CN111928869A - 车辆运动轨迹估计方法、装置及电子设备 - Google Patents

车辆运动轨迹估计方法、装置及电子设备 Download PDF

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CN111928869A CN202011075588.9A CN202011075588A CN111928869A CN 111928869 A CN111928869 A CN 111928869A CN 202011075588 A CN202011075588 A CN 202011075588A CN 111928869 A CN111928869 A CN 111928869A
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Abstract

本申请是关于一种车辆运动轨迹估计方法、装置及电子设备。该方法所述车辆装设有车载智能设备，所述车载智能设备包括加速度计和陀螺仪，该方法包括：获得所述车辆的初始位姿数据；获得所述加速度计的前进轴输出数据和所述陀螺仪的航向轴输出数据；依据所述初始位姿数据、所述加速度计的前进轴输出数据和所述陀螺仪的航向轴输出数据，获得所述车辆的运动轨迹数据。本申请提供的方案，能够提高车辆运动轨迹估计的效率。

Description

车辆运动轨迹估计方法、装置及电子设备
技术领域
本申请涉及导航技术领域，尤其涉及一种车辆运动轨迹估计方法、装置及电子设备。
背景技术
定位系统例如GPS具有性能好、精度高、应用广的特点。但在某些场景下，例如桥下，涵洞，隧道，密集楼宇之间等定位信号不好的位置，相关技术的定位系统的定位偏差很大，甚至无法提供定位结果。而包含加速度计和陀螺仪的惯性测量单元（InertialMeasurement Unit，IMU），可以用于测量物体在惯性空间中的角速度和加速度，并以此估计出物体的轨迹。
但是，相关技术利用惯性测量单元的轨迹估计过程，对惯性测量单元各项参数进行参数耦合，不能很好的消除各项参数间的相互影响，而且计算复杂耗时，导致相关技术的轨迹估计效率低下。
发明内容
为克服相关技术中存在的问题，本申请提供一种车辆运动轨迹估计方法、装置及电子设备，能够提高车辆运动轨迹估计的效率。
本申请第一方面提供一种车辆运动轨迹估计方法，所述车辆装设有车载智能设备，所述车载智能设备包括加速度计和陀螺仪，所述方法包括：
获得所述车辆的初始位姿数据；
获得所述加速度计的前进轴输出数据和所述陀螺仪的航向轴输出数据；
依据所述初始位姿数据、所述加速度计的前进轴输出数据和所述陀螺仪的航向轴输出数据，获得所述车辆的运动轨迹数据。
优选的，所述依据所述初始位姿数据、所述加速度计的前进轴输出数据和所述陀螺仪的航向轴输出数据，获得所述车辆的运动轨迹数据，包括：
获得所述加速度计的前进轴标定内参和所述陀螺仪的航向轴标定内参；
依据所述加速度计的前进轴标定内参和前进轴输出数据获得所述加速度计的前进轴加速度校正数据，依据所述陀螺仪的航向轴标定内参和航向轴输出数据获得所述陀螺仪的航向轴校正数据；以及
依据所述初始位姿数据、所述加速度计的前进轴加速度校正数据和所述陀螺仪的航向轴校正数据，获得所述车辆的运动轨迹数据。
优选的，所述获得所述加速度计的前进轴标定内参和所述陀螺仪的航向轴标定内参，包括：
获得所述车辆的卫星定位数据；
依据所述加速度计的前进轴输出数据、所述陀螺仪的航向轴输出数据和所述卫星定位数据，获得所述加速度计的前进轴标定内参和所述陀螺仪的航向轴标定内参。
优选的，所述依据所述加速度计的前进轴输出数据、所述陀螺仪的航向轴输出数据和所述卫星定位数据，获得所述加速度计的前进轴标定内参和所述陀螺仪的航向轴标定内参，包括：
依据卫星定位数据获得车辆在第一时刻与第二时刻的第一位姿变化量；
依据所述前进轴输出数据、航向轴输出数据获得车辆在所述第一时刻与第二时刻之间的第二位姿变化量；
依据所述第一位姿变化量和第二位姿变化量，获得所述前进轴标定内参和航向轴标定内参。
优选的，所述依据所述初始位姿数据、所述加速度计的前进轴加速度校正数据和所述陀螺仪的航向轴校正数据，获得所述车辆的运动轨迹数据，包括：
依据卫星定位数据获得车辆在待估计轨迹段的初始位姿数据，所述初始位姿数据包括起点位置、起点速度和起点航向角；
依据所述初始位姿数据、加速度计的前进轴加速度校正数据和陀螺仪的航向轴校正数据，获得车辆的运动轨迹数据。
优选的，所述车载智能设备为行车记录仪。
本申请第二方面提供一种车辆运动轨迹估计装置，所述车辆装设有车载智能设备，所述车载智能设备包括加速度计和陀螺仪，所述装置包括：
第一获取模块，用于获得所述车辆的初始位姿数据；
第二获取模块，用于获得所述加速度计的前进轴输出数据和所述陀螺仪的航向轴输出数据；
轨迹获取模块，用于依据所述第一获取模块获得的初始位姿数据、所述第二获取模块获得的所述加速度计的前进轴输出数据和所述陀螺仪的航向轴输出数据，获得所述车辆的运动轨迹数据。
优选的，所述轨迹获取模块包括参数获取子模块、校正数据获取子模块、轨迹获取子模块；
所述参数获取子模块，用于获得所述车辆的卫星定位数据，依据卫星定位数据获得车辆在第一时刻与第二时刻的第一位姿变化量，依据所述第二获取模块获得的前进轴输出数据、航向轴输出数据获得车辆在所述第一时刻与第二时刻之间的第二位姿变化量，依据所述第一位姿变化量和第二位姿变化量，获得所述前进轴标定内参和航向轴标定内参；
