CN102944886A - 一种gps速度漂移过滤的方法 - Google Patents

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黄运峰
叶德焰
陈挺
赖荣东
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本发明属于GPS导航领域，具体涉及一种对GPS设备的速度漂移进行过滤的方法。本发明的一种GPS速度漂移过滤的方法，包括一判断当前时刻t0的GPS设备速度Vt是否异常的步骤，具体是通过判断相邻两秒的秒加速度at是否大于A，如果at>A，则说明出现速度漂移现象；其中g≤A≤2g，g为重力加速度，g=9.8m/s2；以及一对异常的GPS设备速度Vt进行处理的步骤，将当前时刻t0输出的有效速度Vt用前一秒的速度Vt-1替代，即Vt=Vt-1；继续判断下一时刻ti的GPS设备速度是否异常，如有异常，则对该异常的GPS设备速度进行处理，其中ti=t0+1、t0+2、t0+3、…t0+n，n为自然数。本发明应用于解决因GPS设备速度漂移而造成对车辆的行驶速度的采集出现错误。

Description

一种GPS速度漂移过滤的方法
技术领域
本发明属于GPS导航领域，具体涉及一种对GPS设备的速度漂移进行过滤的方法。
背景技术
目前在国内广泛应用的车辆监控系统，通常采用基于GPS、GPRS（或者GSM）的车载终端。这种车辆监控系统中，车载终端按系统规定的数据传送时间间隔，定时将自身GPS设备实时采集的车辆位置信息上传给系统的监控中心，实现了监控中心对车辆的全天候监控。
GPS设备在车载应用中，由于受到车辆等外界环境的干扰，不可避免的存在静态位置漂移和速度漂移。其中，静态位置漂移较为容易解决，通常是通过检测ACC钥匙电的方法来检测是否为静态漂移，因为钥匙电是关闭的，那么车辆也一定是不动的了；另外也可以通过软件的方式来解决：如果检测到车辆状态为静止时，强制速度为0；速度为0时，强制方向为0；数据中的速度值为0时，就不去更新当前位置；通过比较上次定位数据的经纬度差的绝对值来判定是否有慢速移动。另外，还有其他方法，例如申请日为2011.03.17、申请号为201110063805.7的发明专利，公开了一种 GPS 设备无效漂移信号的过滤方法，该方法介绍了在使用过程中GPS 设备如何正确地识别及过滤无效信息，其中无效信息包括在室内或室外静止状态下不正确漂移。
对于速度漂移：其通常在定位条件较差时发生，如定位信号较差或者外界干扰信号较大时，再例如车辆速度过快以至于GPS设备的响应时间短于当前的运行速度等等，都容易引起GPS设备的位置和速度漂移。而在GPS设备正常定位的情况下，GPS设备能够正常的获取车辆的行驶速度（即定位速度接近或者等于车辆的行驶速度）；而在车载终端受到外界干扰的情况下（定位数据出现异常），则容易出现速度或位置的突然变化，如速度突然变大或者突然变小，超出了实际车辆运动的速度变化值。
在某些应用场合中，例如危险品车辆运输，或者单位领导为加强对车辆的管理，使用GPS设备限定车辆在某些路段的时速不能超过某个速度值，或者其他对速度监控要求比较高的场合，此时，如果GPS设备出现速度漂移，则会造成采集到的车辆速度超过规定的速度值，则会引起系统的误超速报警，从而使车辆司机蒙受不白之冤。因此在这种情况下，就迫切需要对GPS设备的速度漂移进行过滤，避免引起误报。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种GPS速度漂移过滤的方法，对GPS设备的速度漂移进行过滤，解决因GPS设备速度漂移而造成对车辆的行驶速度的采集的影响。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是，一种GPS速度漂移过滤的方法，包括一判断GPS设备速度Vt是否异常的步骤，以及一对异常的GPS设备速度Vt进行处理的步骤。
其中，一判断当前时刻t0的GPS设备速度Vt是否异常的步骤，具体是通过判断相邻两秒的秒加速度at是否大于阈值A，如果at>A，则说明出现速度漂移现象；其中g≤A≤2g，g为重力加速度常数，g=9.8m/s2；
