第5卷第4期
2008年12月
邵阳学院学报（自然科学版）
Journal of Shaoyang University(NaturalScience Edition )
Vol.5No.4Dec.,2008
文章编号：1672-7010（2008）04-0049-05
基于多源数据的公路资产管理系统架构
杨勇
摘
1,2
（1. 长沙理工大学交通运输工程学院，湖南长沙41076；2. 湖南公安高等专科学校，湖南长沙410138）
要：传统的手工方式管理广域的、实时、海量公路资产数据已经显得无能为力，导致了公路资产的数
有效的获取和数据查询分析成为瓶颈. 针对公路资产管理需求，提出一种基于GIS ，GPS 和多媒体等多据的快速、
源数据集成的公路资产管理信息系统架构. 本文着重研究了公路资产数据获取及其预处理，地图匹配，并在此基础上通过对公路资产的空间信息与属性视频信息的交互式查询，从而实现公路资产信息的智能化，可视化管理.
关键词：公路资产管理系统；地图匹配；GPS 中图分类号：TP311.13
文献标识码：A
A Multi-Source Data Based on Highway Assets Management System Architecture
YANG Yong 1,2
(1.College of Communication and transportation Engineering, Changsha University of Science &Technology, Changsha 410076,
China ；2. Hunan Public Security College, Changsha 410138, China)
Abstract:The traditional way is not competent for managing big mass and real-time highway assets data, leading to the bottleneck of gaining and analyzing data efficiently. This paper utilizes Global Positioning System (GPS),Geographic Information System (GIS),and multimedia as multi-source data, and proposes architecture of highway assets management system based on those data. We focus on the methods of multi-source data getting and prepossessing, road map matching technology to make the location information of highway as-sets to be matched to the road map, and based on those, the each other dynamic inquiry delivering space information and attribute video frequency information being in charge of the traffic control center. Thereby, intelligent and visual management of highway assets infor-mation are realized.
Key words:
Highway Assets M anagement System, M apping M atching, GPS, GIS, M ultimedia
引言
我国公路交通资产规模日益庞大，伴随着各类路政管理信息量正变得越来越庞大和复杂，但公路的管理还相对落后，尤其在交通资产管理方面，许多管理工作还停留在手工方式上[1,2]. 基于地理信息系全球定位系统(GPS)，以及多媒体视频技术统(GIS)，
为公路资产管理系统，实现公路资产管理现代化、科学化、智能化提供有效方案，其主要原理是，将装有GPS 接收机的移动目标的位置(经纬度) 、速度、航向以及状态信息，通过无线通信链路传送到交管中心，
然后在GIS 系统上，利用电子地图以及多媒体数据直观的显示[3]. 这种系统可以用于交管部门对道路资产设施的监控与管理.
公路信息资产系统主要管理两种数据：属性数据和空间数据. 属性数据包括大量的调查统计数据以及道路视频信息. 空间数据主要是指公路地图数据，反映公路及其附属设施的空间坐标位置的. 然而公路资产具有空间分布区域广泛、实时性要求高和准确的反映出分海量数据的特点，也就是需要实时、布在广域空间的公路资产的各种状况. 传统的手工
收稿日期：2008-10-18
作者简介：杨勇（１９７７－），男，湖南邵阳人，湖南公安高等专科学校实验师，长沙理工大学交通运输工程学院在职研究生．
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邵阳学院学报（自然科学版）第5卷
方式对这种广域的、实时、海量数据已经显得无能为有效的获取和数力，导致了公路资产的数据的快速、据查询分析成为瓶颈.
本文提出一种基于多源数据的公路资产管理系统架构，将属性数据(特别视频属性数据) 和空间数据(道路地图) 有机地结合起来，通过视频图像和GPS 的手段，有效解决公路资产空间数据和属性数据的获取问题；通过公路资产空间信息与属性视频信息交互式查询，满足用户快速、实时获取有效信息的需将使得整个公求. 从而实现二者之间的交互式查询，
形象直观，并将彻底改变公路的管理更加方便快捷、
路、建设、管理及资料保存的传统模式，从而实现公路规划、交通管理的计算机自动化. 因此基于多源数据的公路资产管理系统是集计算机技术、地理信息系统(GIS)技术、多媒体技术，GPS 技术等于一体的综合信息系统(简称MIS).
