CN114279439A

CN114279439A - 一种惯导数据的修正方法、装置和系统

Info

Publication number: CN114279439A
Application number: CN202011031223.6A
Authority: CN
Inventors: 赵瑞; 崔斌
Original assignee: Alibaba Group Holding Ltd
Current assignee: Alibaba Group Holding Ltd
Priority date: 2020-09-27
Filing date: 2020-09-27
Publication date: 2022-04-05

Abstract

本发明公开了一种惯导数据的修正方法、装置和系统，该方法包括：基于惯性测量单元输出的测量数据，确定搭载惯性测量单元的运载体的惯导测量方向和惯导测量速度；在满足方向校准条件时，基于运载体的GNSS定位数据、路网数据或视觉定位数据，对惯导测量方向进行修正，修正得到的方向用于惯导方向和惯导位置推算；在满足速度校准条件时，基于运载体的GNSS定位数据，对惯导测量速度进行修正，修正得到的速度用于惯导位置推算；在满足位置校准条件时，基于GNSS定位数据、路网数据或者视觉定位数据，对惯导位置进行修正，修正得到的惯导位置用于惯导位置推算。本方法得到的各运动参数的精确度满足惯性导航需求，提高了导航的准确率。

Description

一种惯导数据的修正方法、装置和系统

技术领域

本发明涉及导航技术领域，特别涉及一种惯导数据的修正方法、装置和系统。

背景技术

惯性导航系统(Inertial Navigation System，INS)是一种不依赖于外部信息、不易受到干扰的一种自主式导航系统。惯性导航的基本工作原理是以牛顿力学定律为基础，通过惯性测量单元(Inertial Measurement Unit，IMU)测量运载体(例如车辆)的加速度和角速度，并将测量得到的数据对时间进行积分，以实现运载体的速度、方向和位置等运动参数的确定。但在运动参数的精度要求较高的情况下，IMU需要集成加速度计、陀螺仪、磁力计在内的多种传感器。

本申请发明人发现，一般硬件设备搭载的IMU会集成加速度计和陀螺仪，但并不一定集成磁力计，而基于仅集成了加速度计和陀螺仪的IMU测量的运载体的数据确定的运载体的运动参数存在误差，如果误差过大，则无法满足导航需求。因此，亟需提供新的惯性导航方法，该方法基于IMU集成的加速度计和陀螺仪的测量数据，即可得到实时、稳定、精度可靠的测量数据，满足导航需求。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种惯导数据的修正方法、装置和系统。

第一方面，本发明实施例提供一种惯导数据的修正方法，包括：

基于惯性测量单元输出的测量数据，确定搭载所述惯性测量单元的运载体的惯导测量方向和惯导测量速度，所述测量数据包括陀螺仪数据和加速度计数据；

在满足方向校准条件时，基于所述运载体的GNSS定位数据、路网数据或视觉定位数据，对所述惯导测量方向进行修正，修正得到的方向用于惯导方向和惯导位置推算；

在满足速度校准条件时，基于所述运载体的GNSS定位数据，对惯导测量速度进行修正，修正得到的速度用于惯导位置推算；

在满足位置校准条件时，基于GNSS定位数据、路网数据或者视觉定位数据，对惯导位置进行修正，修正得到的惯导位置用于惯导位置推算。

第二方面，本发明实施例提供一种惯导数据的修正装置，包括：

惯导模块，用于基于惯性测量单元输出的测量数据，确定搭载所述惯性测量单元的运载体的惯导测量方向和惯导测量速度，所述测量数据包括陀螺仪数据和加速度计数据；

方向修正模块，用于在满足方向校准条件时，基于所述运载体的GNSS定位数据、路网数据或视觉定位数据，对所述惯导测量方向进行修正，修正得到的方向用于惯导方向和惯导位置推算；

速度修正模块，用于在满足速度校准条件时，基于所述运载体的GNSS定位数据，对惯导测量速度进行修正，修正得到的速度用于惯导位置推算；

位置修正模块，用于在满足位置校准条件时，基于GNSS定位数据、路网数据或者视觉定位数据，对惯导位置进行修正，修正得到的惯导位置用于惯导位置推算。

第三方面，本发明实施例提供一种导航系统，包括：GNSS定位服务器、路网数据服务器、视觉定位服务器、导航服务器和上述的惯导数据的修正装置；

所述GNSS定位服务器，用于提供GNSS定位数据；

所述路网数据服务器，用于提供路网数据；

所述视觉定位服务器，用于提供视觉定位数据；

所述导航服务器，用于提供导航引导数据。

第四方面，本发明实施例提供一种惯性导航服务，所述服务运行时执行上述的惯导数据的修正方法。

本发明实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：

本发明实施例提供一种惯导数据的修正方法，在确定满足校准条件时，对通过惯性导航得到的惯导测量方向、惯导测量速度分别进行修正，修正得到的速度和方向继续用于惯导位置推算。在不需要磁力计的测量数据的情况下，实现对基于IMU集成的加速度计和陀螺仪的测量数据得到的惯导测量方向、惯导测量速度以及惯导位置进行修正，消除或降低通过惯性导航得到的惯导测量方向、惯导测量速度以及惯导位置的误差，得到实时、稳定、精度可靠的方向、速度以及位置。本方法得到的各运动参数满足导航需求，能够适用于搭载的IMU仅集成加速度计和陀螺仪的硬件设备，降低了实现导航的成本，提高了导航的准确率。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例提供的惯导数据的修正方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的惯导数据的修正装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的导航系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

