一种高速公路经纬度与桩号精确适配的方法与流程

1.本发明属于高速公路信息化技术领域，具体涉及一种高速公路经纬度与桩号精确适配的方法。


背景技术：

2.随着高速公路的快速发展，高速公路的运营里程越来越长，在高速公路的养护过程中、交通道路事件的处置过程中、以及高速救援的实施过程中，对目标位置点精准定位的需求愈发强烈。因此，亟需一种能够将高速公路的桩号精准转换为gis位置的方法，不仅能够满足高速公路的日常运营，还能够帮助决策者、救援者等相关人员直观的了解各种情况所在的具体位置，从而更好的服务公众，安全高效的出行。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高速公路经纬度与桩号精确适配的方法，使得高速公路桩号与经纬度能够相互转换，定位更加精准。
4.为达到上述目的，本发明提供了一种高速公路经纬度与桩号精确适配的方法，包括以下步骤：
5.s1.收集高速公路上结构物的桩号信息；
6.s2.将步骤s1收集的桩号信息进行gis化处理，计算出结构物桩号的米数，然后按照高速方向和桩号依次编号得到起点至止点的链表结构；
7.s3.根据链表结构进行分段，相邻的两个结构物分为一个结构物段，然后计算各结构物段的桩号距离；
8.s4.根据链表结构的分段信息从gis地图上获取各结构物段的行车路径，所述行车路径是在gis地图上根据轨迹中行车方向需要偏离的关键点连接而成的曲线，然后采集关键点的经纬度和路径距离；
9.s5.根据路径距离和结构物的桩号距离，计算各结构物段中路径距离与桩号距离的距离比；
10.s6.以固定步长对相邻关键点间的关键点段进行等分处理，然后计算各分割点的序号、经度、纬度和桩号；
11.s7.根据步骤s6获取公路从起点至止点的分割点，将分割点的国高速编号、桩号、方向、距离比、经纬度、桩号以及顺位数进行持久化，得到桩号与地理坐标信息的基础映射关系；
12.s8.在步骤s7的映射关系基础上，输入高速编号、方向和桩号，进行经纬度转换；
13.s9.在步骤s7的映射关系基础上，输入高速编号、方向和经纬度，进行桩号转换。
14.进一步，步骤s1中结构物的桩号信息包括：道路两侧的收费站、隧道入口、隧道出口、互通立交的国高省高编号、国高省高桩号以及上下行方向。
15.进一步，步骤s2中，结构物桩号的格式为“公里、米”，然后通过桩号格式计算桩号
的米数staken，计算表达式如下：
16.staken＝公里数*1000 米数。
17.进一步，步骤s3中，桩号距离distancen的计算表达式如下：
18.distancen＝|stake
n-stake
n-1
|
19.式中，n和n-1分别表示第n个和n-1个。
20.进一步，步骤s4中，路径距离为关键点与上一关键点的距离。
21.进一步，步骤s5中，距离比的计算表达式如下：
[0022][0023]
式中：ration为第n结构物段的距离比，m为第m个关键点，s
nam
为第n结构物段中第m个关键点的路径距离。
[0024]
进一步，步骤s6中，分割点的计算步骤如下：
[0025]
①
将相对于桩号距离的步长fsz转化为相对于路径距离的等分步长ftn，ftn的计算公式为：
[0026]
ftn＝fsz×
ration[0027]
②
计算snpm段中补偿前序的路径距离snp
mct
，计算公式为：
[0028][0029]
式中，s
n-1
p
αrt
为s
n-1
段最后一个分段中余的路径距离；
[0030]
③
计算snpm段中可用于计算的有效距离s
ndm
，计算公式为：
[0031][0032]
式中，s1a1为第1结构物段第1关键点的路径距离，s
nam
为第n结构物段第m关键点的路径距离，snp
m-1
ct为snp
m-1
段中补偿前序的路径距离；
[0033]
④
计算snpm段能够被分为多少段，段数snpmk的计算公式为：
[0034][0035]
⑤
计算snpm段中余的路径距离snp
mrt
，计算公式为：
[0036][0037]
进一步，步骤s6中，分割点的经度snpmlngi、纬度snpmlati以及顺位数i
x
的计算表达式如下：
[0038]
[0039][0040]