所述校正数据获取子模块，用于依据所述参数获取子模块获得的所述加速度计的前进轴标定内参和所述第二获取模块获得的前进轴输出数据获得所述加速度计的前进轴加速度校正数据，依据所述参数获取子模块获得的所述陀螺仪的航向轴标定内参和所述第二获取模块获得的航向轴输出数据获得所述陀螺仪的航向轴校正数据；
所述轨迹获取子模块，用于依据所述第一获取模块获得的初始位姿数据、所述校正数据获取子模块获得的所述加速度计的前进轴加速度校正数据和所述陀螺仪的航向轴校正数据，获得所述车辆的运动轨迹数据。
优选的，所述第一获取模块具体用于依据所述参数获取子模块获得的卫星定位数据获得车辆在待估计轨迹段的初始位姿数据，所述初始位姿数据包括起点位置、起点速度和起点航向角；
所述轨迹获取子模块具体用于依据所述第一获取模块获得的所述初始位姿数据、所述校正数据获取子模块获得的加速度计的前进轴加速度校正数据和陀螺仪的航向轴校正数据，获得车辆的运动轨迹数据。
本申请第三方面提供一种电子设备，包括：
处理器；以及
存储器，其上存储有可执行代码，当所述可执行代码被所述处理器执行时，使所述处理器执行如上所述的方法。
本申请第四方面提供一种非暂时性机器可读存储介质，其上存储有可执行代码，当所述可执行代码被电子设备的处理器执行时，使所述处理器执行如上所述的方法。
本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本申请实施例示出的车辆运动轨迹估计方法，运用包括加速度计、陀螺仪的车载智能设备，获得所述车辆的初始位姿数据；获得所述加速度计的前进轴输出数据和所述陀螺仪的航向轴输出数据；依据所述初始位姿数据、所述加速度计的前进轴输出数据和所述陀螺仪的航向轴输出数据，获得所述车辆的运动轨迹数据。在车辆运动轨迹估计过程，对所述加速度计的前进轴输出数据和所述陀螺仪的航向轴输出数据进行处理和计算，减少了车辆运动轨迹估计的计算复杂性，提高了车辆运动轨迹估计的效率。
进一步的，本申请实施例示出的车辆运动轨迹估计方法，依据所述加速度计的前进轴标定内参和前进轴输出数据获得所述加速度计的前进轴加速度校正数据，依据所述陀螺仪的航向轴标定内参和航向轴输出数据获得所述陀螺仪的航向轴校正数据；以及依据所述初始位姿数据、所述加速度计的前进轴加速度校正数据和所述陀螺仪的航向轴校正数据，获得所述车辆的运动轨迹数据。车辆运动轨迹估计依据的是利用所述加速度计的前进轴标定内参对前进轴输出数据校正的所述加速度计的前进轴加速度校正数据和利用所述陀螺仪的航向轴标定内参对航向轴输出数据校正的航向轴校正数据，能够降低对所述加速度计和陀螺仪输出数据校正的计算量，同时能够降低利用所述加速度计和陀螺仪输出数据进行车辆运动轨迹估计的误差，提高车辆运动轨迹估计的精度。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
通过结合附图对本申请示例性实施方式进行更详细的描述，本申请的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本申请示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1是本申请一实施例的车辆运动轨迹估计方法的流程示意图；
图2是本申请另一实施例的车辆运动轨迹估计方法的流程示意图；
图3是本申请一实施例的车辆运动轨迹估计装置的结构示意图；
图4是本申请实施例示出的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本申请的优选实施方式。虽然附图中显示了本申请的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本申请而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本申请更加透彻和完整，并且能够将本申请的范围完整地传达给本领域的技术人员。
在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本申请可能采用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
本申请实施例提供一种车辆运动轨迹估计方法，能够提高车辆运动轨迹估计的效率。
以下结合附图详细描述本申请实施例的技术方案。
图1是本申请一实施例的车辆运动轨迹估计方法的流程示意图。
参见图1，一种车辆运动轨迹估计方法，车辆装设有车载智能设备，车载智能设备包括加速度计、陀螺仪，该方法包括：
在步骤101中，获得车辆的初始位姿数据。
车辆的初始位姿数据可以依据车辆自带的卫星定位模块输出的卫星定位数据获得，但不限于此，也可通过其他方式获得。
在步骤102中，获得加速度计的前进轴输出数据和陀螺仪的航向轴输出数据。
在一实施例中，车载智能设备例如可以是行车记录仪，配置有惯性测量单元和卫星定位模块。惯性测量单元包括加速度计和陀螺仪，加速度计可以是三轴或单轴加速度计，陀螺仪可以是三轴或单轴陀螺仪。
本申请中，加速度计可只检测车辆前进方向的加速度，产生相应的前进轴输出数据。陀螺仪可只检测车辆的行驶方向，产生相应的航向轴输出数据，例如角速度或航向角等。
在步骤103中，依据初始位姿数据、加速度计的前进轴输出数据和陀螺仪的航向轴输出数据，获得车辆的运动轨迹数据。
