CN112013859B - 一种快速获取道路标线精准位置的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种快速获取道路标线精准位置的方法，该方法将卫星天线、检测光源、检测传感器保持相对固定，使其沿道路标线轨迹方向行驶；以卫星天线作为原点，建立三维坐标系，获取初始状态下卫星天线的坐标位置作为原点坐标，构建卫星天线、检测传感器、待测标线在水平面上的投影点，将三点依次连接，求出各连线距离和夹角，结合卫星天线定位位置及方向，即可换算出待测标线的经纬度，和手持式测量相比，本方案利用车辆行驶完成测量，其测量效率是人工测量的数倍，同时利用卫星天线，极大地提高了待测标线位置的精度，减小了测量误差。

Description

一种快速获取道路标线精准位置的方法
技术领域
本发明涉及交通标线检测领域，具体涉及一种快速获取道路标线精准位置的方法。
背景技术
为更好支撑车辆部分或完全自动化运行，明确公路安全设施的总体技术要求，高精度电子地图的建设势在必行，其中交通标志标线部署的地理位置是数字化交通标志标线编码的主要内容之一。在已有的行业推荐性标准中，服务于自动驾驶的高精度地图车道标线平面位置的绝对精度应高于1米，每100米相对误差不超过0.1米。而现有检测标线的设备，手持式检测设备效率较低，无法连续检测，因而数据呈随机点状分布，无法支撑高精度地图的建设。现有车载式检测设备虽能连续检测道路标线，但由于其测量的目标标线与车载定位模块不在同一位置，即目标标线的性能信息与位置信息不匹配，不满足高精度地图的建设要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种快速获取道路标线精准位置的方法，利用小车的行车搭载测量仪器，结合卫星天线定位，并通过待测标线与测量仪器的相对位置关系，获取待测标线的精准位置，达到了将待测标线的性能信息与位置信息一一对应绑定的目的。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种快速获取道路标线精准位置的方法，该方法包括：
1）：将卫星天线、检测光源、检测传感器保持相对固定，使其沿道路标线轨迹方向行驶；
2）：调整检测光源的角度，使其射出可以覆盖待测标线的检测光斑，待测标线反射光斑进入检测传感器，得到待测标线的逆反射系数，其中待测标线反射光斑的反射角为β，检测光源入射角为α+β，其中α为检测光源入射线与待测标线反射线之间的夹角；
3）：以卫星天线作为原点，建立三维坐标系，获取初始状态下卫星天线的坐标位置B(X1,Y1,Z1)作为原点坐标，其中X1为纬度，Y1为经度，Z1为海拔高度；
4）：定义卫星天线到检测光源在X轴的距离长度为L1，在Y轴的距离长度为L3，在Z轴的距离长度为L4，检测传感器距路面高度为L5+L11，检测光源距检测传感器的高度为L12，检测光源距所在侧待测标线边界距离长度为L7，ΔL14为检测光斑的检测范围长度，所述检测范围是指检测光斑一端至待测标线边界的距离，L2为待测标线到检测传感器的距离长度，L13为检测光斑一端到检测传感器的距离长度，检测光源距检测光斑在X轴的距离长度为L0，且L2垂直于ΔL14，则有：
检测光源位置坐标为MA(X2, Y2, Z2)，其中，X2=X1+L1，Y2=Y1-L3，Z2=Z1-L4；
标线位置坐标为DA(X3, Y3, Z3)，其中，X3= X2+L0，Y3= Y2-L7，Z3=Z2-L5-L11-L12；
L2=(L11+L5)/sinβ；
L13=(L22+ΔL142)1/2；
L13垂直于地面的投影L15=(L132-( L11+L5)2)1/2；
L2垂直于地面的投影L16=(L22-( L11+L5)2)1/2；
则两投影L15和L16的夹角Φ=arctan(ΔL14/ L16)；
5）：构建卫星天线、检测传感器、待测标线在水平面上的投影点，将三点依次连接，则有检测传感器与卫星天线连线在地面的投影距离长度L17=(L12+L32)1/2；检测传感器与待测标线连线在地面的投影距离长度为L15=(L132-( L11+L5)2)1/2；
则有：
∠d=180°-90°-∠c。
