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1、毕 业 设 计（论 文）题目：基于GPS的不停车收费地图匹配方法研究院 别： 专业班级： 学生姓名： 学 号： 指导教师： I 2013年6月15日青岛理工大学毕业设计（论文） 摘要摘 要基于GPS的不停车收费技术代表着未来道路收费的发展方向，精确的地图匹配决定该收费系统能否成功实现精确收费。本文概述了各种常用的地图匹配算法，并就各种地图匹配算法进行系统的分析和对比，在此理论基础上，提出基于GPS的不停车收费系统的地图匹配算法。本文以自驾车从黄岛到济南为例，对此路线中收费用地图中的关键点即收费点进行定义，并提出了一种新的专门用于收费的地图匹配算法。此算法被证实是具有可行性的。关键词：GPS，不
2、停车收费，收费电子地图，地图匹配青岛理工大学毕业设计（论文） 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 ma
3、tching 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 t
4、he 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青岛理工大学毕业设计（论文） 目录26目 录摘 要：IABSTRACTII目 录11 绪论31.1 论文研究的背景31.2 道路收费的发展历程31.3 GPS收费系统的原理与特点51.3.1 DSRC电子收费技术61.3.
5、2 ANPR电子收费技术71.3.3 基于GPS的不停车收费技术91.3.4 DSRC、ANPR和基于GPS的电子收费技术的性能比较及分析121.4本文研究内容及结构132 地图匹配技术152.1 地图匹配的基本原理152.2 常用地图匹配算法182.2.1 最短距离算法182.2.2 概率统计算法192.2.3 基于拓扑关系的算法202.3 地图匹配方法分析212.4 地图匹配的应用223 基于GPS的不停车收费系统地图匹配方法243.1基于GPS不停车收费地图匹配的作用243.2 基于GPS的收费地图的定义243.2.1道路收费地图收费关键点及收费路段定义253.2.2主线站出入口特殊处理
6、253.2.3收费关键点和收费路段属性值的定义253.2.4地图精简273.3基于GPS的不停车收费系统的地图匹配方法283.3.1 地图匹配中搜索范围的确定283.3.2卫星收费地图匹配算法描述293.4 该算法可行性实验344 总结36致 谢37参考文献3838青岛理工大学毕业设计（论文） 1 绪论1 绪论1.1 论文研究的背景高速公路因其“高速、高效、安全、舒适”等优点，在现代化公路建设中己成为发展的必然趋势。作为连接主要城市和重要港口的枢纽高速公路，已成为承载繁忙运输的交通要道。我国的“十二五”规划中明确指出，要进一步完善公路网络，发挥路网整体效率。全国公路总里程已超过400万公里，五
7、年增加38万公里，高速公路里程已达6.4万公里，总里程数位于世界第一。然而，与公路建设相比，公路收费的自动化水平却相对滞后，传统的收费方式（找零、回票、投币）无法缓解尖峰时间的车流量，效率低下，使车辆在收费站区域滞留，形成“瓶颈”，不能很好的发挥高速公路的服务优点，从而使电子不停车收费系统应时而生。电子不停车收费系统是智能交通系统的主要服务内容之一，是国内外正在不断开发并推广普及的一种用于公路、大桥和隧道的电子自动收费系统。目前广泛应用的主要是利用专用短程微波通信技术，通过路侧单元（RSU）与车载单元（OBU）的信息交换，自动识别车辆，采用电子支付方式，自动完成车辆通行费扣除的全自动收费方式。
8、而基于GPS的不停车收费系统是世界上最先进的电子收费方式之一，它的诸多优点注定其必将成为未来发展的方向。作为电子不停车收费中最具广泛应用前景的GPS不停车收费系统正逐渐受到人们的青睐。卫星收费电子地图是卫星收费系统中的核心技术，能够实现 GPS 的不停车收费技术的精确收费，而目前正由于车载设备成本高，使该收费系统受到一定的限制，因此车载收费电子地图匹配方法具有重要的研究价值。目前关于国外道路收费方面技术资料大多限于对收费系统的介绍，而收费地图匹配技术介绍很少。常规的用于导航系统中的地图匹配方法是通过投影距离和车辆行驶方向与路段矢量方向差值加权的方法来进行地图匹配，判断出车辆行驶的路段。由于这些