在一个实施例中，获得加速度计的前进轴标定内参和陀螺仪的航向轴标定内参，依据加速度计的前进轴标定内参和前进轴输出数据获得加速度计的前进轴加速度校正数据，依据陀螺仪的航向轴标定内参和航向轴输出数据获得陀螺仪的航向轴校正数据，之后，依据车辆的初始位姿数据、加速度计的前进轴加速度校正数据和陀螺仪的航向轴校正数据，获得车辆的运动轨迹数据。
本申请实施例中，标定内参包括刻度因素、零偏和安装误差中的一种或多种。
在一个实施例中，可以通过以下方法获得加速度计的前进轴标定内参和陀螺仪的航向轴标定内参：
获得车辆的卫星定位数据；
依据加速度计的前进轴输出数据、陀螺仪的航向轴输出数据和卫星定位数据，获得加速度计的前进轴标定内参和陀螺仪的航向轴标定内参。
可以理解的，加速度计的前进轴标定内参和陀螺仪的航向轴标定内参也可以是通过其他已知方法标定，可以是离线或在线标定，可以是实时或非实时标定。
本申请实施例示出的车辆运动轨迹估计方法，运用包括加速度计、陀螺仪的车载智能设备，获得车辆的初始位姿数据；获得加速度计的前进轴输出数据和陀螺仪的航向轴输出数据；依据初始位姿数据、加速度计的前进轴输出数据和陀螺仪的航向轴输出数据，获得车辆的运动轨迹数据。在车辆运动轨迹估计过程，对加速度计的前进轴输出数据和陀螺仪的航向轴输出数据进行处理和计算，减少了车辆运动轨迹估计的计算复杂性，提高了车辆运动轨迹估计的效率。
图2是本申请另一实施例的车辆运动轨迹估计方法的流程示意图。图2相对于图1更详细描述了本申请方案。
参见图2，一种车辆运动轨迹估计方法，车辆装设有车载智能设备，车载智能设备包括加速度计、陀螺仪，该方法包括：
在步骤201中，获得卫星定位模块输出的卫星定位数据。
在一个实施例中，车载智能设备为行车记录仪。可以理解的，卫星定位模块也可设于行车记录仪之外的车载设备，例如导航仪等。
卫星定位模块例如可以是但不限于GPS（Global Positioning System，全球定位系统）模块，卫星定位数据可以是GPS模块输出的车辆的地理位置坐标数据。
在步骤202中，获得加速度计的前进轴输出数据和陀螺仪的航向轴输出数据。
本实施例中，加速度计可只检测车辆前进方向的加速度，产生相应的前进轴输出数据。陀螺仪可只检测车辆的行驶方向，产生相应的航向轴输出数据，例如角速度或航向角等。加速度计可以是三轴或单轴加速度计，陀螺仪可以是三轴或单轴陀螺仪。
在步骤203中，将加速度计的前进轴输出数据、陀螺仪的航向轴输出数据和卫星定位数据进行时间对准。
在一实施例中，利用时间戳将加速度计的前进轴输出数据和陀螺仪的航向轴输出数据与卫星定位数据在时间上对准。
在步骤204中，依据卫星定位数据获得车辆在分别称为第一时刻与第二时刻之间的第一位姿变化量；其中，第一位姿变化量包括第一位置变化量
Figure 897438DEST_PATH_IMAGE001
、第一速度变化量
Figure 472645DEST_PATH_IMAGE002
、第一航向角变化量
Figure 635773DEST_PATH_IMAGE003
。
可以通过车辆在第一时刻k的地理坐标数据和第二时刻k+1的地理坐标数据以及第一时刻k和第二时刻k+1的时间间隔，得到车辆的第一位置变化量
Figure 21755DEST_PATH_IMAGE001
、第一速度变化量
Figure 535913DEST_PATH_IMAGE002
、第一航向角变化量
Figure 665543DEST_PATH_IMAGE003
。
在步骤205中，依据加速度计的前进轴输出数据、陀螺仪的航向轴输出数据获得车辆在第一时刻与第二时刻之间的第二位姿变化量；其中，第二位姿变化量包括第二位置变化量
Figure 932445DEST_PATH_IMAGE004
、第二速度变化量
Figure 754907DEST_PATH_IMAGE005
、第二航向角变化量
Figure 490782DEST_PATH_IMAGE006
。
在一种实现中，加速度计的前进轴输出数据可以是加速度计输出的前进轴加速度a，陀螺仪的航向轴输出数据可以是陀螺仪输出的航向轴角速度
Figure 424103DEST_PATH_IMAGE007
。可以依据车辆在第一时刻k的速度vk、加速度计在第二时刻k+1输出的前进轴加速度ak+1、陀螺仪在第二时刻k+1输出的航向轴角速度
Figure 561824DEST_PATH_IMAGE008
、以及第一时刻k和第二时刻k+1之间的时间间隔
Figure 544735DEST_PATH_IMAGE009
，得到车辆的第二位置变化量
Figure 33485DEST_PATH_IMAGE004
、第二速度变化量
Figure 239339DEST_PATH_IMAGE005
、第二航向变化量
Figure 497145DEST_PATH_IMAGE006
。
其中，第二位置变化量
Figure 395831DEST_PATH_IMAGE004
、第二速度变化量
Figure 106298DEST_PATH_IMAGE005
、第二航向变化量
Figure 365109DEST_PATH_IMAGE006
可分别通过下式获得：
Figure 743001DEST_PATH_IMAGE010
在步骤206中，依据车辆的第一位姿变化量和第二位姿变化量，获得加速度计的前进轴标定内参和陀螺仪的航向轴标定内参。
加速度计完整的误差模型：
