CN110530378B - 一种基于v2x的map消息集的车辆定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于V2X的MAP消息集的车辆定位方法，其依据MAP消息集，对MAP的节点下的有向路段进行筛选定位计算，再对符合要求的有向路段下的车道进行筛选定位计算，最终输出对应的某一个符合车辆所在位置要求(即符合定位要求)的节点、有向路段、车道的相关信息，供各类V2I应用进行调用；其最大程度的满足了车辆不同道路路型的准确定位要求，从而提高了V2I应用的效率与稳定性，能满足未来V2I应用发展的需求，以更好的适应量产。

Description

一种基于V2X的MAP消息集的车辆定位方法

技术领域

本发明属于汽车车联网(即V2X)技术领域，具体涉及一种基于V2X的MAP消息集的车辆定位方法。

背景技术

随着V2X技术的发展以及国家对V2X技术的大力普及，越来越多的V2X应用被挖掘。其中，V2I主要指车与路侧设备互联的一种通信手段，当车辆越来越智能的时候，仅仅只靠单车智能驾驶已经无法满足复杂环境下的应用与发展了，这个时候就需要通过基础设施的建设，加强路的智能，通过V2X中的V2I来建立车路协同系统，从而达成一个全新的智能交通系统。目前各大开发厂商对V2I应用较为广泛的场景有：红绿灯识别提醒、闯红灯预警、逆向车道预警、实时道路交通信息类预警等等。而这些场景都有一个共同点，那就是必须依赖于路侧设备向车辆端设备发送的MAP(即地图)消息集而开发的车辆定位方法，MAP消息集包括地图的若干个节点数据、若干个有向路段数据(包括若干个路段参考点数据、有向路段宽度等)和若干个车道数据(包括若干个车道参考点数据、车道宽度等)以及其他附属数据。目前设计的定位方法普遍分为两类：一类是过于简单，只能简单满足直线道路定位，在弯道定位时往往有较大误差，在复杂密集的道路往往会导致定位错误，存在不能适应各个不同的道路，不能适应匝道，不能适应弯道，不能适应多交叉路口的情况；另一类是过于复杂，定位算法过于冗长，复杂度高，容易出错，对设备的要求高，计算量大，不利于车载端设备的量产，会导致车载端设备为满足性能而成本过高，定位时效性差，往往不能很好的满足应用的使用要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于V2X的MAP消息集的车辆定位方法，以最大程度的满足车辆不同道路路型的准确定位。

