CN112747771A - 一种模拟测试定位数据的方法 - Google Patents

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CN112747771A
CN112747771A CN202011551852.1A CN202011551852A CN112747771A CN 112747771 A CN112747771 A CN 112747771A CN 202011551852 A CN202011551852 A CN 202011551852A CN 112747771 A CN112747771 A CN 112747771A
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刘福涛
王绿洲
甄文华
宋闯
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Henan Tianmai Technology Co ltd
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Henan Tianmai Technology Co ltd
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C25/00—Manufacturing, calibrating, cleaning, or repairing instruments or devices referred to in the other groups of this subclass
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13—Receivers
    • G01S19/23—Testing, monitoring, correcting or calibrating of receiver elements

Abstract

本发明属于模拟测试技术领域，具体涉及一种模拟测试定位数据的方法。本方法通过在在地图上取得关键的拐点的定位坐标，然后利用将地球模拟为正球体的方法，每段路程的速度值为参数，模拟车辆，加速，匀速，减速的过程，将每个点位的坐标，速度，方位角计算出来的算法，贴近真实的计算出每个点位并生成单段，多段或整条线路的定位数据。该模拟测试方法改变了传统的测试模式，能够大幅度提高测试效率，而且数据计算精度更高，方便公交车载终端做关键点逻辑快速提供定位数据，为自动化测试提供精准的定位数据，使车载设备能够自动化测试提供了可能。

Description

一种模拟测试定位数据的方法
技术领域
本发明属于模拟测试技术领域，具体涉及一种模拟测试定位数据的方法。
背景技术
公交车载终端，一般利用定位数据对站点、场区、电子围栏、区域限速、特殊点等进行识别，为了检测这些功能，每次都要进行实际装车也不现实，需要解决如何让公交车在实验室跑起来的问题，目前采取的方法是实地录取。
实地录取定位数据的方法，将带有录取定位数据的设备装在一辆车上，在规划好的线路上实地跑一遍，将数据保存下来，再利用这些数据模拟定位模块对设备进行逐条发送，以实现车载终端对站点、场区、特殊区域和特殊点的检查测试。实地录取定位数据虽然能够获取定位数据，但是存在以下缺点：
1、实地录取费时费力，一旦录制完成，点位、速度均为固定，无法准确修改。
2、实地录取无法对速度、点位、里程精准把控。
3、实地录取数据无法对车载设备检查距离和方位角角度范围进行精准测试。
4、实地录取数据无法做到大量场景数据的录取，只能做到通用个别场景的录取。
发明内容
针对实地录取数据存在费时费力、无法对速度定位、方位角精准把控，且无法获得大量场景数据的录取的缺陷和问题，本发明提供一种能够模拟定位数据的测试方法。
本发明解决其技术问题所采用的方案是：一种模拟测试定位数据的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、在地图上获取一段路线的起点X和终点Y，以地球为正球体，获得起点X的经度Xj、纬度Xw以及终点Y的经度Yj、纬度Yw，计算出起点X和终点Y之间的弧长L，
Figure BDA0002858209790000021
步骤二、计算出起点X到终点Y的方位角Φ，
x＝sin(Yj-Xj)×cos(Yw)
y＝cos(Xw)×sin(Yw)-sin(Xw)×cos(Yw)×cos(Yj-Xj)
Figure BDA0002858209790000022
步骤三、从起点X以初速度0、加速度a加速到坐标点Xn后以速度V匀速行驶至坐标点Ym，然后以加速度-a减速行驶到终点Y，分别计算出每个关键坐标点的速度、方位角和经纬度，所述方位角为起点至终点的方位角Φ；
