CN113238267A

CN113238267A - 车辆在坡道上的定位方法及装置

Info

Publication number: CN113238267A
Application number: CN202110685478.2A
Authority: CN
Inventors: 薛文骞; 张铁监; 吴松; 刘海青; 杨宏伟
Original assignee: Duolun Technology Co Ltd
Current assignee: Duolun Technology Co Ltd
Priority date: 2021-06-21
Filing date: 2021-06-21
Publication date: 2021-08-10

Abstract

本发明提供了一种车辆在坡道上的定位方法及装置，所述方法包括：通过安装在车辆顶部的全球定位系统GPS天线实时获取车辆的姿态数据，其中，GPS天线包括第一GPS天线和第二GPS天线；根据车辆的姿态数据确定车辆经过的坡道的开始节点、结束节点和坡道的坡度值；获取第一GPS天线的经纬度数据，以构建车辆模型；根据坡道的坡度值修正车辆模型，以实现车辆的实时定位。解决了相关技术中车辆在坡道上的实时定位不够准确的问题。

Description

车辆在坡道上的定位方法及装置

技术领域

本发明涉及数据处理技术领域，具体而言，涉及一种车辆在坡道上的定位方法及装置。

背景技术

随着人们生活水平的不断提高，便捷的交通出行是人们的一大需求，而出行的安全更是重中之重，交通事故的发生不仅仅会对车辆本身造成一定影响，对人们的安全和经济都产生非常严重的威胁。机动车驾驶技能越来越受到人们的关注，每年都会有数以万计的学员考取驾驶证，通过驾驶专业技能的培训并最终考核达标后方能驾驶车辆上路，从而尽量避免汽车在行驶的过程中发生交通事故。

目前机动车驾驶考试、培训行业都是通过GPS对车辆进行建模实现车辆的高精度定位，坡道起步项目在非平地情况下，且坡道本身建设的坡度不均匀，导致车辆在坡道项目中会出现模型失真、定位精度不准的问题，同时因为GPS本身在高程数据上面精度不够，无法通过单天线GPS的高程信息来实现高精度定位；目前主要的解决方案：一是通过实地测量误差进行比对反推的方式进行参数改正，二是通过实际测量坡道坡度的方式计算改正参数，这二种方法只通过提供一个静态的改正参数来实现，但是因为实际测量的误差导致静态改正参数存在较大的误差，且需要现场人员去实地测绘工作，大大增加了现场实施的难度和成本。

针对相关技术中，车辆在坡道上的实时定位不够准确的问题，目前尚未有有效的解决办法。

发明内容

本发明实施例提供了一种车辆在坡道上的定位方法及装置，以至少解决相关技术中车辆在坡道上的实时定位不够准确的问题。

在本发明的一个实施例中，提出了一种车辆在坡道上的定位方法，包括：通过安装在车辆顶部的全球定位系统GPS天线实时获取所述车辆的姿态数据，其中，所述GPS天线包括第一GPS天线和第二GPS天线；根据所述车辆的姿态数据确定所述车辆经过的坡道的开始节点、结束节点和所述坡道的坡度值；获取所述第一GPS天线的经纬度数据，以构建车辆模型；根据所述坡道的坡度值修正所述车辆模型，以实现所述车辆的实时定位。

在一实施例中，所述通过安装在车辆顶部的GPS天线实时获取所述车辆的姿态数据，包括：通过所述GPS天线实时获取所述车辆的俯仰角信息和航向角信息。

在一实施例中，通过安装在车辆顶部的GPS天线实时获取所述车辆的姿态数据之后，所述方法还包括：对实时获取的所述车辆的姿态数据进行滤波处理。

在一实施例中，所述对实时获取的所述车辆的姿态数据进行滤波处理，包括：通过以下公式(1)，使用3西格玛准则对所述车辆的俯仰角粗差进行检测：

其中，x_i表示第i时刻俯仰角的真实值，

表示第i时刻前五帧的俯仰角平均值，

表示前五帧的标准差，当所述俯仰角的真实值超过3倍标准差时将所述俯仰角的真实值作为粗差处理；

通过以下公式(2)，使用最小二乘法得到平差后的俯仰角值：

其中，Q表示最小二乘的值，即获取的俯仰角的真实值和待计算值的方差，y_ie表示获取的俯仰角的真实值，y_i表示待计算值，n表示循环计算Q值的帧数；

将y_i初始化为0，计算第i时刻前n帧的俯仰角的Q值，通过增加或减小y_i值，循环计算得到最小的Q值，将所述最小的Q值设定为第i时刻所述车辆俯仰角的稳定值。

在一实施例中，所述根据所述车辆的姿态数据确定所述车辆经过的坡道的开始节点、结束节点和所述坡道的坡度值，包括：确定第一角度区间为坡度的特征值，其中，所述坡度的特征值用于指示所述车辆处于坡道上，所述第一角度区间为10-15°；根据所述坡度的特征值确定所述坡道的开始节点和结束节点；将所述车辆从所述开始节点到所述结束节点之间的俯仰角值确定为所述坡道的坡度值。

