CN104316716B - 一种用gps速度信息改进车载速度表的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用GPS速度信息改进车载速度表的方法。该方法为采集开阔环境下GPS测量的精确速度信息和车载速度采集装置的车载速度信息，得到补偿系数，在GPS测量不准确时，用补偿系数校正车载速度采集装置的车载速度信息。本发明克服了车载速度准确性受到众多因素影响的缺陷，例如由于轮胎的实际周长与标定的周长不一致会导致车载速度测量误差的缺陷；同时，也避免了复杂环境对GPS测量准确性的影响。

Description

一种用GPS速度信息改进车载速度表的方法

技术领域

本发明涉及智能交通控制领域，特别是涉及一种用GPS速度信息改进车载速度的方法。

背景技术

随着IT技术的不断发展，人类生产和生活中的方方面面都在逐步的信息化。交通出行领域也不例外，汽车不断的智能化，现在的普通汽车上已经安装了各种各样的传感器，能够实时传递车辆的状态信息；而多传感器数据融合技术是当前研究的热门领域，通过融合不同传感器的信息，能够提高量值的精度和可靠性。

在车辆安全控制方面，对车辆的位置和速度的要求越来越高，用的比较多的有GPS，但是GPS的精度受到环境的影响很大，在隧道或者“城市峡谷”地区，定位精度比较差，所以很多人采用航位推算(DR)算法来替代GPS，此时，准确的车辆速度对算法是否可靠起着决定性的作用。在航位推算算法中，常用的传感器有加速度计和里程计，加速度需要两次积分才能得到位移，除了高精度的军用惯导产品以外，普通的民用产品很难用到做到这样的精度，在航位推算中起辅助作用，用精度较高的速度值来推算位移只需要一次积分，在较短的时间内能保证一定的精度。

车辆上的速度测量是通过计算一段时间内轮毂转动的圈数再乘以轮胎的周长得到的，受到轮胎的影响较大，轮胎在使用久了之后胎压、变形而且胎压还受温度的影响，所以众多因素都会使得实际运行的周长和给定周长有差异，而且这种差异在一定条件下可以认为是系统性的、固定不变的。GPS已经广泛应用到车载导航系统中，现在出产的汽车绝大多数都有GPS，是导航定位的主要传感器，但是GPS受到环境的影响较大，影响GPS定位的主要是建筑和树木等环境照成GPS卫星信号，导致GPS定位误差增大，在开阔环境下，GPS接收机的定位精度较高，包括坐标和速度都较为准确。两种测量车辆行驶速度的方法各有优劣。

发明内容

本发明的目的是提出一种用GPS速度信息改进车载速度的方法

一种用GPS速度信息校正车载速度信息的方法，基于硬件装置，包括GPS采集装置、车载速度采集装置、主控制器；

GPS采集装置和车载速度采集装置均与主控制器相连并进行数据交换；

车载速度采集装置包括CAN采集卡，CAN采集卡按照既定的规则去采集车辆CAN总线上的信息，传递给主控制器，主控制器对数据进行监听，当监测到速度信息时就将该信息提取出来，完成速度信息的遴选工作；可选的，车载速度采集装置还包括第一辅助处理器，第一辅助处理器与CAN采集卡的输出相连，接收CAN采集卡获得的数据，并从数据中遴选出车速信息，然后将该信息传送主控制器；

GPS采集装置包括低成本GPS接收机；主控制器接收GPS接收机的数据并进行监听，遴选出速度信息；可选的，GPS采集装置还包括第二辅助处理器，第二辅助处理器接收组信息，遴选出速度信息，然后将速度信息存储并传递给主控制器；

主控制器上设置有输入端，通过人工或者由启动信号进行触发工作，主控制器决策采用单次测量模式还是多次测量模式，按照不同的测量模式计算和存储补偿系数。

所述方法包含以下步骤：

步骤1：选择单次测量模式或多次测量模式，确定采样次数和采样间隔，单次测量模式中车载速度采集装置和GPS采集装置只采集一次数据；多次测量模式中车载速度采集装置和GPS采集装置同时的、以同样的采样间隔采集两次及以上速度信息；