为一体的公路资产管理系统平台. 它通过具有摄像功能的车载GPS 系统对道路进行空间信息和视频属性信息采集. 由于GPS 系统是每隔一段时间记录一个位置点坐标数据，在某一个时间内，汽车往往是匀速形式，因此在该时间段内有相当量的冗余位置信息. 为了减少数据存储空间，就必须对这些冗余数据因此，在不改进行压缩．而GPS 定位精度往往不高，
进GPS 硬件条件的情况下，为了提高定位精度，我们就要通过软件地图匹配的方法来提高GPS 定位精就能将公路资产属性信息在地度. 经过上述处理后，
图上正确的显示出来. 用户可以通过地图操作来对公路设施进行定位，而通过公路设备的定位坐标信息可以查询到该位置相应的属性信息(特别是视频信息) ；反之，也可以通过对道路设施视频属性信息的定位来查询到设施相应的空间坐标，在地图上显示出来. 从而实现对公路资产信息的可视化智能管公路理，如图1所示. 其关键内容主要包括三部分：资产定位数据数据预处理，地图匹配和空间、视频数据关联查询．
1基于多源数据的公路资产管理系统构架构
基于多源数据的公路资产管理系统是一种融合GIS 地图数据，GPS 定位数据，以及多媒体视频数据
图1基于多源数据的公路资产管理系统构架构
2公路资产数据获取及其预处理2.1传统数据源
地图数据是GIS 的主要数据源，因为地图包含着丰富的内容，不仅含有实体的类别和属性，而且含有实体间的空间关系. 地图数据主要通过对地图的定位数字化和扫描数字化获取. 地图数据不仅可以
作宏观的分析(用小比例尺地图数据) ，而且可以作微观的分析(用大比例尺地图数据). 在使用地图数据时，应考虑到地图投影所引起的变形，在需要时进行投影变换，或转换成地理坐标. 地图数据主要用于生成DLG 、DRG 数据或DEM 数据.
遥感数据(影像数据) 是GIS 的重要数据源. 遥感
第4期杨勇：基于多源数据的公路资产管理系统架构
络限制和速度变化抽取的定位轨迹数据压缩.
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数据含有丰富的资源与环境信息，在GIS 支持下，可地球物理、地球化学、地球生物、军事应用以与地质、
等方面的信息进行信息复合和综合分析. 遥感数据是一种大面积的、动态的、近实时的数据源，遥感技术也是GIS 数据更新的重要手段. 遥感数据(影象数据) 用于提取线划数据和生成数字正射影象数据(DOM)、DEM 数据.
文本资料是指各行业、各部门的有关法律文档、行业规范、技术标准、条文条例等，如边界条约等. 这些也属于GIS 的数据.
国家和军队的许多部门和机构都拥有不同领域(如人口、基础设施建设、兵要地志等) 的大量统计资料，这些都是GIS 的数据源，尤其是GIS 属性数据的重要来源.
野外试验、实地测量等获取的数据可以通过转换直接进入GIS 的地理数据库，以便于进行实时的分析和进一步的应用，如通过物探得到的地下管线数据.GPS(全球定位系统) 所获取的数据也是GIS 的重要数据源.
多媒体数据(包括声音、录像等) 通常可通过通讯口传入GIS 的地理数据库中，目前其主要功能是辅助GIS 的分析和查询.
3地图匹配
尽管目前GPS 定位系统的精度已经非常高. 但是由于市区内多径效应、环境噪声和接收机内部噪声等对移动车辆GPS 接收机影响的非对称性，使得定位的精确性、持续性和可靠性受到不同程度的影响. 尤其是车载GPS 接收机采用的测量卫星进入定一个位盲区时，更难以保证车辆的定位精度. 另外，重要的实际问题是，即使车辆定位精度可以保证在10m 以内，也无法保证所有的监控点正好落在道路上. 由于定位精度的影响，车辆的轨迹点并不完全在道路上，经常都有一定的误差范围. 那么就需要将这些轨迹点匹配到道路上去. 这种将车辆轨迹点对应到相应路段上的方法就称为地图匹配[7]. 地图匹配的是基本思想是通过车辆的GPS 航迹与电子地图上矢量化的路段相近匹配，寻找当前行驶的道路，并将车辆当前的GPS 定位点投影到道路上[8].