∠T=360°-∠d-90°-∠b-∠Φ。
其中，∠b为L15与水平辅助线的夹角，∠c为L17与水平辅助线的夹角，∠d为L17与垂直辅助线的夹角，∠T为L16和L17的夹角；
由于L15已知，卫星天线、检测传感器、待测标线构成三角形，即可求出L18和L17的夹角θ，卫星天线与待测标线连线在地面的投影距离长度L18也能求出；
6）：结合卫星天线定位位置及方向，即可换算出待测标线的经纬度。
进一步的，所述检测光源、检测传感器同轴垂直设置，其X轴、Y轴坐标彼此相同。
进一步的，所述检测光源、检测传感器组成的检测设备有两台，分列于车头两侧且彼此对称。
进一步的，所述检测光斑为矩形光斑。
进一步的，所述L5为检测设备底部距路面高度，L11为检测传感器距检测设备底部的高度，其中L11为固定量，L5在车辆行驶过程中会上下波动，因此L5采用距离传感器实时测量。
进一步的，所述卫星天线、检测光源、检测传感器固定在车辆上，车辆安装有陀螺仪用于获取行车方向即所述卫星天线的方向。
本发明的有益效果是：和手持式测量相比，本方案利用车辆行驶完成测量，其测量速度是人工测量的数倍，同时利用卫星天线，极大地提高了测量精度，减小了测量误差。
附图说明
图1是本发明检测方式的主视图；
图2是本发明检测方式的俯视图；
图3是本发明检测方式俯视图的标线示意图；
图4是本发明检测方式主视图的标线示意图；
图5是检测光源和检测传感器的入射角示意图；
图6是检测光源检测范围示意图；
图7是检测范围第一边界线的投影示意图；
图8是检测范围第二边界线的投影示意图；
图9是第一边界线的投影与第二边界线的投影夹角示意图；
图10是本发明俯视图各设备间的分布示意图；
图11是夹角θ的求算原理图；
图12是经纬度换算原理图。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
一种快速获取道路标线精准位置的方法，该方法包括：
1）：将卫星天线、检测光源、检测传感器保持相对固定，使其沿道路标线轨迹方向行驶；可选的，检测光源、检测传感器设置为一个整机设备，其结构可参考图1所示，整机设备固定在车头，卫星天线则固定在车顶，更为优选的，卫星天线可固定在车顶轴线上。
在另一个方面，本发明还提供单侧和双侧检测两种模式，参考图2所示，是采用双侧检测的模式，也就是可以对道路两侧的标线同时检测，该模式下，检测光源和检测传感器组成的整机设备对称设置在车头左右，其以车轴线为对称，也就是两台整机设备与卫星天线之间的距离长度相等。
可选的，一种快速获取道路标线精准位置的方法，当实现单侧标线检定时，整机设备与卫星天线同轴线设置，也就是卫星天线和整机设备均位于车轴线上，即整机设备位于车头正中心。
在硬件设备固定完成以后，即进入下一步。
2）：调整检测光源的角度，使其射出可以覆盖待测标线的检测光斑，其原理可参考图3所示，检测光斑横跨待测标线，相当于待测标线将检测光斑一分为二，使得检测光斑分列于待测标线两侧，待测标线反射光斑进入检测传感器，得到待测标线的逆反射系数，其中待测标线反射光斑的反射角为β，检测光源入射角为α+β，其中α为检测光源入射线与待测标线反射线之间的夹角，其原理可参考图5所示。
可选的，一种快速获取道路标线精准位置的方法，待测标线的逆反射系数主要是指反射光线的明亮度，也就是根据反射光线的明亮度判断出标线所在区域。
基于上述原理，进入待测标线的坐标计算，其计算策略是首先计算出待测标线相对于卫星天线的物理坐标，然后求出待测标线的经纬度坐标，车辆在行驶过程中，各经纬度坐标点即形成了待测标线的轨迹，也就实现了待测标线的精准定位。
3）：参考图3和图4所示，以卫星天线作为原点，建立三维坐标系，获取初始状态下卫星天线的坐标位置B(X1,Y1,Z1)作为原点坐标，其中X1为纬度，Y1为经度，Z1为海拔高度；
由于检测光源和检测传感器采用整机设备设计，两者在坐标上仅存在高度差，其经纬度坐标相同，本实施例中以双侧检定的模式进行说明，也就是包括整机设备A和整机设备B。