本发明所述的基于V2X的MAP消息集的车辆定位方法，由车辆端设备执行，包括：

步骤一、获取MAP消息集和车辆位置信息，然后执行步骤二；

步骤二、判断是否存在未遍历的节点，如果是，则执行步骤三，否则判定车辆不在当前MAP(即地图)范围内，然后结束；

步骤三、从未遍历的节点中按顺序选取一个节点，然后执行步骤四；

步骤四、判断选取的节点下是否存在未遍历的有向路段，如果是，则执行步骤五，否则返回执行步骤二；

步骤五、从未遍历的有向路段中按顺序选取一个有向路段，然后执行步骤六；

步骤六、判断选取的有向路段是否符合定位要求，如果是，则执行步骤七，否则返回执行步骤四；

步骤七、判断选取的有向路段下是否存在未遍历的车道，如果是，则执行步骤八，否则返回执行步骤四；

步骤八、从未遍历的车道中按顺序选取一个车道，然后执行步骤九；

步骤九、判断选取的车道是否符合定位要求，如果是，则执行步骤十，否则返回执行步骤七；

步骤十、记录符合定位要求的节点、有向路段和车道的相关数据，然后结束。

优选的，所述选取的有向路段是否符合定位要求的判断方式包括：

S1、判断选取的有向路段的路段参考点数量，如果路段参考点数量小于2，则判定选取的有向路段不符合定位要求，如果路段参考点数量等于2，则执行S2，否则执行S4；

S2、将两个路段参考点以及车辆位置点带入定位算法中，计算得到路段定位参数Ⅰ，然后执行S3；

S3、判断路段定位参数Ⅰ是否满足路段定位条件，如果是，则判定选取的有向路段符合定位要求，否则判定选取的有向路段不符合定位要求；

S4、判断选取的有向路段线是否存在未遍历的路段参考点，如果是，则执行S5，否则判定选取的有向路段不符合定位要求；

S5、在未遍历的路段参考点中按顺序选取一个路段参考点，同时也选取与该路段参考点相邻的一个路段参考点，然后执行S6；

S6、将S5中选取的两个相邻的路段参考点以及车辆位置点带入定位算法中，计算得到路段定位参数Ⅱ，然后执行S7；

S7、判断路段定位参数Ⅱ是否满足路段定位条件，如果是，则判定选取的有向路段符合定位要求，否则返回执行S4。

优选的，所述选取的车道是否符合定位要求的判断方式包括：

P1、判断选取的车道的车道参考点数量，如果车道参考点数量小于2，则判定选取的车道不符合定位要求，如果车道参考点数量等于2，则执行P2，否则执行P4；

P2、将两个车道参考点以及车辆位置点带入定位算法中，计算得到车道定位参数Ⅰ，然后执行P3；

P3、判断车道定位参数Ⅰ是否满足车道定位条件，如果是，则判定选取的车道符合定位要求，否则判定选取的车道不符合定位要求；

P4、判断选取的车道是否存在未遍历的车道参考点，如果是，则执行P5，否则判定选取的车道不符合定位要求；

P5、在未遍历的车道参考点中按顺序选取一个车道参考点，同时也选取与该车道参考点相邻的一个车道参考点，然后执行P6；

P6、将P5中选取的两个相邻的车道参考点以及车辆位置点带入定位算法中，计算得到车道定位参数Ⅱ，然后执行P7；

P7、判断车道定位参数Ⅱ是否满足车道定位条件，如果是，则判定选取的车道符合定位要求，否则返回执行P4。

优选的，所述定位算法包括：

第一步、连接输入的两个参考点Point[i]、Point[i+1]以及车辆位置点HV，构成一个三角形，然后执行第二步；

第二步、根据3个点的经纬度，计算参考点Point[i]到车辆位置点HV的方向角和参考点Point[i]到参考点Point[i+1]的方向角，然后执行第三步；

第三步、将第二步中计算得到的2个方向角相减并取绝对值，再转换成三角形内角(即取小于180°的部分)，得到三角形中以参考点Point[i]为顶点的夹角α_j，其中，j＝1或2或3或4，然后执行第四步；

第四步、根据3个点的经纬度，计算参考点Point[i+1]到车辆位置点HV的方向角和参考点Point[i+1]到参考点Point[i]的方向角，然后执行第五步；

第五步、将第四步中计算得到的2个方向角相减并取绝对值，再转换成三角形内角(即取小于180°的部分)，得到三角形中以参考点Point[i+1]为顶点的夹角β_j，然后执行第六步；

第六步、利用两个参考点Point[i]、Point[i+1]的经纬度值，计算参考点Point[i]到参考点Point[i+1]的距离d_j，然后执行第七步；

第七步、利用距离d_j以及夹角α_j、β_j，根据余弦定理及海伦公式，计算得到车辆位置点HV到两个参考点Point[i]、Point[i+1]连线的距离L_j。

采用“三角形定位计算”的方法，选取两个参考点以及车辆位置点，两两连线，构成一个三角形，通过三角形的各项数学性质，最终计算出我们需要的数值内容(即距离L_j、夹角α_j、夹角β_j)，其定位计算简单而准确，减少了定位计算量。

优选的，所述路段定位参数Ⅰ包括连接两个路段参考点以及车辆位置点而构成的一个三角形中，以一个路段参考点为顶点的夹角α₁、以另一个路段参考点为顶点的夹角β₁以及车辆位置点到两个路段参考点连线的距离L₁；如果α₁≤90°且β₁≤90°且