步骤四、根据NMEA-0183协议将计算得到的坐标点的速度、经纬度和方位角按照语句转换成GPS定位数据。
步骤五、汇总所有坐标点的定位数据即得到全线路的定位数据。
上述的模拟测试定位数据的方法，加速过程的计算方法为：以起点X初速度为0，加速度a计算出每过1秒、2秒、……n秒的距离S1、S2、S3、……Sn，并计算出经过S1、S2、S3、……Sn后的坐标点X1、X2、X3、……Xn的经度X1j，X2j、X3j、……Xnj以及纬度X1w，X2w、X3w、……Xnw，
Figure BDA0002858209790000031
上述的模拟测试定位数据的方法，减速过程的计算方法为：从终点Y处以初速度0、加速度a’进行加速，以公式
Figure BDA0002858209790000032
计算出经过1秒、2秒、……m秒后的距离S′1、S′2、S′3、……S′m，则经过S′1后的坐标点Y1的经纬度Y1j、Y1w分别为
Figure BDA0002858209790000033
Figure BDA0002858209790000034
然后依次计算出经过S′2、S′3、……S′m后的坐标点Y2、Y3、……Ym的经度Y1j，Y2j、Y3j、……Ymj以及纬度Y1w，Y2w、Y3w、……Ymw，
Figure BDA0002858209790000035
上述的模拟测试定位数据的方法，匀速过程的计算方法为：以加速过程的终点Xn作为匀速过程的起点，以减速过程的起点Ym作为匀速过程的终点，以公式s″＝Vt计算出每秒行驶的距离s″，
即1秒后的坐标点z1的经纬度Z1j、Z1w分别为
Figure BDA0002858209790000041
Figure BDA0002858209790000042
依次计算出经过2、3、……t秒后的坐标点Z2、Z3、……Zt的经度Z1j、Z2j、Z3j、……Ztj以及纬度Z1w，Z2w、Z3w、……Ztw。
Figure BDA0002858209790000043
上述的模拟测试定位数据的方法，步骤四中NMEA-0183协议需要的指标还包括定位状态A，utc时间，utc日期，经纬半球，磁偏角，磁偏角方向。
本发明的有益效果：本发明通过在地图上取得关键的拐点的定位坐标，然后利用将地球模拟为正球体，将每段路程的速度值为参数，模拟车辆的加速、匀速和减速过程，从而将每个点位的坐标、速度、方位角计算出来的算法，贴近真实的计算出每个点位并生成单段、多段或整条线路的定位数据。该模拟测试方法改变了传统的测试模式，不需要进行实地录取，省时省力，能够大幅度提高测试效率；而且能够对大量场景进行数据录取，适用性更强；对速度、点位以及里程能够精准把控，而且数据计算精度更高，方便公交车载终端做关键点逻辑快速提供定位数据，为自动化测试提供精准的定位数据，使车载设备能够自动化测试提供了可能。
附图说明
图1为本发明整体流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例1：本实施例提供一种在地图上取得关键点定位坐标，利用将地球模拟为正球体的方法，每段路程的速度值为参数，模拟车辆的加速、匀速和减速过程，将每个坐标点为的坐标、速度和方位角计算出来，能够贴近真实的计算出每个点位并生成单段、多段以及整条线路的定位数据。在地图上选取一段线路，其起点X、终点Y，从X点以初速度为0经过加速度a加速到Xn后，以速度V匀速行驶，在到达前Y点前的Ym点，以减速度-a减速停在Y点。
该方法包括以下步骤：
步骤一、以地球为正球体，半径R＝6371793m，分别获取起点X的经纬度Xj、Xw和终点Y的经纬度Yj、Yw，使用Haversine公式计算出起点X和终点Y两点之间的距离(弧度制)L，
Figure BDA0002858209790000051
步骤二、计算出起点X到终点Y的方位角Φ，
x＝sin(Yj-Xj)×cos(Yw)
y＝cos(Xw)×sin(Yw)-sin(Xw)×cos(Yw)×cos(Yj-Xj)
Figure BDA0002858209790000061
式中x与y分别表示的是直角坐标系下的坐标值中的坐标，atan2是已将象限纳入考量的反正切函数。
步骤三、
(1)加速过程：从起点X处以初速度0、加速度a进行加速，以公式
Figure BDA0002858209790000062
计算出经过1秒、2秒、3秒……n秒后的距离S1、S2、S3、……Sn；直到速度达到设定的匀速值V为止。
即经过S1后的坐标点X1的经纬度X1j、X1w分别为
Figure BDA0002858209790000063
Figure BDA0002858209790000064
然后依次计算出经过S2、S3、……Sn后的坐标点X2、X3、……Xn的经度X1j，X2j、X3j、……Xnj以及纬度X1w，X2w、X3w、……Xnw。
