CN108195391A - 基于气压计的在高架上或高架下的检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于气压计的在高架上或高架下的检测方法，当汽车从普通道路行驶至高架道路上或者从高架道路行至普通道路上时，高度会发生变化，因此可以利用气压计敏感绝对高度的变化值从而进行当前是否处于高架上或者高架下的检测。本发明利用手机或者车载设备搭载的气压计并结合本地端和/或服务端的地图信息进行高架上或者高架下的识别，进而辅助导航系统选取合适的导航融合参数，并精准定位到高架道路或者普通道路的问题。
Description
技术领域
本发明涉及道路检测技术领域，具体涉及一种基于气压计的在高架上或高架下的检测方法。
背景技术
现代社会城市化进程加速，城市范围日益扩大，新的基础设施如普通道路、高架道路、城市快速路等不断投入建设和使用，交通网络错综复杂。由于人民生活水平提高，汽车保有量也急剧增加，因此行车至陌生目的地时导航软件的导航定位需求与日俱增。受制于技术水平的限制，基于消费级GNSS(全球导航卫星系统)或者GNSS与惯性导航融合的导航解仅仅在2D范围内具有一定的精度，高程上的精度置信度不高，无法定位当前位置在高架道路上还是在高架下的普通道路上，因此常常会出现用车载或手机导航软件导航时，明明是在高架上，导航却让你下一个路口右转的窘境，给行车人带来较大的不便和困扰。
目前一些中高配版智能手机，智能运动型手表以及车载后视镜通常会搭载气压计。并且由于硬件价格日益下降以及IOT(物联网)概念的兴起，气压计的搭载有往低端智能型设备中普及的趋势。气压计是一种可以敏感目前地理位置气压强度的传感器器件，气压值与当前的温度、距离海平面的高度以及当天的平均海平面气压有关，因此可以由气压值推算出目前的高度值和高度差值。同时结合本地端和或服务端的地图信息，可以获取当前是否在高架围栏范围内，若在高架围栏范围内，且气压计解算的高度值满足一定变化，则可以粗略确认目前处于高架上或者高架下的状态。同时若高架出入匝道口的坡度属性信息可利用，则可利用高度差与匝道口属性信息进行交叉验证，保证了精度。另外，若气压计与导航解算算法进行紧组合，则导航软件可利用检测出来的高架上或高架下信息选择合适的组合权重，提高组合算法的精度。
目前已有的上下高架的方案有基于GNSS高度差来判断上下高架的方案，以及利用手机里的加速度传感器和GPS提供的速度信息计算重力分量在速度方向的投影来上下高架的方案。
利用GNSS高度差信息来判断上下高架的方案精度较低，因为GNSS在高度方向解算误差较大，容易受地形和周围环境的影响，并且在GNSS信号丢失的情况下不能判断出上下坡的情况。利用手机内置的加速度结合GPS速度信息计算出重力分量在速度方向的投影方案受到传感器期间的误差噪声影响较大，需精确估计出传感器的零偏，安装误差角和随机的噪声项，因此精度较低。
发明内容
本发明利用手机或者车载设备搭载的气压计并结合本地端和/或服务端的地图信息进行高架上或者高架下的识别，进而辅助导航系统选取合适的导航融合参数，解决了精准定位到高架道路或者普通道路的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种基于气压计的在高架上或高架下的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，若本地端或者服务端检测出在高架围栏范围内，触发高架状态检测；
步骤2，输入气压计值，通过低通滤波滤除高频噪声；同时输入行车速度；
步骤3，计算当前时刻与上一秒时刻行驶的距离，对气压计值进行线性插值，将基于时间序列的气压计值转换为基于距离的气压计值；
步骤4，选取一段距离的滑动窗口，对滑动窗口内的气压计值进行最小二乘拟合，并计算拟合的斜率；
步骤5，若拟合的斜率大于设定的阈值A或小于设定的阈值-A，则标记滑动窗口中最旧的时刻为上坡或下坡的开始点，并计算开始点的气压计值Qo；
步骤6，若本地端的地图库中没有高架出入口匝道的坐标数据库和坡度属性，则执行步骤7-步骤10；若本地端的地图库中有高架出入口匝道的坐标数据库和坡度属性，则执行步骤11-步骤12；
步骤7，继续滑动窗口重复步骤4直至斜率小于设定的阈值B或者大于设定的阈值-B；
步骤8，计算当前时刻与坡度开始点时刻的行车距离L以及高度差ΔH；
步骤9，若步骤5检测出上坡且L和ΔH分别大于设定的阈值C和阈值D，同时GNSS的平均信噪比CNO大于设定的阈值E，且当前时刻高架状态是高架下，则检测为高架上，并将Qo作为高架基准的初始值；
步骤10，若步骤5检测出下坡且L和ΔH分别大于设定的阈值C和阈值D，同时当前气压计值与Qo接近，且当前时刻高架状态是高架上，则检测为高架下；