地图匹配的基本思想是通过车辆的GPS 航迹与电子地图上矢量化的路段相近匹配，寻找当前行驶的道路，并将车辆当前的GPS 定位点投影到道路上. 它的应用基于两个假设：1) 地图匹配的基本思想是通过车辆的GPS 航迹与电子地图上矢量化的路段相近匹配，寻找当前行驶的道路，并将车辆当前的GPS 定位点投影到道路上. 其应用基于两个假设：1) 用于2) 车辆匹配的高精度数字地图一般要求小于15m ；行驶在道路上. 这样就保证了不会因为定位误差使车辆定位点偏离车辆当前行驶的道路，而且通过投影使车辆定位数据仅保留定位误差在车辆前进方向上的径向分量，从而提高车辆的定位精度.
成功的地图匹配算法应该兼有较强的实时性和鲁棒性，以及较高的匹配精度. 应充分考虑影响地图匹配算法的因素[9].
(1)实时性因素
地图匹配过程主要包括匹配候选路段的确定及候选路段匹配两部分，其中前者是影响匹配算法实时性的主要因素. 现有的匹配算法虽然匹配规则及选取匹配候选路段时设定的条件不尽相同，但候选路段的选取都需要遍历整个道路网络，致使其实时性随着道路网络规模的增大明显下降.
(2)鲁棒性的因素
主要体现在匹配算法能否有效地处理匹配过程中可能出现的各种异常(GPS接收数据无效或误差较
2.2数据压缩
由于公路资产管理系统是每隔一段时间记录一个位置点坐标数据，在某一个时间内，汽车往往是匀速形式，因此在该时间段内有相当量的冗余位置信就必须对这些冗余数据息. 为了减少数据存储空间，进行压缩.
数据压缩是通过减少计算机中所存储数据或者通信传播中数据的冗余度，达到增大数据密度，最终使数据的存储空间减少的技术[4,5]. 数据压缩在文件存储和分布式系统领域有着十分广泛的应用. 而数据压缩又分为有损和无损之分. 无损压缩没有任何信息丢失，通常依靠增加每个字节的信息量来实现. 无损压缩的一个重要缺陷是压缩比非常有限. 有损数据压缩方法是经过压缩、解压的数据与原始数据不同但是非常接近的压缩方法. 因此有损数据压缩又称破坏型压缩，即将次要的信息数据压缩掉，牺牲一些质量来减少数据量，使压缩比提高.
目前已经有一些针对GIS 空间数据的压缩方法. GIS 空间数据分为矢量数据和栅格数据. 而公路资产管理系统所采用的是带时间戳的矢量数据. 如定长取点法[6]，垂距法，时空数据压缩方法，基于道路网
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邵阳学院学报（自然科学版）第5卷
大，车辆低速滑行或停止等) ，以使匹配算法遇到这些异常时，能够做出合理处理，而不影响后续工作.
(3)匹配精度的因素
从地图匹配过程可以看出，影响匹配精度的因素主要有：①GPS 的定位误差.GPS 的定位误差包括系统内部误差和外部突变误差. 前者主要是指由卫星测量及其几何分布所引起的误差，目前，在GPS 接收机正常工作时，内部误差能以95%的置信概率落入半径为20m 的圆内; 后者则是由于高楼等地物阻定位数据产挡，使GPS 接收机对部分卫星失去锁定，生较大漂移所引起的. ②坐标转换误差. 由于GPS 接收机所接收到的定位数据属于WGS-84地心坐标系，而我国目前的导航电子地图多采用北京1954和西安1980平面直角坐标系，因此GPS 的定位结果必须通过相应的坐标转换，变换到导航电子地图所采用的坐标系. 一般认为，由坐标转换带来的误差不超过10m. ③电子地图数据库误差．由于地图匹配是将定位数据与电子地图数据库中道路层数据进行匹配，所以地图数据库的数据质量对匹配精度有重要影响，目前，电子地图数据库的误差一般认为不超过15m.
GPS 数据进行建库处理和管理．通过对视频信息和GPS 精确坐标信息的处理和查询来实现对公路的无人方式的管理. 在该系统中可以实现对视频信息的时式的查询和监测. 其又主要分为通过公路资产视频属性信息查询其空间位置信息和通过公路资产空间位置信息查询视频属性信息两类.
