CN107727045A - 基于行车轨迹的道路平曲线半径测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于行车轨迹的道路平曲线半径测量方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：通过车载测量装置获取测试车辆在道路上行驶的数据并输入计算机中，行驶数据包括航向角数据、行驶仪数据，计算得到行车轨迹数据并描绘；S2：采用弧长法计算平曲线的半径；S3：采用弦线支距法计算平曲线的半径；S4：对每个行车轨迹曲线段随机选取包含2个点的2N组数据，其中N组数据通过步骤2进行计算，剩余N组数据通过步骤3进行计算，然后对得到的2N个结果去除最大最小值后求取平均值，该平均值作为道路平曲线半径的输出结果。通过本发明计算得到的道路平曲线半径，可降低检测车偏移带来的误差，提高道路测量的准确度。

Description

基于行车轨迹的道路平曲线半径测量方法
技术领域
本发明属于道路测量领域，特别涉及一种基于行车轨迹的道路平曲线半径测量方法。
背景技术
目前，国内外对于道路几何参数运用人工测绘的方法采集，但该方法检测效率低、准确率低，要消耗大量的人力物力，在高速路上采集数据影响交通，不利于行车安全，不能实现路网级的数据采集及分析。
国内外对于道路水平曲线半径的测量方法主要通过卫星地图数据，并结合弦长法、弦平面圆法以及圆拟合法计算道路平曲线半径。但卫星地图的数据精度太低，且路面树木、广告牌、建筑物等的遮挡，会影响道路路线的描绘。同时，车载设备虽实现了自动化的数据采集，然而也带来了新的误差：检测过程中车辆的偏移颠簸都会影响检测的结果。然而，目前极少有研究针对检测车带来的误差，对测量结果进行校正。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的是提供一种基于行车轨迹的道路平曲线半径测量方法。
本发明采用以下技术方案：一种基于行车轨迹的道路平曲线半径测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1：通过车载测量装置获取测试车辆在道路上行驶的数据并输入计算机中，行驶数据包括航向角数据、行驶仪数据，计算得到行车轨迹数据并描绘；
步骤S2：对于行车轨迹曲线段上的2个点，ith和i+nth为车辆在曲线段对应两点的位置，采用弧长法计算平曲线的半径；
步骤S3：对于行车轨迹曲线段上的2个点，ith和i+nth为车辆在曲线段对应两点的位置，采用弦线支距法计算平曲线的半径；
步骤S4：对每个行车轨迹曲线段随机选取包含2个点的2N组数据，其中N组数据通过步骤2进行计算，剩余N组数据通过步骤3进行计算，然后对得到的2N个结果求取平均值，该平均值作为道路平曲线半径的输出结果。
优选地，所述车载测量装置包括惯性测量单元和测距仪。
优选地，所述计算得到行车轨迹数据并描绘的方法是：
建立X、Y坐标体系，并确定不同时间车辆在坐标轴上的具体位置；Ti(xi，yi)表示车辆轨迹上的第ith个位置，Ti(xi，yi)的坐标由以下公式(1)-(3)得到：
xi＝z×(Di-Di-1)×cosHi-1 (1)；
yi＝z×(Di-Di-1)×sinHi-1 (2)；
其中，xi为Ti横坐标；yi为Ti的纵坐标；Di为第i个测距仪数据；Hi-1为第i-1个航向角的角度值；n为所述惯性测量单元采集数据的样本数；l为车辆行驶的总路程。
优选地，所述弧长法计算平曲线的半径的方法是：
其中，R为曲率半径；z为公式(3)的计算结果；Di为第ith样本的测距仪数据；Hi表示第i个航向角的角度值。
优选地，所述弦线支距法计算平曲线的半径的方法是：
其中R为曲率半径；
L为点Ti+n(xi+n，yi+n)到点Ti(xi，yi)的距离，且
M为点Q(xj，yj)到点Ti+n(xi+n，yi+n)的距离，且
其中，点Q(xj，yj)是线Ti+n到Ti的中点，点是曲线Ti+n到曲线Ti的中点。
优选地，所述步骤S4中N＝3，求取平均值之前去掉最大值和最小值。
本发明的技术方案测试车辆的行车轨迹数据与弧长法、弦线支距法相结合，以消除检测车轨迹偏移对平曲线测量的影响。通过本发明计算得到的道路平曲线半径，可降低检测车偏移带来的误差，提高道路测量的准确度。
附图说明
图1为本发明实施例中弧长法和弦线支距法计算过程的示意图。
具体实施方式
为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下面结合具体实施例对本发明做进一步解释说明。
本发明中，道路的平曲线参数通过在道路上行驶的测试车辆的相关参数来反映或计算，在本实施例中，测试车辆在道路上行驶的数据通过惯性测量单元(IMU)和测距仪(DMI)来采集，采集的数据主要包括：航向角数据和行驶仪数据。
本实施例中，选用的惯性测量单元(IMU)由加速度计、陀螺仪组成。该仪器采集的数据通过RS232接口输出，可设定带宽1-200Hz，1000Hz的数字输出频率。加速度计用来测量三个方向的线加速，陀螺仪测量车辆三个方向的绝对角速率。利用A/D转换器进行IMU各传感器的模拟变量，转换为数字信息后经过CPU解算，再经过温度补偿，刻度因子补偿、陀螺仪零偏与增量校准零偏修正、安装误差补偿等补偿方法处理后，输出出车辆的运动过程的角速率、和加速度信息。
本实施例所采用的基于行车轨迹的道路平曲线半径测量方法具体包括下述步骤：
步骤S1：通过车载测量装置获取测试车辆在道路上行驶的数据并输入计算机中，行驶数据包括航向角数据、行驶仪数据，计算得到行车轨迹数据并描绘；
计算得到行车轨迹数据并描绘的方法是：
建立X、Y坐标体系，并确定不同时间车辆在坐标轴上的具体位置；Ti(xi，yi)表示车辆轨迹上的第ith个位置，Ti(xi，yi)的坐标由以下公式(1)-(3)得到：
xi＝z×(Di-Di-1)×cosHi-1 (1)；
yi＝z×(Di-Di-1)×sinHi-1 (2)；
其中，xi为Ti横坐标；yi为Ti的纵坐标；Di为第i个测距仪数据；Hi-1为第i-1个航向角的角度值；n为所述惯性测量单元采集数据的样本数；l为车辆行驶的总路程