在一实施例中，所述根据所述坡度的特征值确定所述坡道的开始节点和结束节点，包括：当所述车辆的俯仰角值从第二角度区间变化到第一角度区间时，确定当前节点为所述坡道的开始节点，其中，所述第二角度区间为0-2°；当所述车辆的俯仰角值从第一角度区间变化到第二角度区间时，确定当前节点为所述坡道的结束节点。

在一实施例中，所述根据所述坡道的坡度值修正所述车辆模型，以实现所述车辆的实时定位，包括：当所述车辆驶入所述开始节点后，确定所述车辆进入坡道项目，当所述车辆驶出所述结束节点，确定所述车辆完成所述坡道项目；在所述车辆处于所述坡道项目中时，根据所述坡道的坡度值确定修正值，将所述修正值添加到所述车辆的车头坐标上，以实时对车辆模型进行修正，所述修正值通过以下公式(3)确定：

Δ＝h*tanθ (3)

其中，Δ为修正值，h为所述车辆的车头离地高度，θ为所述坡道的坡度值。

在一实施例中，所述获取所述第一GPS天线的经纬度数据，以构建车辆模型包括：根据所述第一GPS天线的经纬度数据、所述第一GPS天线在所述车辆上的位置信息及车型数据，建立所述车辆模型，其中所述车辆模型包括若干模型点；根据所述第一GPS天线的经纬度数据、所述车辆的航向角和所述第一GPS天线在所述车辆上的位置信息，计算所述车辆模型的各个模型点的经纬度，以得到所述车辆的实时位置信息。

在本发明的一个实施例中，还提出了一种车辆在坡道上的定位装置，包括：第一获取模块，配置为通过安装在车辆顶部的全球定位系统GPS天线实时获取所述车辆的姿态数据，其中，所述GPS天线包括第一GPS天线和第二GPS天线；确定模块，配置为根据所述车辆的姿态数据确定所述车辆经过的坡道的开始节点、结束节点和所述坡道的坡度值；第二获取模块，配置为获取所述第一GPS天线的经纬度数据，以构建车辆模型；修正模块，配置为根据所述坡道的坡度值修正所述车辆模型，以实现所述车辆的实时定位。

在本发明的一个实施例中，还提出了一种计算机可读的存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行上述任一项方法实施例中的步骤。

在本发明的一个实施例中，还提出了一种电子装置，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行上述任一项方法实施例中的步骤。

通过本发明实施例提供的车辆在坡道上的定位方法，通过安装在车辆顶部的全球定位系统GPS天线实时获取车辆的姿态数据，其中，GPS天线包括第一GPS天线和第二GPS天线；根据车辆的姿态数据确定车辆经过的坡道的开始节点、结束节点和坡道的坡度值；获取第一GPS天线的经纬度数据，以构建车辆模型；根据坡道的坡度值修正车辆模型，以实现车辆的实时定位。解决了相关技术中车辆在坡道上的实时定位不够准确的问题。通过本发明提供的方法，能够将坡道起步项目因坡度引起的误差优化到中误差1cm的精度，满足实际使用场景的需求，且通过算法的优化方式，无需现场人员的多余测绘和部署工作，大大节省了经济成本，提高了效率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的一种可选的车辆在坡道上的定位方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的一种可选的车辆模型的模型点示意图；

图3是根据本发明实施例的一种可选的车辆在坡道上的定位装置的结构框图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

本发明实施例提供了一种车辆在坡道上的定位方法。图1是根据本发明实施例的一种可选的车辆在坡道上的定位方法的流程图，如图1所示，所述方法包括：

步骤S102，通过安装在车辆顶部的GPS天线实时获取车辆的姿态数据，其中，GPS天线包括第一GPS天线和第二GPS天线；

步骤S104，根据车辆的姿态数据确定车辆经过的坡道的开始节点、结束节点和坡道的坡度值；

步骤S106，获取第一GPS天线的经纬度数据，以构建车辆模型；

步骤S108，根据坡道的坡度值修正车辆模型，以实现车辆的实时定位。

通过上述方法，解决了相关技术中车辆在坡道上的实时定位不够准确的问题。通过本发明提供的方法，能够将坡道起步项目因坡度引起的误差优化到中误差1cm的精度，满足实际使用场景的需求，且通过算法的优化方式，无需现场人员的多余测绘和部署工作，大大节省了经济成本，提高了效率。

