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原文传递面向复杂城市路网的车辆轨迹匹配方法研究

论文题名：	面向复杂城市路网的车辆轨迹匹配方法研究
关键词：	复杂城市路网;轨迹匹配;隐马尔可夫模型;道路几何特征
摘要：	随着我国智能交通系统的快速发展，全球卫星导航系统的广泛应用为车辆导航及相关位置服务提供了极大的便利，而准确、有效的位置信息也是智能交通系统众多应用实现的关键及基础。无论是对海量轨迹数据进行分析，用以交通流的预测及引导，还是车辆实时定位时，用以纠正位置偏差，车辆轨迹匹配技术都以其成本低、易实现的优点在智能交通系统相关位置服务行业中发挥着不可或缺的重要作用。随着城市路网的日益发达，车辆位置估计的精度往往受复杂特殊路段及环境因素影响而下降，为实现车辆高精度无缝定位过程，多源信息融合辅以轨迹匹配的方式成为了主流，但路网的复杂性及多源信息的不同特点也对车辆轨迹匹配方法提出了新的挑战。　　本论文结合多传感器信息，以复杂城市路网为应用场景，针对复杂特殊路段下轨迹匹配准确率和时间效率二者无法同时兼顾及城市多径效应干扰影响下单一INS轨迹信息无法有效匹配的问题进行了相关研究，旨在提高车辆在复杂城市环境中位置估计的精度。其具体研究内容及创新之处为：　　(1)完成数据预处理工作。包括路网数据的处理，通过收集道路网络信息，进行格式转换，建立空间网格索引，使用分块存储的模式，以便于路网数据的调用及存储。车辆GNSS轨迹数据实时接收及处理，主要针对车载定位装置自身存在误差干扰，且在隧道、树木遮挡影响下定位数据存在较大偏差，依据车辆行驶状态，设定阈值对野值及冗余信息进行剔除，为后续匹配工作的实现奠定基础。　　(2)针对交叉路口、立交桥、平行路段等特殊路段存在的复杂城市路网，以传统HMM轨迹匹配方法为基础，提出改进HMM的车辆轨迹匹配方法。在选取候选路段时，依据车速实时调节误差置信区域，以避免漏检索及重复检索的问题。综合航向角因素，并考虑车辆速度对航向角造成的偏差影响，设置动态权值因子进行调节，改进发射概率的计算方法。同时，在传递概率的计算上考虑前后观测值误差过大及曲线路段等影响因素，保证相邻观测值距离计算的精度，从而提高算法的匹配准确率及时间效率。　　(3)针对城市卫星信号受限场景下，单一惯性传感器进行位置信息量测时造成的大偏差影响，提出基于道路几何特征辅助的车辆轨迹匹配方法。利用车辆INS轨迹信息连续、姿态准确的特点，将曲线路段处较为明显的INS轨迹特征与道路路段建立联系，通过计算设定的相关匹配度参数对当前最佳匹配行驶路段进行求取保证轨迹匹配的准确性，有效实现车辆的无缝定位。　　(4)针对卫星信号受限场景下INS量测信息发散的问题，引入轨迹匹配信息，建立位置传感器误差校正模型，将匹配到的绝对路网信息作为虚拟观测量融入Kalman滤波过程进行惯性传感器误差的校正，并将其作为子滤波器，设计GNSS/INS/MM融合算法，提高车辆位置估计的精度。　　最后，针对不同应用场景，设计车载测试方案进行分析验证。结果表明，改进HMM的车辆轨迹匹配方法较其他基于GNSS轨迹信息的匹配算法在复杂城市路网中的匹配准确率及时间效率均有一定提高；而基于道路几何特征辅助的车辆轨迹匹配方法可在卫星受限场景下实现有效的车辆位置估计，并能通过基于GNSS/INS/MM的融合算法实现INS误差的有效抑制，提高了多源信息车辆轨迹匹配方法在复杂城市环境下的适应性。
作者：	袁祎
专业：	交通信息工程及控制
导师：	陈光武
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2022