CN110174103A - 一种车载导航方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车载导航方法及装置，所述方法包括：车机利用与其连接的辅助导航设备获取车辆的第一定位信息，利用自身的定位装置或从辅助导航设备处获取车辆的第二定位信息；将第一定位信息与第二定位信息进行比较，判断第一定位信息与第二定位信息的差值是否超出预设值；若是，则以第一定位信息为车辆的当前位置信息规划导航路线。通过上述方式，本发明能够提高定位导航精度。

Description

一种车载导航方法及装置

技术领域

本发明涉及导航技术领域，特别是涉及一种车载导航方法及装置。

背景技术

随着通信技术及汽车工业的持续发展，车载导航装置被广泛应用到了各类车辆中。车载系统大都依靠卫星定位系统，如全球定位系统(Global Positioning System，GPS)、全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)、北斗卫星导航系统等卫星定位系统对车辆定位，进而进行路线规划达到导航的目的。车载导航在通过卫星定位系统实现导航的过程中，数据报文是根据当前车辆所处位置实时接收的，车辆在行驶过程中，经常会经过隧道、高架等卫星信号很弱甚至是缺失的地方。由于卫星信号的缺失导致导航系统将无法正常接收数据报文，出现导航误差，影响驾驶路线。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种车载导航方法及装置，能够提高定位导航精度。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种车载导航方法，所述方法包括：车机利用与其连接的辅助导航设备获取车辆的第一定位信息，利用自身的定位装置或从辅助导航设备处获取车辆的第二定位信息；将第一定位信息与第二定位信息进行比较，判断第一定位信息与第二定位信息的差值是否超出预设值；若是，则以第一定位信息为车辆的当前位置信息规划导航路线。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种车机，所述车机包括处理器、存储器和通信电路，处理器耦接存储器和通信电路，存储器存储有程序，处理器用于执行程序实现上述的车载导航方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种车载导航系统，所述车载导航系统包括车机和辅助导航设备，车机与辅助导航设备连接；辅助导航设备设置有加速度传感器用于获取车辆的加速度信息，车机用于利用辅助导航设备获取车辆的第一定位信息；车机还用于利用自身的定位装置或从辅助导航设备处获取车辆的第二定位信息；车机还用于将第一定位信息与第二定位信息进行比较，判断第一定位信息与第二定位信息的差值是否超出预设值；若是，则以第一定位信息为车辆的当前位置信息规划导航路线；辅助导航设备用于向车机提供加速度信息、第一定位信息、第二定位信息中的一种或多种。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种具有存储功能的装置，所述装置存储有程序，所述程序被执行时实现上述的车载导航方法。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明的导航系统引入了辅助导航设备，辅助导航设备上设置有加速度传感器，车机可以利用辅助导航设备来获取加速度信息，实现惯性导航。同时将惯性导航计算出的位置数据与定位装置获取的位置数据进行对比，相互校验修正，实现精确定位。

附图说明

图1是本发明车载导航系统第一实施方式的结构示意图；

图2是本发明车载导航方法第一实施方式的流程示意图；

图3是本发明车载导航方法第二实施方式的流程示意图；

图4是本发明车载导航方法第三实施方式的流程示意图；

图5是本发明车机第一实施方式的结构示意图；

图6是本发明辅助导航设备第一实施方式的结构示意图；

图7是本发明具有存储功能的装置第一实施方式的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。

本发明提供一种车载导航方法，旨在解决现有车载导航中定位不准确的问题。其中，当使用卫星定位系统对车辆进行定位时，受卫星信号稳定性的影响，得到的定位信息可能会有偏移误差。为了使定位更精准，有的导航系统会使用惯性导航方法来计算获取车辆的位置信息。惯性导航的原理是在知道车辆初始位置和速度的情况下，根据加速度信息来计算判断下一个时间的速度和位置。因此，在使用惯性导航方法时，需要获取加速度信息，则就需要在车机中安装加速度传感器。但是若在车机上安装加速度传感器会增加车机制造成本。本发明中引入了辅助导航设备，辅助导航设备上设置有加速度传感器，车机可以利用辅助导航设备来获取加速度信息，实现惯性导航，能够有效降低制造成本、同时还能实现精确定位。