以及一对异常的GPS设备速度Vt进行处理的步骤，将当前时刻t0输出的有效速度Vt用前一秒的速度Vt-1替代，即Vt=Vt-1；
然后继续判断下一时刻ti的GPS设备速度是否异常，如有异常，则对该异常的GPS设备速度进行处理，其中ti= t0+1、t0+2、t0+3、…t0+n，n为自然数。
因为理论上来说，正常速度变化所允许的秒加速度最大值不会超过重力加速度g，所以A优选是取g（9.8m/s2）即可。上述步骤中，相邻两秒的秒加速度即两个相邻定位点的速度差，定位点每隔一秒向中心发送一次速度数据。
上述步骤是通过判断相邻两秒（即相邻定位点：某时刻车辆所在的定位点，及其前一秒所在的定位点）之间的秒加速度来判定该时刻的GPS设备速度是否为漂移速度。为了防止遗漏，以及验证上述结论，作为一个进一步的技术方案，对异常的GPS设备速度Vt进行处理的步骤，还同时包括以下过程：
令基准速度Vt0等于前一秒的速度，即Vt-1Vt0=Vt-1；
计算某一时刻ti的GPS设备速度Vti和基准速度Vt0的速度变化率，即时刻ti和时刻t0之间的秒平均加速度                                                
Figure 700497DEST_PATH_IMAGE001
是否满足
Figure 495277DEST_PATH_IMAGE001
>A：
如果
Figure 189564DEST_PATH_IMAGE001
>A，则ti时刻的GPS设备速度Vti为异常速度，则令Vti=Vt-1；其中，
Figure 841125DEST_PATH_IMAGE001
 = |Vti-Vt0|/（ti-t0）。如果
Figure 73392DEST_PATH_IMAGE001
≤A，则认为ti时刻的GPS设备速度Vti为合法速度，则输出速度为Vti。
为了防止遗漏，作为一个更进一步的技术方案，如果
Figure 468601DEST_PATH_IMAGE001
≤A，还要连续计算N个相邻两秒的秒加速度是否同时小于等于A，即：计算ti时刻和ti-1时刻、ti-1时刻和ti-2时刻、…、ti-N+1时刻和ti-N时刻之间的秒加速度是否同时小于等于A，如果是，则认为ti时刻的GPS设备速度Vti为合法速度，则输出速度为Vti，同时令Vt0=Vti，并继续判定下一时刻的GPS设备速度；如果否，则仍然认定Vti为异常速度，且令Vti=Vt-1；其中N≥2。
作为一个更进一步的技术方案，对异常的GPS设备速度Vt进行处理的步骤，还包括将GPS设备每一秒输出的原始速度数据进行缓存的过程。为了防止缓存空间不够，上述N优选等于5。即连续判断5个相邻两秒的秒加速度。
上述方案中，同时计算相邻两秒的秒加速度以及一段时间内的秒平均加速度来进行判断，使判断结果更为准确，防止遗漏。
因为目前在实际应用中出现的GPS速度漂移现象，主要是出现速度和方向的异常跳变。因此，作为一个更进一步的技术方案，还包括同时判断相邻两秒的方向变化率Angt是否大于D的步骤，如果Angt>D，则说明该时刻出现速度漂移现象；如果Angt≤D，但是，经过上述步骤已经判定该时刻GPS设备速度为漂移速度，则仍然认为该时刻出现速度漂移现象；如果Angt≤D，同时，经过上述步骤已经判定该时刻GPS设备速度为正常速度，则认为该时刻的速度为正常速度；其中45°≤D≤60°。
作为一个更进一步的技术方案，如果Angt≤D，同时该时刻的GPS设备速度Vt>30km/h，则认为该时刻的GPS设备速度为正常速度；其中45°≤D≤60°。
为了防止遗漏，作为一个更进一步的技术方案，还包括计算一段时间内的秒平均方向变化率是否大于D的判断步骤，其方法步骤和原理同计算秒平均加速度是否大于A的方法步骤和原理。
本发明通过上述方案，结合速度变化率和方向变化率，有效的过滤掉车载GPS设备在车辆运行过程中产生的速度漂移，大大减少了车辆速度误报的问题。
具体实施方式
现结合具体实施方式对本发明进一步说明。
