選擇B為匹配路段了，但從圖上直觀的看，選擇A作為匹配路段似乎更為合理。在圖中，P的長度為6，如果要求以使得GPS觀測點正確的被匹配到A上，通過計算，P的長度至少是15，這顯然延遲太大，達(dá)不到實時校正車輛位置并正確顯示的要求。上述的三種地圖匹配方法相對來說都是計算簡單，僅利用了數(shù)字地圖的單一信息，不能保證任何時候都能得到正確的匹配結(jié)果，無法滿足真正地圖匹配的要求，因此根據(jù)這三種基本地圖匹配方法衍生出來了許多比較實用的地圖匹配算法。2.2 常用地圖匹配算法地圖匹配的常用算法有很多，比如最短距離算法、基于拓?fù)潢P(guān)系的算法、概率統(tǒng)計算法、模糊邏輯算法、相關(guān)性算法等等。下面對其中的幾種進(jìn)行簡要分析。2.2.1 最短距離算法最短距離法是一種基礎(chǔ)的匹配方法。該方法根據(jù)道路屬性，預(yù)先設(shè)置一個匹配閾值，在數(shù)字地圖數(shù)據(jù)庫中的所有或部分路段中，計算當(dāng)前獲取的GPS數(shù)據(jù)與各道路路段之間的距離以及GPS數(shù)據(jù)在該道路路段上的最短距離點，將在閾值范圍內(nèi)各路段的匹配距離進(jìn)行比較，得到一條距離最短的路段，則該道路為GPS點的匹配路段，該最短距離點為GPS點的匹配點。最短距離法簡單易行，能在很大程度上消除地圖匹配中各種誤差產(chǎn)生的影響，但它沒有考慮GPS數(shù)據(jù)接收中的各種情況及道路的地形特征，通常作為一種基本方法，與其他匹配方法結(jié)合來得到好的效果。2.2.2 概率統(tǒng)計算法基于概率統(tǒng)計的地圖匹配同樣是一種基礎(chǔ)的匹配方法。概率統(tǒng)計算法的基本思想是根據(jù)GPS接收到的數(shù)據(jù)，首先設(shè)置一個置信區(qū)域，并從中提取用以匹配的道路位置信息，依據(jù)已有匹配結(jié)果的概率統(tǒng)計，經(jīng)過比較判斷，確定車輛在這一置信區(qū)域內(nèi)的匹配路段?；谡`差模型，根據(jù)接收的GPS定位數(shù)據(jù)建立緩沖區(qū)。按照統(tǒng)計理論，定位誤差橢圓可推導(dǎo)如下: （2-1） （2-2） （2-3）其中，是橢圓長半軸取向與正北方向的夾角，a和b是誤差橢圓的長、短軸，和分別是GPS東向和北向測量誤差的標(biāo)準(zhǔn)差，是協(xié)方差，是單位權(quán)值的后驗方差。通過改變的值來調(diào)整誤差橢圓的大小，獲得不同的可信度。在車輛導(dǎo)航系統(tǒng)中，利用GPS的接收模塊的參數(shù)來定義誤差橢圓。誤差橢圓的定義如圖2-5所示。圖2-5 誤差橢圓的定義該算法利用誤差橢圓確定了誤差區(qū)域，以便從數(shù)字地圖數(shù)據(jù)庫中提取候選路段的信息，從而減少候選路段的數(shù)目，縮短地圖匹配的計算時間，但它沒有歷史信息進(jìn)行有效利用，當(dāng)?shù)缆份^為密集的時候，可能會出現(xiàn)匹配點在幾條路段間反復(fù)跳躍的情況，與基于拓?fù)潢P(guān)系的地圖匹配方法相結(jié)合能得到較好的效果。2.2.3 基于拓?fù)潢P(guān)系的算法拓?fù)淇臻g關(guān)系是一種對空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行明確定義的數(shù)學(xué)方法。GIS中，常將空間事物抽象成點、線、面等幾何要素，并在點、線、面之間建立拓?fù)潢P(guān)聯(lián)關(guān)系。具有拓?fù)湫畔⒌氖噶繑?shù)據(jù)是網(wǎng)絡(luò)分析必要的數(shù)據(jù)來源。