4.1.1公路资产视频属性信息查询其空间信息
原理：当用户点击当前视频时，可以获得当前视频播放帧所处的相对时间t c ，而车载GPS 的起始时间已知T 0，则此时该公路资产视频属性所处的绝对时间即为T=T0+tc ; 由于车载GPS 是不连续的方式来记录地物点的坐标信息的，因此就必须通过利用已知记录时间点的精确GPS 坐标信息来插值获得任意时刻T 的位置信息. 如图2所示：
图2属性—空间查询示意图
在A （T a ）处车载GPS 获得此时的坐标位置是（X a ，Y a ），在B （T a ）处获得的坐标是（X b ，Y b ）；当车通则可以通过如下的插值方过C 处时的时间是T c 时，式得到C 初的坐标.
X c =X a *（T c -T a ）（/T b -T a ）+X a *（T b -T a ）（/T t -T a ）Y c =Y a *（T c -T a ）（/T b -T a ）+Y a *（T b -T a ）（/T t -T a ）（1）因此，当通过插值的方式获得C 点的位置信息时，就可以将其属性信息在其相应的位置处显示出来.
4.1.2公路资产空间信息查询其视频属性信息
原理：当用户在公路地图上任意单击一公路资产从而需要观察其图像信息时，此时就需要将公路资产从空间信息关联到视频属性信息. 由于视频是一帧帧播放而不连续的，因此只需找到该资产所处的空间位置信息视频播放帧所处的时刻即可. 而GPS 中时间戳是与该时刻的空间位置相关联的，因此只需找到该资产所处位置在车载GPS 中所对应的时间戳. 因为车载GPS 是不连续记录空间信息和视频属性信息的，因此只需找到其最接近的时间即可，这就可以通过求得与其最近的空间位置，从而进而获得时间信息，以致最终通过时间信息获得公路资产的视频属性信息. 其算法步骤为：
(1)在公路地图上点击需要查询的资产，获得其空间坐标信息；
(2)找出其与车载GPS 记录中距离最小的坐标
4公路资产空间信息与属性信息的交互查询
要实现对公路资产的智能化管理，就必须实现其资产空间信息与属性信息的快速关联查询. 一方面，由于其公路资产的属性信息是与其在公路上具体空间位置上的资产相关联的，而空间信息是通过GPS 定位方式得来，因此首先需要将这些GPS 定位数据与公路地图匹配起来，然后再通过公路资产的空间信息与属性信息(特别是视频信息) 的关联查询由于GPS 从而实现其资产的智能化管理. 另一方面，是每隔一定时间间隔采样的，因此在没有采样记录的时间刻度处，需要用插值的方法来计算其空间位置信息. 下面就分别从空间插值，空间信息和视频属性信息的关联查询这两个方面来介绍公路资产的可视化智能管理.
4.1公路资产空间信息与视频属性信息交互式查询
由于众多公路的修建，其管理和维护所需的人力和物力越来越大，特别是在一些荒芜人烟的地方和沙漠或者高原不太可能派谴人员长时间的驻守管理和监视. 因此可以采用先进的基于车载GPS 的系统先对其公路进行跟踪，然后将其得到的精确的
第4期杨勇：基于多源数据的公路资产管理系统架构
参考文献：
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值，进而获得其最小坐标所处的绝对时刻T ；
(3)求得其相应视频播放帧的相对时刻t =T -T 0，其中T 0为车载GPS 开始记录的起始时刻；
(4)通过(3)获得的视频播放帧相对时刻t ，进而获得该资产对应的视频图像属性信息.
[1]初秀民，付军，严新平. 交通资产管理系统的研究现状与展望[J].公路. 2003(12):88-92.
[2]邹志云，毛保华，郭志勇. 公路交通资产管理系统框架研究[J].华中科技大学学报(城市科学版). 2005, 22(2):19-22.
GPS 在车辆监控系统中的应用和研[3]张向果. GIS 、
究[D].硕士. 长春:吉林大学, 通信与信息系统2004:72.
[4]杜世祥. 基于分形小波变换的空间数据的压缩
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Map-Matching
Speed:
Localizing
Global
Curve-Matching Algorithms[C].In:Proceedings of
5公路资产管理原型系统
为了综合验证本文提出的有关算法，模型和策设计开发了原型略，基于MapX 和MediaPlayer 控件，系统. 系统开发与运行的硬件环境：Inter(R)Pentium(R)CPU2.00GHz ，512MB RAM ，系统设计与运行的软4，
件环境：操作系统：MS Windows XP SP2；应用控件：MapX ，MediaPlayer ；开发语言：C++.软件运行图3所
示.