本发明的一种GPS速度漂移过滤的方法，包括以下步骤：
步骤1：判断每一秒的GPS设备速度Vt是否为漂移速度：判断相邻两秒（t0时刻和t0-1时刻）的秒加速度at是否大于g，如果at>g，则说明出现速度漂移现象，即当前时刻的GPS设备速度Vt为漂移速度，需要进行过滤，将该时刻的GPS设备的原始速度Vt数据存储到缓冲区，且令GPS设备的输出速度等于前一时刻的GPS设备速度（有效速度）；其中g为重力加速度，g=9.8m/s2；因为理论上来说，正常速度变化所允许的秒加速度最大值不会超过重力加速度g，所以通过判断at>g来判定速度漂移现象。另外，相邻两秒的秒加速度即两个相邻定位点的速度差，定位点每隔一秒向中心发送一次速度数据。
步骤2：同时判断上述相邻两秒（t0时刻和t0-1时刻）的方向变化率Angt是否大于D的步骤，如果Angt>D，则说明该时刻出现速度漂移现象，转到步骤5；如果Angt≤D，但是，经过步骤1已经判定该时刻GPS设备速度为漂移速度，则仍然认为该时刻出现速度漂移现象，将该时刻的GPS设备的原始速度Vt数据存储到缓冲区，且令GPS设备的输出速度等于前一时刻的GPS设备速度；如果Angt≤D，同时，经过步骤1已经判定该时刻GPS设备速度为正常速度，则认为该时刻的速度为正常速度；其中Angt= |Angti-Angt0|，45°≤D≤60°。
步骤3：继续判断下一时刻ti的GPS设备速度Vti是否异常，其中ti= t0+1、t0+2、t0+3、…t0+n，n为自然数。计算计算某一时刻ti的GPS设备速度Vti和基准速度Vt0的速度变化率，即时刻ti和时刻t0之间的秒平均加速度
Figure 17394DEST_PATH_IMAGE001
是否满足>A：
如果
Figure 310153DEST_PATH_IMAGE001
>A，认为当前的速度仍然存在漂移，则ti时刻的GPS设备速度Vti为异常速度，则将该时刻的GPS设备的原始速度Vt数据存储到缓冲区，将GPS设备输出的有效速度以基准速度Vt0代替，即Vti=Vt-1；其中，
Figure 243474DEST_PATH_IMAGE001
 = |Vti-Vt0|/（ti-t0）； 
如果
Figure 116881DEST_PATH_IMAGE001
≤A，还要连续计算N个相邻两秒的秒加速度是否同时小于等于A，即：计算ti时刻和ti-1时刻、ti-1时刻和ti-2时刻、…、ti-N+1时刻和ti-N时刻之间的秒加速度是否同时小于等于A，如果是，则认为ti时刻的GPS设备速度Vti为合法速度，则输出速度为Vti，同时令Vt0=Vti，并继续判定下一时刻的GPS设备速度；如果否，则仍然认定Vti为异常速度，且令Vti=Vt-1；其中N≥2。为了防止缓存空间不够，上述N优选等于5。即连续判断5个相邻两秒的秒加速度。
该步骤是当车辆在实际运行过程中有可能存在连续的漂移点（具有漂移速度的定位点），还需要通过判断一个连续时间段内（例如5秒）的秒平均加速度
Figure 375824DEST_PATH_IMAGE001
（速度平均变化率）是否处于合理变化范围内，来确定定位的速度是否是正常值，即：如果
Figure 802257DEST_PATH_IMAGE001
> A，则存在连续的漂移点。以判定漂移前的速度作为基准速度，对GPS设备后续输出的速度进行判断。一般最初有效的速度为0km/h。（GPS设备未定位的速度可以作为最初的基准速度）
步骤4：同时计算一段时间内的秒平均方向变化率是否大于D，其方法步骤和原理同计算秒平均加速度是否大于A的方法步骤和原理。
上述步骤中，为了保证过滤的有效性，步骤3和步骤4取一定个数的样本速度或方向来进行计算。因此当出现漂移时，由于需要判断瞬时加速度正常变化超过5秒以上，因此在速度出现异常后，至少需要连续过滤掉5秒以上的速度；否则继续进行过滤，直到缓存满后（过滤时间超过30秒，如果超过这个时间一般认为GPS设备出现问题），如果瞬时加速度仍然没有满足连续5秒小于g，则停止计算，判定当前时刻GPS设备输出的速度有效，当前的基准速度用该有效的速度替代，本次过滤过程结束.