式中，snlngm为第n结构物段第m关键点的经度，snlatm为第n结构物段第m关键点的纬度；
[0041][0042]
根据分割点的顺位数i、起点桩号stake0和止点桩号stake
n 1
，计算分割点的桩号se_staken，计算公式为：
[0043][0044]
进一步，步骤s8中，经纬度的转换规则为：通过数据查询，找到输入桩号所在的分割点段，然后通过分割点段段首和段尾的桩号、经纬度信息，计算输入桩号的经纬度。
[0045]
进一步，步骤s9中，计算输入的经纬度与分割点之间的距离，然后控制距离范围匹配到最近的分割点，最近分割点的桩号即为输入经纬度所在位置的桩号。
[0046]
本发明的有益效果在于：
[0047]
本发明提供了一种高速公路经纬度与桩号精确适配的方法，可将高速公路的桩号信息精准地转换成经纬度，并能通过调整结构物位置gis信息以及分割步长进一步掌控精度，定位更精准，可以更好的服务公众，安全高效的出行；本发明方法还能将经纬度转换成高速桩号，在定位信息精准的前提下，可将道路范围内的经纬度转换成高速桩号，更加清晰直观，灵活性更高，在高速公路信息发生变化时，可以灵活对应，而且高速公路上的分割点只需处理一次就可重复使用。
[0048]
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究，对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
[0049]
图1是本发明一种高速公路经纬度与桩号精确适配的方法的流程图；
[0050]
图2是实施例一中高速公路关键点与分割点的分布图。
具体实施方式
[0051]
为使本发明的技术方案、优点和目的更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术的保护范围。
[0052]
如图1所示，本发明提供了一种高速公路经纬度与桩号精确适配的方法，包括以下步骤；
[0053]
s1.收集高速公路上基础结构物的桩号信息，包括道路两侧的收费站、隧道入口、
隧道出口、互通立交的国高省高编号(以下简称高速编号)、国高省高桩号(格式“公里 米”，以下简称桩号)以及上下行方向(以下简称方向)。
[0054]
s2.将步骤s1收集的桩号信息进行gis化处理，本实施例采用gcj-02制式，经度为lngn，纬度为latn，结构物桩号的格式为“公里、米”，然后通过桩号格式计算桩号的米数staken，计算表达式如下：
[0055]
staken＝公里数*1000 米数
[0056]
计算出结构物桩号的米数后，按照高速方向和桩号依次编号得到起点至止点的链表结构，链表结构如下：
[0057][0058]
s3.根据链表结构，分段进行持久化，分段依据是从起点开始，相邻的两个结构物分为一个结构物段，直至止点结束，然后计算各结构物段的桩号距离，桩号距离distancen的计算表达式如下：
[0059]
distancen＝|stake
n-stake
n-1
|
[0060]
式中，n和n-1分别表示第n个和n-1个。
[0061]
分段信息如下所示：
[0062]
s1段：起点
→
结构物1，桩号距离为distance1；
[0063]
s2段：结构物1→
结构物2，桩号距离为distance2；
[0064]
s3段：结构物2→
结构物3，桩号距离为distance3；
[0065]
sn段：结构物
n-1
→
结构物n，桩号距离为distancen；
[0066]sn 1
段：结构物n→
止点，桩号距离为distance
n 1
。
[0067]
s4.根据链表结构的分段信息分别从gis地图上获取各结构物段的行车路径，行车路径是在gis地图上根据轨迹中行车方向需要偏离的关键点连接而成的曲线，然后采集关键点的地理坐标信息(经度为snlngm、纬度为snlatm，以下简称经纬度)和路径距离s
nam
(路径距离为关键点与上一关键点的距离，单位米)，并按照顺序依次计段，例如s2段的路径信息如下所示：
[0068][0069]
s2p1段：关键点1经纬度为(s2lng1,s2lat1)，与结构物1的路径距离为s2a1；
[0070]
s2p2段：关键点2经纬度为(s2lng2,s2lat2)，与关键点1的路径距离为s2a2；
