專利名稱：一種基于小網(wǎng)格路網(wǎng)組織結(jié)構(gòu)的快速地圖匹配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于復(fù)雜道路網(wǎng)路組織和管理的基于小網(wǎng)格路網(wǎng)組織結(jié)構(gòu)的快速地圖匹配方法。
背景技術(shù)：
地圖匹配就是給定地圖上一個點(diǎn)的經(jīng)度和緯度，找出該點(diǎn)在地圖上的所在路段。在城市交通迅速發(fā)展的今天，城市路網(wǎng)日益復(fù)雜化，因此車載終端導(dǎo)航系統(tǒng)越來越受到人們的重視，但要實(shí)現(xiàn)一個實(shí)用的導(dǎo)航系統(tǒng)需要解決很多的技術(shù)難點(diǎn)。其中一個就是如何在存儲器較小，處理能力有限的車載終端上去組織和管理大規(guī)模的道路網(wǎng)絡(luò)信息，以及在這個基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)快速的地圖匹配算法。
傳統(tǒng)的組織模型主要有R-樹，K-D-B樹。這兩種模型的方法是將路網(wǎng)按一定的策略進(jìn)行劃分，然后用樹來組織劃分后的路網(wǎng)塊。這兩種模型主要的優(yōu)點(diǎn)是便于插入和刪除操作，但查詢操作速度比較慢，因?yàn)橐闅v樹，但實(shí)際上一般對路網(wǎng)的插入和刪除操作很少，而查詢操作則非常頻繁。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種適于快速查詢的基于小網(wǎng)格路網(wǎng)組織結(jié)構(gòu)的快速地圖匹配方法，這種方法查詢速度快，且效率高。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案一種基于小網(wǎng)格路網(wǎng)組織結(jié)構(gòu)的快速地圖匹配方法，其特點(diǎn)在于通過以下步驟實(shí)現(xiàn)(1)建立路網(wǎng)組織結(jié)構(gòu)并存到文件中本發(fā)明在路段-節(jié)點(diǎn)(arc-node)路網(wǎng)存儲結(jié)構(gòu)上增加了一層網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，來建立整個路網(wǎng)的數(shù)據(jù)。路網(wǎng)組織結(jié)構(gòu)是將現(xiàn)實(shí)中的路網(wǎng)用有向圖來表示，圖的邊表示為路段，圖的節(jié)點(diǎn)表示為路段與路段中的連接點(diǎn)，網(wǎng)格的組織模型為分塊形式，將整個路網(wǎng)從左至右，從下至上等分成一個一個的網(wǎng)格分塊。如果一個路段跨幾個網(wǎng)格的話則將其在其所跨的每個網(wǎng)格中都存儲一份該路段的信息。網(wǎng)格的大小一般應(yīng)大于200m，但是也不能太大，因?yàn)榇笮∵^大的話，網(wǎng)格中的路段數(shù)就相對比較多，這樣會影響查詢的效率，因此網(wǎng)格大小一般在200m～1000m。
本發(fā)明需要一套文件來存儲路網(wǎng)的所有信息，包括路網(wǎng)的基本拓?fù)湫畔⒓熬W(wǎng)格信息。路網(wǎng)一般是由節(jié)點(diǎn)node和路段arc構(gòu)成，因此路網(wǎng)主要由兩個文件來存儲node文件和arc文件，其中node文件存儲所有節(jié)點(diǎn)的信息，節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)在文件中的位置就隱含著該路段的編號。文件中每個點(diǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為經(jīng)度，緯度，以該節(jié)點(diǎn)為終止的第一條路段(入路段)，以該節(jié)點(diǎn)為開始的第一條路段(出路段)。
arc文件存儲所有路段的信息.，路段數(shù)據(jù)在文件中的位置就隱含著該路段的編號。文件中每條弧線的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為起始節(jié)點(diǎn)編號，終止節(jié)點(diǎn)編號，指向弧線起始節(jié)點(diǎn)的下一條入路段，以弧線終止節(jié)點(diǎn)為開始的下一條出路段。
用網(wǎng)格來組織和管理這些路網(wǎng)信息，就還需要單獨(dú)一個網(wǎng)格文件grid來對這些信息進(jìn)行有效的組織和管理。