Figure 547009DEST_PATH_IMAGE011
公式（B1）
陀螺仪完整的误差模型：
Figure 10351DEST_PATH_IMAGE012
公式（B2）
其中：
Figure 558007DEST_PATH_IMAGE013
表示加速度计的前进轴加速度校正数据，
Figure 39673DEST_PATH_IMAGE014
表示加速度计的前进轴输出数据；
Figure 14583DEST_PATH_IMAGE015
表示陀螺仪的航向轴校正数据，
Figure 965221DEST_PATH_IMAGE016
表示陀螺仪的航向轴输出数据。ba、Ka 和Ta分别表示加速度计的前进轴的零偏、刻度因数和安装误差，bg、Kg和Tg分别表示陀螺仪的航向轴的零偏、刻度因数和安装误差；
Figure 316568DEST_PATH_IMAGE017
分别表示加速度计和陀螺仪的测量噪声，在计算过程可以忽略不考虑。
根据第一时刻与第二时刻之间车辆的第一位姿变化量和第二位姿变化量构造优化函数：
Figure 403473DEST_PATH_IMAGE018
使用优化算法如Levenberg-Marquardt迭代优化算法进行优化，该过程可以参见相关技术，本申请实施例不进行赘述，继而得到最优的加速度计的前进轴标定内参和陀螺仪的航向轴标定内参。
在步骤207中，依据加速度计的前进轴标定内参和前进轴输出数据获得加速度计的前进轴加速度校正数据，依据陀螺仪的航向轴标定内参和航向轴输出数据获得陀螺仪的航向轴校正数据。
在一种实现中，可以依据在步骤206中获得的加速度计的前进轴标定内参和陀螺仪的航向轴标定内参，按照上述公式（B1）和（B2），分别对加速度计的前进轴输出数据和陀螺仪的航向轴输出数据进行校正，得到加速度计的前进轴加速度校正数据和陀螺仪的航向轴角速度校正数据。
在步骤208中，获得车辆在待估计轨迹段的初始位姿数据，初始位姿数据包括起点位置P0、起点速度V0和起点航向角
Figure 64130DEST_PATH_IMAGE019
。
可以依据卫星定位模块输出的卫星定位数据获得车辆在待估计轨迹段的初始位姿数据。
在步骤209中，依据车辆的初始位姿数据、加速度计的前进轴加速度校正数据和陀螺仪的航向轴校正数据，获得车辆的运动轨迹数据。
可以根据车辆的起点位置、起点速度和起点航向角，加速度计的前进轴加速度输出数据和陀螺仪的航向轴输出数据，计算车辆的行驶距离和航向角度的变化，即可以推算出车辆的运动轨迹数据，运动轨迹数据包括不同时刻i对应的各轨迹点的位姿数据，包括位置Pi，速度Vi，航向角
Figure 236485DEST_PATH_IMAGE020
。
可以采用以下公式进行轨迹点位姿数据的推算：
Figure 125944DEST_PATH_IMAGE021
其中
Figure 332934DEST_PATH_IMAGE022
为前一时刻i-1的轨迹点与后一时刻i的轨迹点之间的时间间隔，
Figure 649646DEST_PATH_IMAGE023
为加速度计在时刻i的前进轴加速度校正数据，
Figure 309298DEST_PATH_IMAGE024
为陀螺仪在时刻i的航向轴角速度校正数据。
可以理解的，在另一实现中，推算车辆的运动轨迹数据时，可以只进行一次或几次加速度计前进轴和陀螺仪航向轴的内参标定，获得前进轴标定内参和陀螺仪的航向轴标定内参，在下一次标定前，直接采用前次标定获得的前进轴标定内参和陀螺仪的航向轴标定内参，计算加速度计的前进轴加速度校正数据和陀螺仪的航向轴校正数据。例如，可以仅在开始推算待估计轨迹段时进行一次加速度计前进轴和陀螺仪航向轴的内参标定；或者，可以每隔预定时间段（例如一天、一周等）进行一次加速度计前进轴和陀螺仪航向轴的内参标定。
本申请实施例示出的车辆运动轨迹估计方法，运用包括加速度计、陀螺仪的车载智能设备，获得车辆的初始位姿数据；获得加速度计的前进轴输出数据和陀螺仪的航向轴输出数据；依据初始位姿数据、加速度计的前进轴输出数据和陀螺仪的航向轴输出数据，获得车辆的运动轨迹数据。在车辆运动轨迹估计过程，对加速度计的前进轴输出数据和陀螺仪的航向轴输出数据进行处理和计算，减少了车辆运动轨迹估计的计算复杂性，提高了车辆运动轨迹估计的效率。
进一步的，本申请实施例示出的车辆运动轨迹估计方法，依据加速度计的前进轴标定内参和前进轴输出数据获得加速度计的前进轴加速度校正数据，依据陀螺仪的航向轴标定内参和航向轴输出数据获得陀螺仪的航向轴校正数据；以及依据初始位姿数据、加速度计的前进轴加速度校正数据和陀螺仪的航向轴校正数据，获得车辆的运动轨迹数据。车辆运动轨迹估计依据的是利用加速度计的前进轴标定内参对前进轴输出数据校正的加速度计的前进轴加速度校正数据和利用陀螺仪的航向轴标定内参对航向轴输出数据校正的航向轴校正数据，能够降低对加速度计和陀螺仪输出数据校正的计算量，同时能够降低利用加速度计和陀螺仪输出数据进行车辆运动轨迹估计的误差，提高车辆运动轨迹估计的精度。
与前述应用功能实现方法实施例相对应，本申请还提供了一种车辆运动轨迹估计装置、电子设备及相应的实施例。
图3是本申请一实施例的车辆运动轨迹估计装置的结构示意图。
参见图3，一种车辆运动轨迹估计装置，车辆装设有车载智能设备，车载智能设备包括加速度计、陀螺仪，该装置包括第一获取模块301、第二获取模块302、轨迹获取模块303；轨迹获取模块包括参数获取子模块3031、校正数据获取子模块3032、轨迹获取子模块3033。