本发明实施例提供的一种应用于机动车驾驶考试中提高坡道实时定位精度的方法，步骤如下：

1)通过双GPS天线实时获取车辆的姿态数据；

通过车载双GPS天线实时获取GPS主天线(相当于前述第一GPS天线)的经纬度及车辆的俯仰角和航向角信息。

2)对上述获取的姿态数据进行滤波、特征提取，以获得坡道开始节点、结束节点和坡道的坡度值；

对实时获取的车辆姿态数据中俯仰角进行滤波处理具体包括：

由于车辆本身的抖动和实际路面的不平整性，会导致步骤1)获取的俯仰角有一定的误差，因此要通过一定的滤波算法，获取比较准确的俯仰角值；过滤算法分为二个步骤：

21)粗差检测及均值内插，使用3西格玛准则对粗差进行检测，具体算法如下：

其中，x_i表示瞬时某一时刻俯仰角的真实值，

表示这一时刻前五帧的俯仰角平均值，等式右侧表示前五帧的标准差，将俯仰角值超过3倍标准差的值作为粗差处理；

如：真实5帧俯仰角连续值为：2.0、2.3、1.7、2.2、1.8，其标准差为0.255，取3倍标准差作为检查条件及0.765，如果下一帧俯仰角超过2.765则视为粗差；找出粗差后，要剔除粗差，并对粗差值用前后5帧的均值进行内插替换。

22)通过最小二乘法算法得到平差后的俯仰角值，最小二乘算法公式如下：

式中，Q表示最小二乘的值，即获取的俯仰角实际值和待计算的真实值的方差，y_ie表示获取的俯仰角实际值，y_i表示待计算的真实值，y_i初始化为0，计算最近10帧的Q值，通过增加或减小y_i值，循环计算最小的Q值，此Q值为车辆俯仰角的稳定值。

通过最小二乘算法得到俯仰角的稳定值，消除由于车辆本身的抖动和实际路面的不平整性两种误差的影响；即获取使波动方差最小的测量值。

对上述滤波处理后的数据进行特征提取具体包括：

23)确定选取的坡度的特征值，选取10-15度作为坡度特征值，即当坡度在10-15度之间时，车辆处于坡道项目中；

24)通过确定坡度的特征值提取坡道起步项目节点的坡度值，当坡度值从0-2区间变化到10-15的特征区间时，记录此节点作为坡道起步项目的开始节点，当坡度值从10-15的特征区间变化到0-2区间时，记录此节点作为坡道起步项目的结束节点，同时记录开始节点和结束节点过程中的车辆俯仰角值，作为坡道的坡度值。

3)通过双GPS天线中的主天线获取经纬度数据(GPS对外输出标准数据)，以构建车辆模型；

所述步骤3)具体包括：

31)根据获取到的GPS主天线经纬度坐标、主天线在车辆上的位置信息及车型数据，对车辆建立数学模型，如图2所示。所建立的车辆模型是32个点构成的模型，其中每个车轮内外侧各一个点，共8个点，车头5个点、左右车身共14个点，车后侧共5个点；

32)根据步骤1)获取的GPS主天线的经纬度、车辆的航向角和GPS主天线相对于车辆的位置，计算出车辆各个模型点的经纬度，从而得到车辆的实时位置信息。

4)根据上述步骤2)中坡道的坡度值进行模型修正，以实现车辆的精准定位；

所述步骤4)具体包括：

41)根据步骤2)中获取到坡道起步项目的开始节点和结束节点判断车辆是否进入坡道起步项目，当车辆驶入开始节点后，认为车辆进入坡道项目，当车辆驶出结束节点，认为车辆驶出坡道项目；

