CN106941395B - 一种车载定位装置及定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种车载定位装置及定位方法，其中车载定位装置包括：GNSS模块，输出GNSS车速以及GNSS原始坐标；OBD模块，输出OBD车速及转向角；中央控制模块，接收GNSS车速、OBD车速、转向角及GNSS原始坐标；根据OBD速度与GNSS速度得出标准车速；根据标准车速计得出汽车瞬时加速度；根据标准车速、加速度及转向角三个数据得出与车辆实时信息相适应的数据上传频率；通信模块，按照中央控制模块得出的数据上传频率，将车辆坐标上传至LBS平台。本发明数据上传频率能根据采集的车速、加速度和汽车转向角度变化等信息自动调整数据上传频率和上传数据内容，既能节约流量，还能使平台的行驶轨迹展示更加均匀平滑，更能真实的在GIS平台上显示车辆运行轨迹。

Description

一种车载定位装置及定位方法
技术领域
本发明设计车载定位导航领域，尤其涉及一种车载定位装置及定位方法。
技术背景
GNSS卫星定位技术已经日趋成熟，以其全天候、高精度、自动化、高效率等显著特点及其所独具的定位导航、授时校频、精密测量等多方面的强大功能，已涉足众多的应用领域。而车载GNSS导航定位技术是GNSS定位技术的重要应用，其在车辆监控系统中的主要原理是通过车载装置(由GNSS接收机、通讯模块、数据存储等功能组成)接收GNSS位置信息，通过车载装置的数据处理加密，将数据通过网络传输到监控中心的数据接受服务器，然后通过各种应用与装换对数据进行分析处理后，将数据与GIS系统的准确电子地图相匹配，这样就可以直观的看到监控车辆的位置、速度、运行参数等信息，达到对目标的监控与指挥、管理，目前车载装置安装了高性能的计算芯片，其功能在原有系统上又有了很大的拓展，实现对车辆的准确跟踪定位。
针对现有车载定位装置，其使用的通讯模块大多为GSM模块，只能支持2G网络，数据上传速度慢，数据丢包现象严重。同时，由于GPS定位系统本身存在较大的定位误差。
现有车载定位装置上传车辆数据的频率固定，均为预设值，需要显示车辆运行轨迹时不能将轨迹准确显示在地图上，在拐点部分存在较大偏差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种省流量且定位精度高的车载定位装置及定位方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种车载定位装置，包括：
GNSS模块，输出GNSS车速以及GNSS原始坐标；
OBD模块，输出OBD车速及转向角；
中央控制模块，接收所述GNSS车速、OBD车速、转向角及GNSS原始坐标；根据OBD速度与GNSS速度得出标准车速；根据标准车速计得出汽车瞬时加速度；根据标准车速、加速度及转向角三个数据得出与车辆实时信息相适应的数据上传频率；
通信模块，接收中央控制模块输出的车辆坐标并按照中央控制模块得出的数据上传频率，将车辆坐标上传至LBS平台。
所述中央控制模块包括控制单元、标准速度计算单元、差分算法单元及自适应算法单元，所述标准速度计算单元根据所述OBD速度与GNSS速度得出标准车速；所述差分算法单元根据GNSS原始坐标与服务器上的CORS基站数据进行差分解算出车辆坐标数据；所述自适应算法单元根据标准车速、加速度及转向角三个数据得出与车辆实时信息相适应的数据上传频率；所述控制单元根据所述自适应算法单元得到的数据上传频率控制所述通信模块的发送频率。
所述自适应算法单元得出与车辆实时信息相适应的数据上传频率的方法是：低速直线行驶状态时，数据上传频率为定值；低速转弯行驶时，数据上传频率将随转弯角度的增大而呈线性增大；匀速直线行驶时，数据上传频率将会随行驶速度增大而增大，且呈线性关系；变速直线行驶时，数据上传频率的变化与速度和加速度值均呈一定关系，并随着速度与加速度的增加而增大；匀加速大角度转弯行驶状态时，数据上传频率将会随速度和转弯角度增加而增加；急减速大角度转弯状态时，数据上传频率与速度、加速度、转弯角度均有关，随速度减小而减小，随加速度绝对值增大而减小，随转弯角度增大而增大。