请结合参阅图1和图2，图1是本发明车载导航系统第一实施方式的结构示意图，图2是本发明车载导航方法第一实施方式的流程示意图。在该实施方式中，车载导航系统100包括车机10和辅助导航设备20，车机10上设置有定位装置和速度传感器，用于获取车辆的位置信息和速度信息，如可以安装GPS或GNSS定位装置；辅助导航设备20上设置有加速度传感器和陀螺仪，能够获取辅助导航设备的加速度信息和姿态信息，利用辅助导航设备的加速度信息和姿态信息能够转换得出车辆的加速度信息，利用车辆的加速度信息可以基于惯性导航原理计算出车辆的位置信息和速度信息。在导航过程中，可以结合对比GPS获取的定位信息与惯性导航方法计算的定位信息，以对车辆的位置进行校正，实现精准定位。具体车载导航方法包括如下步骤：

S201：车机利用与其连接的辅助导航设备获取车辆的第一定位信息，利用自身的定位装置或从辅助导航设备处获取车辆的第二定位信息。

其中，第一定位信息是利用加速度信息基于惯性导航原理计算获得的位置信息。车机利用与其连接的辅助导航设备获取车辆的第一定位信息是指，车机可以直接从辅助导航设备处获取车辆的第一定位信息，即辅助导航设备自身可计算完成获取车辆的第一定位信息；也可以是车机从辅助导航设备处获取部分信息如获取加速度信息等，然后利用这些信息自己计算出车辆的第一定位信息。

第二定位信息是利用定位装置直接获取的位置信息。车机利用自身的定位装置获取车辆的第二定位信息是指车机仅利用自身装置获取的信息就可以实现获取第二定位信息的功能，如利用定位装置获取位置信息，利用速度传感器获取速度信息等。车机从辅助导航设备处获取车辆的第二定位信息是指，车机上也可以不安装定位装置，利用辅助导航设备的定位装置来获取第二定位信息。

S202：将第一定位信息与第二定位信息进行比较，判断第一定位信息与第二定位信息的差值是否超出预设值。

S203：若是，则以第一定位信息为车辆的当前位置信息规划导航路线。

其中，车机利用辅助导航设备获取的加速度信息，结合初始位置信息和初始速度信息，根据惯性导航原理能够计算出车辆当前位置信息。车机上安装有定位装置，能够直接获取车辆的当前位置信息；可以将两个数据进行比较，如果差值在预设范围内，如差值在5％范围内，说明此次定位较准，可以选择任意一个位置信息规划导航路径。若误差超出预设范围，说明其中一个数据发生了漂移，如可能是定位装置获取的位置发生了漂移，或者是惯性导航计算过程中出现了差错。一般情况下，基于惯性导航计算出来的位置信息相对较准确，当两个数据差值较大时，可以以惯性导航计算出来的为准。通过采用两种数据相互校核，能够提高定位精度，进而提高导航精度。

请参阅图3，图3是本发明车载导航方法第二实施方式的流程示意图。在该实施方式中，车机安装有GPS定位装置，利用GPS获取车辆的位置信息；车机从辅助导航设备处获取加速度信息，然后利用该加速度信息基于惯性导航原理，计算获取车辆的当前速度信息和位置信息。车载导航的方法包括如下步骤：

首先，车机与辅助导航设备建立连接，具体可以通过通用串行总线(UniversalSerial Bus，USB)、无线网(Wireless-Fidelity，Wi-Fi)、蓝牙、射频通信等能让车机与辅助导航设备连接实现通信的方式进行连接，具体连接方式不做限定。

车机与辅助导航设备连接后，两者要先进行对时，保持两者时间的一致性，以保证信息的时效性。导航过程中，车辆一般是移动的，如果两者之间的时间不一致，那么计算出来的数据就会有偏差，导致定位不准确。具体地，车机与辅助导航设备应保证自身时间的正确性，如可以利用互联网时间为标准，车机和辅助导航设备可分别连接网络，从互联网同步更新自身的时间，保证其与互联网时间的同步。具体对时过程如下：

辅助导航设备连接网络，同步更新互联网时间；车机启动导航系统，同步更新系统时间。

辅助导航设备将自身时间信息发送给车机；车机接收辅助导航设备发送来的时间信息；将辅助导航设备时间与导航系统时间进行对比，判断两个时间之间的差值是否在预设值内(如3ms以内)，若是则对时成功；若否，则对时不成功，并向辅助导航设备发送对时不成功的消息。

当对时不成功时，车机则把当前导航系统时间发送给辅助导航设备，辅助导航设备更新当前时间，重新发送时间信息给车机进行对时，直至对时成功。

其中，车机在接收到辅助导航设备的时间信息后，可先检查自身是否已同步更新系统时间；若还没同步更新系统时间，则车机向辅助导航设备发送对时失败的消息。辅助导航设备接收到对时失败的消息后，再次向车机发送时间信息，也可以是等待预定时间(如2s)后再向车机发送时间信息。其中，车机在更新导航系统时间前可先开启GPS定位，定位成功后，再更新系统时间。

