CN102998689B - 基于虚拟传感器的区域判断方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于虚拟传感器的区域判断方法，本方法首先以GPS卫星定位技术为基础绘制考试场地的矢量地图；然后通过车辆上各点的固定关系，来计算检测点与GPS天线的位置关系，用于计算出车辆上检测点实时的位置数据；在矢量地图上生成虚拟区域；最后，将车辆上检测点的实时位置与所在虚拟区域进行匹配，判断是否位于所述虚拟区域中。本发明以虚拟的区域为虚拟传感器，取代了实体传感器，简化了驾校考场的设备安装，避免实体传感器使用过程中的损坏。使用简单、损坏率低、精度高的优点。

Description

基于虚拟传感器的区域判断方法

技术领域

本发明涉及一种对于驾校路考考试的新型评判方法，尤其是使用GPS进行的基于虚拟传感器的区域判断方法。

背景技术

目前驾校路考中普遍采用的是使用传统传感器来对考试中的车辆进行判断有无撞杆、压线、出界等，例如压力传感器、红外传感器、震动传感器等。这些传感器在驾校修建安装时的布置工作极其复杂，需要很长的时间来进行对驾校场地的传感器安装工作。

在后期使用中，这些传统的实体传感器都会因为天气、环境及碰撞等因素而损毁，因此在实际使用时需要经常进行检测及维护，这就在设备的使用成本及维护上增添了成本。在实际的驾校路考中场地大，实体传感器数量多，其中任何一个实体传感器都会有损坏的可能，由于实体传感器的数量非常之大，所以总体的损坏几率也很大。因此，在驾校的路考中时常都会有传感器的损坏。

为了避免传感器的损坏最好的方法是减少实体传感器的存在，从而减小损坏的几率，同时降低因传感器长期使用所引起的误差带来的影响。

因此在这种情况下，发明了一种用于驾校路考的判断方法，其使用的传感器也非常简洁，只需一套差分GPS即可。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种安装便捷、使用简单、损坏率低、高精度的基于虚拟传感器的区域判断方法，用于驾校路考判断。

本发明所述基于虚拟传感器的区域判断方法是通过以下技术手段实现上述技术目的的：

所述方法包括以下步骤：

（1）使用基于RTK技术的差分GPS来对整个驾校考试场地进行测绘，绘制成考试场地的矢量地图；

（2）使用基于RTK技术的差分GPS来测绘车辆检测点相对于车辆的GPS天线的位置数据；

（3）在考试场地的矢量地图上生成感应区域，并对所述感应区域进行编号，在对所有的感应区域编号后，将感应区域转换成数据形式的区域文件作为实时判断时的位置区域依据；

（4）按顺序提取一个感应区域的区域文件，采用RTK（全称“实时载波相位差分”）技术结合惯导推算来实时计算车辆的虚拟检测点的位置，并与所提取的区域文件进行匹配，判断当前车辆的虚拟检测点是否在感应区域内，如果在，则输出该感应区域的编号，表示该虚拟检测点所代表的测试项目符合标准；如果不在，表示该虚拟检测点所代表的测试项目不符合标准，则提取下一个感应区域的区域文件，继续检测车辆的下一个虚拟检测点是否位于所述下一个感应区域内；直至提取到最后一个感应区域。

本发明所述的区域判断方法中结合使用了惯导推算。惯性导航是由惯性器件组成，例如陀螺仪、加速度计，其具有很强的自主性，不受外界环境所影响，抗干扰性极强，但是由于其自身的定位精度存在随时间的发散漂移，所以使用时间越长位置精度越差。GPS卫星定位由于实时接收GPS导航卫星的定位数据，所以其定位精度高，并且不受使用时间的限制，但是由于要靠接收外部卫星的数据才能提供定位数据，因此在外部通讯收到干扰或者遮挡之后其定位的精度就会下降或者没有定位数据输出。考虑到GPS卫星定位技术和惯性导航技术的各自优势，所以本发明将两种导航方式进行组合处理，当GPS接收的卫星信号受到干扰后即使用惯导推算进行位置推算，在GPS接收的卫星信号正常之后并对惯性器件进行标定，抵消时间累积误差。此种组合方式既能够防御了GPS易受到外界干扰的影响，又增加了惯导推算的位置精度，非常适合城市中的车辆应用。