數(shù)字地圖數(shù)據(jù)包含：1）節(jié)點：表示空間對象所在的位置，或者線段的起始、終止點，它具有特定的拓?fù)湫再|(zhì)。2）形狀點：表示線、面經(jīng)過的點，不具拓?fù)湫再|(zhì)。3）線（弧線）：起始與終止點為節(jié)點、并且具有若干形狀點的有序點集。4）面：由若干弧線相連的封閉曲線圍成的區(qū)域稱為面，面以弧線的形式表示，但通過代碼與弧線區(qū)別，且其內(nèi)部填充方式可以設(shè)置。建立道路網(wǎng)拓?fù)潢P(guān)系的一般步驟為：1）數(shù)據(jù)預(yù)處理：數(shù)據(jù)壓縮（剔除冗余數(shù)據(jù)，提高計算速度）和自動斷鏈（使整幅圖圖形無相交或自相交鏈）。2）結(jié)點匹配：建立點、弧段關(guān)聯(lián)關(guān)系。3）追蹤多邊形：以左轉(zhuǎn)算法或右轉(zhuǎn)算法跟蹤，生成多邊形，建立多邊形與弧段的關(guān)系。4）多邊形嵌套關(guān)系的生成，建立多邊形嵌套關(guān)系樹，即找出多邊形包含的“島嶼”，建立多邊形與多邊形之間的關(guān)系。5）具有嵌套關(guān)系多邊形的關(guān)聯(lián)弧段的左右面的編號調(diào)整及多邊形內(nèi)點自動生成?；谕?fù)潢P(guān)系的匹配算法是在道路層網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進(jìn)行的，是利用歷史軌跡對地圖數(shù)據(jù)庫的道路信息進(jìn)行實時的模式識別的一種方式。拓?fù)潢P(guān)系在電子地圖中一般是指節(jié)點和路段之間的拓?fù)潢P(guān)系。在一段時間內(nèi)，車輛行駛的區(qū)域是有限的，而且這個區(qū)域的道路也是有限的，因此在區(qū)域中建立的道路實體對也是有限的。電子地圖足夠精確并且具有路網(wǎng)拓?fù)渫暾允堑貓D匹配能夠正常工作的前提。由于受車輛速度的限制，在一定的時間內(nèi)，車輛只能駛經(jīng)有限的路段上。如下圖2-6所示，假設(shè)當(dāng)前時刻車輛行駛在道路1上，由于速度等各種因素的存在，在下一時刻，車輛只可能出現(xiàn)在道路2、道路3或道路4上，即與道路1相連的道路鏈上，不可能直接跳到道路5或道路6上，如下圖2-6所示。圖2-6 道路拓?fù)潢P(guān)系基于拓?fù)潢P(guān)系的算法通過對前一次匹配結(jié)果和車輛前進(jìn)方向的分析，利用道路層的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系，來確定當(dāng)前車輛的匹配位置。但是，這種方法也僅利用了電子地圖的單一信息，同時，其匹配效果有時也會受到拓?fù)潢P(guān)系質(zhì)量的影響，空間拓?fù)浞秶酱?，匹配效果就越差?.3 地圖匹配方法分析最短距離投影法邏輯簡單、速度快、實時性好、所需內(nèi)存空間少，但它沒有考慮GPS數(shù)據(jù)接收中的各種情況及道路的地形特征，通常作為一種基本方法，與其他匹配方法結(jié)合能得到較好的效果。概率統(tǒng)計算法考慮了道路的地形特征，與其他方法結(jié)合能較好的解決匹配時道路中的合點與并行路段的問題，缺陷在于沒有充分利用移動目標(biāo)行駛軌跡前后的相關(guān)性?；谕?fù)潢P(guān)系的算法對電子地圖的精確度依賴性太高，而且該算法僅僅建立了結(jié)點與結(jié)點、結(jié)點與道路、道路與道路之間的拓?fù)潢P(guān)系。