步骤11，若本地端的地图库匹配至普通道路至高架道路的匝道入口上，且步骤5检测出的上下坡情况与匝道的坡度属性情况一致，则检测为高架上；
步骤12，若本地端的地图库匹配至高架道路至普通道路的匝道入口上，且步骤5检测出的上下坡情况与匝道的坡度属性情况一致，则检测为高架下；
步骤13，重复步骤2-步骤12，直至不在高架围栏范围内，并重复步骤2-步骤12中的计算的中间状态变量。
进一步地，将本地位置上传至服务端，并接收服务端返回的是否在高架围栏范围内的结果。
进一步地，服务端返回的是否在高架围栏范围内的结果的频率可配置。
进一步地，若与服务端的通信频率稳定且网络质量良好，优先选取服务端的结果；若与服务端的通讯中断或者配置的通讯间隔较长，使用本地端的结果；若服务端与本地端的结果不一致时，选择服务端的结果。
进一步地，所述步骤1中在高架围栏范围内是指距离高架范围100米之内。
进一步地，步骤2中以1Hz输入气压计值。
进一步地，步骤2中行车速度的频率为1Hz。
进一步地，所述步骤2中行车速度为GNSS速度或者GNSS和惯性导航组合模块的速度。
进一步地，步骤3中以15米为距离间隔，对气压计值进行线性插值。
进一步地，所述步骤4中滑动窗口的距离为150米或者200米。
本发明的有益效果如下：
1、针对城市道路的堵车等情况，将基于时间序列的气压计值线性插值为基于距离序列的气压计值，提高检测的精度并降低功耗。
2、利用本地端的高架地图数据检测出是否在高架附近，只在高架附近才开启检测逻辑，相对于全程检测判断提高了准确率。
3、将本地位置上传至服务端，服务端下发的是否在高架附近的状态。服务端的地图数据更全，更新速度更快，弥补了本地端地图数据库确实或者没有实时更新的不足。
4、本地端和服务端的高架附近检测逻辑共存，服务端下发频率可配置，在无网络连接或服务端下发频率较长的时候也可以工作。
5、本地地图数据库中若无高架出入口匝道坐标和属性也可独立工作，检测到上坡/下坡后至平坡阶段即可给出在高架上或高架下的状态，且可适用于多层高架间的切换，准确率高。
6、若本地地图数据库中可提供高架与普通道路出入口匝道的坐标和坡度属性，则检测速度可加快，即在上坡或下坡过程中即可给出高架上或高架下的状态。
附图说明
图1是本发明基于气压计的在高架上或高架下的检测方法流程图。
具体实施方式
本发明提供利了一种基于气压计的在高架上或高架下的检测方法，利用机器内置的传感器器件，无额外成本；且综合利用地图的属性信息，在GNSS无信号，无网络连接情况下也可正常工作，精度和可靠性高。下文中，结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。
1)本发明的输入为：
不可缺省输入：
本地端解算出的是否在高架围栏内的结果，频率为1Hz；气压计的气压计值，频率为1Hz；行车速度，频率为1Hz，GNSS的平均信噪比CNO，频率为1Hz。
可缺省输入：
服务端返回的是否在高架围栏内的结果，频率可配置，结合数据流量和耗电量考虑，可配置为1min/次，也可配置为0，即不与服务端通信；地图匹配给出的当前位置是否在高架出入匝道口的状态值以及匝道口坡度属性值，频率为1Hz。
2)本发明的输出为：
当前位于高架上或者高架下的状态，频率为1Hz。
3)本发明的实施方式如下：
当汽车从普通道路行驶至高架道路上或者从高架道路行至普通道路上时，高度会发生变化，因此可以利用气压计敏感绝对高度的变化值从而进行当前是否处于高架上或者高架下的检测。
如图1所示，当本地端检测出当前位置与本地高架数据库中任一点的距离小于100米之内，即认为当前进入高架围栏区域范围内；若大于100米，则认为不在高架围栏区域内。由于本地端的数据库有可能是出厂预装且没有得到有效更新，而服务端的数据库是实时更新的，因此服务端的检测结果更为可信。当到达配置的上传时刻时，将此刻的位置经纬度上传至指定服务端，并接收服务端返回的是否在高架围栏范围内结果，围栏范围定义与本地端一致。与服务端的通信频率可预先配置；若与服务端的通信频率稳定且网络质量良好，优先选取服务端的围栏结果；若与服务端的通讯中断或者配置的通讯间隔较长，期间可以使用本地端的结果，因此在无网络服务状态下也可使用。若服务端与本地端的结果不一致时，选择相信服务端的结果。
若连续一段时间均在高架围栏范围内，则启动高架上或者高架下的状态检测。若连续一段时间均不在高架围栏内，则停止高架上或高架下的状态检测，并重置内部的计算和状态变量。
当启用高架状态检测时，将1Hz的气压计的值进行低通滤波，滤除高频噪声及扰动的影响。考虑到城市道路堵车等情况，将基于时间序列的气压计值输入以行车距离为基准进行线性插值，选取15米为距离间隔生成基于距离序列的气压计值。并选取一段长度的滑动窗口，在此窗口内进行最小二乘拟合。若拟合的气压计值的斜率大于一定阈值，则认为此时有可能处在上坡；若斜率小于一定阈值，则认为有可能处在下坡。