下面对本发明实施例提供的惯导数据的修正方法、装置和系统的具体实施方式进行详细的说明。

本发明实施例提供一种惯导数据的修正方法，其流程参照图1所示，包括以下步骤：

S11：基于惯性测量单元输出的测量数据，确定搭载所述惯性测量单元的运载体的惯导测量方向和惯导测量速度，所述测量数据包括陀螺仪数据和加速度计数据；

其中，惯性测量单元输出的测量数据可以是通过现有技术中的包括加速度计、陀螺仪的惯性测量单元IMU进行惯性导航时测量得到的数据。IMU的陀螺仪可以采用现有技术中的三轴陀螺仪或者三个单轴陀螺仪，IMU的陀螺仪测量得到的上述陀螺仪数据包括空间直角坐标系中的X轴、Y轴和Z轴方向的实时角速度数据；IMU的加速度计可以采用现有技术中的三轴加速度计或者三个单轴加速度计，IMU的加速度计测量得到的上述加速度数据包括空间直角坐标系中的X轴、Y轴和Z轴方向的角度数据。上述基于获取的陀螺仪数据和加速度计数据，确定搭载该惯性测量单元的运载体的惯导测量方向和惯导测量速度的方法可以采用现有技术中的预设的惯性导航算法，在此不作具体限定。

S12：在确定满足方向校准条件时，基于所述运载体的GNSS定位数据、路网数据或视觉定位数据，对所述惯导测量方向进行修正，修正得到的方向用于惯导方向和惯导位置推算；

上述步骤S12中，由于在运动过程中运载体的方向可能会随时发生变化，如果在运载体的方向变化过程中对运载体的惯导测量方向进行修正，修正得到的方向不能消除惯导测量方向的误差，还可能会导致惯导测量方向的误差变大，因此在对运载体的惯导测量方向进行修正前，需要先判断运载体在当前时刻是否满足方向校准条件，若满足方向校准条件，则可以基于所述运载体的GNSS定位数据、路网数据或视觉定位数据对运载体的惯导测量方向进行修正，修正得到的方向才可能消除基于IMU输出的测量数据确定的运载体的惯导测量方向的误差，提高修正后的方向的精度。通过上述方式修正得到的方向即为修正后的运载体的惯导方向，该修正后的运载体的惯导方向可以继续用于惯导方向和惯导位置推算。所述路网数据可以是普通地图数据，也可以是高精地图数据。

上述运载体的视觉定位数据可以是通过视觉定位方式得到的数据，具体实现视觉定位，得到视觉定位数据的实现过程，可以参照现有技术中的相关方法的描述，本发明实施例，在此不做具体限定。上述运载体的路网数据可以是从路网数据服务器获取的数据。上述运载体的GNSS定位数据可以是通过全球卫星定位系统(Global Navigation SatelliteSystem，GNSS)进行定位得到的定位数据。其中，GNSS全球卫星定位系统可以是GPS全球定位系统、BDS北斗卫星导航系统格洛纳斯(GLONASS)全球卫星定位系统或伽利略卫星导航系统。

S13：在满足速度校准条件时，基于所述运载体的GNSS定位数据，对惯导测量速度进行修正，修正得到的速度用于惯导位置推算；

上述步骤S13中，由于GNSS全球卫星定位系统的采样时间间隔远大于IMU的采样周期T_s，所以从GNSS定位数据中获取的运载体的GNSS定位速度相比于基于IMU输出的测量数据确定的运载体的惯导测量速度存在一定的延迟，如果预设时长内运载体的GNSS定位速度与运载体的惯导测量速度的变化趋势相差很大，则表明运载体没有稳定行驶，从GNSS定位数据获取的运载体的GNSS定位速度不能准确的反映运载体当前时刻的真实速度，因此在基于所述运载体的GNSS定位数据，对惯导测量速度进行修正前，需要先判断运载体在当前时刻是否满足速度校准条件，，若满足速度校准条件，则可以基于所述运载体的GNSS定位数据，对惯导测量速度进行修正，修正得到的速度才可以消除基于IMU输出的测量数据确定的运载体的惯导测量速度的误差，提高修正后的速度的精度。通过上述方式修正得到的速度即为修正后的运载体的惯导速度，该修正后的运载体的惯导速度可以继续用于惯导位置推算。

S14：在满足位置校准条件时，基于GNSS定位数据、路网数据或者视觉定位数据，对惯导位置进行修正，修正得到的惯导位置用于惯导位置推算。

上述步骤S14中，为了消除惯导位置的误差，提高导航的准确性，可以在满足位置校准条件的情况下，基于GNSS定位数据、路网数据或者视觉定位数据获取到的运载体的位置对惯导位置进行修正。在对惯导位置进行修正前，可以先基于上述步骤S12中修正得到的方向和上述步骤S13中修正得到的速度进行惯导位置推算，得到修正前的惯导位置，具体的实现惯导位置推算的方法可以参照现有技术中的惯性导航算法。

在一个实施例中，上述步骤S11中所描述的基于惯性测量单元输出的测量数据，确定搭载所述惯性测量单元的运载体的惯导测量方向和惯导测量速度的过程，具体包括下述步骤：

根据预设的惯性导航算法，基于IMU输出的陀螺仪数据，得到实时角速度数据，基于IMU输出的加速度计数据进行处理，得到实时角度数据，根据实时角度数据和实时角速度数据，确定搭载IMU的运载体的惯导测量方向；

根据预设的惯性导航算法，基于IMU输出的加速度计数据，确定搭载IMU的运载体的惯导测量速度。

本发明实施例中，在基于获取的IMU输出的测量数据，确定搭载所述IMU的运载体的惯导测量方向和惯导测量速度之前，还需要根据在预设时间长度获取的GNSS定位数据和路网数据，确定运载体的初始惯导方向、初始惯导速度和初始惯导位置。由于IMU需要在运载体进入稳定运行状态之后，才能准确的进行惯性导航处理得到测量数据，因此，需要将运载体开始运动预设时间长度后，根据GNSS定位数据和路网数据确定的运载体的方向、速度和位置，作为运载体的初始惯导方向、初始惯导速度和初始惯导位置，具体的确定运载体的初始惯导方向、初始惯导速度和初始惯导位置的过程，可以参照现有技术中的描述，本发明实施例中，在此不作具体限定。