42)若车辆处于进入坡道项目，根据步骤2)获取的坡道坡度值实时对车辆模型进行修正，修正模型公式如下：

Δ＝h*tanθ

式中，Δ为修正值，h为车头离地高度，θ为坡道的坡度；把修正值Δ添加到车头5个点的坐标上，从而实现车辆在坡道起步项目的精确定位。

在本发明的一个实施例中，还提出了一种车辆在坡道上的定位装置，主要用于实现上述方法中的各项步骤。如图3所示，该装置包括：

第一获取模块302，配置为通过安装在车辆顶部的全球定位系统GPS天线实时获取所述车辆的姿态数据，其中，所述GPS天线包括第一GPS天线和第二GPS天线；

确定模块304，配置为根据所述车辆的姿态数据确定所述车辆经过的坡道的开始节点、结束节点和所述坡道的坡度值；

第二获取模块306，配置为获取所述第一GPS天线的经纬度数据，以构建车辆模型；

修正模块308，配置为根据所述坡道的坡度值修正所述车辆模型，以实现所述车辆的实时定位。

可选地，在本实施例中，本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令终端设备相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：闪存盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取器(Random Access Memory，RAM)、磁盘或光盘等。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

上述实施例中的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，可以存储在上述计算机可读取的存储介质中。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存储介质中，包括若干指令用以使得一台或多台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的客户端，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，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，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

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例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例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。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种车辆在坡道上的定位方法，其特征在于，包括：

通过安装在车辆顶部的全球定位系统GPS天线实时获取所述车辆的姿态数据，其中，所述GPS天线包括第一GPS天线和第二GPS天线；

根据所述车辆的姿态数据确定所述车辆经过的坡道的开始节点、结束节点和所述坡道的坡度值；

获取所述第一GPS天线的经纬度数据，以构建车辆模型；

根据所述坡道的坡度值修正所述车辆模型，以实现所述车辆的实时定位。

2.根据权利要求或1所述的方法，其特征在于，所述通过安装在车辆顶部的GPS天线实时获取所述车辆的姿态数据，包括：

通过所述GPS天线实时获取所述车辆的俯仰角信息和航向角信息。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过安装在车辆顶部的GPS天线实时获取所述车辆的姿态数据之后，所述方法还包括：

对实时获取的所述车辆的姿态数据进行滤波处理。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对实时获取的所述车辆的姿态数据进行滤波处理，包括：

通过以下公式(1)，使用3西格玛准则对所述车辆的俯仰角粗差进行检测：

其中，x_i表示第i时刻俯仰角的真实值，

表示第i时刻前五帧的俯仰角平均值，

通过以下公式(2)，使用最小二乘法得到平差后的俯仰角值：

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述车辆的姿态数据确定所述车辆经过的坡道的开始节点、结束节点和所述坡道的坡度值，包括：

确定坡度的特征值为第一角度区间，其中，所述坡度的特征值用于指示所述车辆处于坡道上，所述第一角度区间为10-15°；

根据所述坡度的特征值确定所述坡道的开始节点和结束节点；

将所述车辆从所述开始节点到所述结束节点之间的俯仰角值确定为所述坡道的坡度值。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述坡度的特征值确定所述坡道的开始节点和结束节点，包括：

当所述车辆的俯仰角值从第二角度区间变化到第一角度区间时，确定当前节点为所述坡道的开始节点，其中，所述第二角度区间为0-2°；

当所述车辆的俯仰角值从第一角度区间变化到第二角度区间时，确定当前节点为所述坡道的结束节点。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述坡道的坡度值修正所述车辆模型，以实现所述车辆的实时定位，包括：

当所述车辆驶入所述开始节点后，确定所述车辆进入坡道项目，当所述车辆驶出所述结束节点，确定所述车辆完成所述坡道项目；

在所述车辆处于所述坡道项目中时，根据所述坡道的坡度值确定修正值，将所述修正值添加到所述车辆的车头坐标上，以实时对车辆模型进行修正，所述修正值通过以下公式(3)确定：

Δ＝h*tanθ (3)

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述第一GPS天线的经纬度数据，以构建车辆模型包括：

根据所述第一GPS天线的经纬度数据、所述第一GPS天线在所述车辆上的位置信息及车型数据，建立所述车辆模型，其中所述车辆模型包括若干模型点；

根据所述第一GPS天线的经纬度数据、所述车辆的航向角和所述第一GPS天线在所述车辆上的位置信息，计算所述车辆模型的各个模型点的经纬度，以得到所述车辆的实时位置信息。

9.一种车辆在坡道上的定位装置，其特征在于，包括：

第一获取模块，配置为通过安装在车辆顶部的全球定位系统GPS天线实时获取所述车辆的姿态数据，其中，所述GPS天线包括第一GPS天线和第二GPS天线；

确定模块，配置为根据所述车辆的姿态数据确定所述车辆经过的坡道的开始节点、结束节点和所述坡道的坡度值；

第二获取模块，配置为获取所述第一GPS天线的经纬度数据，以构建车辆模型；

修正模块，配置为根据所述坡道的坡度值修正所述车辆模型，以实现所述车辆的实时定位。