步骤2：根据步骤1设定的采样次数和采样间隔，分别采集GPS速度信息，和车辆CAN总线上的速度信息；

步骤3：根据车载速度采集装置采集的速度信息和GPS采集装置采集的速度信息，得到补偿系数；

步骤4：在GPS信号不可用或者GPS信号较弱的情况下，由车辆CAN总线上的速度信息和补偿系数，共同得到一个相较于车辆CAN总线上的速度信息更为精确的速度。

所述单次测量模式为，车载速度采集装置和GPS采集装置只采集一次数据，主控制器读取并存储采集数据，再按照以下公式对数据进行计算，得到补偿系数δ：

$\mathrm{\δ}=\frac{V^{\mathrm{GPS}}-V^L}{V^L}$

其中：V^GPS为GPS测量速度；V^L为车载速度表测得的速度；

所述多次测量模式为，车载速度采集装置和GPS采集装置同时采集两次以上速度信息，主控制器读取并存储采集数据，再然后做均值处理，其补偿系数δ公式为：

$\mathrm{\δ}=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{V_i}^{\mathrm{GPS}}-\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{V_i}^L}{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{V_i}^L}$

其中：i为自然数，且i≥1；n为自然数，且n＞1；V_i ^GPS为第i次GPS测量速度；V_i ^L为第i次车载速度表测得的速度；

根据车载速度采集装置的车速信息和补偿系数得到校正后的车辆速度为：

其中：

δ为补偿系数，

V^L为车载速度采集装置测得的速度；

为校正后的车辆速度；

本发明的有益效果为：

本发明解决了车辆自带的速度传感器测速不准和多传感器系统的协调问题。GPS普及且价廉，在很多的车辆上都装有GPS接收机；同时车辆都有自带的速度传感器。这两类传感器同时描述车辆的速度信息，各有优缺点，构成了一个多传感器的系统。GPS的测量受到环境因素的影响，在隧道和“城市峡谷”地区精度会下降，但是在开阔地带其精度能保持在较高的水平；车辆自带的速度传感器通过测量轮毂的圈数与轮胎的周长的乘积得到速度，这通常会受到轮胎直径的影响，轮胎变形或者压力变化都能导致车速的系统性误差。本发明的方法在开阔地带用GPS速度与车载速度相比较得到补偿系数，在GPS精度降低的环境下，用车载速度与补偿系数的关系得到较为精确的速度信息。

附图说明

图1是一种用GPS速度信息改进车载速度表的装置及其实现方法系统结构图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

本发明所述方法，基于一定形式的硬件装置；硬件装置包括GPS采集装置、车载速度采集装置、主控制器；

GPS采集装置和车载速度采集装置均与主控制器相连并进行数据交换；

车载速度采集装置包括CAN采集卡，CAN采集卡按照既定的规则去采集车辆CAN总线上的信息，传递给主控制器，主控制器对数据进行监听，当监测到速度信息时就将该信息提取出来，完成速度信息的遴选工作；可选的，车载速度采集装置还包括第一辅助处理器，第一辅助处理器与CAN采集卡的输出相连，接收CAN采集卡获得的数据，并从数据中遴选出车速信息，然后将该信息传送主控制器；

GPS采集装置包括低成本GPS接收机；GPS接收机通过USB口供电，选用环天的BU-353S4，该型号的GPS接收机用的芯片是sirf4代芯片，标称坐标定位精度为2米，每秒钟输出一个组信息，按照NEMA-0183格式输出，输出4个语句，分别是$GPGGA,$GPGSA,$GPGSV,$GPRMC,含有速度信息的是$GPRMC语句的第8个字段；主控制器接收GPS接收机的数据并进行监听，从$GPRMC语句中遴选出速度信息，完成速度信息的遴选工作；可选的，GPS采集装置还包括第二辅助处理器，第二辅助处理器接收组信息，并从$GPRMC语句中遴选出速度信息，然后将速度信息存储并传递给主控制器；

主控制器上设置有输入端，可通过人工或者由其他控制系统发出的启动信号进行触发工作，主控制器决策采用单次测量模式还是多次测量模式，按照不同的测量模式计算和存储补偿系数；