Figure BDA0002858209790000065
(2)减速过程：从终点Y处以初速度0、加速度a’进行加速，以公式
Figure BDA0002858209790000066
计算出经过1秒、2秒、3秒……m秒后的距离S′1、S′2、S′3、……S′m，则经过S′1后的坐标点Y1的经纬度Y1j、Y1w分别为：
Figure BDA0002858209790000067
Figure BDA0002858209790000071
然后依次计算出经过S′2、S′3、……S′m后的坐标点Y2、Y3、……Ym的经度Y1j，Y2j、Y3j、……Ymj以及纬度Y1w，Y2w、Y3w、……Ymw。
Figure BDA0002858209790000072
(3)匀速过程：以加速过程的终点Xn作为匀速过程的起点，以减速过程的起点Ym作为匀速过程的终点，从而可以准确且简单的计算出减速过程的起点坐标。由于匀速过程中每段距离是一样的，则匀速行驶过程中，每秒距离一定从加速过程的终点Xn处以速度V匀速运动，以公式s″＝Vt计算出每秒行驶的距离s″。
即1秒后的坐标点z1的经纬度Z1j、Z1w分别为
Figure BDA0002858209790000073
Figure BDA0002858209790000074
然后依次计算出经过2、3、……t秒后的坐标点Z2、Z3、……Zt的经度Z1j，Z2j、Z3j、……Ztj以及纬度Z1w，Z2w、Z3w、……Ztw。
Figure BDA0002858209790000075
Figure BDA0002858209790000081
由于匀速求出的最后一点不一定和终点完全重合，所以当最后一点同终点的距离小于1.5V时，我们将该点距终点的真实距离作为最后一秒的速度。
步骤四、根据NMEA-0183协议中将算出的坐标点经纬度、方位角、速度、以及查询得到的定位状态A，utc时间，utc日期，经纬半球，磁偏角(查表)，磁偏角方向按照
$GPRMC,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>,<12>*hh<CR><LF>语句的要求：转换最终生成类似如下的GPS推荐定位数据：$GPRMC,150549.00,A,3445.46428,N,11331.82370,E,002.70,358.1,171218,04.2,W,N*21。
如果是北斗则生成：
$BDRMC,150549.00,A,3445.46428,N,11331.82370,E,002.70,358.1,171218,04.2,W,N*30。
其中：
<1>UTC时间，hhmmss.sss(时分秒.毫秒)格式
<2>定位状态，A＝有效定位，V＝无效定位
<3>纬度ddmm.mmmm(度分)格式(前面的0也将被传输)
<4>纬度半球N(北半球)或S(南半球)
<5>经度dddmm.mmmm(度分)格式(前面的0也将被传输)
<6>经度半球E(东经)或W(西经)
<7>地面速率(000.0～999.9节，前面的0也将被传输)
<8>地面航向(000.0～359.9度，以正北为参考基准，前面的0也将被传输)
<9>UTC日期，ddmmyy(日月年)格式
<10>磁偏角(000.0～180.0度，前面的0也将被传输)
<11>磁偏角方向，E(东)或W(西)
<12>模式指示(仅NMEA0183 3.00版本输出，A＝自主定位，D＝差分，E＝估算，N＝数据无效)
*后hh为$到*所有字符的异或和。
步骤五、循环上述步骤即可求出全线线路完整的定位数据，用于模拟对车载定位设备回放，方便动态测试。
当遇到线路距离较短时，加速和减速的过程可能已经超过了总长度，此时对速度逐步减小，反复求值即可得到正确的坐标点。
实施例2：本实施例与实施例1的相同之处不再赘述，不同之处在于，本实施例针对加速过程采用的计算方式为“球面三角函数法”计算点，可根据当前点位、与到下一点距离，求出第二点。
方法如下：X点坐标为Xj，Xw，方位角为Φ，到第二点B的距离为S1。
根据以下公式：
Figure BDA0002858209790000091
a＝arccos(cos(90-Xw))×cos(c)+sincos(90-Xw)×sin(c)×cosΦ
Figure BDA0002858209790000092
Bw＝90-a
Bj＝Xj+b
式中：c表示S1弧长对应的角度；a表示B点和地心连线与真北极点之间的夹的角；b表示X点-地心-真北极点形成面与B点-地心-真北极点形成面之间的夹角；Bw、Bj表示从X点沿方位角Φ经过S1距离后B点的纬度和经度。
实施例3：本实施例以郑州B12路为例为本发明方法进行具体阐述，在本次实践中采用的是python语言，产生线路的步骤为：
1、从谷歌地图上取出B12线路来回经过的所有站点和拐点经纬度坐标。并按照先后顺序将坐标转换放入excl表格中。表格分为四列，分别是纬度，经度，速度，加速度，具体如表1所示(只显示部分)。