4）：定义卫星天线到检测光源在X轴的距离长度为L1，在Y轴的距离长度为L3，在Z轴的距离长度为L4，检测传感器距路面高度为L5+L11，检测光源距检测传感器的高度为L12，检测光源距所在侧待测标线边界距离长度为L7，ΔL14为检测光斑的检测范围长度，所述检测范围是指检测光斑一端至待测标线边界的距离，其原理参考图6所示，本实施例中ΔL14是指检测光斑在待测标线内侧一端到待测标线的距离长度，该距离长度是基于待测标线的反射系数确定出的，除此之外，也可采用检测光斑在待测标线外侧所在端到待测标线的距离长度作为检测范围，其原理相同，主要是计算出待测标线的轮廓点坐标，也就是边界，根据边界轨迹确定待测标线的轨迹。L2为待测标线到检测传感器的距离长度，整机设备A的检测光源距检测光斑在X轴的距离长度为L0，整机设备B的检测光源距检测光斑在X轴的距离长度为L10，L13为检测光斑一端到检测传感器的距离长度，且L2垂直于ΔL14，则有：
整机设备A的检测光源位置坐标为MA(X2, Y2, Z2)，其中，X2=X1+L1，Y2=Y1-L3，Z2=Z1-L4；
同理可得，则有整机设备B的检测光源位置坐标为MB(X2’, Y2’, Z2’)：X2’=X1+L1，Y2’=Y1+L9，Z2’=Z1-L4。
整机设备A所在侧的标线位置坐标为DA(X3, Y3, Z3)，其中，X3= X2+L0，Y3= Y2-L7，Z3=Z2-L5-L11-L12；
同理得整机设备B所在侧标线位置DB(X3’, Y3’, Z3’)：X3’= X2+L10，Y3’= Y2+L8，Z3’=Z2-L5；
其中：L1、L3、L9、L10为固定常量。
可选的，一种快速获取道路标线精准位置的方法，当采用单侧标线检定时，整机设备的坐标位置计算原理与之相同，区别仅在于L9或L3的取值为0，L7和L8的尺寸边长，其余标量不变。
参考图5所示：
L2=(L11+L5)/sinβ或L2=(L12+L11+L5)/sin(α+β)；
L13=(L22+ΔL142)1/2；
参考图7所示，检测范围第一边界线L13垂直于地面的投影L15=(L132-(L11+L5)2)1/2；
参考图8所示，检测范围第二边界线L2垂直于地面的投影L16=(L22-(L11+L5)2)1/2；
参考图9所示，检测范围第一边界线L13的投影与检测范围第二边界线L2的投影L15和L16的夹角Φ=arctan(ΔL14/ L16)；
5）：构建卫星天线、检测传感器、待测标线在水平面上的投影点，将三点依次连接，其原理参考图10所示，则有检测传感器与卫星天线连线在地面的投影距离长度L17=(L12+L32)1/2；检测传感器与待测标线连线在地面的投影距离长度为L15=(L132-( L11+L5)2)1/2；
则有：
∠d=180°-90°-∠c。
∠T=360°-∠d-90°-∠b-∠Φ。
其中，∠b为L15与水平辅助线的夹角，∠c为L17与水平辅助线的夹角，∠d为L17与垂直辅助线的夹角，∠T为L16和L17的夹角；
由于L15已知，卫星天线、检测传感器、待测标线构成三角形，即可求出L18和L17的夹角θ，卫星天线与待测标线连线在地面的投影距离长度L18也能求出；
其具体求算方式如下，首先做L17的延长线，并以待测标线点做该延长线的垂直线L6作为辅助线，其示意图参考图11所示，则有：
L6=L15sinT；
L61=-L15cosT；
θ=arctan[L6/（L17+L61）]；
L18=L15sinT/sinθ。
即求出了卫星天线与待测标线连线在地面的投影距离长度L18。
6）：结合卫星天线定位位置及方向，即可换算出待测标线的经纬度，其换算示意图可参考图12所示。
其中，卫星天线、检测光源、检测传感器固定在车辆上，车辆安装有陀螺仪用于获取行车方向即所述卫星天线的方向，定义卫星天线也就是行车方向相对于北极的夹角为H，而待测标线与相较于行车方向的夹角为θ，则可以得出待测标线相对于北极的夹角为H+θ；
由于通过经纬度坐标计算距离的方法属于现有技术，而本方案是利用已知距离计算坐标，属于逆运算，则有：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
根据卫星天线位置引入修正参数Ec和Ed；
Figure DEST_PATH_IMAGE004
，其中Ea为赤道半径，Eb为极半径；
则有待测标线的经纬度坐标为：