網(wǎng)格文件稱為grid文件按網(wǎng)格號的順序存儲每個網(wǎng)格里所包含的路段的編號。網(wǎng)格號是2維的，如(i，j)，其中i表示經(jīng)度方向該網(wǎng)格的序號，j表示緯度方向網(wǎng)格的序號。
在網(wǎng)格文件grid中每條記錄存儲著一個網(wǎng)格里所包含的所有路段的編號，由于各個網(wǎng)格中的路段數(shù)目不相同。因此文件中的記錄是變長的，這就還需要一個索引文件來存儲每條記錄在文件中的起始位置和結(jié)束位置，該文件稱為index文件。
index文件存儲每個網(wǎng)格在grid文件中的開始位置。
(2)給定地圖上的一個點(diǎn)P(x，y)，x為該點(diǎn)的經(jīng)度，y為該點(diǎn)的緯度，根據(jù)點(diǎn)查詢找出該點(diǎn)所在網(wǎng)格中的所有路段，記點(diǎn)P所在的網(wǎng)格為Grid(P)。
a.點(diǎn)查詢給出一個點(diǎn)的坐標(biāo)，從路網(wǎng)中找出該點(diǎn)所在網(wǎng)格的所有路段信息。假設(shè)在路網(wǎng)中選取一點(diǎn)O(xOrg，yOrg)為原點(diǎn)，網(wǎng)格的大小為grid_size(單位可以為m或者度)，則點(diǎn)P(x，y)可以通過以下公式定位到一個網(wǎng)格內(nèi)xIndex＝(x-xOrg)/grid_size(1)yIndex＝(y-yOrg)/grid_size(2)其中(xInde，yIndex)為網(wǎng)格的編號；b.利用公式(1)和(2)計(jì)算出該點(diǎn)所在網(wǎng)格的編號；c.通過網(wǎng)格編號從index文件中找到該網(wǎng)格在grid文件中的位置；d.從grid文件中讀出該網(wǎng)格中的所有路段的編號；e.通過路段編號就可以從arc文件中直接讀出這些路段的所有信息。
(3)找出P點(diǎn)所在網(wǎng)格Grid(P)的相鄰網(wǎng)格中的所有路段。
由于點(diǎn)不一定就在路段上面，即點(diǎn)和路段之間存在一定的距離，因此與該點(diǎn)匹配的路段不一定就在該點(diǎn)所在的網(wǎng)格內(nèi)，而可能是在相鄰的網(wǎng)格內(nèi)如圖2所示。這就需要將相鄰的網(wǎng)格中的路段也找出來作為候選路段。相鄰的網(wǎng)格包括上、下、左、右、左上、左下、右上、右下8個網(wǎng)格，這8個網(wǎng)格的編號可以根據(jù)Grid(P)的網(wǎng)格號得到，從而可以根據(jù)上面點(diǎn)查詢的步驟得到這8個網(wǎng)格中的所有路段。
(4)將第二步和第三步所得到的路段合并。
(5)對合并后的每一條路段，計(jì)算點(diǎn)P到該路段的投影距離d，選取所有d中最小的那條路段作為最佳匹配路段設(shè)路段的方程式為Ax+By+C＝0，則點(diǎn)P到該路段的投影距離公式為d=|Ax+By+C|/|A+B|...(3)]]>
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明的速度快，效率高。由于可以直接定位到點(diǎn)所在的網(wǎng)格，并且網(wǎng)格一般比較小，網(wǎng)格中的路段也就比較少，因此點(diǎn)查詢速度非?？?；而且不論整個路網(wǎng)被劃分成了多少個網(wǎng)格，算法所需要查找的網(wǎng)格只有固定的9個，因此該算法的復(fù)雜度為O(1)。


圖1為北京市的路網(wǎng)劃分情況，北京市6環(huán)以內(nèi)的路網(wǎng)被分成了68×100個網(wǎng)格。網(wǎng)格大小為取為0.005度，約400～600m；圖2為待匹配點(diǎn)在靠近網(wǎng)格邊界上的情況圖，這種情況下匹配路段可能不在待匹配點(diǎn)所在的網(wǎng)格內(nèi)。
具體實(shí)施例方式
以下以北京市主干路地圖，如圖1、2所示為例說明本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)步驟1.建立路網(wǎng)組織結(jié)構(gòu)并存到文件中從原始地圖文件中讀出地圖數(shù)據(jù)，然后生成arc，node，grid，index文件。
2.給定點(diǎn)P(116.322693，39.939035)，根據(jù)點(diǎn)查詢找出該點(diǎn)所在網(wǎng)格中的所有路段。
a.利用公式前述的(1)和(2)計(jì)算出P所在網(wǎng)格的編號為(34，33)b.通過網(wǎng)格編號從index文件中找到該網(wǎng)格在grid文件中的位置為15306c.從grid文件中讀出該網(wǎng)格中的所有路段的編號依次為4994，4995，4996，4997d.通過路段編號就可以從arc文件中直接讀出這些路段的所有信息。