单次测量和多次测量的选用：补偿系数要在GPS定位精度较高且车辆较匀速直线行驶的状态下精度最高，实际应用中由系统来判断，多次测量模式的判断参数有三：参数1为测量时长，可选的，设定为5秒或者10秒；参数2为车辆行驶状态，如每次测量的行驶方向加速度小于某设定数值，同时侧向加速度小于某设定数值；参数3为GPS的水平精度因子，通常的，小于1或者2。在参数1的时长内，参数2和参数3同时满足，认为是一次良好的测量补偿时机，此时得到的补偿值是有效的。但是，有些情况下三个参数并不能同时满足，这时测量参数不断弱化，当只使用一次采集数据的时候，就退化成单次测量模式，单次测量总能得到一个补偿值。

决策采用单次测量模式时，CAN采集装置和GPS采集装置只采集一次数据，主控制器读取并存储采集数据，按照以下公式对数据进行计算，得到补偿系数δ：

$\mathrm{\δ}=\frac{V^{\mathrm{GPS}}-V^L}{V^L}$

其中：

V^GPS为GPS测量速度；

V^L为车载速度表测得的速度。

决策采用多次测量模式时，CAN采集装置和GPS采集装置同时采集两次以上速度信息，控制器读取并存储采集数据，再然后做均值处理，在数据采集周期T内(若干秒)，GPS采集n次，它的均值是n次速度求和后除以n，CAN卡采集m次，它的均值是m次速度求和后除以m。在这里取了实际中最常遇到的情况，即两者都是以1Hz的频率采集，m＝n，化减后其补偿系数δ公式为：

$\mathrm{\δ}=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{V_i}^{\mathrm{GPS}}-\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{V_i}^L}{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{V_i}^L}$

其中：

i为自然数，且i≥1；

n为自然数，且n＞1；

V_i ^GPS为第i次GPS测量速度；

V_i ^L为第i次车载速度表测得的速度。

在运用多次测量模式工作的时候，驾驶员应尽量保持车辆匀速直线行驶，这样可以减小误差，提高补偿系数的准确性。

得到补偿系数后，当车辆运行到隧道等GPS工作失效的地段时，可根据车载速度采集装置的速度信息和补偿系数得到校正后的车辆速度，修正的公式为：

$\hat{V}=(1+\mathrm{\δ})\·V^L$

其中：

δ为补偿系数，

V^L为车载速度表测得的速度；

为校正后的车辆速度；

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种用GPS速度信息校正车载速度信息的方法，其特征在于：所述方法包含以下步骤：

步骤1：选择单次测量模式或多次测量模式，确定采样次数和采样间隔，单次测量模式中车载速度采集装置和GPS采集装置只采集一次数据；多次测量模式中车载速度采集装置和GPS采集装置同时的、以同样的采样间隔采集两次及以上速度信息；

步骤2：根据步骤1设定的采样次数和采样间隔，分别采集GPS速度信息，和车辆CAN总线上的速度信息；

步骤3：根据车载速度采集装置采集的速度信息和GPS采集装置采集的速度信息，得到补偿系数；

步骤4：在GPS信号不可用或者GPS信号较弱的情况下，由车辆CAN总线上的速度信息和补偿系数，共同得到一个相较于车辆CAN总线上的速度信息更为精确的速度；

所述补偿系数为：

单次测量模式下，主控制器读取并存储一组采集数据，补偿系数δ的计算公式为：

$\mathrm{\δ}=\frac{V^{GPS}-V^L}{V^L}$

其中：

V^GPS为GPS测量速度；

V^L为车载速度表测得的速度；

多次测量模式下，主控制器读取并存储多组采集数据，其补偿系数δ的计算公式为：

$\mathrm{\δ}=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{V}_i^{GPS}-\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{V}_i^L}{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{V}_i^L}$

其中：

i为自然数，且i≥1；

n为自然数，且n＞1；

V_i ^GPS为第i次GPS测量速度；

V_i ^L为第i次车载速度表测得的速度；

根据车载速度采集装置的车速信息和补偿系数得到校正后的车辆速度为：

$\hat{V}=(1+\mathrm{\δ})\·V^L$

其中：

δ为补偿系数，

V^L为车载速度采集装置测得的速度；

为校正后的车辆速度。