在确定运载体的初始惯导方向、初始惯导方向和初始惯导位置之后，基于IMU输出的陀螺仪数据和加速度计数据，根据预设的惯性导航算法，就可以持续得到运载体在运行过程中的惯导测量方向和惯导测量速度。

其中，以该初始惯导方向为基准方位，对陀螺仪数据中的角速度数据进行积分，就可以实时得到运载体的位姿倾角。加速度计测量得到加速度计数据反映的是运载体相对于运动方向的加速度，由于加速度计与运载体固定并随运载体转动，不知道自身的方向。根据加速度计数据可以知道运载体相对自身怎样加速，即向前、向后、向上、向下、向左或向右加速，但不知道运载体相对地面的方向，因此需要通过跟踪陀螺仪数据中的实时角速度数据及基于加速度计数据得到的实时角度数据，最终确定运载体的位姿倾角。该姿态角度包括运载体的偏航角、运载体的俯仰角和运载体的横滚角。其中运载体的偏航角即为运载体的惯导测量方向。以初始惯导速度作为初速度，应用惯性导航算法提供的运动学方程，对惯性加速度进行积分就可得到运载体的惯导测量速度，然后以初始惯导位置作为初始位置，再次积分就可得到运载体的惯导位置。

下面通过一个具体例子，说明实现确定运载体的惯导测量方向的具体过程：

在预设的采样周期T_s，通过IMU的陀螺仪获取陀螺仪数据，以及通过IMU的加速度计获取加速度计数据。

采用下述公式(1)，对陀螺仪数据进行处理，得到实时角速度数据u_gyro(t)：

其中，x₁(t)表示陀螺仪数据，x₂(t)表示陀螺仪数据的偏差，

表示运载体的姿态角度的最优估计值，即对陀螺仪数据融合后的输出姿态角度；

表示最优估计值的偏差，u_gyro(t)表示陀螺仪检测到的实时角速度数据，w(t)为过程噪声。

本发明实施例中，基于陀螺仪的动态特性，求解运载体的姿态角度时，通过对陀螺仪数据，即陀螺仪测量得到的角速度进行积分处理，构建卡尔曼滤波器中的状态方程，得到上述公式(1)。

采用下述公式(2)，对加速度计数据进行处理，得到实时角度数据z(t)：

其中，x′₁(t)表示加速度计数据，x′₂(t)表示加速度计数据的偏差，z(t)表示加速度计计算得到的实时角度数据，v(t)表示对应的测量噪声。

具体地，加速度数据包括运动时空间直角坐标系中X轴、Y轴和Z轴上的加速度分量，分别计算每个轴与该对应轴上的加速度计分量的夹角便能够得到该轴方向上运载体的姿态角度。相比陀螺仪计算角度需要依赖对时间的积分，加速度计能够在任意时刻得到运载体的姿态角度而不受之前时刻状态的影响，基于此构建卡尔曼滤波器的测量方程，得到上述公式(2)。

采用下述公式(3)，对实时角度数据z(t)和实时角速度数据u_gyro(t)进行卡曼滤波计算，得到运载体的惯导测量方向：

式中，t＝0，1，2…为离散时间，Ts为预设的采样周期，即获取陀螺仪数据和加速度计数据的时间间隔，z(t)为通过加速度计计算得到的实时角度数据，u_gyro(t)为通过陀螺仪计算得到的实时角速度数据，x₁(t)表示陀螺仪数据，x₂(t)表示陀螺仪数据的偏差，x′₁(t)表示加速度计数据，x′₂(t)表示加速度计数据的偏差，x₁(t+T_s)为卡尔曼滤波器对陀螺仪数据和加速度计数据融合后的姿态角度，x₂(t+T_s)为最优估计值的偏差。

根据上述公式(3)得到对陀螺仪数据和加速度计数据融合后的姿态角度，该姿态角度包括运载体的偏航角、运载体的俯仰角和运载体的横滚角。其中运载体的偏航角即为运载体的惯导测量方向。

本发明实施例中，为了能够实现卡尔曼滤波器，将联立后的方程离散化，按照卡尔曼滤波器迭代更新格式将过程噪声w(t)与测量噪声v(t)提取转化为噪声协方差矩阵，构键卡尔曼滤波器的系统方程得到上述公式(3)。

在一个实施例中，本发明实施例中在执行上述步骤S12时，可以通过下述方式确定是否满足方向校准条件：

基于惯性测量单元输出的陀螺仪数据，确定所述运载体是否稳定行驶；

基于所述运载体的GNSS定位数据和所述路网数据，确定所述运载体是否沿直路行驶；

基于所述运载体的GNSS定位数据，确定所述运载体的行驶速度是否高于预设的速度阈值；

在所述运载体沿直路稳定行驶、行驶速度高于预设的速度阈值时，确定满足方向校准条件。

其中，基于惯性测量单元输出的陀螺仪数据，确定所述运载体是否稳定行驶，可以通过下述方式实现：

获取预设时间长度内的惯性测量单元输出的测量数据，判断该测量数据中的陀螺仪数据的变化情况，若预设时间长度内连续采样的陀螺仪数据值基本一致或数据的抖动未超过预设的阈值范围，则确定运载体稳定运行。

其中，基于所述运载体的GNSS定位数据和所述路网数据，确定所述运载体是否沿直路行驶，可以通过下述方式实现：

将从GNSS定位数据中获取的运载体的定位位置匹配到路网数据中，得到运载体的路网匹配位置，根据路网数据中的该运载体的路网匹配位置处的前方路网形状点确定运载体所在道路是否为直路，若是，则确定运载体沿直路行驶。