3.找出P點(diǎn)所在網(wǎng)格Grid(P)的相鄰網(wǎng)格中的所有路段。
相鄰網(wǎng)格的編號為(33，32)，(33，33)，(33，34)，(34，32)，(34，34)，(35，32)，(35，33)，(35，35)；根據(jù)步驟(2)中的方法可以找出這8個網(wǎng)格中的所有路段編號，依次為1050，1051，1052，1053，1054，1055，5038，5039，5118，5119，5120，5121，5122，5123；4.將上述步驟(2)和步驟(3)所得到的路段合并，得到候選路段的編號集合為(4994，4995，4996，4997，1050，1051，1052，1053，1054，1055，5038，5039，5118，5119，5120，5121，5122，5123)；5.對合并后的每一條路段，利用公式(3)計(jì)算點(diǎn)P到該路段的投影距離d。下面是點(diǎn)P到每個路段的距離列表，其中括號內(nèi)的第一個字段表示路段編號，第二個字段表示投影距離d。
(1050，0.0084915617527043)，(1051，0.0084915617527043)，(1052，0.0084634872836217)，(1053，0.0084634872836217)，(1054，0.0078558415877548)，(1055，0.0078558415877548)，(4994，0.0016566320485382)，(4995，0.0016566320485382)，(4996，0.0016823454657897)，(4997，0.0016823454657897)，(5038，0.0035825959861523)，(5039，0.0035825959861523)，(5120，0.0035680709073698)，(5121，0.0035680709073698)，(5122，0.0034048345372072)，(5123，0.0034048345372072)，(5118，0.0070263647073014)，(5119，0.0070263647073014)根據(jù)上表可知，最佳匹配路段的編號為4094。
權(quán)利要求
1.一種基于小網(wǎng)格路網(wǎng)組織結(jié)構(gòu)的快速地圖匹配方法，其特征在于通過以下步驟實(shí)現(xiàn)(1)建立路網(wǎng)組織結(jié)構(gòu)并存到文件中；(2)給定地圖上的一個點(diǎn)P(x，y)，x為該點(diǎn)的經(jīng)度，y為該點(diǎn)的緯度，根據(jù)點(diǎn)查詢找出該點(diǎn)所在網(wǎng)格中的所有路段，記點(diǎn)P所在的網(wǎng)格為Grid(P)；(3)找出P點(diǎn)所在網(wǎng)格Grid(P)的相鄰網(wǎng)格中的所有路段；(4)將上述步驟(2)和步驟(3)所得到的路段合并；(5)對合并后的每一條路段，計(jì)算點(diǎn)P到該路段的投影距離d，選取所有d中最小的那條路段作為最佳匹配路段。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于小網(wǎng)格路網(wǎng)組織結(jié)構(gòu)的快速地圖匹配方法，其特征在于所述的路網(wǎng)組織結(jié)構(gòu)是將現(xiàn)實(shí)中的路網(wǎng)用有向圖來表示，圖的邊表示為路段，圖的節(jié)點(diǎn)表示為路段與路段中的連接點(diǎn)，網(wǎng)格的組織模型為分塊形式，將整個路網(wǎng)從左至右，從下至上等分成一個一個的網(wǎng)格分塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于小網(wǎng)格路網(wǎng)組織結(jié)構(gòu)的快速地圖匹配方法，其特征在于所述的路網(wǎng)組織結(jié)構(gòu)主要由兩個文件來存儲node文件和arc文件，其中node文件存儲所有節(jié)點(diǎn)的信息，節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)在文件中的位置就隱含著該路段的編號，文件中每個點(diǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為經(jīng)度、緯度，以該節(jié)點(diǎn)為終止的第一條路段，以該節(jié)點(diǎn)為開始的第一條路段；arc文件存儲所有路段的信息，路段數(shù)據(jù)在文件中的位置就隱含著該路段的編號。