则表示路段定位参数Ⅰ满足路段定位条件；所述路段定位参数Ⅱ包括连接所述S5中选取的两个相邻的路段参考点以及车辆位置点而构成的一个三角形中，以相邻的一个路段参考点为顶点的夹角α₂、以相邻的另一个路段参考点为顶点的夹角β₂以及车辆位置点到两个相邻的路段参考点连线的距离L₂；如果α₂≤90°且β₂≤90°且

则表示路段定位参数Ⅱ满足路段定位条件；其中，LinkWidth表示选取的有向路段的宽度(由MAP消息集提供)。

优选的，所述车道定位参数Ⅰ包括连接两个车道参考点以及车辆位置点而构成的一个三角形中，以一个车道参考点为顶点的夹角α₃、以另一个车道参考点为顶点的夹角β₃以及车辆位置点到两个车道参考点连线的距离L₃；如果α₃≤90°且β₃≤90°且

则表示车道定位参数Ⅰ满足车道定位条件；所述车道定位参数Ⅱ包括连接所述P5中选取的两个相邻的车道参考点以及车辆位置点而构成的一个三角形中，以相邻的一个车道参考点为顶点的夹角α₄、以相邻的另一个车道参考点为顶点的夹角β₄以及车辆位置点到两个相邻的车道参考点连线的距离L₄；如果α₄≤90°且β₄≤90°且

则表示车道定位参数Ⅱ满足车道定位条件；其中LaneWidth表示选取的车道的宽度(由MAP消息集提供)。

本发明依据MAP消息集，对MAP的节点下的有向路段进行筛选定位计算，再对符合要求的有向路段下的车道进行筛选定位计算，最终输出对应的某一个符合车辆所在位置要求(即符合定位要求)的节点、有向路段、车道的相关信息，供各类V2I应用进行调用；其最大程度的满足了车辆不同道路路型的准确定位要求，从而提高了V2I应用的效率与稳定性，能满足未来V2I应用发展的需求，以更好的适应量产。

附图说明

图1为本发明的定位流程图。

图2为本发明中对选取的有向路段是否符合定位要求进行判断的流程图。

图3为本发明中对选取的车道是否符合定位要求进行判断的流程图。

图4为本发明中的定位算法的流程图。

图5为本发明中的定位算法的数学模型示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细说明。

首先，阐述定位算法内容，取MAP消息集中有序且相邻的两个参考点，这两个参考点可以是任意有向路段的两个参考点，也可以是任意车道上的两个点，设这两个参考点为Point[i]、Point[i+1]，这两个参考点的位置坐标分别是其经纬度值，由MAP消息集提供，设车辆位置点为HV，车辆位置点坐标为其此时的经纬度值，由GPS提供。

如图4、图5所示，该定位算法的具体过程包括：

第一步、连接输入的两个参考点Point[i]、Point[i+1]以及车辆位置点HV，构成一个三角形，然后执行第二步；

第二步、根据3个点的经纬度，计算参考点Point[i]到车辆位置点HV的方向角和参考点Point[i]到参考点Point[i+1]的方向角，然后执行第三步；

第三步、将第二步中计算得到的2个方向角相减并取绝对值，再转换成三角形内角(即取小于180°的部分)，得到三角形中以参考点Point[i]为顶点的夹角α_j，其中，j＝1或2或3或4，然后执行第四步；

第四步、根据3个点的经纬度，计算参考点Point[i+1]到车辆位置点HV的方向角和参考点Point[i+1]到参考点Point[i]的方向角，然后执行第五步；

第五步、将第四步中计算得到的2个方向角相减并取绝对值，再转换成三角形内角(即取小于180°的部分)，得到三角形中以参考点Point[i+1]为顶点的夹角β_j，然后执行第六步；

第六步、利用两个参考点Point[i]、Point[i+1]的经纬度值，计算参考点Point[i]到参考点Point[i+1]的距离d_j，然后执行第七步；

第七步、利用距离d_j以及夹角α_j、β_j，根据余弦定理及海伦公式，计算得到车辆位置点HV到两个参考点Point[i]、Point[i+1]连线的距离L_j。

确定好定位算法后，将其封装为一个定位算法函数存储在车载端设备内，在车载端设备收到MAP消息集且解析完成后，根据当前的GPS信息，配合上定位逻辑，不断引用定位算法函数，从而完成整个定位过程，最终输出定位结果，以供各类V2I应用进行调用。