优选地，本发明所述的区域判断方法中，所述矢量地图采用以基站为中心的平面坐标系，且平面坐标系采用的单位为米。

优选地，所述步骤（2）中，当车辆上的GPS天线的安装位置发生改变时，则重新计算车辆的各个虚拟检测点相对于车辆的GPS天线的位置数据。

优选地，所述步骤（2）的具体步骤为：

①记录车辆的GPS天线的位置坐标及车辆的航向角、俯仰角、横滚角；

②将车辆上需要的检测点投影到地面上作为虚拟检测点；

③使用GPS采集投影到地面上的虚拟检测点的位置坐标；

④将所有虚拟检测点和所述GPS天线的位置的坐标以GPS天线为中心的坐标系平移；

⑤平移后按照当前测量的车辆的航向角、俯仰角、横滚角来旋转回水平状态；

⑥将所有虚拟检测点相对GPS天线的位置坐标的系数保存为参数文件。

优选地，所述步骤（2）与步骤（4）中采用双GPS天线加惯性器件的方式提取车辆的航向角、俯仰角、横滚角。

优选地，所述惯性器件为陀螺仪或加速度计。

本发明以GPS卫星定位技术为基础，采用RTK技术将定位误差范围控制在毫米范围，以满足驾校路考的应用要求。采用GPS加惯导推算的组合导航方式解决了GPS卫星定位技术受周围遮挡环境的影响的问题，既能够达到高的精度还能够避免GPS卫星定位受周围环境的影响。

同时，本发明利用车辆形状是刚性的这一特性，采用虚拟点推算的方法，事先将车辆上需要检测的点与车辆上的GPS天线安装位置点之间的固定关系计算好，将此系数保存，根据实时更新的GPS天线安装位置点的坐标，推算出车辆上检测点的坐标。在虚拟点推算过程中，本发明使用双GPS天线加惯性器件实时监控车辆的航向角、俯仰角、横滚角的姿态数据，在车辆静止的情况下也能够给出高精度的航向数据，而非单GPS天线应用的速度方向角。

将驾校的考试场地使用GPS测绘出完整的矢量地图，在已测绘的考试场地的地图上生成感应区域作为虚拟传感器。然后实时将车辆上某个检测点的坐标与感应区域进行匹配，判断其是否符合要求。

所述虚拟传感器是本发明的核心，将现有的实体传感器变为虚拟的软件传感器。在实体传感器的应用中，判断车辆是否轧到边线需要将边线上安装压力传感器，当车轮轧到边线时即轧到了压力传感器，此时压力传感器就会有响应，发出信号。在虚拟传感器的判断方法中不存在实体的压力传感器，均是无形的虚拟传感器，即感应区域。根据考试场地的矢量地图、车辆上检测点的坐标，将在矢量地图上将需要判断的边线作为感应区域标记，实时判断代表车轮的检测点是否已进入此标记的感应区域中。如此就实现了与实体传感器一样的效果，并且本发明所述的方法中虚拟传感器取代了实体的压力传感器，避免了由于反复被轧而造成的压力传感器损坏。

同时，在虚拟传感器的布置上采用了简洁易用的方法布置——图形化操作，直接在地图上圈框，能够是规则的多边形，也能够是不规则的多边形，画上一个框就是一个虚拟传感器，简单方便、快捷。