文件中每條弧線的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為起始節(jié)點(diǎn)編號，終止節(jié)點(diǎn)編號，指向弧線起始節(jié)點(diǎn)的下一條入路段，以弧線終止節(jié)點(diǎn)為開始的下一條出路段。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于小網(wǎng)格路網(wǎng)組織結(jié)構(gòu)的快速地圖匹配方法，其特征在于采用網(wǎng)格文件grid來對存儲所有節(jié)點(diǎn)和路段信息進(jìn)行組織和管理，grid文件按網(wǎng)格號的順序存儲每個網(wǎng)格里所包含的路段的編號，鄧網(wǎng)絡(luò)號。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于小網(wǎng)格路網(wǎng)組織結(jié)構(gòu)的快速地圖匹配方法，其特征在于所述的網(wǎng)格號為兩維(i，j)，其中i表示經(jīng)度方向該網(wǎng)格的序號，j表示緯度方向網(wǎng)格的序號。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于小網(wǎng)格路網(wǎng)組織結(jié)構(gòu)的快速地圖匹配方法，其特征在于采用index文件存儲每個網(wǎng)格在grid文件中的開始位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于小網(wǎng)格路網(wǎng)組織結(jié)構(gòu)的快速地圖匹配方法，其特征在于所述步驟(2)中點(diǎn)查詢的步驟如下a.在路網(wǎng)中選取一點(diǎn)O(xOrg，yOrg)為原點(diǎn)，網(wǎng)格的大小grid_size，單位為m或者度，則點(diǎn)P(x，y)通過以下公式定位到一個網(wǎng)格內(nèi)xIndex＝(x-xOrg)/grid_size (1)yIndex＝(y-yOrg)/grid_size (2)其中(xInde，yIndex)為網(wǎng)格的編號；b.利用上述公式(1)和公式(2)計(jì)算出該點(diǎn)所在網(wǎng)格的編號；c.通過網(wǎng)格編號從index文件中找到該網(wǎng)格在grid文件中的位置；d.從grid文件中讀出該網(wǎng)格中的所有路段的編號；e.通過路段編號從arc文件中直接讀出這些路段的所有信息。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于小網(wǎng)格路網(wǎng)組織結(jié)構(gòu)的快速地圖匹配方法，其特征在于所述步驟(3)中的相鄰網(wǎng)格包括上、下、左、右、左上、左下、右上、右下8個網(wǎng)格，這8個網(wǎng)格的編號根據(jù)Grid(P)的網(wǎng)格號得到，從而根據(jù)上面點(diǎn)查詢的步驟得到這8個網(wǎng)格中的所有路段。
全文摘要
一種基于小網(wǎng)格路網(wǎng)組織結(jié)構(gòu)的快速地圖匹配方法，(1)建立路網(wǎng)組織結(jié)構(gòu)并存到文件中；(2)給定地圖上的一個點(diǎn)P(x，y)，x為該點(diǎn)的經(jīng)度，y為該點(diǎn)的緯度，根據(jù)點(diǎn)查詢找出該點(diǎn)所在網(wǎng)格中的所有路段，記點(diǎn)P所在的網(wǎng)格為Grid(P)；(3)找出P點(diǎn)所在網(wǎng)格Grid(P)的相鄰網(wǎng)格中的所有路段；(4)將上述步驟(2)和步驟(3)所得到的路段合并；(5)對合并后的每一條路段，計(jì)算點(diǎn)P到該路段的投影距離d，選取所有d中最小的那條路段作為最佳匹配路段。本發(fā)明由于可以直接定位到點(diǎn)所在的網(wǎng)格，并且網(wǎng)格一般比較小，網(wǎng)格中的路段也就比較少，點(diǎn)查詢速度非常快，效率高，而且不論整個路網(wǎng)被劃分成了多少個網(wǎng)格，算法所需要查找的網(wǎng)格只有固定的9個，因此本發(fā)明的計(jì)算簡單。
文檔編號G06F17/30GK1908588SQ20061011243
公開日2007年2月7日 申請日期2006年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月17日
發(fā)明者諸彤宇, 王智賢, 呂衛(wèi)鋒, 吳東東 申請人:北京航空航天大學(xué)