其中，若车机与辅助导航设备的时间走时都准，可以只在首次连接后进行对时即可，后续默认时间一致。但是车机和辅助导航设备走时往往会有误差，可以设置预定时间间隔执行一次对时操作，如设置每隔两小时自动对时一次；或者可以根据两者之间信息的实时性，判定是否需要重新对时(具体可参阅下文的描述)。

对时成功后，车机可以与辅助导航设备配合使用进行导航。

辅助导航设备向车机发送辅助导航设备的加速度信息和陀螺仪信息(姿态信息)；其中，辅助导航设备可以以每秒一次的频率向车机发送其获取的传感器信息(加速度信息和陀螺仪信息)。车机接收辅助导航设备发送来的加速度信息和陀螺仪信息，并验证信息数据的有效性，具体需要校验数据的完整性、实时性和异常性。

首先，校验数据的完整性。具体地，信息数据包可包括标志位、数据长度、序列号、时间数据、加速度数据、陀螺仪数据和校验码等多个部分。车机接收到信息数据后解析数据，先根据数据包的数据长度判断接收到数据是否完整。若数据长度完整，则对数据包采用异或的方式运算出结果，然后将该结果与校验码进行比较。若相同，则表明验证码正确，只有数据长度完整，校验码也正确的数据才是完整有效的数据，满足完整性。若数据长度不完整，则表明数据发送过程中丢包，数据出错；若验证码不同，则说明数据被篡改，数据出错。数据长度不完整和/或验证码不对的数据是无效数据，应该被丢弃。

随后校验数据的实时性。其中，数据传输的时延，车机与辅助导航设备之间时间的不一致等都会导致数据实时性差；若数据不实时就会产生偏移误差，因此需保证数据的实时性。具体地，车机接收到信息数据后解析数据获取时间信息，将该时间与导航系统当前时间进行比较，若时间差在预设值(如100ms)内，则说明该信息数据实时有效，若超出预设值，则表示该信息数据已过时，过时的信息数据为无效信息，应该被丢弃。

若连续多次收到过时信息数据，可能是因为车机与辅助导航设备之间的时间不一致，此时，可执行一次对时操作，重新进行对时，对时后再重新发送信息数据。因此，可设置当连续收到过时信息的次数超过预设值后，执行一次对时操作。当然也可能是网络信息差导致信息超时，应检查网络连接，或切换网络连接。

最后检验数据是否异常。其中，加速度传感器设置在辅助导航设备上，实质上检测的是辅助导航设备的加速度信息，那么只要辅助导航设备有运动就会产生加速度。如辅助导航设备在车内突然跌落，这个跌落动作就会产生一个加速度信息，但是这个加速度信息对车辆来说就是一个异常数据，因为这个加速度并不是车辆运动产生的，因此，应剔除丢弃这些异常数据。具体地，车辆在平稳行驶过程中，受车辆性能限制，其速度变化一般会在预定范围内，即加速度会在预设值范围内。当获取的加速度明显超出这个预设值范围时，特别是垂直方向上有一个较大的加速度时，这个数据可视为异常数据，应该被丢弃。为了减少数据的异常，在导航过程中，应尽量将辅助导航设备固定在车辆上，减少其运动带来的数据异常。在其他实施方式中，也需要校验车机发送来的其他信息是否异常，具体地，校验信息的变化量是否在预设值范围内，即跟前一次收到的同类型信息进行比较，如果变化量明显超出车辆性能所能带来的变化量，则说明该数据异常，应该被丢弃。

综上，只有完整地、实时地、非异常地数据才视为有效数据，可以利用有效的数据进行后续计算。

获取到有效数据后，先对加速度信息进行转换。其中，辅助导航设备获取的实质是其自身的加速度信息，而加速度是有方向性的，辅助导航设备的姿态与车辆姿态不同时，两者会有差异。因此，需将辅助导航设备的加速度信息，转换成车辆的加速度信息，具体地，根据辅助导航设备的姿态(陀螺仪信息)将加速度信息转换成GPS坐标系中的X、Y、Z方向的加速度信息。转换后，利用公式计算获得车辆的当前位置信息和速度信息；其中为加速度，t为检测时间差，为初始位置，为初始速度，为当前位置与初始位置的距离，为当前速度信息。其中，向量信息可以直接分解为GPS坐标系的分量参与运算。初始位置信息和速度信息可以是车机利用GPS定位装置和速度传感器获取的。