其中，基于所述运载体的GNSS定位数据，确定所述运载体的行驶速度是否高于预设的速度阈值，可以通过下述方式实现：

把从GNSS定位数据中获取的运载体的GNSS定位速度当作运载体的行驶速度真值，将该GNSS定位速度与预设的速度阈值进行比较，若该GNSS定位速度高于预设的速度阈值，则确定运载体的行驶速度高于预设的速度阈值。

在一个具体实施例中，当运载体处于导航状态时，该惯导数据的修正方法还可以进一步包括：

基于所述运载体的GNSS定位数据、导航引导数据和路网数据，确定所述运载体的前方是否为路口，如果是路口且所述运载体在所述路口的导航动作为转弯，则不满足方向校准条件，如果是路口且所述运载体在所述路口的导航动作为直行，则满足方向校准条件。

本发明实施例中，当运载体处于导航状态时，由于AR导航通常是在运载体前方道路为路口时启动，在路口启动AR导航的情况下，如果运载体的方向发生变化需要对运载体的惯导测量方向的修正进行抑制，即运载体在路口进行转弯时不能再对运载体的惯导方向进行纠正，因此，本发明实施例中，可以首先将从GNSS定位数据中获取的运载体的定位位置匹配到路网数据中，得到运载体的路网匹配位置，根据路网数据中的该运载体的路网匹配位置处的路网形状点确定运载体所在道路前方是否为路口，若是路口则进一步获取导航引导数据中的导航动作类型，若运载体在路口的导航动作为转弯，则确定不满足方向校准条件，若运载体在路口的导航动作为直行，则认为不需要对运载体的惯导方向修正进行抑制，即满足方向校准条件。

在一个具体实施例中，为了更准确的确定是否满足方向校准条件，当确定运载体的前方为路口时，可以获取导航数据中距离运载体所处位置最近的导航引导数据，判断导航引导数据中导航动作类型是否为转弯动作，以及判断导航引导数据中该导航动作的导航动作距离是否大于预设距离，若该导航动作不是转弯动作，或者该导航动作虽然为转弯动作但该导航动作的导航动作距离大于预设距离，则确定满足方向校准条件。导航引导数据可以是从导航服务器获取的数据，在对运载体进行导航过程中，导航服务器可以持续将导航引导数据中的导航引导数据下发到运载体上的导航服务接收端。

上述导航动作距离可以是导航动作起报点位置，即从GNSS定位数据中获取的运载体的位置与运载体进行导航动作的位置之间的距离，例如，当在运载体的位置距离运载体进行导航动作的位置为200m时，导航服务器发起导航引导，进行导航动作提醒，则该导航动作距离即为200m。本发明实施例中所描述的路口可以是现有技术中路网中道路的路口类型，例如，平面交叉路口、环形交叉路口、立体交叉路口、转弯路口或掉头路口等，其中平面交叉路口可以包括X形交叉、T形交叉、Y形交叉和多路口交叉等。

本发明实施例中，为了更准确的确定是否满足方向校准条件，在执行基于所述运载体的GNSS定位数据、导航引导数据和路网数据，确定所述运载体的前方是否为路口，如果是路口且所述运载体在所述路口的导航动作为转弯，则不满足方向校准条件，如果是路口且所述运载体在所述路口的导航动作为直行，则满足方向校准条件的步骤之前，还可以进一步包括：

将从GNSS定位数据中获取的运载体的定位位置匹配到路网数据中，得到运载体的路网匹配位置，根据路网数据中的该运载体的路网匹配位置处的路网形状点确定运载体所在道路前方预设距离有转向道路且路径唯一时，对导航数据中的导航动作进行增补；

将从GNSS定位数据中获取的运载体的定位位置匹配到路网数据中，得到运载体的路网匹配位置，根据路网数据中的该运载体的路网匹配位置处的路网形状点确定运载体所在道路前方预设距离为直路且路径不唯一时，对导航数据中的导航动作进行删除。

本发明实施例中，将从GNSS定位数据中获取的运载体的位置匹配到路网数据中，根据路网数据中的路网形状点可以确定运载体所处的道路的路径状况，即确定运载体当前时刻所处的道路的前方路径为直路、前方路径为路口、前方预设距离有转向道路且路径唯一或前方预设距离为直路且前方路径不唯一。当前方路径为直路时，运载体的运动轨迹为直线，所以此时导航数据中的导航动作为直行，或者当导航数据中未包含导航引导数据时，我们也可以默认为导航动作为直行；若前方路径为路口，则导航数据中包括导航动作为转弯，该导航动作包括前方路口左转、前方路口右转、前方靠左行驶以及前方靠右行驶，以实现引导运载体转向、直行、靠左行驶或靠右行驶；若前方预设距离有转向道路且路径唯一，不需要对运载体进行导航引导，所以导航引导数据中往往缺少前方预设距离有转向道路且路径唯一时的导航动作，此时为了保证IMU在运载体转向时数据的准确性，避免在运载体转弯过程中对惯导测量方向进行修正，需要对导航引导数据中缺失的该导航动作类型为转弯的导航动作进行增补；若前方预设距离为直路且路径不唯一，比如，高速公路中往往会在直路的最外侧车道设置高速公路出口，为了防止用户行驶到高速公路出口所在的道路上，导航数据中一般都会包括提示不能走到高速公路出口所在道路对应的导航引导数据，例如靠左行驶或靠右行驶的导航动作，以提醒用户避开高速公路出口所在道路，由于此时前方预设距离为直路，可以满足方向校准条件，因此，需要在前方预设距离为直路且路径不唯一时，将导航数据中的提示靠左行驶或靠右行驶的导航动作对应的导航引导数据删除，以避免由于导航动作的存在，抑制了对运载体的惯导测量进行修正。