第一获取模块301，用于获得车辆的初始位姿数据。
在一实施例中，第一获取模块301获得的车辆的初始位姿数据可以依据车辆自带的卫星定位模块输出的卫星定位数据获得，但不限于此，也可通过其他方式获得。
第二获取模块302，用于获得加速度计的前进轴输出数据和陀螺仪的航向轴输出数据。
在一实施例中，车载智能设备例如可以是行车记录仪，配置有惯性测量单元和卫星定位模块。惯性测量单元包括加速度计和陀螺仪，加速度计可以是三轴或单轴加速度计，陀螺仪可以是三轴或单轴陀螺仪。
本申请中，加速度计可只检测车辆前进方向的加速度，产生相应的前进轴输出数据。陀螺仪可只检测车辆的行驶方向，产生相应的航向轴输出数据，例如角速度或航向角等。
轨迹获取模块303，用于依据第一获取模块301获得的初始位姿数据、第二获取模块302获得的加速度计的前进轴输出数据和陀螺仪的航向轴输出数据，获得车辆的运动轨迹数据。
在一个实施例中，轨迹获取模块303包括参数获取子模块3031、校正数据获取子模块3032、轨迹获取子模块3033。
参数获取子模块3031获得加速度计的前进轴标定内参和陀螺仪的航向轴标定内参；校正数据获取子模块3032依据参数获取子模块3031获得的加速度计的前进轴标定内参和第二获取模块302获得的前进轴输出数据获得加速度计的前进轴加速度校正数据，依据参数获取子模块3031获得的陀螺仪的航向轴标定内参和第二获取模块302获得的航向轴输出数据获得陀螺仪的航向轴校正数据；之后，轨迹获取子模块3033依据第一获取模块301获得的车辆的初始位姿数据、校正数据获取子模块3032获得的加速度计的前进轴加速度校正数据和陀螺仪的航向轴校正数据，获得车辆的运动轨迹数据。
本申请实施例中，参数获取子模块3031获得的标定内参包括刻度因素、零偏和安装误差中的一种或多种。
在一个实施例中，参数获取子模块3031，用于获得车辆的卫星定位数据，依据卫星定位数据获得车辆在第一时刻与第二时刻的第一位姿变化量；依据第二获取模块302获得的前进轴输出数据、航向轴输出数据获得车辆在第一时刻与第二时刻之间的第二位姿变化量；依据第一位姿变化量和第二位姿变化量，获得前进轴标定内参和航向轴标定内参。
可以理解的，参数获取子模块3031也可以通过其他已知方法获得加速度计的前进轴标定内参和陀螺仪的航向轴标定内参，可以是离线或在线获得，可以是实时或非实时获得。
在一个实施例中，参数获取子模块3031将获得车辆的卫星定位数据与第二获取模块302获得的加速度计的前进轴输出数据、陀螺仪的航向轴输出数据进行时间对准，依据卫星定位数据获得车辆在第一时刻与第二时刻的第一位姿变化量，依据第二获取模块302获得的前进轴输出数据、航向轴输出数据获得车辆在第一时刻与第二时刻之间的第二位姿变化量，依据第一位姿变化量和第二位姿变化量，获得前进轴标定内参和航向轴标定内参。
在一个实施例中，车载智能设备为行车记录仪。可以理解的，卫星定位模块也可设于行车记录仪之外的车载设备，例如导航仪等。
卫星定位模块例如可以是但不限于GPS（Global Positioning System，全球定位系统）模块，参数获取子模块3031获得的卫星定位数据可以是GPS模块输出的车辆的地理位置坐标数据。
本实施例中，加速度计可只检测车辆前进方向的加速度，产生相应的前进轴输出数据。陀螺仪可只检测车辆的行驶方向，产生相应的航向轴输出数据，例如角速度或航向角等。加速度计可以是三轴或单轴加速度计，陀螺仪可以是三轴或单轴陀螺仪。
在一实施例中，参数获取子模块3031利用时间戳将获得的卫星定位数据与第二获取模块302获得的加速度计的前进轴输出数据和陀螺仪的航向轴输出数据在时间上对准。
在一实施例中，参数获取子模块3031依据卫星定位数据获得车辆在分别称为第一时刻与第二时刻之间的第一位姿变化量；其中，第一位姿变化量包括第一位置变化量
Figure 251715DEST_PATH_IMAGE001
、第一速度变化量
Figure 47632DEST_PATH_IMAGE002
、第一航向角变化量
Figure 66404DEST_PATH_IMAGE003
。
参数获取子模块3031可以通过车辆在第一时刻k的地理坐标数据和第二时刻k+1的地理坐标数据以及第一时刻k和第二时刻k+1的时间间隔，得到车辆的第一位置变化量
Figure 947772DEST_PATH_IMAGE001
、第一速度变化量
Figure 444613DEST_PATH_IMAGE002
、第一航向角变化量
Figure 609884DEST_PATH_IMAGE003
。
在一实施例中，参数获取子模块3031依据第二获取模块302获得的加速度计的前进轴输出数据、陀螺仪的航向轴输出数据获得车辆在第一时刻与第二时刻之间的第二位姿变化量；其中，第二位姿变化量包括第二位置变化量
Figure 533977DEST_PATH_IMAGE004
、第二速度变化量
Figure 168221DEST_PATH_IMAGE005
、第二航向角变化量
Figure 203173DEST_PATH_IMAGE006
。
在一种实现中，第二获取模块302获得的加速度计的前进轴输出数据可以是加速度计输出的前进轴加速度a，陀螺仪的航向轴输出数据可以是陀螺仪输出的航向轴角速度
Figure 973683DEST_PATH_IMAGE007