[0071]
s2pm段：关键点m经纬度为(s2lngm,s2latm)，与关键点
m-1
的路径距离为s2am；
[0072]
s2p
m 1
段：与关键点m的路径距离为s2a
m 1
；
[0073]
关键点：是指在行车中需要进行方向偏转的位置点。
[0074]
s5.根据gis地图的关键点距离和结构物的桩号距离，计算各结构物段中路径距离与桩号距离的距离比，距离比的计算表达式如下：
[0075]
[0076]
式中：ration为第n结构物段的距离比，m为第m个关键点，s
nam
为第n结构物段中第m个关键点的路径距离。
[0077]
依次类推可以计算出s1段～s
n 1
段的桩号距离比分别为ratio1～ratio
n 1
。
[0078]
s6.以固定步长对相邻关键点间的关键点段进行等分处理，然后计算各分割点的序号、经度、纬度和桩号。
[0079]
分割点的计算步骤如下：
[0080]
①
将相对于桩号距离的步长fsz转化为相对于路径距离的等分步长ftn，ftn的计算公式为：
[0081]
ftn＝fsz×
ration[0082]
②
计算snpm段中补偿前序的路径距离snp
mct
，计算公式为：
[0083][0084]
式中，s
n-1
p
αrt
为s
n-1
段最后一个分段中余的路径距离；
[0085]
③
计算s
ndm
段中可用于计算的有效距离s
ndm
，计算公式为：
[0086][0087]
式中，s1a1为第1结构物段第1关键点的路径距离，s
nam
为第n结构物段第m关键点的路径距离，s
ndm-1ct
为snp
m-1
段中补偿前序的路径距离；
[0088]
④
计算s
ndm
段能够被分为多少段，段数s
ndm
k的计算公式为：
[0089][0090]
⑤
计算s
ndm
段中余的路径距离s
ndmrt
，计算公式为：
[0091][0092]
通过上述分段，可以得到每关键点段的分割点数snpmk，再结合每段首尾的关键点经纬度(snlngm,snlatm)，可以计算出分割点的经纬度(经度snpmlngi和纬度snpmlati，0《i≤snpmk)以及分割点的顺位数i
x
，计算表达式如下：
[0093][0094][0095]
式中，snlngm为第n结构物段第m关键点的经度，snlatm为第n结构物段第m关键点的纬度；
[0096]
[0097]
根据分割点的顺位数i、起点桩号stake0和止点桩号stake
n 1
，计算分割点的桩号se_staken，计算公式为：
[0098][0099]
s7.根据步骤s6获取公路从起点至止点所有段的的分割点，将分割点的国高速编号、桩号、方向、距离比、经纬度、桩号以及顺位数进行持久化，得到桩号与地理坐标信息的基础映射关系。
[0100]
s8.在步骤s7的映射关系基础上，输入高速编号、方向和桩号，进行经纬度转换。
[0101]
经纬度的转换规则为：通过数据查询，找到输入桩号所在的分割点段，然后通过分割点段段首和段尾的桩号、经纬度信息，计算输入桩号的经纬度。
[0102]
①
输入参数，若基础映射关系中存在高速编号、方向以及桩号均与输入参数相同的分割点，则此分割点的经纬度即为输入参数的经纬度；
[0103]
②
输入参数，若基础映射关系中不存在高速编号、方向以及桩号均与输入参数相同的分割点，则需要通过数据查询，找到输入桩号所在的分割点段(ii～i
i 1
)，然后通过分割点段段首和段尾的桩号、经纬度信息，计算输入桩号的经纬度。
[0104]
若不存在满足上述条件的分割点，则输入的数据无法转换。
[0105]
若存在，则以顺位数为ii的分割点(桩号为stakes，经度为lngs，纬度为lats)作为起点、顺位数为i
i 1
的分割点(桩号为stakee，经度为lnge，纬度为late)作为终点，从而得到输入桩号的经纬度(经度为lng、纬度为lat)，计算表达式如下：
[0106][0107][0108]
s9.在步骤s7的映射关系基础上，输入高速编号、方向和经纬度，进行桩号转换。
[0109]
桩号的转换规则为：计算输入的经纬度与分割点(相同高速编号、方向)之间的距离dis
x
，然后控制距离范围匹配到最近的分割点，最近分割点的桩号即为输入经纬度所在位置的桩号。