在一个具体实施例中，当确定满足方向校准条件时，基于所述运载体的GNSS定位数据、路网数据或视觉定位数据，对所述惯导测量方向进行修正，具体包括：

从所述运载体的GNSS定位数据中获取的运载体的方向，或，

基于所述运载体的GNSS定位数据和所述路网数据中获取的运载体所在道路的路径方向，或，

从所述运载体的视觉定位数据中，获取运载体的方向；

基于所述方向中的至少一个对所述惯导测量方向进行修正，确定修改得到的方向。

本发明实施例中，在对运载体的惯导测量方向进行修正之前，可以先根据GNSS定位数据判断GNSS信号是否满足预设的条件，若是，则确定可以基于从GNSS定位数据中获取的运载体的方向对该惯导测量方向进行修正。由于现有技术中通过GNSS全球卫星定位系统进行定位过程中，需要通过GNSS接收机接收GNSS导航服务器发送的GNSS定位数据，如果在道路环境中受信号干扰或遮挡现象影响，GNSS接收机获取的GNSS信号的强度可能会减弱，此时从GNSS定位数据中获取的运载体的方向就不能反映运载体的真实行驶方向，此时不能采用GNSS定位数据中获取的运载体的方向对运载体的惯导测量方向进行校准。因此，在对运载体的惯导测量方向进行修正时，需要先判断GNSS定位数据中GNSS信号是否满足预设的条件，即GNSS信号的强度是否达到对运载体的惯导测量方向进行修正的要求。其中，GNSS信号的强度的判断可以参照现有技术中的方式，本发明实施例中，在此不作具体限定。

本发明实施例中，将从GNSS定位数据中获取的运载体的定位位置匹配到路网数据中，得到运载体的路网匹配位置，根据路网数据中的该运载体的路网匹配位置处的路网形状点确定运载体所在道路，并同时可以得到该道路的路径方向。

本发明实施例中的视觉定位数据，可以通过下述方式得到：

获取运载体搭载的视觉传感器采集的道路图像和所述运载体的GNSS定位数据；

基于所述道路图像和所述运载体的GNSS定位数据，请求视觉定位服务返回基于所述道路图像及所述运载体的GNSS定位数据确定的视觉定位数据，所述视觉定位数据包括运载体的定位位置和运载体的方向。

本发明实施例中，可将采集道路图像的视觉传感器和IMU一同搭载在运载体上，且视觉传感器和IMU始终保持固定的位置关系和姿态关系。视觉传感器在运载体运行过程中，进行拍摄得到运载体所在道路的前方道路周边环境的道路图像。当获取到运载体的道路图像和运载体的GNSS定位数据之后，可以通过运载体的数据传输装置将该采集的道路图像和GNSS定位数据发送到视觉定位服务器，并请求视觉定位服务返回基于所述道路图像及所述运载体的GNSS定位数据确定的视觉定位数据。

当视觉定位服务器接收到该采集的道路图像和GNSS定位数据时，视觉定位服务器获取GNSS定位数据中该运载体的定位位置，通过该运载体的定位位置与预先存储的各全景图像中的采集位置进行比较，就可以获取到距离该运载体的定位位置最接近的全景图像，即GNSS定位数据中运载体的定位位置处的全景图像。接着，基于该采集的道路图像中各参照物的位置和方向、全景图像中与道路图像中相同的参照物的位置和方向，采用预设的视觉定位算法得到该运载体相对于全景图像的采集位置的距离和方向，得到视觉定位数据，包括运载体的定位位置和方向。最后，视觉定位服务器根据上述获取视觉定位数据的请求，返回基于该采集的道路图像及运载体的GNSS定位数据确定的视觉定位数据。

本发明实施例中，由于运载体所述道路环境和天气等因素，可能会对视觉传感器采集的道路图像的清晰度产生影响，比如运载体所处道路环境为黑夜或天气为雾天或雨天天气，视觉传感器采集的道路图像清晰度不高，道路图像中的参照物的特征较少，造成视觉定位服务器确定的视觉定位数据不准确或无法获取到视觉定位数据，因此，在对运载体的惯导测量方向进行修正之前，可以先根据采集的道路图像判断视觉定位数据是否可用，若是，则确定可以基于从视觉定位数据中获取的运载体的方向对该惯导测量方向进行修正。

本发明实施例中，上述预设的视觉定位算法和实现视觉定位的具体方案可以参照现有技术中关于视觉定位技术的描述，本发明实施例中，对此不作具体限定。其中，视觉定位服务器中预先存储的各全景图像可以是通过采集设备，例如采集车，采集的道路中的预设位置的360°方向的全景图像，并上报到视觉定位服务器的。采集设备在采集全景图像时，会同时获取采集设备在当前采集位置的GNSS定位数据。

本发明实施例中，在对运载体的惯导测量方向进行修正时，可以根据GNSS定位数据、路网数据和视觉定位数据的数据置信度选择其中一个置信度最高的数据所确定的方向对运载体的惯导测量方向进行修正；或者，可以随机选择从GNSS定位数据中获取的运载体的方向、基于所述运载体的GNSS定位数据和所述路网数据，确定的运载体所在道路的路径方向和从视觉定位数据中获取的运载体的方向中的任一个对运载体的惯导测量方向进行修正；也可以综合考虑从GNSS定位数据中获取的运载体的方向、基于所述运载体的GNSS定位数据和所述路网数据，确定的运载体所在道路的路径方向和从视觉定位数据中获取的运载体的方向中的至少一个对运载体的惯导测量方向进行修正。