9、方法需要完全的地图路段信息较大的计算能力和存储单元，从而增加了车载设备的成本。另外需要判断匹配的路段较多，对信号可靠性的要求也比较高。加之道路收费自身的一些特点，上述方法不适合道路收费使用。因此需要对基于GPS的不停车收费地图匹配方法进行大量研究和试验。1.2 道路收费的发展历程自从道路收费开始应用与人们的日常生活中以来，收费技术经历了从低级到高级，从功能简单到功能完善丰富的过程。首先是无任何设备的人工收费方式，发展成为现在的半自动收费和电子收费。道路收费技术发展历程如图1-1所示。人工收费是指完全靠收费员来分辨车型、发卡、开票验证、按里程计收费用、保管现金、统计数据和结帐的收费方法。从20世
10、纪60年代以来，很多地方就采用这种简单的收费办法。目前，中国的一些收费公路（特别是低等级公路）仍广泛采用这种收费方式。半自动收费是指在道路入口处由人工识别车型、发卡，但在出口处通过仪器设备来读卡、人工进行收费、显示收费金额、付费放行等的收费方式。电子不停车收费（Electronic Toll Collection，简称ETC）系统是国际上正在努力开发并推广普及的一种专门用于公路、桥梁和隧道的新型电子自动收费技术。它包括三种技术：基于DSRC（Dedicated ShortRange Communication，短程无线通信）电子收费技术、基于ANPR（Automatic Number Plat
11、 Recognition，车牌识别）电子收费技术及基于GPS（Global Positioning System全球定位系统）电子收费技术。ETC的三大特点：无需人、不停车、无现金。图1-1 道路收费发展历程首先，高速公路收费由传统的人工收费到不停车非现金收费经历了漫长的过程，虽然国内外目前均是多种收费方式并存的情况，但不停车电子收费必然成为未来收费方式的主流发展方向，世界各国均在努力发展适合本国国情的不停车收费系统，并在努力促使其标准化。在国际上，美国、欧洲、日本很早就针对不停车收费系统中的研发技术、工程实施、标准规范进行了深入研究。在美国，电子不停车收费方式已经成为美国回收公路投资和养护费
12、用的高效率手段，最著名的联网运行电子不停车收费系统是EZpass系统。葡萄牙的Via Vance电子收费系统可以算作欧洲具有代表意义的联网电子收费系统之一，事实已证明，Via Vance电子收费系统是既有利于道路使用者又有利于道路运营商的有效收费手段。国际标准化组织（ISO）、欧洲准化委员会（CEN）也在开展不停车收费领域的技术标准化工作。其次，联网收费项目已经成为国内、国际不停车收费的主流方向，但在电子收费系统从引进我国到实施，经过了一段时间的实践，目前也取得了一定的进展。如今国内的ETC系统采用的基本都是基于DSRC技术的不停车收费系统。由于早期的不停车收费系统的引进采取公路管理部门自主引
13、进的方式，没有一个统一的标准，各个地区不停车收费系统的技术标准不尽相同。至于车道结构、通信网络、监控系统等等更是各行其是。至今我国的基于DSRC的技术标准也还在制定和完善中，仍未公布。如今，我国公路收费系统从各路段独立收费的状态步入了联网统一收费、通行费多业主拆分的时代。在实施区域联网收费的进程中，标准的不一致，协调上的困难，使我国的不停车收费系统逐渐暴露出了一些问题:1）各个城市的不停车收费系统需要在地区内得以统一，比如说首先在省的范围内。这就需要扩大规模，路网规模的扩大，将导致ETC系统规模的扩大，使一次性投资增加，周期更长，风险更大。2）现有的不停车收费系统造价比较高，许多关键的设备需要
14、引进。3）国内己建的收费站中，大多数的入口收费站和出口收费站的交通量小，车道数量少，如果考虑单独辟出一条专用的ETC车道在建设上比较困难，在利用率上又不够经济。总之，我国的ETC项目进展并不顺利，有些大项目碰到了很复杂的协调问题，有些项目正式运行后因多种原因无法扩大规模，用户群较小。与半自动收费方式相比，电子收费系统的运行市场化特色更浓一些，要求运营公司有很高的商业运作能力。在现阶段，各方面的精力主要集中在人工半自动的区域联网收费工作上。1.3 GPS收费系统的原理与特点电子收费技术从实现的技术手段上可分为3种：短程无线通信（Dedicated Short-Range Communication，DSRC）电子收费技术，车牌识别 （Automatic Number Plat recognition，ANPR）电子收费技术及卫星定位（Vehicle Positioning System，车辆定位系统）电子收费技术。1.3.1 DSRC电子收费技术1. DSRC电子收费技术的定义DSRC电子收费技术是近几年国际上比较成熟的收费技术。它是利用安装在路侧的路边设备 （R0adSaid Unit，简称RSU）与行驶在收费道路的车辆上的车载装置（OnBoard