数据上传频率与车辆信息的对应关系为：
2.当0＜v＜vl，即处于低速行驶状态时：
(1)当汽车转向角θ＜θ0时，数据上传频率F为常数值Fmin＝C0(C0∈[0.2，2])；
(2)当转向角θ＞θ0时，数据上传频率F为θ的函数，F0＝f0(θ)+C0＝k0(θ-θ0)+C0，随着θ的增大，数据发送速率F在C0的基础上也相应增大；
2.当vl＜v＜vh，即处于中速行驶状态时：
(1)当θ＜θ1、a＜a0时，数据上传频率F为v的函数，F1＝f1(v)＝k1v；
(2)当θ＜θ1、a＞a0时，数据上传频率F为v与a的函数，F2＝f2(v，a)＝(k2v+l2a)/2；
(3)当θ＞θ1、a＜a0时，数据上传频率F为v与θ的函数，F3＝f3(v，θ)＝(k3v+m3θ)/2；
(4)当θ＞θ1、a＜0、|a|＞a0时，数据上传频率F为v，a，θ的函数，F4＝f4(v，a，θ)＝(k4v+l4a+m4θ)/2；
3.当v＞vh，上传频率F为最大值Fmax＝Cm(Cm∈[5，10])；
式中，v为标准车速；a为由标准车速v微分得到的加速度；vl、vh为速度阈值(vl∈[0，30]，vh∈[80，120]，单位：km/h)；θ0、θ1为转向角阈值(θ0∈[15，25]，θ1∈[20，30]，单位：度)；a0为加速度阈值(a0∈[-3.5，3.5]，单位：m/s2)；k0、k1、k2、k3、k4、l2、l4、m3、m4(k0∈[0.2，1]，k1、k2、k3、k4∈[0.05，0.1]，l2、l4∈[1，2]，m3、m4∈[0.1，0.2])均为系数。
中央控制模块从GNSS模块获取定位数据，包括：汽车瞬时坐标、GNSS方向角、GNSS速度等信息。
数据上传频率自适应方法是优化车载定位装置装置在车辆处于不同运行情况下的上传频率，有效的减少通信数据流量，并能更真实的反应车辆行驶轨迹。数据上传频率自适应算法输入条件为车辆瞬时速度、车辆瞬时加速度、车辆位置数据，车辆转向角等车辆实时信息；数据上传频率自适应算法输出数据上传频率，并且根据不同情况控制通过通信模块上传的数据内容，达到自适应效果。
自适应数据上传频率自适应方法具体步骤如下：
S1：数据筛选与融合。装置在获取的GNSS位置信息和OBD车辆状态数据中筛选出有效的车辆瞬时速度、车辆加速度、车辆转向角度、车辆位置坐标等数据。车辆瞬时速度取决于装置差分GNSS模块输出的速度和OBD输出的车辆实际里程计速度，选取两个速度值中数值较小的一个作为车辆标准速度；车辆的加速度通过车辆瞬时速度微分或者通过OBD数据直接输出获得，其中OBD数据中车辆的气动门数据大小与档位决定了加速度的数值；车辆的转向角度可以通过GNSS的方向角和OBD数据读取的方向盘转向角度获得；车辆位置数据由GNSS原始数据进行差分运算得出。
S2：车辆状态判决。根据车辆速度、车辆转向角度与车辆加速度对车辆状态进行判决，将车辆行驶状态分为五个状态：低速直线行驶状态、低速转弯行驶状态、匀速直线行驶状态、匀速转弯行驶状态、变速直线行驶状态、变速转弯行驶状态、高速行驶状态等。
S3：车辆数据上传频率调整。根据车辆所处的行驶状态对差分GNSS数据和车况数据上传频率进行自适应调整。具体的调整策略为：低速直线行驶状态时，数据上传频率为定值；低速转弯行驶时，数据上传频率将随转弯角度的增大而呈线性增大；匀速直线行驶时，数据上传频率将会随行驶速度增大而增大，且呈线性关系；变速直线行驶时，数据上传频率的变化与速度和加速度值均呈一定关系，并随着速度与加速度的增加而增大；匀加速大角度转弯行驶状态时，数据上传频率将会随速度和转弯角度增加而增加；急减速大角度转弯状态时，数据上传频率与速度、加速度、转弯角度均有关，随速度减小而减小，随加速度绝对值增大而减小，随转弯角度增大而增大。