综上，本发明具有安装便捷、使用简单、损坏率低、精度高的优点。

附图说明

图1是本发明所述基于虚拟传感器的区域判断方法的流程图。

具体实施方式

为了更清楚的说明本发明的技术方案，下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细的阐述。

本发明是以GPS卫星定位技术为基础，而GPS提供的民用精度最高只能达到分米级，显然无法满足驾校路考五厘米的误差精度指标。本发明采用国际上先进的GPS测绘技术——RTK技术，提供高精度的位置服务来实现GPS卫星定位技术在驾校车辆中的应用。RTK技术由一个基准站和移动站来实现。基准站提供差分GPS基站信息，将GPS差分更正数传送给移动站使用，移动站接收到基站发来的差分信息、并将其与基站公有的误差抵消，以提高定位精度，其定位误差范围能够控制在毫米范围，足以满足驾校路考的应用要求。

但是卫星技术受周围遮挡环境的影响很大。如果驾校场地上有高的指示牌或者树木会对GPS的位置解算有很大的影响，所以本发明使用了GPS导航结合惯导推算的组合导航方式来解决导航的位置应用。在周围环境不佳的情况下，GPS导航结合惯导推算能够抵消引起GPS位置偏差的位置估算数据，如此得出的位置既能够达到高的精度还能够避免GPS容易受到周围环境的影响。

如图1所示，本发明所述的基于虚拟传感器的区域判断方法，包括以下步骤：

（1）使用基于RTK技术的差分GPS来对整个驾校考试场地进行测绘，绘制成考试场地的矢量地图。

（2）使用基于RTK技术的差分GPS来测绘车辆检测点相对于车辆的GPS天线的位置数据。

由于车辆的形状是刚性的，不会擅自发生形变，故车辆上点与点之间的关系是固定的，如果已知一个点的位置是能够推算出车辆上另一个点的位置。因此，本发明计算出车辆上需要检测的点与能够实时更新的位置点之间的位置关系并保存，用于判断过程中。而车辆上能够实时更新的位置点即为车辆的GPS天线的位置。在判断过程中只需要实时将车辆上某个检测点的坐标与驾校的考试场地的矢量地图进行匹配，即能够实时的掌握车辆某一检测点当前所在地图上的位置。

具体地，首先，在车辆静止停放时，记录车辆的GPS天线的位置坐标及车辆的航向角、俯仰角、横滚角。然后，将车辆上需要后期用于判断的检测点用铅垂投影到地面上作为虚拟检测点，使用GPS采集投影到地面上的虚拟检测点的位置坐标；将所有虚拟检测点和所述GPS天线的位置的坐标以GPS天线为中心的坐标系平移；平移后按照当前测量的车辆的航向角、俯仰角、横滚角来旋转回水平状态。最后，将所有虚拟检测点的系数保存为参数文件。

优选的，本发明使用双GPS天线配合惯性器件，例如陀螺仪、加速度计，来实时监测车辆的航向角、俯仰角、横滚角等姿态。双GPS天线定向的应用是基于实时载波相位差分GPS测量技术，通过快速求解整周模糊度，精确获得两个GPS卫星信号接收天线处的位置，以两个天线相位中心所确定的基线向量，求出与北向间的夹角，实现对车辆当前的方向识别。在车辆静止的情况下，双GPS天线定向技术也能够给出高精度的航向数据。配合惯性器件能够实时提供车辆的俯仰角、横滚角。根据车辆的航向角、俯仰角、横滚角数据及当前车辆上的GPS位置数据，就能够实时的使用事先计算好的车辆虚拟检测点的系数来计算出虚拟检测点的位置。

另外，由于车辆的虚拟检测点的位置关系是相对于车辆上的GPS天线的位置定义的，故当车辆上的GPS天线的安装位置一旦发生变化，则将会导致误差。故此关系固定，车辆上的GPS天线的安装位置一旦更改，就需要重新计算车辆各检测点的位置数据。