至于对于方向的变化率的判断，是因为在实际应用中发现，当车辆在运动过程中时，GPS设备定位的方向与车辆的行驶方向一般不会有大的偏差。而当速度出现漂移时，GPS设备的方向一般也发生了比较大的变化，因此在算法中我们在判断速度的基础上，加入了方向的判断，前提是GPS设备速度在30km/h以上的时候。
经过实际应用验证，在通过速度变化量和方向变化量限制的条件下，可以有效的过滤掉车载GPS设备在车辆运行过程中产生的速度漂移，大大减少了车辆速度误报的问题。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。 

Claims (9)

1.一种GPS速度漂移过滤的方法，其特征在于：包括
一判断当前时刻t0的GPS设备速度Vt是否异常的步骤，具体是通过判断相邻两秒的秒加速度at是否大于阈值A，如果at>A，则说明出现速度漂移现象；其中g≤A≤2g，g为重力加速度常数；
以及一对异常的GPS设备速度Vt进行处理的步骤，将当前时刻t0输出的有效速度Vt用前一秒的速度Vt-1替代，即Vt=Vt-1；
继续判断下一时刻ti的GPS设备速度是否异常，如有异常，则对该异常的GPS设备速度进行处理，其中ti= t0+1、t0+2、t0+3、…t0+n，n为自然数。
2.根据权利要求1所述的一种GPS速度漂移过滤的方法，其特征在于：对异常的GPS设备速度Vt进行处理的步骤，还包括以下过程：
令基准速度Vt0等于前一秒的速度，即Vt-1Vt0=Vt-1；
计算某一时刻ti的GPS设备速度Vti和基准速度Vt0的速度变化率，即时刻ti和时刻t0之间的秒平均加速度                                                
Figure 677957DEST_PATH_IMAGE001
是否满足
Figure 987716DEST_PATH_IMAGE001
>A：
如果
Figure 58440DEST_PATH_IMAGE001
>A，则ti时刻的GPS设备速度Vti为异常速度，则令Vti=Vt-1；其中，
Figure 304657DEST_PATH_IMAGE001
 = |Vti-Vt0|/（ti-t0）；
如果
Figure 82120DEST_PATH_IMAGE001
≤A，则认为ti时刻的GPS设备速度Vti为合法速度，则输出速度为Vti。
3.根据权利要求2所述的一种GPS速度漂移过滤的方法，其特征在于：如果
Figure 562780DEST_PATH_IMAGE001
≤A，还要连续计算N个相邻两秒的秒加速度是否同时小于等于A，即：计算ti时刻和ti-1时刻、ti-1时刻和ti-2时刻、…、ti-N+1时刻和ti-N时刻之间的秒加速度是否同时小于等于A，如果是，则认为ti时刻的GPS设备速度Vti为合法速度，则输出速度为Vti，同时令Vt0=Vti，并继续判定下一时刻的GPS设备速度；如果否，则仍然认定Vti为异常速度，且令Vti=Vt-1；其中N≥2。
4.根据权利要求3所述的一种GPS速度漂移过滤的方法，其特征在于：N=5。
5.根据权利要求1所述的一种GPS速度漂移过滤的方法，其特征在于：对异常的GPS设备速度Vt进行处理的步骤，还包括将GPS设备每一秒输出的原始速度数据进行缓存的过程。
6.根据权利要求1所述的一种GPS速度漂移过滤的方法，其特征在于：还包括同时判断相邻两秒的方向变化率Angt是否大于D的步骤，如果Angt>D，则说明该时刻出现速度漂移现象；如果Angt≤D，但是，经过上述步骤已经判定该时刻GPS设备速度为漂移速度，则仍然认为该时刻出现速度漂移现象；如果Angt≤D，同时，经过上述步骤已经判定该时刻GPS设备速度为正常速度，则认为该时刻的速度为正常速度；其中，Angt= |Angti-Angt0|，45°≤D≤60°。
7.根据权利要求6所述的一种GPS速度漂移过滤的方法，其特征在于：如果Angt≤D，同时该时刻的GPS设备速度Vt>30km/h，则认为该时刻的GPS设备速度为正常速度；其中45°≤D≤60°。
8.根据权利要求6所述的一种GPS速度漂移过滤的方法，其特征在于：还包括计算一段时间内的秒平均方向变化率是否大于D的判断步骤。
9.根据权利要求1所述的一种GPS速度漂移过滤的方法，其特征在于：A=g，g=9.8m/s2。
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