Figure DEST_PATH_IMAGE006
可选的，一种快速获取道路标线精准位置的方法，检测光源、检测传感器同轴垂直设置，其X轴、Y轴坐标彼此相同。
可选的，一种快速获取道路标线精准位置的方法，所述检测光斑为矩形光斑，采用矩形光斑可以覆盖整个待测标线，且根据待测标线的反射系数，可以清楚的分辨出待测标线与矩形光斑之间的分界线，从而提高了测量精度。
进一步的，所述L5为检测设备底部距路面高度，L11为检测传感器距检测设备底部的高度，其中L11为固定量，L5在车辆行驶过程中会上下波动，因此L5采用距离传感器实时测量。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (4)

1.一种快速获取道路标线精准位置的方法，其特征在于，该方法包括：
1）：将卫星天线、检测光源、检测传感器保持相对固定，使其沿道路标线轨迹方向行驶，其中检测光源、检测传感器同轴垂直设置，其X轴、Y轴坐标彼此相同；
2）：调整检测光源的角度，使其射出可以覆盖待测标线的检测光斑，待测标线反射光斑进入检测传感器，得到待测标线的逆反射系数，其中待测标线反射光斑的反射角为β，检测光源入射角为α+β，其中α为检测光源入射线与待测标线反射线之间的夹角；
3）：以卫星天线作为原点，建立三维坐标系，获取初始状态下卫星天线的坐标位置B(X1,Y1,Z1)作为原点坐标，其中X1为纬度，Y1为经度，Z1为海拔高度；
4）：定义卫星天线到检测光源在X轴的距离长度为L1，在Y轴的距离长度为L3，在Z轴的距离长度为L4，检测传感器距路面高度为L5+L11，所述L5为检测设备底部距路面高度，L11为检测传感器距检测设备底部的高度，检测光源距检测传感器的高度为L12，检测光源距所在侧待测标线边界距离长度为L7，ΔL14为检测光斑的检测范围长度，所述检测范围是指检测光斑一端至待测标线边界的距离，L2为待测标线到检测传感器的距离长度，L13为检测光斑一端到检测传感器的距离长度，检测光源距检测光斑在X轴的距离长度为L0，且L2垂直于ΔL14，则有：
检测光源位置坐标为MA(X2, Y2, Z2)，其中，X2=X1+L1，Y2=Y1-L3，Z2=Z1-L4；
标线位置坐标为DA(X3, Y3, Z3)，其中，X3= X2+L0，Y3= Y2-L7，Z3=Z2-L5-L11-L12；L2=(L11+L5)/sinβ；
L13=(L22+ΔL142)1/2；
L13垂直于地面的投影L15=(L132-( L11+L5)2)1/2；
L2垂直于地面的投影L16=(L22-( L11+L5)2)1/2；
则两投影L15和L16的夹角Φ=arctan(ΔL14/ L16)；
5）：构建卫星天线、检测传感器、待测标线在水平面上的投影点，将三点依次连接，则有检测传感器与卫星天线连线在地面的投影距离长度L17=(L12+L32)1/2；检测传感器与待测标线连线在地面的投影距离长度为L16=(L22-( L11+L5)2)1/2；
则有：
∠d=180°-90°-∠c；
∠T=360°-∠d-90°-∠b-∠Φ；
其中，∠b为L15与水平辅助线的夹角，∠c为L17与水平辅助线的夹角，∠d为L17与垂直辅助线的夹角，∠T为L16和L17的夹角；
由于L15已知，卫星天线、检测传感器、待测标线构成三角形，即可求出L18和L17的夹角θ以及卫星天线与待测标线连线在地面的投影距离长度L18；
6）：结合卫星天线定位位置及方向，即可换算出待测标线的经纬度；
所述检测光斑为矩形光斑。
2.根据权利要求1所述的一种快速获取道路标线精准位置的方法，其特征在于，所述检测光源、检测传感器组成的检测设备有两台，分列于车头两侧且彼此对称。
3.根据权利要求2所述的一种快速获取道路标线精准位置的方法，其特征在于，所述L11为固定量，L5在车辆行驶过程中会上下波动，因此L5采用距离传感器实时测量。
4.根据权利要求3所述的一种快速获取道路标线精准位置的方法，其特征在于，所述卫星天线、检测光源、检测传感器固定在车辆上，车辆安装有陀螺仪用于获取行车方向即所述卫星天线的方向。
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