图3公路资产管理原型系统
the 18th International Conference on Scientific and Statistical Database Management.2006. 379-388. [9]张振辉, 崔铁军. 车辆导航中地图匹配算法的研
究[J].科技创新导报. 2008, 4(2):55-59.
第5卷第4期
2008年12月
邵阳学院学报（自然科学版）
Journal of Shaoyang University(NaturalScience Edition )
Vol.5No.4Dec.,2008
文章编号：1672-7010（2008）04-0049-05
基于多源数据的公路资产管理系统架构
杨勇
摘
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（1. 长沙理工大学交通运输工程学院，湖南长沙41076；2. 湖南公安高等专科学校，湖南长沙410138）
要：传统的手工方式管理广域的、实时、海量公路资产数据已经显得无能为力，导致了公路资产的数
有效的获取和数据查询分析成为瓶颈. 针对公路资产管理需求，提出一种基于GIS ，GPS 和多媒体等多据的快速、
源数据集成的公路资产管理信息系统架构. 本文着重研究了公路资产数据获取及其预处理，地图匹配，并在此基础上通过对公路资产的空间信息与属性视频信息的交互式查询，从而实现公路资产信息的智能化，可视化管理.
关键词：公路资产管理系统；地图匹配；GPS 中图分类号：TP311.13
文献标识码：A
A Multi-Source Data Based on Highway Assets Management System Architecture
YANG Yong 1,2
(1.College of Communication and transportation Engineering, Changsha University of Science &Technology, Changsha 410076,
China ；2. Hunan Public Security College, Changsha 410138, China)
Abstract:The traditional way is not competent for managing big mass and real-time highway assets data, leading to the bottleneck of gaining and analyzing data efficiently. This paper utilizes Global Positioning System (GPS),Geographic Information System (GIS),and multimedia as multi-source data, and proposes architecture of highway assets management system based on those data. We focus on the methods of multi-source data getting and prepossessing, road map matching technology to make the location information of highway as-sets to be matched to the road map, and based on those, the each other dynamic inquiry delivering space information and attribute video frequency information being in charge of the traffic control center. Thereby, intelligent and visual management of highway assets infor-mation are realized.
Key words:
Highway Assets M anagement System, M apping M atching, GPS, GIS, M ultimedia
引言
我国公路交通资产规模日益庞大，伴随着各类路政管理信息量正变得越来越庞大和复杂，但公路的管理还相对落后，尤其在交通资产管理方面，许多管理工作还停留在手工方式上[1,2]. 基于地理信息系全球定位系统(GPS)，以及多媒体视频技术统(GIS)，
为公路资产管理系统，实现公路资产管理现代化、科学化、智能化提供有效方案，其主要原理是，将装有GPS 接收机的移动目标的位置(经纬度) 、速度、航向以及状态信息，通过无线通信链路传送到交管中心，
然后在GIS 系统上，利用电子地图以及多媒体数据直观的显示[3]. 这种系统可以用于交管部门对道路资产设施的监控与管理.
公路信息资产系统主要管理两种数据：属性数据和空间数据. 属性数据包括大量的调查统计数据以及道路视频信息. 空间数据主要是指公路地图数据，反映公路及其附属设施的空间坐标位置的. 然而公路资产具有空间分布区域广泛、实时性要求高和准确的反映出分海量数据的特点，也就是需要实时、布在广域空间的公路资产的各种状况. 传统的手工
收稿日期：2008-10-18
作者简介：杨勇（１９７７－），男，湖南邵阳人，湖南公安高等专科学校实验师，长沙理工大学交通运输工程学院在职研究生．
50
邵阳学院学报（自然科学版）第5卷
方式对这种广域的、实时、海量数据已经显得无能为有效的获取和数力，导致了公路资产的数据的快速、据查询分析成为瓶颈.