。参数获取子模块3031可以依据车辆在第一时刻k的速度vk、加速度计在第二时刻k+1输出的前进轴加速度ak+1、陀螺仪在第二时刻k+1输出的航向轴角速度
Figure 317946DEST_PATH_IMAGE008
、以及第一时刻k和第二时刻k+1之间的时间间隔
Figure 173906DEST_PATH_IMAGE009
，得到车辆的第二位置变化量
Figure 12549DEST_PATH_IMAGE004
、第二速度变化量
Figure 903145DEST_PATH_IMAGE005
、第二航向变化量
Figure 169041DEST_PATH_IMAGE006
。
其中，参数获取子模块3031获得的第二位置变化量
Figure 512298DEST_PATH_IMAGE004
、第二速度变化量
Figure 403899DEST_PATH_IMAGE005
、第二航向变化量
Figure 149001DEST_PATH_IMAGE006
可分别通过下式获得：
Figure 585799DEST_PATH_IMAGE010
在一实施例中，参数获取子模块3031依据车辆的第一位姿变化量和第二位姿变化量，获得加速度计的前进轴标定内参和陀螺仪的航向轴标定内参。
加速度计完整的误差模型：
Figure 416352DEST_PATH_IMAGE025
公式（B1）
陀螺仪完整的误差模型：
Figure 331218DEST_PATH_IMAGE012
公式（B2）
其中：
Figure 463252DEST_PATH_IMAGE013
表示加速度计的前进轴加速度校正数据，
Figure 70950DEST_PATH_IMAGE014
表示加速度计的前进轴输出数据；
Figure 388799DEST_PATH_IMAGE015
表示陀螺仪的航向轴校正数据，
Figure 107357DEST_PATH_IMAGE016
表示陀螺仪的航向轴输出数据。ba、Ka 和Ta分别表示加速度计的前进轴的零偏、刻度因数和安装误差，bg、Kg和Tg分别表示陀螺仪的航向轴的零偏、刻度因数和安装误差；
Figure 827051DEST_PATH_IMAGE017
分别表示加速度计和陀螺仪的测量噪声，在计算过程可以忽略不考虑。
参数获取子模块3031根据第一时刻与第二时刻之间车辆的第一位姿变化量和第二位姿变化量构造优化函数：
Figure 871230DEST_PATH_IMAGE026
参数获取子模块3031使用优化算法如Levenberg-Marquardt迭代优化算法进行优化，该过程可以参见相关技术，本申请实施例不进行赘述，继而得到最优的加速度计的前进轴标定内参和陀螺仪的航向轴标定内参。
在一实施例中，校正数据获取子模块3032依据参数获取子模块3031获得的加速度计的前进轴标定内参和第二获取模块302获得的前进轴输出数据获得加速度计的前进轴加速度校正数据，依据参数获取子模块3031陀螺仪的航向轴标定内参和第二获取模块302获得的航向轴输出数据获得陀螺仪的航向轴校正数据。
在一种实现中，校正数据获取子模块3032可以依据参数获取子模块3031获得的加速度计的前进轴标定内参和陀螺仪的航向轴标定内参，按照上述公式（B1）和（B2），分别对第二获取模块302获得的加速度计的前进轴输出数据和陀螺仪的航向轴输出数据进行校正，得到加速度计的前进轴加速度校正数据和陀螺仪的航向轴角速度校正数据。
在一实施例中，第一获取模块301依据参数获取子模块3031获得的卫星定位数据获得车辆在待估计轨迹段的初始位姿数据，初始位姿数据包括起点位置P0、起点速度V0和起点航向角
Figure 660064DEST_PATH_IMAGE019
。轨迹获取子模块3033依据第一获取模块301获得的车辆的初始位姿数据、校正数据获取子模块3032获得的加速度计的前进轴加速度校正数据和陀螺仪的航向轴校正数据，获得车辆的运动轨迹数据。
在一实施例中，第一获取模块301可以依据卫星定位模块输出的卫星定位数据获得车辆在待估计轨迹段的初始位姿数据。
在一实施例中，轨迹获取子模块3033可以根据第一获取模块301获得的车辆的起点位置、起点速度和起点航向角，第二获取模块302获得的加速度计的前进轴加速度输出数据和陀螺仪的航向轴输出数据，计算车辆的行驶距离和航向角度的变化，即可以推算出车辆的运动轨迹数据，运动轨迹数据包括不同时刻i对应的各轨迹点的位姿数据，包括位置Pi，速度Vi，航向角
Figure 447891DEST_PATH_IMAGE020
。
轨迹获取子模块3033可以采用以下公式进行轨迹点位姿数据的推算：
Figure 756513DEST_PATH_IMAGE021
其中
Figure 971593DEST_PATH_IMAGE022
为前一时刻i-1的轨迹点与后一时刻i的轨迹点之间的时间间隔，
Figure 732876DEST_PATH_IMAGE023
为加速度计在时刻i的前进轴加速度校正数据，
Figure 573662DEST_PATH_IMAGE024
为陀螺仪在时刻i的航向轴角速度校正数据。
可以理解的，在另一实现中，推算车辆的运动轨迹数据时，轨迹获取模块303可以只进行一次或几次加速度计前进轴和陀螺仪航向轴的内参标定，获得前进轴标定内参和陀螺仪的航向轴标定内参，在下一次标定前，直接采用前次标定获得的前进轴标定内参和陀螺仪的航向轴标定内参，计算加速度计的前进轴加速度校正数据和陀螺仪的航向轴校正数据。例如，可以仅在开始推算待估计轨迹段时进行一次加速度计前进轴和陀螺仪航向轴的内参标定；或者，可以每隔预定时间段（例如一天、一周等）进行一次加速度计前进轴和陀螺仪航向轴的内参标定。