若本地地图无高架出入口匝道数据，则继续滑动窗口直至拟合的斜率小于一定阈值，则认为当前已行驶至平坡路段，并计算当前时刻与刚开始上坡或者下坡时刻的高度差以及上坡或者下坡的距离。若之前时刻检测出上坡且高度差、坡度距离和GNSS的平均信噪比均大于一定阈值，且之前时刻为高架下，则认为此时在高架上，并记录上坡刚开始时刻的气压计值作为高架下的初始值；若之前时刻检测出下坡且高度差、坡度距离均大于一定阈值，同时当前气压计值与高架下初始气压计值接近，且之前时刻位于高架上，则认为此时在高架下。
若本地地图有高架出入口匝道数据，若当前匹配至普通道路至高架道路的匝道入口上，且基于气压计检测出的上下坡情况与匝道入口属性相同，同时之前状态为在高架下，则当前可认为在高架上；若当前匹配至高架道路至普通道路的匝道出口上，且基于气压计检测出的上下坡情况与匝道出口属性相同，同时之前状态为在高架下，则当前可认为在高架下。
本发明优选采用是C/C++、Java语言。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于气压计的在高架上或高架下的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，若本地端或者服务端检测出在高架围栏范围内，触发高架状态检测；
步骤2，输入气压计值，通过低通滤波滤除高频噪声；同时输入行车速度；
步骤3，计算当前时刻与上一秒时刻行驶的距离，对气压计值进行线性插值，将基于时间序列的气压计值转换为基于距离的气压计值；
步骤4，选取一段距离的滑动窗口，对滑动窗口内的气压计值进行最小二乘拟合，并计算拟合的斜率；
步骤5，若拟合的斜率大于设定的阈值A或小于设定的阈值-A，则标记滑动窗口中最旧的时刻为上坡或下坡的开始点，并计算开始点的气压计值Qo；
步骤6，若本地端的地图库中没有高架出入口匝道的坐标数据库和坡度属性，则执行步骤7-步骤10；若本地端的地图库中有高架出入口匝道的坐标数据库和坡度属性，则执行步骤11-步骤12；
步骤7，继续滑动窗口重复步骤4直至斜率小于设定的阈值B或者大于设定的阈值-B；
步骤8，计算当前时刻与坡度开始点时刻的行车距离L以及高度差ΔH；
步骤9，若步骤5检测出上坡且L和ΔH分别大于设定的阈值C和阈值D，同时GNSS的平均信噪比CNO大于设定的阈值E，且当前时刻高架状态是高架下，则检测为高架上，并将Qo作为高架基准的初始值；
步骤10，若步骤5检测出下坡且L和ΔH分别大于设定的阈值C和阈值D，同时当前气压计值与Qo接近，且当前时刻高架状态是高架上，则检测为高架下；
步骤11，若本地端的地图库匹配至普通道路至高架道路的匝道入口上，且步骤5检测出的上下坡情况与匝道的坡度属性情况一致，则检测为高架上；
步骤12，若本地端的地图库匹配至高架道路至普通道路的匝道入口上，且步骤5检测出的上下坡情况与匝道的坡度属性情况一致，则检测为高架下；
步骤13，重复步骤2-步骤12，直至不在高架围栏范围内，并重复步骤2-步骤12中的计算的中间状态变量。
2.如权利要求1所述的一种基于气压计的在高架上或高架下的检测方法，其特征在于，将本地位置上传至服务端，并接收服务端返回的是否在高架围栏范围内的结果。
3.如权利要求2所述的一种基于气压计的在高架上或高架下的检测方法，其特征在于，服务端返回的是否在高架围栏范围内的结果的频率可配置。
4.如权利要求2所述的一种基于气压计的在高架上或高架下的检测方法，若与服务端的通信频率稳定且网络质量良好，优先选取服务端的结果；若与服务端的通讯中断或者配置的通讯间隔较长，使用本地端的结果；若服务端与本地端的结果不一致时，选择服务端的结果。
5.如权利要求1所述的一种基于气压计的在高架上或高架下的检测方法，其特征在于，所述步骤1中在高架围栏范围内是指距离高架范围100米之内。
6.如权利要求1所述的一种基于气压计的在高架上或高架下的检测方法，其特征在于，步骤2中以1Hz输入气压计值。
7.如权利要求1所述的一种基于气压计的在高架上或高架下的检测方法，其特征在于，步骤2中行车速度的频率为1Hz。
8.如权利要求1所述的一种基于气压计的在高架上或高架下的检测方法，其特征在于，所述步骤2中行车速度为GNSS速度或者GNSS和惯性导航组合模块的速度。
9.如权利要求1所述的一种基于气压计的在高架上或高架下的检测方法，其特征在于，步骤3中以15米为距离间隔，对气压计值进行线性插值。
10.如权利要求1所述的一种基于气压计的在高架上或高架下的检测方法，其特征在于，所述步骤4中滑动窗口的距离为150米或者200米。
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