将计算获得的位置信息和速度信息与GPS获取的当前位置信息和速度信息进行比较。判断两个信息之间的差值是否超出预设值(如5％)，若超出预设值，则表明有一信息发生了漂移，对位置信息进行修正，可以选择以惯性导航计算获取的位置信息为准，然后将该位置信息整体成操作系统需要的数据格式，如标准NMEA(National Marine ElectronicsAssociation，NMEA)模式，用以规划导航路线。通过这种方式能够提高定位精度，进而提高导航准确度。

请参阅图4，图4是本发明车载导航方法第三实施方式的流程示意图。在该实施方式中，车机直接从辅助导航设备处获取车辆的位置信息。具体步骤如下：

车机与辅助导航设备建立连接，具体连接方式请参阅上述实施方式的描述，在此不再赘述。

辅助导航设备获取自身的初始位置信息和初始速度信息，并利用自身的加速度传感器和陀螺仪获取加速度信息和姿态信息，基于惯性导航公式计算当前位置信息和速度信息。其中，在计算前也应校验加速度信息是否异常，具体校验方式及计算方式过程请参阅上述实施方式的描述，在此不再赘述。

其中，辅助导航设备设置有定位装置、如GPS装置，用以获取辅助导航设备的位置信息(初始位置信息、当前位置信息等)，还可以利用其他定位方式获取位置信息。

辅助导航设备利用定位装置获取当前位置信息，并将获取的当前位置信息与计算出来的位置信息进行比较，若差值超出预设值(如5％)，则以计算出来的位置信息作为车辆的第一定位信息发送给车机。

车机利用自身的定位装置(如GPS)获取当前位置信息，并将获取的当前位置信息与接收到的位置信息进行比较，若误差超过预设值(如5％)，则采用辅助导航设备的位置信息替换车机GPS得到的位置信息，然后报告给操作系统，用以规划导航路线。该实施方式中，辅助导航设备向车机发送位置信息前，辅助导航设备与车机也需要先进行对时，具体对时操作请参阅上述实施方式的描述，在此不再赘述。

在其他实施方式中，车机内也可以不设置定位装置。如果车机没有设置定位装置，或没有开启定位装置，或者不能正常接收定位信号时，车机在接收到位置信息后，可直接将该位置信息发给操作系统，用以规划导航路线。通过这种方式，不仅能够提高定位精度，当车机没有定位功能后也能实现导航功能。

以上方案，本发明所提供的车载导航方法，通过引入惯性导航，可以对定位装置的定位进行校验和修正，进而提高定位精度。特别是在车辆进入隧道、地库、高架桥等复杂环境的时候，可提升精度，帮助汽车更好的导航。同时引入辅助导航设备，将惯性导航所需要的传感器设备设置在辅助导航设备上，使用辅助导航设备获取加速度信息，能够降低车机的制造成本。

基于上述车载导航方法，本发明还提供一种车机。请参阅图5，图5是本发明车机第一实施方式的结构示意图。在该实施方式中，车机50包括处理器501、存储器502和通信电路503，处理器501耦接存储器502和通信电路503，存储器502存储有程序，处理器501用于执行所述程序实现上述的车载导航方法。该实施方式中，通过引入辅助导航设备，在车机没安装加速度传感器的情况下也能实现惯性导航，同时还可以结合惯性导航对定位装置的定位进行校验和修正，进而提高定位精度。具体实施过程请参阅上述实施方式的描述，在此不再赘述。

基于上述车载导航方法，本发明还提供一种辅助导航设备。请参阅图6，图6是本发明辅助导航设备第一实施方式的结构示意图。在该实施方式中，辅助导航设备60包括处理器601、存储器602、加速度传感器603和通信电路604。处理器601耦接存储器602、加速度传感器60、和通信电路604，存储器602存储有程序，处理器601用于执行所述程序实现上述的车载导航方法。具体地，辅助导航设备上可以安装应用程序(APP)，利用该应用程序可以实现与车机的连接、信息交互等。具体实施过程请参阅上述实施方式的描述，在此不再赘述。辅助导航设备可以是手机等移动设备；也可以是运动手表、耳机等可穿戴设备；还可以是具有加速度传感器和陀螺仪的其他设备；在应用时，放置于车辆内，用于获取车辆的加速度信息等。在其他实施方式中，在权限允许的情况下，车机也可以获取安装在车辆车身上的传感器的数据信息，用以实现惯性导航，即将车辆本身作为辅助导航设备。