本申请实施例示出的技术方案，运用包括加速度计、陀螺仪的车载智能设备，获得车辆的初始位姿数据；获得加速度计的前进轴输出数据和陀螺仪的航向轴输出数据；依据初始位姿数据、加速度计的前进轴输出数据和陀螺仪的航向轴输出数据，获得车辆的运动轨迹数据。在车辆运动轨迹估计过程，对加速度计的前进轴输出数据和陀螺仪的航向轴输出数据进行处理和计算，减少了车辆运动轨迹估计的计算复杂性，提高了车辆运动轨迹估计的效率。
进一步的，本申请实施例示出的技术方案，依据加速度计的前进轴标定内参和前进轴输出数据获得加速度计的前进轴加速度校正数据，依据陀螺仪的航向轴标定内参和航向轴输出数据获得陀螺仪的航向轴校正数据；以及依据初始位姿数据、加速度计的前进轴加速度校正数据和陀螺仪的航向轴校正数据，获得车辆的运动轨迹数据。车辆运动轨迹估计依据的是利用加速度计的前进轴标定内参对前进轴输出数据校正的加速度计的前进轴加速度校正数据和利用陀螺仪的航向轴标定内参对航向轴输出数据校正的航向轴校正数据，能够降低对加速度计和陀螺仪输出数据校正的计算量，同时能够降低利用加速度计和陀螺仪输出数据进行车辆运动轨迹估计的误差，提高车辆运动轨迹估计的精度。
关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不再做详细阐述说明。
图4是本申请实施例示出的电子设备的结构示意图。
参见图4，电子设备40包括存储器401和处理器402。
处理器402可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器 (Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列 (Field-Programmable Gate Array，FPGA) 或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器401可以包括各种类型的存储单元，例如系统内存、只读存储器（ROM），和永久存储装置。其中，ROM可以存储处理器402或者计算机的其他模块需要的静态数据或者指令。永久存储装置可以是可读写的存储装置。永久存储装置可以是即使计算机断电后也不会失去存储的指令和数据的非易失性存储设备。在一些实施方式中，永久性存储装置采用大容量存储装置（例如磁或光盘、闪存）作为永久存储装置。另外一些实施方式中，永久性存储装置可以是可移除的存储设备（例如软盘、光驱）。系统内存可以是可读写存储设备或者易失性可读写存储设备，例如动态随机访问内存。系统内存可以存储一些或者所有处理器在运行时需要的指令和数据。此外，存储器401可以包括任意计算机可读存储媒介的组合，包括各种类型的半导体存储芯片（DRAM，SRAM，SDRAM，闪存，可编程只读存储器），磁盘和/或光盘也可以采用。在一些实施方式中，存储器401可以包括可读和/或写的可移除的存储设备，例如激光唱片（CD）、只读数字多功能光盘（例如DVD-ROM，双层DVD-ROM）、只读蓝光光盘、超密度光盘、闪存卡（例如SD卡、min SD卡、Micro-SD卡等等）、磁性软盘等等。计算机可读存储媒介不包含载波和通过无线或有线传输的瞬间电子信号。
存储器401上存储有可执行代码，当可执行代码被处理器402处理时，可以使处理器402执行上文述及的方法中的部分或全部。
上文中已经参考附图详细描述了本申请的方案。在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。本领域技术人员也应该知悉，说明书中所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。另外，可以理解，本申请实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减，本申请实施例装置中的模块可以根据实际需要进行合并、划分和删减。
此外，根据本申请的方法还可以实现为一种计算机程序或计算机程序产品，该计算机程序或计算机程序产品包括用于执行本申请的上述方法中部分或全部步骤的计算机程序代码指令。
或者，本申请还可以实施为一种非暂时性机器可读存储介质（或计算机可读存储介质、或机器可读存储介质），其上存储有可执行代码（或计算机程序、或计算机指令代码），当所述可执行代码（或计算机程序、或计算机指令代码）被电子设备（或电子设备、服务器等）的处理器执行时，使所述处理器执行根据本申请的上述方法的各个步骤的部分或全部。
本领域技术人员还将明白的是，结合这里的申请所描述的各种示例性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以被实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。
附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的系统和方法的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标记的功能也可以以不同于附图中所标记的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