有益效果：
(1)多种定位模式选择，与基站进行差分定位，定位精度可达亚密级。
(2)实时车辆状态回传，不仅能定位汽车位置，还能掌握汽车动态信息。
(3)根据车速智能调整数据上传频率，不仅节约了Sim卡流量，还能使LBS平台上的行驶轨迹点更加平滑均匀。
(4)手机短信配置功能实现装置远程设置。
(5)OBD模块内置的协议识别芯片可以检测OBD II和OBD I两种协议类型，因此装置的兼容性得到改善，一些老旧车型的状态数据也可以读取到。
(6)加入了装置拔出报警功能，提高了装置的安全性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式进一步对本发明进行说明。
图1车载定位装置结构框图；
图2车载定位装置工作流程图；
图3数据上传频率自适应调整程序流程图。
具体实施方式
现结合附图详细说明本发明的结构和功能特点。
参见图1，车载定位装置结构如下：
车载定位装置包括GNSS模块、通信模块、OBD模块、电源模块、中央控制模块和存储模块。装置封装于三防盒内，外部引出集成天线接口、Mini USB口(连接ODB模块)、MicroUSB口(调试用)、Nano Sim卡槽、SD卡槽、LED指示灯、功能按钮、复位按钮。
GNSS模块与中央控制模块相连，向中央控制模块输入原始定位数据。
通信模块与中央控制模块相连，将装置采集数据通过通讯网络发送到LBS平台。
OBD模块包括插头上的协议识别单元、降压单元和连接线，降压单元将汽车OBD接口的12V电压转换成5V给装置供电，OBD插头内置OBD协议读取芯片，能够判断并读取输入OBD信息的种类。OBD模块与中央控制模块相连，向中央控制模块输出OBD车速和转向角。中央控制模块从OBD接口获取汽车状态数据，包括：启动/熄火信号、发动机故障代码、行驶速度、车辆转向角、百公里油耗、本次行驶里程。
中央处理模块主要由微控制器及其外围电路组成，执行任务管理和数据处理功能：控制模块分别采集OBD车速与GNSS速度，并比较两者大小，选取较小值作为标准车速；将标准车速与时间微分后得到汽车瞬时加速度，再与OBD采集的转向角一同输入自适应算法得出通信模块数据上传频率，同时将差分定位数据以及汽车状态数据打包上传至LBS平台。
存储模块包括SD卡及其卡槽，用于记录所有上传和未上传的数据：当信号丢失时，sD卡记录信号丢失时间、GNSS数据、OBD数据、信号再次获取时间，并在获取信号后第一时间将未上传的数据打包上传；当信号正常时，SD卡记录每一次的上传信息，并在汽车熄火时生成行车日志。
参见图2，车载装置工作流程如下步骤：
1.汽车点火后定位装置通电，中央控制模块初始化并读取配置信息。
2.判断配置信息是否有效，若配置信息无效，自动进入配置模式；若有配置请求也会进入配置模式。
3.配置信息被正确加载之后装置将会建立网络链接，网络链接完成后所有的初始化将会完成，装置进入主循环。
4.装置主循环中主要处理GNSS与OBD数据，并且执行差分运算与数据上传频率自适应算法。同时，装置也会一直检测配置请求与休眠请求，并记录整个装置的运行日志。
5.装置在检测到符合休眠判决条件时会自动进入休眠模式；当然，处于休眠模式的装置在收到唤醒信号后也会立即唤醒，重新进入工作模式。
参见图3，调整数据上传频率的自适应算法的流程如下：
中央处理模块分别采集到标准车速v(单位：km/h)和转向角度θ(单位：度)，由标准车速v微分得到加速度a(单位：m/s2)，计算出上传频率F(单位：Hz)。vl、vh为速度阈值；θ0、θ1为转向角阈值；a0为加速度阈值；k0、k1、k2、k3、k4、l2、l4、m3、m4均为系数。vl∈[0，30]；vh∈[80，120]，单位：a0∈[-3.5，3.5]；θ0∈[15，25]；θ1∈[20，30]；k0∈[0.2，1]；k1、k2、k3、k4∈[0.05，0.1]；l2、l4∈[1，2]；m3、m4∈[0.1，0.2]。