步骤S2：对于行车轨迹曲线段上的2个点，ith和i+nth为车辆在曲线段对应两点的位置，采用弧长法计算平曲线的半径；
弧长法计算平曲线的半径的具体方法是：
其中，R为曲率半径；z为公式(3)的计算结果；Di为第ith样本的测距仪数据；Hi表示第i个航向角的角度值。
步骤S3：对于行车轨迹曲线段上的2个点，ith和i+nth为车辆在曲线段对应两点的位置，采用弦线支距法计算平曲线的半径；
弦线支距法计算平曲线的半径的具体方法是：
其中R为曲率半径；
L为点Ti+n(xi+n，yi+n)到点Ti(xi，yi)的距离，且
M为点Q(xj，yj)到点Ti+n(xi+n，yi+n)的距离，且
其中，点Q(xj，yj)是线Ti+n到Ti的中点，点是曲线Ti+n到曲线Ti的中点。
步骤S4：对每个行车轨迹曲线段随机选取包含2个点的6组数据，其中3组数据通过步骤S2也就是弧长法进行计算，另外3组数据通过步骤S3也就是弦线支距法进行计算，然后对得到的6个结果去掉最大值和最小值之后求取平均值，通过该方法计算得到的平曲线半径，可降低检测车偏移带来的误差。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于行车轨迹的道路平曲线半径测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1：通过车载测量装置获取测试车辆在道路上行驶的数据并输入计算机中，行驶数据包括航向角数据、行驶仪数据，计算得到行车轨迹数据并描绘；
步骤S2：对于行车轨迹曲线段上的2个点，ith和i+nth为车辆在曲线段对应两点的位置，采用弧长法计算平曲线的半径；
步骤S3：对于行车轨迹曲线段上的2个点，ith和i+nth为车辆在曲线段对应两点的位置，采用弦线支距法计算平曲线的半径；
步骤S4：对每个行车轨迹曲线段随机选取包含2个点的2N组数据，其中N组数据通过步骤2进行计算，剩余N组数据通过步骤3进行计算，然后对得到的2N个结果求取平均值，该平均值作为道路平曲线半径的输出结果。
2.根据权利要求1所述的基于行车轨迹的道路平曲线半径测量方法，其特征在于：所述车载测量装置包括惯性测量单元和测距仪。
3.根据权利要求2所述的基于行车轨迹的道路平曲线半径测量方法，其特征在于：所述计算得到行车轨迹数据并描绘的方法是：
建立X、Y坐标体系，并确定不同时间车辆在坐标轴上的具体位置；Ti(xi，yi)表示车辆轨迹上的第ith个位置，Ti(xi，yi)的坐标由以下公式(1)-(3)得到：
xi＝z×(Di-Di-1)×cosHi-1 (1)；
yi＝z×(Di-Di-1)×sinHi-1 (2)；
<mrow> <mi>z</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mi>l</mi> <msub> <mi>D</mi> <mi>n</mi> </msub> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>3</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>;</mo> </mrow>
其中，xi为Ti横坐标；yi为Ti的纵坐标；Di为第i个测距仪数据；Hi-1为第i-1个航向角的角度值；n为所述惯性测量单元采集数据的样本数；l为车辆行驶的总路程。
4.根据权利要求2所述的基于行车轨迹的道路平曲线半径测量方法，其特征在于：所述弧长法计算平曲线的半径的方法是：
<mrow> <mi>R</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mn>180</mn> <mo>&amp;times;</mo> <mi>z</mi> <mo>&amp;times;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>D</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>+</mo> <mi>n</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>D</mi> <mi>n</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mrow> <mi>&amp;pi;</mi> <mo>&amp;times;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>H</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>+</mo> <mi>n</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>H</mi> <mi>n</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>4</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>;</mo> </mrow>
其中，R为曲率半径；z为公式(3)的计算结果；Di为第ith样本的测距仪数据；Hi表示第i个航向角的角度值。
5.根据权利要求2所述的基于行车轨迹的道路平曲线半径测量方法，其特征在于：所述弦线支距法计算平曲线的半径的方法是：
其中R为曲率半径；
L为点Ti+n(xi+n，yi+n)到点Ti(xi，yi)的距离，且
M为点Q(xj，yj)到点Ti+n(xi+n，yi+n)的距离，且
其中，点Q(xj，yj)是线Ti+n到Ti的中点，点是曲线Ti+n到曲线Ti的中点。
6.根据权利要求1-5其中任一所述的基于行车轨迹的道路平曲线半径测量方法，其特征在于：所述步骤S4中N＝3，求取平均值之前去掉最大值和最小值。
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