然后，阐述定位逻辑内容，本发明需要利用定位算法函数，进行节点层筛选、有向路段层筛选、车道层筛选，最终找到符合要求的MAP定位结果。

如图1、图2、图3所示的基于V2X的MAP消息集的车辆定位方法，由车辆端设备执行，包括：

步骤一、车辆端设备通过V2I方式从路侧设备处获取MAP消息集，通过GPS获取车辆位置信息，然后执行步骤二；

步骤二、判断是否存在未遍历的节点，如果是，则执行步骤三，否则判定车辆不在当前MAP(即地图)范围内，然后结束；

步骤三、从MAP消息集的未遍历的节点(可能是一个节点，也可能是多个节点)中按顺序选取一个节点，然后执行步骤四；

步骤四、判断选取的节点下是否存在未遍历的有向路段，如果是，则执行步骤五，否则返回执行步骤二；

步骤五、从选取的节点下的未遍历的有向路段(可能是一个有向路段，也可能是多个有向路段)中按顺序选取一个有向路段，然后执行步骤六；

步骤六、判断选取的有向路段是否符合定位要求，如果是，则执行步骤七，否则返回执行步骤四；

步骤七、判断选取的有向路段下是否存在未遍历的车道，如果是，则执行步骤八，否则返回执行步骤四；

步骤八、从选取的有向路段下的未遍历的车道(可能是一个车道，也可能是多个车道)中按顺序选取一个车道，然后执行步骤九；

步骤九、判断选取的车道是否符合定位要求，如果是，则执行步骤十，否则返回执行步骤七；

步骤十、调用用户自定义的数据结构，记录符合定位要求的节点、有向路段和车道的相关数据，然后结束。

其中，选取的有向路段是否符合定位要求的判断方式包括：

S1、判断选取的有向路段的路段参考点数量，如果路段参考点数量小于2，则判定选取的有向路段不符合定位要求，如果路段参考点数量等于2，则执行S2，否则(即如果路段参考点数量大于2)执行S4；

S2、将两个路段参考点以及车辆位置点带入定位算法中，计算得到连接两个路段参考点以及车辆位置点而构成的一个三角形中，以一个路段参考点为顶点的夹角α₁、以另一个路段参考点为顶点的夹角β₁以及车辆位置点到两个路段参考点连线的距离L₁，然后执行S3；

S3、判断是否α₁≤90°且β₁≤90°且

如果是，则判定选取的有向路段符合定位要求，否则判定选取的有向路段不符合定位要求；

S4、判断选取的有向路段是否存在未遍历的路段参考点，如果是，则执行S5，否则判定选取的有向路段不符合定位要求；

S5、在选取的有向路段的未遍历的路段参考点(可能是一个路段参考点，也可能是多个路段参考点)中按顺序选取一个路段参考点，同时也选取与该路段参考点相邻的一个路段参考点，然后执行S6；

S6、将S5中选取的两个相邻的路段参考点以及车辆位置点带入定位算法中，计算得到连接S5中选取的两个相邻的路段参考点以及车辆位置点而构成的一个三角形中，以相邻的一个路段参考点为顶点的夹角α₂、以相邻的另一个路段参考点为顶点的夹角β₂以及车辆位置点到两个相邻的路段参考点连线的距离L₂，然后执行S7；

S7、判断是否α₂≤90°且β₂≤90°且

如果是，则判定选取的有向路段符合定位要求，否则返回执行S4。

其中，选取的车道是否符合定位要求的判断方式包括：

P1、判断选取的车道的车道参考点数量，如果车道参考点数量小于2，则判定选取的车道不符合定位要求，如果车道参考点数量等于2，则执行P2，否则(即如果车道参考点数量大于2)执行P4；

P2、将两个车道参考点以及车辆位置点带入定位算法中，计算得到连接两个车道参考点以及车辆位置点而构成的一个三角形中，以一个车道参考点为顶点的夹角α₃、以另一个车道参考点为顶点的夹角β₃以及车辆位置点到两个车道参考点连线的距离L₃，然后执行P3；