在一个具体实施例中，在对惯导测量方向进行修正时，可以是将从所述运载体的GNSS定位数据中获取的运载体的方向、基于所述运载体的GNSS定位数据和所述路网数据，确定的运载体所在道路的路径方向以及从所述运载体的视觉定位数据中获取运载体的方向中的任一个作为真值，将运载体的惯导测量方向修正为作为真值的运载体的方向。

在一个实施例中，本发明实施例中在执行上述步骤S13时，可以通过下述方式确定是否满足速度校准条件：

基于所述运载体的GNSS定位数据确定的运载体的GNSS定位速度曲线和基于所述惯性测量单元输出的测量数据确定的运载体的惯导速度曲线相似时，确定满足速度校准条件。

本发明实施例中，若要使用GNSS定位数据中运载体的GNSS定位速度对运载体的惯导测量速度进行校准，需要确定在预设时长内GNSS定位数据中运载体的GNSS定位速度的变化趋势与通过惯性测量单元输出的测量数据确定的惯导测量速度的变化趋势是一致的。具体实现确定GNSS定位速度和惯导测量速度的变化趋势的过程可以是，分别获取预设时长内所述运载体的GNSS定位数据中运载体的GNSS定位速度，得到所述GNSS定位速度曲线；以及获取所述预设时长内基于所述惯性测量单元输出的测量数据确定的运载体的惯导测量速度，得到所述惯导速度曲线，通过GNSS定位速度曲线表示预设时长内运载体的GNSS定位速度的变化趋势，以及通过该惯导速度曲线表示运载体的惯导测量速度的变化趋势，对比该GNSS定位速度曲线和该惯导速度曲线的相似度，确定两者是否相似，若两者的相似度满足预设条件，则认为GNSS定位速度和惯导测量速度的变化趋势是一致的，此时可以使用GNSS定位数据中运载体的GNSS定位速度对运载体的惯导测量速度进行修正。

在进行惯导测量速度修正时，可以将从GNSS定位数据中获取运载体的GNSS定位速度作为真值，将运载体的惯导测量速度修正为该运载体的GNSS定位速度。实现运载体的惯导测量速度修正的具体实现方式，可以参照现有技术中关于速度修正的具体实现方案，本发明实施例中，在此不作具体限定。

在一个具体实施例中，确定GNSS定位速度曲线和惯导速度曲线的相似度可以采用现有技术中的具体实现方式，例如通过GNSS定位速度曲线和惯导速度曲线的波形比较，确定两者的波形相似度，具体的确定波形相似度的方法可以是采用余弦相似度计算的方式或采用计算两个波形的欧式距离的方式，只要能够实现确定两个波形的相似度的方式都可以采用，本发明实施例中，对此不作具体限定。

在一个具体实施例中，当运载体处于导航状态时，该惯导数据的修正方法还可以进一步包括：在运载体沿规则道路稳定行驶、行驶速度高于预设的速度阈值时，则确定满足速度校准条件。

其中，确定运载体是否稳定行驶的实现过程可以参照上述实施例中基于惯性测量单元输出的陀螺仪数据，确定所述运载体是否稳定行驶的详细描述，在此不再赘述。

其中，可以通过下述方式确定运载体是否沿规则道路行驶：

将从GNSS定位数据中获取的运载体的定位位置匹配到路网数据中，得到运载体的路网匹配位置，根据路网数据中的该运载体的路网匹配位置处的路网形状点确定运载体所在道路是否为规则道路，若是，则确定运载体沿规则道路行驶。本发明实施例中所描述的规则道路可以是直路或环岛路。

其中，确定运载体的行驶速度是否高于预设的速度阈值的实现过程可以参照上述实施例中基于所述运载体的GNSS定位数据，确定所述运载体的行驶速度是否高于预设的速度阈值的详细描述，在此不再赘述。

本发明实施例中，在基于所述运载体的GNSS定位数据，对惯导测量速度进行修正时，可以在运载体沿规则道路稳定行驶、行驶速度高于预设的速度阈值时使用从GNSS定位数据中获取的GNSS定位速度修正运载体的惯导测量速度，因为，在运载体沿规则道路稳定行驶、行驶速度高于预设的速度阈值时获取的GNSS定位速度可以更准确的反应运载体的真实行驶速度，这种情况下使用运载体的GNSS定位速度对运载体的惯导测量速度进行修正，修正得到的惯导速度才可能消除或减小惯性导航测量时产生的误差，提高修正后的惯导速度的精确度。

在一个实施例中，本发明实施例中在执行上述步骤S14时，可以通过下述方式确定是否满足位置校准条件：

基于修正得到的方向和修正得到的速度进行位置推算，确定所述运载体的惯导位置；

基于所述运载体的GNSS定位数据和所述路网数据，确定所述运载体的路网匹配位置；

当所述惯导位置与所述路网匹配位置距离大于预设距离阈值时，确定满足位置校准条件。

本发明实施例中，基于修正得到的方向和修正得到的速度进行位置推算，得到运载体的惯导位置，可以根据预设的惯性导航算法来实现，具体的实现过程还可以参照上述关于惯性导航算法的详细描述，在此不再赘述。

本发明实施例中，基于所述运载体的GNSS定位数据和所述路网数据，确定所述运载体的路网匹配位置的具体实现过程可以参照现有技术中的方式，在此不再赘述。

在一个具体实施例中，当确定满足位置校准条件时，所述基于GNSS定位数据、路网数据或者视觉定位数据，对惯导位置进行修正，包括：

基于从所述GNSS定位数据中获取的运载体的定位位置、所述GNSS定位数据在所述路网数据中匹配的位置数据和所述视觉定位数据中获取的运载体的定位位置中的至少一个对所述惯导位置进行修正，确定修正得到的惯导位置。