处理器判断车速范围：
1.当0＜v＜vl，即处于低速行驶状态时：
(1)当汽车转向角θ＜θ0时，汽车处于低速直线行驶状态，即汽车在直线行驶或小角度变道/转弯时，装置发送频率F为常数值Fmin＝C0，C0∈[0.2，2]，单位：Hz；
(2)当转向角θ＞θ0时，汽车处于低速转弯状态，即汽车在进行大角度转弯时，上传频率F为θ的函数，F0＝f0(θ)+C0＝k0(θ-θ0)+C0，随着θ的增大，上传速率F在C0的基础上也相应增大。
2.当vl＜v＜vh，即处于中速行驶状态时：
(1)当θ＜θ1、a＜a0时，汽车处于匀速直线行驶状态，即汽车处于近乎直线行驶缓慢加速状态，上传频率F为v的函数，F1＝f1(v)＝k1v。
(2)当θ＜θ1、a＞a0时，汽车处于变速直线行驶状态，即汽车处于近乎直线快速加速状态时，上传频率F为v与a的函数，F2＝f2(v，a)＝(k2v+l2a)/2。
(3)当θ＞θ1、a＜a0时，汽车处于匀速转弯行驶状态，即汽车处于大角度缓慢加速转弯时，上传频率F为v与θ的函数，F3＝f3(v，θ)＝(k3v+m3θ)/2。
(4)当θ＞θ1、a＜0、|a|＞a0时，汽车处于变速转弯行驶状态，即汽车处于急减速大角度转弯时，上传频率F为v，a，θ的函数，F4＝f4(v，a，θ)＝(k4v+l4a+m4θ)/2。
3.当v＞vh，车辆处于高速行驶状态，上传频率F为最大值Fmax＝Cm，Cm∈[5，10]。

Claims (5)

1.一种车载定位装置，其特征在于，包括：
GNSS模块，输出GNSS车速以及GNSS原始坐标；
OBD模块，输出OBD车速及转向角；
中央控制模块，接收所述GNSS车速、OBD车速、转向角及GNSS原始坐标；根据OBD速度与GNSS速度得出标准车速；根据标准车速计得出汽车瞬时加速度；根据标准车速、加速度及转向角三个数据得出与车辆实时信息相适应的数据上传频率；
通信模块，接收中央控制模块输出的车辆坐标并按照中央控制模块得出的数据上传频率，将车辆坐标上传至LBS平台；
所述中央控制模块包括控制单元、标准速度计算单元、差分算法单元及自适应算法单元，所述标准速度计算单元根据所述OBD速度与GNSS速度得出标准车速；所述差分算法单元根据GNSS原始坐标与服务器上的CORS基站数据进行差分解算出车辆坐标数据；所述自适应算法单元根据标准车速、加速度及转向角三个数据得出与车辆实时信息相适应的数据上传频率；所述控制单元根据所述自适应算法单元得到的数据上传频率控制所述通信模块的发送频率；
所述自适应算法单元得出与车辆实时信息相适应的数据上传频率的方法是：低速直线行驶状态时，数据上传频率为定值；低速转弯行驶时，数据上传频率将随转弯角度的增大而呈线性增大；匀速直线行驶时，数据上传频率将会随行驶速度增大而增大，且呈线性关系；变速直线行驶时，数据上传频率的变化与速度和加速度值均呈一定关系，并随着速度与加速度的增加而增大；匀加速大角度转弯行驶状态时，数据上传频率将会随速度和转弯角度增加而增加；急减速大角度转弯状态时，数据上传频率与速度、加速度、转弯角度均有关，随速度减小而减小，随加速度绝对值增大而减小，随转弯角度增大而增大；
数据上传频率与车辆信息的对应关系为：
1.当0<v<vl，即处于低速行驶状态时：
(1)当汽车转向角θ<θ0时，数据上传频率F为常数值Fmin＝C0，C0∈[0.2,2]，单位：Hz；
(2)当转向角θ>θ0时，数据上传频率F为θ的函数，F0＝f0(θ)+C0＝k0(θ-θ0)+C0，随着θ的增大，数据发送速率F在C0的基础上也相应增大；
2.当vl<v<vh，即处于中速行驶状态时：
(1)当θ<θ1、a<a0时，数据上传频率F为v的函数，F1＝f1(v)＝k1v；
(2)当θ<θ1、a>a0时，数据上传频率F为v与a的函数，F2＝f2(v,a)＝(k2v+l2a)/2；
(3)当θ>θ1、a<a0时，数据上传频率F为v与θ的函数，F3＝f3(v,θ)＝(k3v+m3θ)/2；