[0110]
两点间距离dis
x
的计算公式如下：
[0111][0112]
式中，r为地球半径(r≈6378137米)。
[0113]
实施例一
[0114]
如图2所示，本实施例基于高速公路运营公司a提供的一段高速公路，这段高速公路上的结构物信息如表一所示。
[0115]
[0116][0117]
表一
[0118]
1.根据表一提供的结构物信息，将结构物标注在gis地图上，并提取结构物标注点的经纬度，得到的数据如表二所示。
[0119]
结构物序号高速编号方向结构物桩号经度纬度结构物顺位1g999上行tua隧道入口k61 238144.98385418.54506722g999上行sta收费站k49 687144.54440117.41651543g999上行iba互通k70 400144.67623719.43844914g999上行tub隧道入口k38 275144.63229115.22359265g999上行tua隧道出口k57 163144.93990817.87716536g999上行tub隧道出口k31 480144.43453714.50152177g999上行saa服务区k43 600144.47848316.13325158g999上行ibb互通k20 300143.92916613.75574789g999下行tub隧道入口k30 890145.97262313.94775210g999下行sta收费站k49 687146.8515317.58416411g999下行ibb互通k20 300145.77486913.028998112g999下行tua隧道入口k56 859146.87350217.542264513g999下行tub隧道出口k37 764146.43404914.84162314g999下行iba互通k70 400146.14840519.500597715g999下行tua隧道出口k62 712146.45602218.3157656
[0120]
表二
[0121]
2.根据表二中结构物的经纬度信息，按照结构物顺位，利用路径规划功能从gis地图中获取每个结构物段的关键点信息，结构物顺位1～结构物顺位2段的关键点信息如表三所示。
[0122][0123][0124]
表三
[0125]
3.依据表三中的关键点信息，以步长100m(路径距离步长为100*1.022375≈102.24)分别计算关键点段的分割点，得到如表四所示的数据。
[0126][0127]
表四
[0128]
①“
补偿的路径距离”＝“路径距离步长”－前一个序号的“路径距离余数”，前一个序号的“路径距离余数”为0，本值也为0；
[0129]
②“
有效距离”＝“路径距离”－“补偿的路径距离”；
[0130]
③“
分割点数”＝“有效距离
”÷“
路径距离步长”，“补偿的路径距离”》0时结果 1；
[0131]
④“
路径距离余数”＝(“有效距离” “路径距离步长” 前一个序号的“路径距离余数”)
‑“
分割点数
”ד
路径距离步长”。
[0132]
最后结构物段的路径距离余数纳入结构物顺位2～结构物顺位3段的计算，以相同方式可以推算出后续结构物段的分割点。
[0133]
4.依据分割点的顺序，根据起点桩号(k70 400)和止点桩号(k61 238)，可以得到各个分割点的信息，分割点信息如表五所示。
[0134][0135]
表五
[0136]
5.将“高速编号为“g999”、上行方向、桩号为k70 089”转换“经纬度”时，通过数据查询定位出k70 089所在的区间为序号为3和4的分割点，如表六所示。
[0137][0138]
表六
[0139]
通过序号为3的分割点的经纬度，按照公式转换可以就算出k70 089的经纬度。
[0140]
6.将“高速编号为“g999”、上行方向、经纬度(lng,lat)”转换为“桩号”时，分别计算输入的经纬度与g999高速上同向分割点的距离，在输入经纬度的200m范围内，距离输入经纬度最近的分割点的桩号即为输入经纬度的桩号。
[0141]
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的保护范围当中。