本文提出一种基于多源数据的公路资产管理系统架构，将属性数据(特别视频属性数据) 和空间数据(道路地图) 有机地结合起来，通过视频图像和GPS 的手段，有效解决公路资产空间数据和属性数据的获取问题；通过公路资产空间信息与属性视频信息交互式查询，满足用户快速、实时获取有效信息的需将使得整个公求. 从而实现二者之间的交互式查询，
形象直观，并将彻底改变公路的管理更加方便快捷、
路、建设、管理及资料保存的传统模式，从而实现公路规划、交通管理的计算机自动化. 因此基于多源数据的公路资产管理系统是集计算机技术、地理信息系统(GIS)技术、多媒体技术，GPS 技术等于一体的综合信息系统(简称MIS).
为一体的公路资产管理系统平台. 它通过具有摄像功能的车载GPS 系统对道路进行空间信息和视频属性信息采集. 由于GPS 系统是每隔一段时间记录一个位置点坐标数据，在某一个时间内，汽车往往是匀速形式，因此在该时间段内有相当量的冗余位置信息. 为了减少数据存储空间，就必须对这些冗余数据因此，在不改进行压缩．而GPS 定位精度往往不高，
进GPS 硬件条件的情况下，为了提高定位精度，我们就要通过软件地图匹配的方法来提高GPS 定位精就能将公路资产属性信息在地度. 经过上述处理后，
图上正确的显示出来. 用户可以通过地图操作来对公路设施进行定位，而通过公路设备的定位坐标信息可以查询到该位置相应的属性信息(特别是视频信息) ；反之，也可以通过对道路设施视频属性信息的定位来查询到设施相应的空间坐标，在地图上显示出来. 从而实现对公路资产信息的可视化智能管公路理，如图1所示. 其关键内容主要包括三部分：资产定位数据数据预处理，地图匹配和空间、视频数据关联查询．
1基于多源数据的公路资产管理系统构架构
基于多源数据的公路资产管理系统是一种融合GIS 地图数据，GPS 定位数据，以及多媒体视频数据
图1基于多源数据的公路资产管理系统构架构
2公路资产数据获取及其预处理2.1传统数据源
地图数据是GIS 的主要数据源，因为地图包含着丰富的内容，不仅含有实体的类别和属性，而且含有实体间的空间关系. 地图数据主要通过对地图的定位数字化和扫描数字化获取. 地图数据不仅可以
作宏观的分析(用小比例尺地图数据) ，而且可以作微观的分析(用大比例尺地图数据). 在使用地图数据时，应考虑到地图投影所引起的变形，在需要时进行投影变换，或转换成地理坐标. 地图数据主要用于生成DLG 、DRG 数据或DEM 数据.
遥感数据(影像数据) 是GIS 的重要数据源. 遥感
第4期杨勇：基于多源数据的公路资产管理系统架构
络限制和速度变化抽取的定位轨迹数据压缩.
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数据含有丰富的资源与环境信息，在GIS 支持下，可地球物理、地球化学、地球生物、军事应用以与地质、
等方面的信息进行信息复合和综合分析. 遥感数据是一种大面积的、动态的、近实时的数据源，遥感技术也是GIS 数据更新的重要手段. 遥感数据(影象数据) 用于提取线划数据和生成数字正射影象数据(DOM)、DEM 数据.
文本资料是指各行业、各部门的有关法律文档、行业规范、技术标准、条文条例等，如边界条约等. 这些也属于GIS 的数据.
国家和军队的许多部门和机构都拥有不同领域(如人口、基础设施建设、兵要地志等) 的大量统计资料，这些都是GIS 的数据源，尤其是GIS 属性数据的重要来源.
野外试验、实地测量等获取的数据可以通过转换直接进入GIS 的地理数据库，以便于进行实时的分析和进一步的应用，如通过物探得到的地下管线数据.GPS(全球定位系统) 所获取的数据也是GIS 的重要数据源.
多媒体数据(包括声音、录像等) 通常可通过通讯口传入GIS 的地理数据库中，目前其主要功能是辅助GIS 的分析和查询.
3地图匹配
尽管目前GPS 定位系统的精度已经非常高. 但是由于市区内多径效应、环境噪声和接收机内部噪声等对移动车辆GPS 接收机影响的非对称性，使得定位的精确性、持续性和可靠性受到不同程度的影响. 尤其是车载GPS 接收机采用的测量卫星进入定一个位盲区时，更难以保证车辆的定位精度. 另外，重要的实际问题是，即使车辆定位精度可以保证在10m 以内，也无法保证所有的监控点正好落在道路上. 由于定位精度的影响，车辆的轨迹点并不完全在道路上，经常都有一定的误差范围. 那么就需要将这些轨迹点匹配到道路上去. 这种将车辆轨迹点对应到相应路段上的方法就称为地图匹配[7]. 地图匹配的是基本思想是通过车辆的GPS 航迹与电子地图上矢量化的路段相近匹配，寻找当前行驶的道路，并将车辆当前的GPS 定位点投影到道路上[8].