表1线路指标数据表
纬度 经度 速度 加速度
34.75773 113.5304 0 0
34.76287 113.5302 10 5
34.76817 113.5287 20 5
34.79419 113.5307 30 5
2、将数据读取到程序的内存中，每一行为一组数据，按照行的顺序存入列表A中。
3、将列表A第一组和第二组的经纬度坐标作为算法的两点，以第二组的速度和加速度参数，算出该段的所有坐标的经纬度，方位角，速度；将其以组为单位存入列表B。然后以列表A的第二点和第三点的经纬度，以第三点的速度和加速度为参数，可算出该段的所有坐标的经纬度，方位角，速度。将其以组为单位加入列表B。以轮询的方式将A列表中的数据完成所有计算。
4、轮询列表B，将B列表中的每组数据按照GPS的标准格式加入，时间，日期，为0时区的标准时间，经纬度方向(纬度根据计算结果符合进行区南北半球，东西半球分界线以20°W，160°E的经线圈划分，20°W向东到160°E为东半球，20°W向西到160°E为西半球。)分磁偏角(由于定位设备未使用该数据，通过经纬度值查表获取)，磁偏角方向(未使用，通过经纬度值查表获取)，定位状态，累加和校验。
5、将得到的坐标点经纬度、方位角、速度、以及查询得到的定位状态A，utc时间，utc日期，经纬半球，磁偏角(查表)，磁偏角方向等值根据NMEA-0183协议转换成GPS定位数据，具体如下。
$GNRMC,113753.00,A,3448.35754,N,11331.64412,E,0.0,271.48,290918,04.2,W,N*20
$GPRMC,113754.00,A,3448.35754,N,11331.64322,E,2.703,271.48,290918,04.2,W,N*25
$GPRMC,113755.00,A,3448.3576,N,11331.64136,E,5.405,271.48,290918,04.2,W,N*16
$GPRMC,113756.00,A,3448.35766,N,11331.63956,E,5.405,271.48,290918,04.2,W,N*2A
$GPRMC,113757.00,A,3448.35766,N,11331.6377,E,5.405,271.48,290918,04.2,W,N*11
$GPRMC,113758.00,A,3448.35772,N,11331.6359,E,5.405,271.48,290918,04.2,W,N*17
$GPRMC,113759.00,A,3448.35778,N,11331.63404,E,5.405,271.48,290918,04.2,W,N*20
$GPRMC,113800.00,A,3448.35778,N,11331.63224,E,5.405,271.48,290918,04.2,W,N*27
$GPRMC,113801.00,A,3448.35784,N,11331.63044,E,5.405,271.48,290918,04.2,W,N*21
$GPRMC,113802.00,A,3448.3579,N,11331.62858,E,5.405,271.48,290918,04.2,W,N*13
$GPRMC,113803.00,A,3448.3579,N,11331.62678,E,5.405,271.48,290918,04.2,W,N*1E
$GPRMC,113804.00,A,3448.35796,N,11331.62492,E,5.405,271.48,290918,04.2,W,N*29
$GPRMC,113805.00,A,3448.35796,N,11331.62312,E,5.405,271.48,290918,04.2,W,N*27
$GPRMC,113806.00,A,3448.35802,N,11331.62126,E,5.405,271.48,290918,04.2,W,N*23
$GPRMC,113807.00,A,3448.35808,N,11331.61946,E,5.405,271.48,290918,04.2,W,N*25
$GPRMC,113808.00,A,3448.35808,N,11331.61766,E,5.405,271.48,290918,04.2,W,N*26
$GPRMC,113809.00,A,3448.35814,N,11331.6158,E,5.405,271.48,290918,04.2,W,N*10
$GPRMC,113810.00,A,3448.3582,N,11331.614,E,5.405,271.48,290918,04.2,W,N*16