(4)当θ>θ1、a<0、|a|>a0时，数据上传频率F为v，a，θ的函数，F4＝f4(v,a,θ)＝(k4v+l4a+m4θ)/2；
3.当v>vh，上传频率F为最大值Fmax＝Cm，Cm∈[5,10]；
式中，v为标准车速；a为由标准车速v微分得到的加速度；vl、vh为速度阈值，vl∈[0,30]，vh∈[80,120]，单位：km/h；θ0、θ1为转向角阈值，θ0∈[15,25]，θ1∈[20,30]，单位：度；a0为加速度阈值，a0∈[-3.5,3.5],单位：m/s2；k0、k1、k2、k3、k4、l2、l4、m3、m4均为系数，k0∈[0.2,1]，k1、k2、k3、k4∈[0.05,0.1]，l2、l4∈[1,2]，m3、m4∈[0.1,0.2]。
2.根据权利要求1所述的车载定位装置，其特征在于：所述标准车速为GNSS车速与OBD车速中的较小值。
3.一种车载定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取车辆的坐标；
获取车辆的标准车速、加速度及转向角，并根据标准车速、加速度及转向角三个数据得出与车辆实时信息相适应的数据上传频率；
将获取的车辆坐标按照得出的数据上传频率输出；根据标准车速、加速度及转向角三个数据得出与车辆实时信息相适应的数据上传频率的方法是：低速直线行驶状态时，数据上传频率为定值；低速转弯行驶时，数据上传频率将随转弯角度的增大而呈线性增大；匀速直线行驶时，数据上传频率将会随行驶速度增大而增大，且呈线性关系；变速直线行驶时，数据上传频率的变化与速度和加速度值均呈一定关系，并随着速度与加速度的增加而增大；匀加速大角度转弯行驶状态时，数据上传频率将会随速度和转弯角度增加而增加；急减速大角度转弯状态时，数据上传频率与速度、加速度、转弯角度均有关，随速度减小而减小，随加速度绝对值增大而减小，随转弯角度增大而增大；
数据上传频率与车辆信息的对应关系为：
1.当0<v<vl，即处于低速行驶状态时：
(1)当汽车转向角θ<θ0时，数据上传频率F为常数值Fmin＝C0，C0∈[0.2,2]；
(2)当转向角θ>θ0时，数据上传频率F为θ的函数，F0＝f0(θ)+C0＝k0(θ-θ0)+C0，随着θ的增大，数据发送速率F在C0的基础上也相应增大；
2.当vl<v<vh，即处于中速行驶状态时：
(1)当θ<θ1、a<a0时，数据上传频率F为v的函数，F1＝f1(v)＝k1v；
(2)当θ<θ1、a>a0时，数据上传频率F为v与a的函数，F2＝f2(v,a)＝(k2v+l2a)/2；
(3)当θ>θ1、a<a0时，数据上传频率F为v与θ的函数，F3＝f3(v,θ)＝(k3v+m3θ)/2；
(4)当θ>θ1、a<0、|a|>a0时，数据上传频率F为v，a，θ的函数，F4＝f4(v,a,θ)＝(k4v+l4a+m4θ)/2；
3.当v>vh，上传频率F为最大值Fmax＝Cm，Cm∈[5,10]；
式中，v为标准车速；a为由标准车速v微分得到的加速度；vl、vh为速度阈值，vl∈[0,30],vh∈[80,120],单位：km/h；θ0、θ1为转向角阈值，θ0∈[15,25],θ1∈[20,30]，单位：度；a0为加速度阈值，a0∈[-3.5,3.5]，单位：m/s2；k0、k1、k2、k3、k4、l2、l4、m3、m4均为系数，k0∈[0.2,1],k1、k2、k3、k4∈[0.05,0.1],l2、l4∈[1,2],m3、m4∈[0.1,0.2]。
4.根据权利要求3所述的车载定位方法，其特征在于，所述标准车速由OBD速度与GNSS速度得出。
5.根据权利要求3所述的车载定位方法，其特征在于，所述车辆坐标数据由GNSS原始坐标与服务器上的CORS基站数据进行差分解算出。
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