但在實際的道路通行過程中，還有很多的交通規(guī)則，這些規(guī)則限制了移動目標(biāo)只能在某些道路上運動，而不能在受限制的道路上運動，這些交通規(guī)則我們統(tǒng)稱為交通關(guān)系。兩條道路如果僅僅是物理上連通是不夠的，車輛是否能夠從一條道路運動到另一條道路還要遵守交通規(guī)則。因此，要建立良好的道路拓?fù)潢P(guān)系，還應(yīng)建立完整的交通關(guān)系以符合實際交通情況?；谝陨线@些情況，地圖匹配算法的研究應(yīng)該朝著多手段綜合運用，相互補充、相互完善、精確化方向發(fā)展，對算法本身的準(zhǔn)確性應(yīng)該有一個檢驗機制，以最大程度保證算法的可靠性。2.4 地圖匹配的應(yīng)用在智能交通系統(tǒng)中，車輛控制、緊急救援、路徑誘導(dǎo)、出行信息服務(wù)，公交調(diào)度等各種應(yīng)用都需要精確地位置信息，地圖匹配結(jié)合準(zhǔn)確的空間地圖數(shù)據(jù)對車輛位置信息進(jìn)行校正，為各種智能化應(yīng)用提供準(zhǔn)確的位置信息，使得它們更加可靠。1. 在車輛定位導(dǎo)航系統(tǒng)中的應(yīng)用地圖匹配可以為車輛定位導(dǎo)航系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的位置信息，便于在地圖上正確地顯示車輛位置，向司機提供準(zhǔn)確的行駛指令，并提供給司機從起點到目的地的最短路線，或最短行駛時間的路線，并為司機提供路線周圍大型建筑物如銀行、商店、加油站、旅館等位置信息為用戶的，還為用戶提供道路的擁堵情況，方便用戶及時調(diào)整路線，避免浪費時間和改善交通擁堵情況。2. 在車輛控制中的應(yīng)用地圖匹配由于可以提供比原始數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確的位置信息，所以在車輛安全應(yīng)用方面起到重要作用。例如，地圖匹配可以應(yīng)用于車輛巡航控制（Vehicle Cruise Control）系統(tǒng)中，具有地圖匹配模塊的系統(tǒng)可以根據(jù)電子地圖所表現(xiàn)的路網(wǎng)中道路的曲率和拐點來自動的調(diào)整車輛的巡航速度。另外，精確的地圖匹配還可以應(yīng)用于車道保持（Lane Keeping）技術(shù)。雖然基于圖像識別的車道保持技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，但是由于惡劣天氣對該系統(tǒng)的嚴(yán)重影響使得重新考慮一種新的方法成為一種必要。如果車輛定位精度能夠達(dá)到10cm或者更小，那么當(dāng)高精度的車道級別的地圖出現(xiàn)時，車道保持以及其他安全技術(shù)將會變成可能。毫無疑問，沒有地圖匹配的協(xié)助，這將是個不可能完成的任務(wù)。3. 在道路收費上的應(yīng)用在道路收費問題上，由于衛(wèi)星定位與地圖精度的精確度無法滿足衛(wèi)星收費的技術(shù)要求，因此需要優(yōu)化的地圖匹配方法來使之實現(xiàn)，這是本論文研究的重點。也是下文所要展開研究的問題。青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 基于GPS的不停車收費系統(tǒng)地圖匹配方法 3 基于GPS的不停車收費系統(tǒng)地圖匹配方法3.1基于GPS不停車收費地圖匹配的作用基于GPS的不停車收費系統(tǒng)的匹配方法是通過對GPS采集的位置點信息與收費地圖上的虛擬收費路段進(jìn)行匹配，來判斷當(dāng)前車輛是否在收費路段上行駛，以判斷是否對車輛進(jìn)行收費，若需要進(jìn)行收費，則記錄收費信息和車輛的基本信息并發(fā)送到后臺管理中心進(jìn)行扣費處理。