$GPRMC,113811.00,A,3448.3582,N,11331.61214,E,5.405,271.48,290918,04.2,W,N*14
$GPRMC,113812.00,A,3448.35826,N,11331.61034,E,5.405,271.48,290918,04.2,W,N*21
$GPRMC,113813.00,A,3448.35832,N,11331.60854,E,5.405,271.48,290918,04.2,W,N*2A
$GPRMC,113814.00,A,3448.35832,N,11331.60668,E,5.405,271.48,290918,04.2,W,N*2C
$GPRMC,113815.00,A,3448.35838,N,11331.60488,E,5.405,271.48,290918,04.2,W,N*2B
将以上所有定位数据存储保存，用于模拟对车载定位设备回放以便于动态测试。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不限制本发明，凡在本发明的精神和原则范围内所做的任何修改、等同替换和改进，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种模拟测试定位数据的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、在地图上获取一段路线的起点X和终点Y，以地球为正球体，获得起点X的经度Xj、纬度Xw以及终点Y的经度Yj、纬度Yw，计算出起点X和终点Y之间的弧长L，
Figure FDA0002858209780000011
步骤二、计算出起点X到终点Y的方位角Φ，
x＝sin(Yj-Xj)×cos(Yw)
y＝cos(Xw)×sin(Yw)-sin(Xw)×cos(Yw)×cos(Yj-Xj)
Figure FDA0002858209780000012
步骤三、从起点X以初速度0、加速度a加速到坐标点Xn后以速度V匀速行驶至坐标点Ym，然后以加速度-a减速行驶到终点Y，分别计算出每个关键坐标点的速度、方位角和经纬度，所述方位角为起点至终点的方位角Φ；
步骤四、根据NMEA-0183协议将计算得到的坐标点的速度、经纬度和方位角按照语句转换成GPS定位数据。
步骤五、汇总所有坐标点的定位数据即得到全线路的定位数据。
2.根据权利要求1所述的模拟测试定位数据的方法，其特征在于：加速过程的计算方法为：以起点X初速度为0，加速度a计算出每过1秒、2秒、......n秒的距离S1、S2、S3、......Sn，并计算出经过S1、S2、S3、......Sn后的坐标点X1、X2、X3、......Xn的经度X1j，X2j、X3j、......Xnj以及纬度X1w，X2w、X3w、......Xnw，
Figure FDA0002858209780000013
Figure FDA0002858209780000021
3.根据权利要求1所述的模拟测试定位数据的方法，其特征在于：减速过程的计算方法为：从终点Y处以初速度0、加速度a’进行加速，以公式
Figure FDA0002858209780000022
计算出经过1秒、2秒、......m秒后的距离S′1、S′2、S′3、......S′m，则经过S′1后的坐标点Y1的经纬度Y1j、Y1w分别为
Figure FDA0002858209780000023
Figure FDA0002858209780000024
然后依次计算出经过S′2、S′3、......S′m后的坐标点Y2、Y3、......Ym的经度Y1j，Y2j、Y3j、......Ymj以及纬度Y1w，Y2w、Y3w、......Ymw，
Figure FDA0002858209780000025
4.根据权利要求1所述的模拟测试定位数据的方法，其特征在于：匀速过程的计算方法为：以加速过程的终点Xn作为匀速过程的起点，以减速过程的起点Ym作为匀速过程的终点，以公式s″＝Vt计算出每秒行驶的距离s″，
即1秒后的坐标点z1的经纬度Z1j、Z1w分别为
Figure FDA0002858209780000031
Figure FDA0002858209780000032
依次计算出经过2、3、......t秒后的坐标点Z2、Z3、......Zt的经度Z1j、Z2j、Z3j、......Ztj以及纬度Z1w，Z2w、Z3w、......Ztw。
Figure FDA0002858209780000033
5.根据权利要求1所述的模拟测试定位数据的方法，其特征在于：步骤四中NMEA-0183协议需要的指标还包括定位状态A，utc时间，utc日期，经纬半球，磁偏角，磁偏角方向。
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