（3）在考试场地的矢量地图上生成感应区域，并对所述感应区域进行编号。在对所有的感应区域编号后，将感应区域转换成数据形式的区域文件作为实时判断时的位置区域依照；

（4）按顺序提取一个感应区域的区域文件，采用RTK技术实时计算车辆的虚拟检测点的位置，并与所提取的区域文件进行匹配，判断当前车辆的虚拟检测点是否在感应区域内，如果在，则输出该感应区域的编号，表示该虚拟检测点所代表的测试项目符合标准；如果不在，表示该虚拟检测点所代表的测试项目不符合标准，则提取下一个感应区域的区域文件，继续检测车辆的下一个虚拟检测点是否位于所述下一个感应区域内。直至提取到最后一个感应区域。

本发明所述的区域判断方法中，所述采用以基站为中心的平面坐标系，且平面坐标系采用的单位为米。

由于采用的RTK技术的GPS差分定位方式，位置精度高，存在的误差判断极低。为了保证测绘地图位置的一致性，本发明的矢量地图采用以基站为中心的平面坐标系，而非WGS-84坐标系。这样得出的位置坐标始终是移动站到基站的距离，即使卫星系统受到干扰有偏差，移动站到基站的距离是不变的；并且平面坐标系采用的单位为米，在数学计算上要比经纬度方便、容易。

上述实施例公布的是本发明较佳的实施方式，并非穷举。本领域技术人员极易根据上述实施例，领会本发明的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本发明的精神，都在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.基于虚拟传感器的区域判断方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)使用基于RTK技术的差分GPS对整个驾校考试场地进行测绘，绘制成考试场地的矢量地图；

(2)使用基于RTK技术的差分GPS来测绘车辆检测点相对于车辆的GPS天线的位置数据，采用双GPS天线加惯性器件的方式提取车辆的航向角、俯仰角、横滚角，包括：

①记录车辆GPS天线的位置坐标及车辆的航向角、俯仰角、横滚角；

②将车辆检测点投影到地面上作为虚拟检测点；

③使用GPS天线采集投影到地面上的虚拟检测点的位置坐标；

④将所有虚拟检测点和所述GPS天线的位置坐标以其中一个GPS天线为中心的坐标系平移；

⑤平移后，按照当前测量的车辆的航向角、俯仰角、横滚角来旋转回水平状态；

⑥将所有虚拟检测点相对于GPS天线的位置坐标的系数保存为参数文件；

其中，双GPS天线基于实时载波相位差分GPS测量技术，通过快速求解整周模糊度，精确获得两个GPS卫星信号接收天线处的位置，以两个天线相位中心所确定的基线向量，求出与北向间的夹角，实现对车辆当前方向的识别；

(3)在考试场地的矢量地图上生成感应区域，并对所述感应区域进行编号，在对所有的感应区域编号后，将感应区域转换为数据形式的区域文件作为实时判断时的位置区域依照；

(4)按顺序提取一个感应区域的区域文件，采用RTK技术结合惯导推算实时计算车辆的虚拟检测点的位置，并与所提取的区域文件进行匹配，判断当前车辆的虚拟检测点是否在感应区域内，如果在，则输出该感应区域的编号，表示该虚拟检测点所代表的测试项目符合标准；如果不在，表示该虚拟检测点所代表的测试项目不符合标准，则提取下一个感应区域的区域文件，继续检测车辆的下一个虚拟检测点是否位于所述下一个感应区域内，直至提取到最后一个感应区域；

所述RTK技术结合惯导推算是指：当GPS接收的卫星信号受到干扰后即使用惯导推算进行位置推算，在GPS接收的卫星信号正常之后对惯性器件进行标定，抵消时间累计误差。

2.根据权利要求1所述的区域判断方法，其特征在于，所述矢量地图采用以基站为中心的平面坐标系，且平面坐标系采用的单位为米。

3.根据权利要求1所述的区域判断方法，其特征在于，所述步骤(2)中，当车辆上的GPS天线的安装位置发生改变时，则重新计算车辆的各个虚拟检测点相对于车辆的GPS天线的位置数据，并继续进行下面的各步骤。

4.根据权利要求1所述的区域判断方法，其特征在于，所述惯性器件为陀螺仪或加速度计。