P3、判断是否α₃≤90°且β₃≤90°且

如果是，则判定选取的车道符合定位要求，否则判定选取的车道不符合定位要求；

P4、判断选取的车道是否存在未遍历的车道参考点，如果是，则执行P5，否则判定选取的车道不符合定位要求；

P5、在选取的车道的未遍历的车道参考点(可能是一个车道参考点，也可能是多个车道参考点)中按顺序选取一个车道参考点，同时也选取与该车道参考点相邻的一个车道参考点，然后执行P6；

P6、将P5中选取的两个相邻的车道参考点以及车辆位置点带入定位算法中，计算得到连接P5中选取的两个相邻的车道参考点以及车辆位置点而构成的一个三角形中，以相邻的一个车道参考点为顶点的夹角α₄、以相邻的另一个车道参考点为顶点的夹角β₄以及车辆位置点到两个相邻的车道参考点连线的距离L₄，然后执行P7；

P7、判断是否α₄≤90°且β₄≤90°且

如果是，则判定选取的车道符合定位要求，否则返回执行P4。

Claims (6)

1.一种基于V2X的MAP消息集的车辆定位方法，由车辆端设备执行，其特征在于，包括：

步骤一、获取MAP消息集和车辆位置信息，然后执行步骤二；

步骤二、判断是否存在未遍历的节点，如果是，则执行步骤三，否则判定车辆不在当前MAP范围内，然后结束；

步骤三、从未遍历的节点中按顺序选取一个节点，然后执行步骤四；

步骤四、判断选取的节点下是否存在未遍历的有向路段，如果是，则执行步骤五，否则返回执行步骤二；

步骤五、从未遍历的有向路段中按顺序选取一个有向路段，然后执行步骤六；

步骤六、判断选取的有向路段是否符合定位要求，如果是，则执行步骤七，否则返回执行步骤四；

步骤七、判断选取的有向路段下是否存在未遍历的车道，如果是，则执行步骤八，否则返回执行步骤四；

步骤八、从未遍历的车道中按顺序选取一个车道，然后执行步骤九；

步骤九、判断选取的车道是否符合定位要求，如果是，则执行步骤十，否则返回执行步骤七；

步骤十、记录符合定位要求的节点、有向路段和车道的相关数据，然后结束。

2.根据权利要求1所述的基于V2X的MAP消息集的车辆定位方法，其特征在于，所述选取的有向路段是否符合定位要求的判断方式包括：

S1、判断选取的有向路段的路段参考点数量，如果路段参考点数量小于2，则判定选取的有向路段不符合定位要求，如果路段参考点数量等于2，则执行S2，如果路段参考点数量大于2，则执行S4；

