基于车载GNSS航迹数据的精细车道电子导航地图构建技术

Vehicle GNSS Trajectories are classical Floating Car Data (FCD), which can be treated as low-cost sensors to probe the dynamics of city traffic status with all day and full coverage. Comparing to remote sensing interpretation and cartographic, it reduces production cost and enhances the present situation to construct lane-level routable maps based on GNSS trajectories. Analyzing the lateral distribution of trajectories on the road，this study use Dirichlet Progress Gaussian Mixture Model (DPGMM) to model lane structure and enable to calculate the total number of lanes and percept centrelines even in the area, which can reduce labor cost and mapping period. In addition, a turning functions based method is proposed to model intersections, enabling to detect intersection location and associated traffic rules, i.e. physical turning paths and their associate passing time limit. Remote sensing interpretation could draw the location where roadways meet but could not capture the above traffic rules. Lane location and traffic rules are the challenge to construct lane-level routable maps, so this study has not only important academic value and but also extensive potential applications.

车载GNSS航迹数据是典型的浮动车数据，能够全天时、全覆盖的感知城市交通状态。相比于遥感和测绘制图，利用车载GNSS航迹数据构建车道级别的导航电子地图，其优点在于降低地图生产成本和提高地图的现势性。一方面，本研究结合GNSS航迹线道路横断面分布特点，利用狄利克雷高斯混合模型（DPGMM）进行车道建模，实现了车道数目、中心线和宽度的判识；这种精细制图能够极大降低人工采集的成本、缩短制图周期。另一方面，建立一种基于转向功能分区的路口模型，实现了路口及其动态交通规则的自动探测，如：是否允许转向、动态调整的禁行时段等；遥感作为瞬时成像的采样数据，虽能判断道路是否交汇，但是不能捕获上述通行规则及其动态变化。车道位置和交通规则这两类信息是目前基于GNSS航迹构建精细导航电子地图的挑战，具有重要的理论和应用价值。

对于车道级别的高级电子导航地图的制作，缺乏简单易行、经济实用的能够及时捕捉道路及其特征变化的新技术手段，使得道路数据库不能够得到及时更新，这是ITS研究领域面临的一项主要挑战性的工作。无论是城市交通规划、路径优化系统，还是先进的车辆导航系统、紧急救援系统等，其运行效率与效果都和电子导航地图数据提供信息的准确性和详细程度密切相关。.本研究结合车载GNSS航迹数据的专有特点，着重考虑精细车道位置提取和交通规则的动态更新。采用狄利克雷高斯混合模型的车道建模方法，用于分析航迹线道路断面分布并反演车道个数和各车道中线。同时，构建一种转向功能分区的路口模型，支持路口及其交通规则的自动探测。最终，有效解决当前方法的缺点，生成精细化的导航电子地图。主要成果如下：.1)识别了精细车道的位置。利用DPGMM进行车道探测建模，实现了基于车载GNSS轨迹数据的车道个数、车道中心和宽度的自动判识；2）交通规则的动态提取。充分利用了车载 GNSS航迹数据的全时段、全覆盖和现势性强的特点，对大量航迹线数据做聚类分析和时序分析，获得了路口的转向规则以及禁行时段信息。.本项目基于车载GNSS航迹数据构建电子导航地图，包含了详细车道信息以及路口的转向规则和禁行时段信息。可以降低地图生产成本和提高地图现势性，弥补测绘和遥感生产精细地图的不足，为自动化构建导航电子地图提供技术支持。