[发明专利]一种多源导航电子地图矢量道路网变化快速检测方法

摘要

一种多源导航电子地图矢量道路网变化快速检测方法，包含以下步骤一、读取两组待匹配道路网，一组记为参考道路网，一组记为目标道路网，并从中获得道路网结点与弧段的拓扑关系，构建结点要素的空间索引；二、针对参考道路网中的每一个道路结点，在目标道路网中搜寻其候选匹配结点，确定道路结点的匹配关系，通过计算夹角余弦矩阵确定道路弧段的对应关系；三、根据获得的结点匹配关系和弧段对应关系，从而最终获得道路弧段之间可能存在的mn匹配关系，如果弧段可能存在匹配关系时则二者均未发生变化；四、参考已确定的道路弧段匹配关系的结果，进一步推理判定其可能存在的匹配关系,本发明既可以获得较高准确率的匹配结果，又具有较高的效率。

主权项

一种多源导航电子地图矢量道路网变化快速检测方法，其特征在于包含以下步骤：步骤一、数据获取：读取两组待匹配并欲进行变化检测的道路网，设参考道路网中结点集合为A＝{a1,a2,…,am}，而目标道路网中结点集合为B＝{b1,b2,…,bn}，在读取过程中获得道路网结点与道路弧段的拓扑关系，并采用网格索引方式构建道路结点要素的空间索引；步骤二、道路结点匹配关系的确定：设A中任意一点ai拓扑关联了m个结点同时拓扑关联了m个弧段根据参考道路网和目标道路网的先验知识，比例尺、精度信息计算出二者之间同名点的最大距离偏差D，在目标道路网中寻找到ai的距离小于D的所有结点，这些结点就是ai的候选匹配点，设定ai的某候选匹配点为bh，bh拓扑关联了n个结点同时拓扑关联了n个弧段计算弧段所对应的向量与弧段所对应的向量之间的夹角余弦，其中和分别为参考弧段和目标弧段中任一弧段，在计算出所有夹角余弦后，可以得到一个夹角余弦矩阵如下式(1)所示，它为m行n列，α=αih11αih12...αih1nαih21αih22...αih2n............αihm1αihm2...αihmn---(1)]]>利用该矩阵可确定ai的每一个拓扑关联弧段与bh的拓扑关联弧段的对应关系，其方法为如下2步：第1步、当向量相似度矩阵中的j行k列的向量相似度比j行其他列以及k列其他行的向量相似度取值都大，则弧段和弧段之间存在对应关系；第2步、将已经获得对应关系的弧段予以排除，若此时还有弧段未找到其对应弧段，则继续按照上一步的方法划分对应弧段，直至获得的对应弧段个数为m和n中的较小者为止；定义结点ai与候选点bh的拓扑结构相似度如下式(2)所示，其中Sign为示性函数，当弧段与弧段存在对应关系其值取值为1，反之为0；Sih=Σj=1mΣk=1nαihjk·SignmΣj=1mΣk=1nαihjk·Signn---(2)]]>设定同名点最大距离误差为D，候选匹配点对的距离为d，则二者之间的距离邻近相似度为：ρih=1-dD]]>则最终结点ai与候选点bh的匹配相似度为γih＝W1Sih+W2ρih上式中W1和W2分别是拓扑结构相似度和距离邻近相似度的权重，可以分别取0.5，据此可选择匹配相似度最大的候选匹配点对作为匹配结点；步骤三、判定道路弧段可能存在的匹配关系：设定对于结点ai而言，点bh是其匹配相似度最大的匹配结点，或者反之，则由其匹配关系可以进一步获得弧段之间可能存在的匹配关系，其方法是，设结点ai的某个拓扑关联点为aj，aj也存在着一系列的候选匹配点，设其中一个为bk，那么在所有以bh为起点，bk为终点的弧段中寻找落在弧段(aiaj)缓冲区之内且又在形状上与其最相似的弧段，设该弧段记为(bhbk)，则弧段(aiaj)与弧段(bhbk)之间即可能存在匹配关系，由于存在m:n的匹配情况，弧段(aiaj)可能是m个道路弧段的组合，弧段(bhbk)可能是n个道路弧段的组合，此时借助阈值限定搜索范围，并采用贪婪算法寻找与弧段(aiaj)最有可能匹配的弧段组合；步骤如下：第1步：初始时，设置候选匹配结点bh为当前结点P；第2步：判断当前结点P是否有邻接结点，若无则退出，如果有，设为N，转第3步；第3步：依次判断当前结点P的邻接结点N到参考弧段(aiaj)的距离是否在阈值范围之内，如果是则转第4步，反之，如果当前结点P的任何一个邻接节点到参考弧段(aiaj)的距离都超过了阈值，则转第6步；第4步：分别在参考弧段上寻找当前结点P以及其邻接结点N所对应的顶点，记为Pt和Nt，并按第5步操作；第5步：计算向量PN与向量PtNt的向量相似度，记向量PN为向量X，向量PtNt向量Y，此处向量相似度的定义为：α(X,Y)=min(||X||,||Y||)max(||X||,||Y||)×[X·Y]||X||×||Y||]]>然后从中选择向量相似度最大的邻接结点N作为新的当前结点，并将PN所对应的弧段加入到当前目标弧段的组合中，如果此时的邻接结点N是aj的候选匹配结点，则说明同名道路存在1:n匹配关系，记录下该匹配关系，并转第7步，结束退出，反之，继续转第2步；第6步：尽管当前结点P的任何一个邻接节点到参考弧段(aiaj)的距离都超过了阈值，但是，结点aj到当前结点P所拓扑关联弧段的距离却在阈值范围之内，此时考察结点aj的各个邻接结点，分别计算这些邻接结点到当前结点N所关联的各个弧段的距离，找到具有最小距离者，此时说明同名道路存在m:n匹配关系，则扩充参考道路，并仍转第2步；如果结点aj到当前结点P任意一个拓扑关联弧段的距离都超过阈值，则转第7步；第7步：结束退出；步骤四：充分利用已获取道路要素匹配关系最终确定变化检测结果；采用如下两个准则通过充分利用已经获取的道路要素匹配关系快速确定最终的变化检测结果；准则一：若待匹配的两组弧段均在之前已经与其他道路弧段匹配，即已经判定为未变化，则不再需要对这两组弧段进行匹配判定；准则二：在按照贪婪准则判断待匹配的两组弧段是否匹配时，如果发现其中的某个目标道路弧段已经与参考道路弧段在之前进行了匹配分析，并确定了二者可能存在匹配关系，则无须再按照贪婪准则继续搜寻，可直接判定待匹配两组弧段可能存在匹配关系。