S2、将两个路段参考点以及车辆位置点带入定位算法中，计算得到路段定位参数Ⅰ，然后执行S3；

S3、判断路段定位参数Ⅰ是否满足路段定位条件，如果是，则判定选取的有向路段符合定位要求，否则判定选取的有向路段不符合定位要求；

S4、判断选取的有向路段是否存在未遍历的路段参考点，如果是，则执行S5，否则判定选取的有向路段不符合定位要求；

S5、在未遍历的路段参考点中按顺序选取一个路段参考点，同时也选取与该路段参考点相邻的一个路段参考点，然后执行S6；

S6、将S5中选取的两个相邻的路段参考点以及车辆位置点带入定位算法中，计算得到路段定位参数II，然后执行S7；

S7、判断路段定位参数II是否满足路段定位条件，如果是，则判定选取的有向路段符合定位要求，否则返回执行S4。

3.根据权利要求2所述的基于V2X的MAP消息集的车辆定位方法，其特征在于，所述选取的车道是否符合定位要求的判断方式包括：

P1、判断选取的车道的车道参考点数量，如果车道参考点数量小于2，则判定选取的车道不符合定位要求，如果车道参考点数量等于2，则执行P2，否则执行P4；

P2、将两个车道参考点以及车辆位置点带入定位算法中，计算得到车道定位参数I，然后执行P3；

P3、判断车道定位参数I是否满足车道定位条件，如果是，则判定选取的车道符合定位要求，否则判定选取的车道不符合定位要求；

P4、判断选取的车道是否存在未遍历的车道参考点，如果是，则执行P5，否则判定选取的车道不符合定位要求；

P5、在未遍历的车道参考点中按顺序选取一个车道参考点，同时也选取与该车道参考点相邻的一个车道参考点，然后执行P6；

P6、将P5中选取的两个相邻的车道参考点以及车辆位置点带入定位算法中，计算得到车道定位参数II，然后执行P7；

P7、判断车道定位参数II是否满足车道定位条件，如果是，则判定选取的车道符合定位要求，否则返回执行P4。

4.根据权利要求3所述的基于V2X的MAP消息集的车辆定位方法，其特征在于，所述定位算法包括：

第一步、连接输入的两个参考点Point[i]、Point[i+1]以及车辆位置点HV，构成一个三角形，然后执行第二步；

第二步、根据3个点的经纬度，计算参考点Point[i]到车辆位置点HV的方向角和参考点Point[i]到参考点Point[i+1]的方向角，然后执行第三步；

第三步、将第二步中计算得到的2个方向角相减并取绝对值，再转换成三角形内角，得到三角形中以参考点Point[i]为顶点的夹角α_j，其中，j＝1或2或3或4，然后执行第四步；

第四步、根据3个点的经纬度，计算参考点Point[i+1]到车辆位置点HV的方向角和参考点Point[i+1]到参考点Point[i]的方向角，然后执行第五步；

第五步、将第四步中计算得到的2个方向角相减并取绝对值，再转换成三角形内角，得到三角形中以参考点Point[i+1]为顶点的夹角β_j，然后执行第六步；

第六步、利用两个参考点Point[i]、Point[i+1]的经纬度值，计算参考点Point[i]到参考点Point[i+1]的距离d_j，然后执行第七步；

第七步、利用距离d_j以及夹角α_j、β_j，根据余弦定理及海伦公式，计算得到车辆位置点HV到两个参考点Point[i]、Point[i+1]连线的距离L_j。

5.根据权利要求4所述的基于V2X的MAP消息集的车辆定位方法，其特征在于：所述路段定位参数I包括连接两个路段参考点以及车辆位置点而构成的一个三角形中，以一个路段参考点为顶点的夹角α₁、以另一个路段参考点为顶点的夹角β₁以及车辆位置点到两个路段参考点连线的距离L₁；如果α₁≤90°且β₁≤90°且

则表示路段定位参数I满足路段定位条件；所述路段定位参数II包括连接所述S5中选取的两个相邻的路段参考点以及车辆位置点而构成的一个三角形中，以相邻的一个路段参考点为顶点的夹角α₂、以相邻的另一个路段参考点为顶点的夹角β₂以及车辆位置点到两个相邻的路段参考点连线的距离L₂；如果α₂≤90°且β₂≤90°且

则表示路段定位参数II满足路段定位条件；其中，LinkWidth表示选取的有向路段的宽度。

6.根据权利要求4所述的基于V2X的MAP消息集的车辆定位方法，其特征在于：所述车道定位参数I包括连接两个车道参考点以及车辆位置点而构成的一个三角形中，以一个车道参考点为顶点的夹角α₃、以另一个车道参考点为顶点的夹角β₃以及车辆位置点到两个车道参考点连线的距离L₃；如果α₃≤90°且β₃≤90°且

则表示车道定位参数I满足车道定位条件；所述车道定位参数II包括连接所述P5中选取的两个相邻的车道参考点以及车辆位置点而构成的一个三角形中，以相邻的一个车道参考点为顶点的夹角α₄、以相邻的另一个车道参考点为顶点的夹角β₄以及车辆位置点到两个相邻的车道参考点连线的距离L₄；如果α₄≤90°且β₄≤90°且

则表示车道定位参数II满足车道定位条件；其中LaneWidth表示选取的车道的宽度。

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