地图匹配的基本思想是通过车辆的GPS 航迹与电子地图上矢量化的路段相近匹配，寻找当前行驶的道路，并将车辆当前的GPS 定位点投影到道路上. 它的应用基于两个假设：1) 地图匹配的基本思想是通过车辆的GPS 航迹与电子地图上矢量化的路段相近匹配，寻找当前行驶的道路，并将车辆当前的GPS 定位点投影到道路上. 其应用基于两个假设：1) 用于2) 车辆匹配的高精度数字地图一般要求小于15m ；行驶在道路上. 这样就保证了不会因为定位误差使车辆定位点偏离车辆当前行驶的道路，而且通过投影使车辆定位数据仅保留定位误差在车辆前进方向上的径向分量，从而提高车辆的定位精度.
成功的地图匹配算法应该兼有较强的实时性和鲁棒性，以及较高的匹配精度. 应充分考虑影响地图匹配算法的因素[9].
(1)实时性因素
地图匹配过程主要包括匹配候选路段的确定及候选路段匹配两部分，其中前者是影响匹配算法实时性的主要因素. 现有的匹配算法虽然匹配规则及选取匹配候选路段时设定的条件不尽相同，但候选路段的选取都需要遍历整个道路网络，致使其实时性随着道路网络规模的增大明显下降.
(2)鲁棒性的因素
主要体现在匹配算法能否有效地处理匹配过程中可能出现的各种异常(GPS接收数据无效或误差较
2.2数据压缩
由于公路资产管理系统是每隔一段时间记录一个位置点坐标数据，在某一个时间内，汽车往往是匀速形式，因此在该时间段内有相当量的冗余位置信就必须对这些冗余数据息. 为了减少数据存储空间，进行压缩.
数据压缩是通过减少计算机中所存储数据或者通信传播中数据的冗余度，达到增大数据密度，最终使数据的存储空间减少的技术[4,5]. 数据压缩在文件存储和分布式系统领域有着十分广泛的应用. 而数据压缩又分为有损和无损之分. 无损压缩没有任何信息丢失，通常依靠增加每个字节的信息量来实现. 无损压缩的一个重要缺陷是压缩比非常有限. 有损数据压缩方法是经过压缩、解压的数据与原始数据不同但是非常接近的压缩方法. 因此有损数据压缩又称破坏型压缩，即将次要的信息数据压缩掉，牺牲一些质量来减少数据量，使压缩比提高.
目前已经有一些针对GIS 空间数据的压缩方法. GIS 空间数据分为矢量数据和栅格数据. 而公路资产管理系统所采用的是带时间戳的矢量数据. 如定长取点法[6]，垂距法，时空数据压缩方法，基于道路网
52
邵阳学院学报（自然科学版）第5卷
大，车辆低速滑行或停止等) ，以使匹配算法遇到这些异常时，能够做出合理处理，而不影响后续工作.
(3)匹配精度的因素
从地图匹配过程可以看出，影响匹配精度的因素主要有：①GPS 的定位误差.GPS 的定位误差包括系统内部误差和外部突变误差. 前者主要是指由卫星测量及其几何分布所引起的误差，目前，在GPS 接收机正常工作时，内部误差能以95%的置信概率落入半径为20m 的圆内; 后者则是由于高楼等地物阻定位数据产挡，使GPS 接收机对部分卫星失去锁定，生较大漂移所引起的. ②坐标转换误差. 由于GPS 接收机所接收到的定位数据属于WGS-84地心坐标系，而我国目前的导航电子地图多采用北京1954和西安1980平面直角坐标系，因此GPS 的定位结果必须通过相应的坐标转换，变换到导航电子地图所采用的坐标系. 一般认为，由坐标转换带来的误差不超过10m. ③电子地图数据库误差．由于地图匹配是将定位数据与电子地图数据库中道路层数据进行匹配，所以地图数据库的数据质量对匹配精度有重要影响，目前，电子地图数据库的误差一般认为不超过15m.