基于上述车载导航方法，本发明还提供一种具有存储功能的装置，请参阅图7，图7是本发明具有存储功能的装置第一实施方式的结构示意图。在该实施方式中，存储装置70存储有程序701，程序701被执行时实现上述车载导航方法。具体工作过程与上述方法实施例中一致，故在此不再赘述，详细请参阅以上对应方法步骤的说明。其中具有存储功能的装置可以是便携式存储介质如U盘、光盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟等各种可以存储程序代码的介质，也可以是终端、服务器等。

在本发明所提供的几个实施方式中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施方式仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施方式方案的目的。

另外，在本发明各个实施方式中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本发明各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (11)

1.一种车载导航方法，其特征在于，所述方法包括：

车机利用与其连接的辅助导航设备获取车辆的第一定位信息，所述车机利用自身的定位装置或从所述辅助导航设备处获取所述车辆的第二定位信息；

将所述第一定位信息与所述第二定位信息进行比较，判断所述第一定位信息与所述第二定位信息的差值是否超出预设值；

若是，则以所述第一定位信息为所述车辆的当前位置信息规划导航路线。

2.根据权利要求1所述的车载导航方法，其特征在于，所述车机利用与其连接的辅助导航设备获取车辆的第一定位信息包括：

所述车机从所述辅助导航设备处获取所述辅助导航设备的加速度信息和姿态信息；

所述车机利用所述车辆的初始位置信息、所述辅助导航设备的加速度信息和姿态信息计算获得所述车辆的第一定位信息。

3.根据权利要求2所述的车载导航方法，其特征在于，所述车机利用所述车辆的初始位置信息、所述辅助导航设备的加速度信息和姿态信息计算获得所述车辆的第一定位信息包括：

所述车机利用所述辅助导航设备的姿态信息将所述辅助导航设备的加速度信息转换成所述车辆的加速度信息；

所述车机利用所述车辆的初始位置信息和所述车辆的加速度信息计算获得所述车辆的第一定位信息。

4.根据权利要求1所述的车载导航方法，其特征在于，所述车机利用辅助导航设备获取车辆的第一定位信息包括：

所述车机接收所述辅助导航设备发送来的所述车辆的第一定位信息，所述第一定位信息是所述辅助导航设备利用加速度信息基于惯性导航原理计算获得的。

5.根据权利要求1-4任一项所述的车载导航方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述车机判断所接收的所述辅助导航设备发送来的信息的时间是否在预设时间范围内，若是则判定所述信息有时效性；若否则丢弃所述信息，所述辅助导航设备发送来的信息为第一定位信息、第二定位信息、加速度信息或姿态信息中的一种或多种。

6.根据权利要求5所述的车载导航方法，其特征在于，

若所述辅助导航设备发送来的信息的时间不在预设时间范围内，则判定所述信息过期，进而判断所述信息连续过期的次数是否超出预设值；

若是，则执行一次所述车机与所述辅助导航设备之间的对时操作。

7.根据权利要求5所述的车载导航方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述车机判断所接收的所述辅助导航设备发送来的信息的变化量是否在预设值范围内，若是则判定所述信息有效；若否则丢弃所述信息。

8.根据权利要求1所述的车载导航方法，其特征在于，所述车机利用与其连接的辅助导航设备获取车辆的第一定位信息之前还包括：

所述车机接收辅助导航设备发送来的时间信息；

将所述辅助导航设备的时间与所述车机的时间进行对比，判断所述辅助导航设备时间与所述车机时间之间的差值是否在预设值内；

若是则对时成功；若否，则对时不成功。

9.一种车机，其特征在于，所述车机包括处理器、存储器和通信电路，所述处理器耦接所述存储器和通信电路，所述存储器存储有程序，所述处理器用于执行所述程序实现权利要求1-8任一项所述的车载导航方法。

10.一种车载导航系统，其特征在于，所述车载导航系统包括车机和辅助导航设备，所述车机与所述辅助导航设备连接，所述辅助导航设备上设置有加速度传感器用于获取车辆的加速度信息；

所述车机用于利用所述辅助导航设备获取车辆的第一定位信息；

所述车机还用于利用自身的定位装置或从所述辅助导航设备处获取所述车辆的第二定位信息；

所述车机还用于将所述第一定位信息与所述第二定位信息进行比较，判断所述第一定位信息与所述第二定位信息的差值是否超出预设值；若是，则以所述第一定位信息为所述车辆的当前位置信息规划导航路线；

所述辅助导航设备用于向所述车机提供加速度信息、第一定位信息、第二定位信息中的一种或多种。

11.一种具有存储功能的装置，其特征在于，所述装置存储有程序，所述程序被执行时实现权利要求1-8任一项所述的车载导航方法。