本发明实施例中，在对运载体的惯导位置进行修正之前，可以先根据GNSS定位数据判断GNSS信号是否满足预设的条件，若是，则确定可以基于从GNSS定位数据中获取的运载体的位置对该惯导位置进行修正。由于现有技术中通过GNSS全球卫星定位系统进行定位过程中，需要通过GNSS接收机接收GNSS导航服务器发送的GNSS定位数据，如果在道路环境中受信号干扰或遮挡现象影响，GNSS接收机获取的GNSS信号的强度可能会减弱，此时从GNSS定位数据中获取的运载体的位置就不能反映运载体的真实位置，此时不能采用GNSS定位数据中获取的运载体的位置对运载体的惯导位置进行校准。因此，在对运载体的惯导位置进行修正时，需要先判断GNSS定位数据中GNSS信号是否满足预设的条件，即GNSS信号的强度是否达到对运载体的惯导位置进行修正的要求。

本发明实施例中，基于从GNSS定位数据中获取的运载体的位置对该惯导位置进行修正时，可以根据从GNSS定位数据中获取的运载体的位置与运载体的惯导位置的横向和纵向的距离差值的大小，采用插帧方式对运载体的惯导位置进行修正，基于该从GNSS定位数据中获取的运载体的位置与运载体的惯导位置的距离设置合理的插帧的步长，当两个位置的距离越远时，则插帧的步长越大，两个位置的距离越近时，则插帧的步长也越小，将运载体的惯导位置向从GNSS定位数据中获取的运载体的位置进行偏移，得到运载体的修正后的惯导位置，经过多次修正之后，就可以实现将运载体的惯导位置平滑的偏移到从GNSS定位数据中获取的运载体的位置。其中，插帧的步长是指每次插帧时运载体的惯导位置所偏移的距离的大小。

本发明实施例中，由于路网数据中的路网形状点与真实路网环境中的道路会存在贴合不好的情况，即路网数据中的路网形状点的连接线与真实路网环境中的道路不一致，因此，在使用所述GNSS定位数据在所述路网数据中匹配的位置数据对运载体的惯导位置进行修正时，可以将该路网匹配位置作为参考位置，将运载体的惯导位置修正到距离该路网匹配位置小于预设距离阈值的范围内即可，而不必须修正到该路网匹配位置。

在一个具体实施例中，在基于GNSS定位数据在所述路网数据中匹配的位置数据对惯导位置进行修正时，可以将从GPS数据中获取的运载体的位置匹配到路网数据中，得到运载体的路网匹配位置，根据路网数据中的该运载体的路网匹配位置处的前方路网形状点确定运载体所在道路是否为规则路网，例如，运载体所在道路为直路或环岛路。若确定运载体所在道路为规则路网，则进一步将路网形状点的连接线的波形与根据运载体的惯导位置形成的轨迹的波形进行对比，确定两个波形的相似度，如果两个波形的相似度大于预设值，则表明运载体的行驶轨迹也是规则的，可以根据路网形状点的连接线的波形的角度或曲率修正运载体的惯导位置形成的轨迹的波形的角度或曲率，从而实现将运载体的惯导位置修正到距离该路网匹配位置小于预设距离阈值的范围内。

本发明实施例中，由于运载体所述道路环境和天气等因素，可能会对视觉传感器采集的道路图像的清晰度产生影响，比如运载体所处道路环境为黑夜或天气为雾天或雨天天气，视觉传感器采集的道路图像清晰度不高，道路图像中的参照物的特征较少，造成视觉定位服务器确定的视觉定位数据不准确或无法获取到视觉定位数据，因此，在对运载体的惯导测量方向进行修正之前，可以先根据采集的道路图像判断视觉定位数据是否可用，若是，则确定可以基于从视觉定位数据中获取的运载体的定位位置对该惯导位置进行修正。使用从视觉定位数据中获取的运载体的定位位置对运载体的惯导位置进行修正时，可以是将该运载体的定位位置作为真值，将运载体的惯导位置修正为该运载体的定位位置。

本发明实施例中，在对运载体的惯导位置进行修正时，可以随机选择从所述GNSS定位数据中获取的运载体的定位位置、从GNSS定位数据在所述路网数据中匹配的位置数据中获取的运载体的路网匹配位置和从所述视觉定位数据中获取的运载体的定位位置中的任一个对运载体的惯导位置进行修正。也可以综合考虑从所述GNSS定位数据中运载体的定位位置、GNSS定位数据在所述路网数据中匹配的位置数据和所述视觉定位数据中获取的运载体的定位位置对运载体的惯导位置进行修正。

本发明实施例中，由于GNSS信号的强度不同，从GNSS定位数据中获取的运载体的位置的可信度高低不同；由于视觉传感器采集的道路图像的清晰度不同，得到的视觉定位数据的准确性也会有差异；而由于路网数据是基于现实道路环境预先制作的数据，路网数据中的路网形状点的稳定性高，采用将GNSS定位数据匹配到路网数据中，得到的运载体的路网匹配位置的稳定性高。因此，在对运载体的惯导位置进行修正时，可以根据GNSS定位数据、路网数据和视觉定位数据的数据置信度选择其中一个置信度最高的数据所确定的位置对运载体的惯导测量方向进行修正。对惯导位置进行修正的具体实现方式，还可以参照现有技术中关于方向修正的具体实现方案，本发明实施例中，在此不作具体限定。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种惯导数据的修正装置和系统，由于这些装置和系统所解决问题的原理与前述的惯导数据的修正方法相似，因此该装置和系统的实施可以参见前述惯导数据的修正方法的实施，重复之处不再赘述。