程序在接收到GPS定位數(shù)據(jù)信息后，先做譯碼處理，在提取位置、方向、速度及其他一些環(huán)境數(shù)據(jù)信息，最后將車輛位置信息和收費地圖上路段通過一定的匹配方法進(jìn)行精確地匹配，從而可以清晰區(qū)分收費路段和非收費路段，達(dá)到較準(zhǔn)確地收費效果。GPS的定位精度、電子地圖的繪制精度是影響GPS收費路段匹配準(zhǔn)確性的主要因素。而只有在兩者都達(dá)到一定精度條件下才能進(jìn)行準(zhǔn)確無誤的匹配。但由于高速公路上行、下行車道間距離較小，通常只有5m左右，而目前GPS定位的精度僅在20m左右，此外受車載設(shè)備成本的限制，車載設(shè)備上不可能使用精度非常高的GPS接收機，而且也不可能使用精度非常高的電子地圖。因此單純依靠GPS定位和提高地圖精度，很難區(qū)分上下行兩個距離很近的點，因而對兩條道路匹配混亂，導(dǎo)致收費路徑的錯誤判斷。要想實現(xiàn)定位信息與收費路段的精確匹配，首先要解決的就是地圖匹配問題。3.2 基于GPS的收費地圖的定義衛(wèi)星收費電子地圖不同于一般車載導(dǎo)航所用地圖，這是一種專門用于道路收費的具有特定定義的地圖，該地圖包含收費路段的地理位置信息、形狀數(shù)據(jù)信息、拓?fù)潢P(guān)系數(shù)據(jù)信息和屬性信息等。對于收費用電子地圖來說，基于我國高速公路大多采用封閉式收費系統(tǒng)的特點，即在收費公路所有出入口設(shè)立收費站，高速公路對外界呈“封閉狀態(tài)”，車輛按進(jìn)出收費站出入口進(jìn)行收費，因此車載收費地圖的定義需要圍繞這些特點進(jìn)行定義。收費電子地圖根據(jù)存放位置的不同分為兩部分：一是存儲于車載單元中，對這部分的要求是盡可能的精簡屬性信息，以節(jié)約成本；二是存儲在管理中心數(shù)據(jù)庫中，此部分中包括了GPS定位收費所需要的詳細(xì)全面的地理信息、包括路段編號、路段名稱、路段長度、路段類型、限速、有節(jié)點編號、左節(jié)點編號、高速公路名稱、高速公路公司代碼、收費類型等。3.2.1道路收費地圖收費關(guān)鍵點及收費路段定義本文所描述的車載收費地圖由關(guān)鍵點和關(guān)鍵路段組成的，所謂關(guān)鍵點和關(guān)鍵路段是收費道路上的對道路走向和計費起到關(guān)鍵作用的點和路段。通過對現(xiàn)有高速公路布局和收費情況的分析，我們定義3種類型的關(guān)鍵點和3種類型的路段。入口點、出口點、經(jīng)過點和入口路段、出口路段、經(jīng)過路段。入口點是車輛經(jīng)該點進(jìn)入收費道路的點，和高速公路入口收費站對應(yīng)；出口點是車輛經(jīng)該點離開收費道路的點，和高速公路出口收費站對應(yīng)；經(jīng)過點，對于匝道收費站而言，是匝道和主路的交匯點，該點同時屬于主路和匝道；由此定義入口點和經(jīng)入口匝道與主路交匯的經(jīng)過點組成的路段為入口路段；出口點和經(jīng)出口匝道與主路交匯形成的經(jīng)過點組成的路段為出口路段；經(jīng)過點與經(jīng)過點連接組成的路段為經(jīng)過路段，多個相連接的經(jīng)過路段組成主路路段。3.2.2 主線站出入口特殊處理主線收費站和匝道收費站不同，主線收費站出入口都是在主路上，為定義保持一致需要對主線收費站出入口做特殊處理，添加一個入口路段和出口路段。入口路段是從主線站入口開始沿道路方向在入口和下一個經(jīng)過點的