以上已经描述了本申请的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (10)

1.一种车辆运动轨迹估计方法，所述车辆装设有车载智能设备，所述车载智能设备包括加速度计和陀螺仪，其特征在于，所述方法包括：
获得所述车辆的初始位姿数据；
获得所述加速度计的前进轴输出数据和所述陀螺仪的航向轴输出数据；
依据所述初始位姿数据、所述加速度计的前进轴输出数据和所述陀螺仪的航向轴输出数据，获得所述车辆的运动轨迹数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述依据所述初始位姿数据、所述加速度计的前进轴输出数据和所述陀螺仪的航向轴输出数据，获得所述车辆的运动轨迹数据，包括：
获得所述加速度计的前进轴标定内参和所述陀螺仪的航向轴标定内参；
依据所述加速度计的前进轴标定内参和前进轴输出数据获得所述加速度计的前进轴加速度校正数据，依据所述陀螺仪的航向轴标定内参和航向轴输出数据获得所述陀螺仪的航向轴校正数据；以及
依据所述初始位姿数据、所述加速度计的前进轴加速度校正数据和所述陀螺仪的航向轴校正数据，获得所述车辆的运动轨迹数据。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获得所述加速度计的前进轴标定内参和所述陀螺仪的航向轴标定内参，包括：
获得所述车辆的卫星定位数据；
依据所述加速度计的前进轴输出数据、所述陀螺仪的航向轴输出数据和所述卫星定位数据，获得所述加速度计的前进轴标定内参和所述陀螺仪的航向轴标定内参。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述依据所述加速度计的前进轴输出数据、所述陀螺仪的航向轴输出数据和所述卫星定位数据，获得所述加速度计的前进轴标定内参和所述陀螺仪的航向轴标定内参，包括：
依据卫星定位数据获得车辆在第一时刻与第二时刻的第一位姿变化量；
依据所述前进轴输出数据、航向轴输出数据获得车辆在所述第一时刻与第二时刻之间的第二位姿变化量；
依据所述第一位姿变化量和第二位姿变化量，获得所述前进轴标定内参和航向轴标定内参。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述依据所述初始位姿数据、所述加速度计的前进轴加速度校正数据和所述陀螺仪的航向轴校正数据，获得所述车辆的运动轨迹数据，包括：
依据卫星定位数据获得车辆在待估计轨迹段的初始位姿数据，所述初始位姿数据包括起点位置、起点速度和起点航向角；
依据所述初始位姿数据、加速度计的前进轴加速度校正数据和陀螺仪的航向轴校正数据，获得车辆的运动轨迹数据。
6.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，所述车载智能设备为行车记录仪。
7.一种车辆运动轨迹估计装置，所述车辆装设有车载智能设备，所述车载智能设备包括加速度计和陀螺仪，其特征在于，所述装置包括：
第一获取模块，用于获得所述车辆的初始位姿数据；
第二获取模块，用于获得所述加速度计的前进轴输出数据和所述陀螺仪的航向轴输出数据；
轨迹获取模块，用于依据所述第一获取模块获得的初始位姿数据、所述第二获取模块获得的所述加速度计的前进轴输出数据和所述陀螺仪的航向轴输出数据，获得所述车辆的运动轨迹数据。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述轨迹获取模块包括参数获取子模块、校正数据获取子模块、轨迹获取子模块；
所述参数获取子模块，用于获得所述车辆的卫星定位数据，依据卫星定位数据获得车辆在第一时刻与第二时刻的第一位姿变化量，依据所述第二获取模块获得的前进轴输出数据、航向轴输出数据获得车辆在所述第一时刻与第二时刻之间的第二位姿变化量，依据所述第一位姿变化量和第二位姿变化量，获得所述前进轴标定内参和航向轴标定内参；
所述校正数据获取子模块，用于依据所述参数获取子模块获得的所述加速度计的前进轴标定内参和所述第二获取模块获得的前进轴输出数据获得所述加速度计的前进轴加速度校正数据，依据所述参数获取子模块获得的所述陀螺仪的航向轴标定内参和所述第二获取模块获得的航向轴输出数据获得所述陀螺仪的航向轴校正数据；
所述轨迹获取子模块，用于依据所述第一获取模块获得的初始位姿数据、所述校正数据获取子模块获得的所述加速度计的前进轴加速度校正数据和所述陀螺仪的航向轴校正数据，获得所述车辆的运动轨迹数据。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于：
所述第一获取模块具体用于依据所述参数获取子模块获得的卫星定位数据获得车辆在待估计轨迹段的初始位姿数据，所述初始位姿数据包括起点位置、起点速度和起点航向角；
所述轨迹获取子模块具体用于依据所述第一获取模块获得的所述初始位姿数据、所述校正数据获取子模块获得的加速度计的前进轴加速度校正数据和陀螺仪的航向轴校正数据，获得车辆的运动轨迹数据。
10.一种电子设备，其特征在于，包括：
处理器；以及
存储器，其上存储有可执行代码，当所述可执行代码被所述处理器执行时，使所述处理器执行如权利要求1-6中任一项所述的方法。
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