本发明实施例还提供一种惯导数据的修正装置，参照图2所示，该装置包括：

惯导模块101，用于基于惯性测量单元输出的测量数据，确定搭载所述惯性测量单元的运载体的惯导测量方向和惯导测量速度，所述测量数据包括陀螺仪数据和加速度计数据；

方向修正模块102，用于在满足方向校准条件时，基于所述运载体的GNSS定位数据、路网数据或视觉定位数据，对所述惯导测量方向进行修正，修正得到的方向用于惯导方向和惯导位置推算；

速度修正模块103，用于在满足速度校准条件时，基于所述运载体的GNSS定位数据，对惯导测量速度进行修正，修正得到的速度用于惯导位置推算；

位置修正模块104，用于在满足位置校准条件时，基于GNSS定位数据、路网数据或者视觉定位数据，对惯导位置进行修正，修正得到的惯导位置用于惯导位置推。

在一个实施例中，上述方向修正模块102，还用于基于惯性测量单元输出的陀螺仪数据，确定所述运载体是否稳定行驶；

在一个实施例中，所述运载体处于导航状态时，上述方向修正模块102，还用于基于所述运载体的GNSS定位数据、导航引导数据和路网数据，确定所述运载体的前方是否为路口，如果是路口且所述运载体在所述路口的导航动作为转弯，则不满足方向校准条件，如果是路口且所述运载体在所述路口的导航动作为直行，则满足方向校准条件。

在一个实施例中，上述方向修正模块102，具体用于从所述运载体的GNSS定位数据中获取的运载体的方向，或，

基于所述运载体的GNSS定位数据和所述路网数据，确定的运载体所在道路的路径方向，或，

从所述运载体的视觉定位数据中，获取运载体的方向；

在一个实施例中，上述速度修正模块103，还用于基于所述运载体的GNSS定位数据确定的运载体的GNSS定位速度曲线和基于所述惯性测量单元输出的测量数据确定的运载体的惯导速度曲线相似时，确定满足速度校准条件。

在一个实施例中，上述速度修正模块103，具体用于获取预设时长内所述运载体的GNSS定位数据中运载体的GNSS定位速度，得到所述GNSS定位速度曲线；

获取所述预设时长内基于所述惯性测量单元输出的测量数据确定的运载体的惯导测量速度，得到所述惯导速度曲线；

对比所述GNSS定位速度曲线和所述惯导速度曲线的相似度，确定两者是否相似。

在一个实施例中，上述位置修正模块104，还用于基于修正得到的方向和修正得到的速度进行位置推算，确定所述运载体的惯导位置；

在一个实施例中，上述位置修正模块104，还用于具体用于基于从所述GNSS定位数据中获取的运载体的定位位置、所述GNSS定位数据在所述路网数据中匹配的位置数据和所述视觉定位数据中获取的运载体的定位位置中的至少一个对所述惯导位置进行修正，确定修正得到的惯导位置。

在一个实施例中，上述惯性导航装置还包括视觉定位请求模块，用于获取运载体搭载的视觉传感器采集的道路图像和所述运载体的GNSS定位数据；

本发明实施例还提供一种导航系统，参照图3所示，该系统包括：GNSS定位服务器2、路网数据服务器3、视觉定位服务器4、导航服务器5和上述的惯导数据的修正装置1；

所述GNSS定位服务器2，用于提供GNSS定位数据；

所述路网数据服务器3，用于提供路网数据；

所述视觉定位服务器4，用于提供视觉定位数据；

所述导航服务器5，用于提供导航数据。

本发明实施例还提供一种惯性导航服务，所述服务运行时执行上述的惯导数据的修正方法。

本发明实施例提供的上述惯导数据的修正方法，在确定满足校准条件时，对通过惯性导航得到的惯导测量方向、惯导测量速度分别进行修正，修正得到的速度和方向继续用于惯导位置推算。在不需要磁力计的测量数据的情况下，实现对基于IMU集成的加速度计和陀螺仪的测量数据得到的惯导测量方向、惯导测量速度以及惯导位置进行修正，消除或降低通过惯性导航得到的惯导测量方向、惯导测量速度以及惯导位置的误差，得到实时、稳定、精度可靠的方向、速度以及位置。本方法得到的各运动参数满足导航需求，能够适用于搭载的IMU仅集成加速度计和陀螺仪的硬件设备，降低了实现导航的成本，提高了导航的准确率。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种惯导数据的修正方法，包括：

2.如权利要求1所述的方法，其中，

3.如权利要求2所述的方法，其中，所述运载体处于导航状态，所述方法进一步包括：

4.如权利要求3所述的方法，所述基于所述运载体的GNSS定位数据、路网数据或视觉定位数据，对所述惯导测量方向进行修正，包括：

从所述运载体的GNSS定位数据中获取的运载体的方向，或，

从所述运载体的视觉定位数据中，获取运载体的方向；

5.如权利要求1所述的方法，其中，

6.如权利要求5所述的方法，还包括：通过下述方式确定所述基于运载体的GNSS定位数据确定的运载体的GNSS定位速度曲线和基于所述惯性测量单元输出的测量数据确定的运载体的惯导速度曲线是否相似：

获取预设时长内所述运载体的GNSS定位数据中运载体的GNSS定位速度，得到所述GNSS定位速度曲线；

7.如权利要求1所述的方法，其中，

8.如权利要求7所述的方法，所述基于GNSS定位数据、路网数据或者视觉定位数据，对惯导位置进行修正，包括：

9.如权利要求1-8所述的方法，其中，

10.一种惯导数据的修正装置，包括：

11.一种导航系统，包括：GNSS定位服务器、路网数据服务器、视觉定位服务器、导航服务器和权利要求10所述的惯导数据的修正装置；

所述GNSS定位服务器，用于提供GNSS定位数据；

所述路网数据服务器，用于提供路网数据；

所述视觉定位服务器，用于提供视觉定位数据；

所述导航服务器，用于提供导航引导数据。