GPS 数据进行建库处理和管理．通过对视频信息和GPS 精确坐标信息的处理和查询来实现对公路的无人方式的管理. 在该系统中可以实现对视频信息的时式的查询和监测. 其又主要分为通过公路资产视频属性信息查询其空间位置信息和通过公路资产空间位置信息查询视频属性信息两类.
4.1.1公路资产视频属性信息查询其空间信息
原理：当用户点击当前视频时，可以获得当前视频播放帧所处的相对时间t c ，而车载GPS 的起始时间已知T 0，则此时该公路资产视频属性所处的绝对时间即为T=T0+tc ; 由于车载GPS 是不连续的方式来记录地物点的坐标信息的，因此就必须通过利用已知记录时间点的精确GPS 坐标信息来插值获得任意时刻T 的位置信息. 如图2所示：
图2属性—空间查询示意图
在A （T a ）处车载GPS 获得此时的坐标位置是（X a ，Y a ），在B （T a ）处获得的坐标是（X b ，Y b ）；当车通则可以通过如下的插值方过C 处时的时间是T c 时，式得到C 初的坐标.
X c =X a *（T c -T a ）（/T b -T a ）+X a *（T b -T a ）（/T t -T a ）Y c =Y a *（T c -T a ）（/T b -T a ）+Y a *（T b -T a ）（/T t -T a ）（1）因此，当通过插值的方式获得C 点的位置信息时，就可以将其属性信息在其相应的位置处显示出来.
4.1.2公路资产空间信息查询其视频属性信息
原理：当用户在公路地图上任意单击一公路资产从而需要观察其图像信息时，此时就需要将公路资产从空间信息关联到视频属性信息. 由于视频是一帧帧播放而不连续的，因此只需找到该资产所处的空间位置信息视频播放帧所处的时刻即可. 而GPS 中时间戳是与该时刻的空间位置相关联的，因此只需找到该资产所处位置在车载GPS 中所对应的时间戳. 因为车载GPS 是不连续记录空间信息和视频属性信息的，因此只需找到其最接近的时间即可，这就可以通过求得与其最近的空间位置，从而进而获得时间信息，以致最终通过时间信息获得公路资产的视频属性信息. 其算法步骤为：
(1)在公路地图上点击需要查询的资产，获得其空间坐标信息；
(2)找出其与车载GPS 记录中距离最小的坐标
4公路资产空间信息与属性信息的交互查询
要实现对公路资产的智能化管理，就必须实现其资产空间信息与属性信息的快速关联查询. 一方面，由于其公路资产的属性信息是与其在公路上具体空间位置上的资产相关联的，而空间信息是通过GPS 定位方式得来，因此首先需要将这些GPS 定位数据与公路地图匹配起来，然后再通过公路资产的空间信息与属性信息(特别是视频信息) 的关联查询由于GPS 从而实现其资产的智能化管理. 另一方面，是每隔一定时间间隔采样的，因此在没有采样记录的时间刻度处，需要用插值的方法来计算其空间位置信息. 下面就分别从空间插值，空间信息和视频属性信息的关联查询这两个方面来介绍公路资产的可视化智能管理.
4.1公路资产空间信息与视频属性信息交互式查询
由于众多公路的修建，其管理和维护所需的人力和物力越来越大，特别是在一些荒芜人烟的地方和沙漠或者高原不太可能派谴人员长时间的驻守管理和监视. 因此可以采用先进的基于车载GPS 的系统先对其公路进行跟踪，然后将其得到的精确的
第4期杨勇：基于多源数据的公路资产管理系统架构
参考文献：
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值，进而获得其最小坐标所处的绝对时刻T ；
(3)求得其相应视频播放帧的相对时刻t =T -T 0，其中T 0为车载GPS 开始记录的起始时刻；
(4)通过(3)获得的视频播放帧相对时刻t ，进而获得该资产对应的视频图像属性信息.
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5公路资产管理原型系统
为了综合验证本文提出的有关算法，模型和策设计开发了原型略，基于MapX 和MediaPlayer 控件，系统. 系统开发与运行的硬件环境：Inter(R)Pentium(R)CPU2.00GHz ，512MB RAM ，系统设计与运行的软4，
件环境：操作系统：MS Windows XP SP2；应用控件：MapX ，MediaPlayer ；开发语言：C++.软件运行图3所
示.
图3公路资产管理原型系统
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