CN116088014A - 一种基于经纬度信息的主车信息坐标系转换方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于经纬度信息的主车信息坐标系转换方法及系统，属于自动驾驶技术领域。该方法包括：采集主车的经纬度信息以及主车视角下的相对运动环境信息；将所述经纬度信息转换为大地坐标系下的轨迹坐标信息，得到主车的绝对轨迹；根据所述主车的绝对轨迹，确定主车的横摆角；基于所述横摆角，将所述主车视角下的相对运动环境信息转换为鸟瞰视角下的绝对运动环境信息。本发明将主车视角下的相对运动环境信息转换到鸟瞰视角下的绝对运动环境信息，从而能够帮助自动驾驶车辆对视觉采集信息的研究，也方便其与路端设备进行信息融合，加强自动驾驶车辆对于驾驶场景的全局理解。

Description

一种基于经纬度信息的主车信息坐标系转换方法及系统
技术领域
本发明涉及自动驾驶技术领域，特别涉及一种基于经纬度信息的主车信息坐标系转换方法及系统。
背景技术
随着汽车保有量的不断提升和自动驾驶技术的不断进步，智能驾驶系统逐渐进入公众视野，其中车端传感器采集的环境信息成为自动驾驶车辆的视觉识别信息的重要来源。目前对于车端环境信息的处理方法还存在一定的缺陷。
在典型自动驾驶车辆中，车辆视觉传感器往往是与车体固连的，所以车端设备采集到的环境信息往往是在主车视角下，坐标系跟随车辆的运动而不断移动，其主要缺点：一方面难以直接研究交通参与对象的绝对轨迹，另一方面也对驾驶场景的全局理解具有局限性。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于经纬度信息的主车信息坐标系转换方法及系统，将环境信息从主车视角坐标系下的相对信息转换到鸟瞰视角坐标系下的绝对坐标。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种基于经纬度信息的主车信息坐标系转换方法，包括：
采集主车的经纬度信息以及主车视角下的相对运动环境信息；所述主车视角下的相对运动环境信息包括：周边交通参与者在主车视角坐标系下的位置相对坐标和速度相对坐标；
将所述经纬度信息转换为大地坐标系下的轨迹坐标信息，得到主车的绝对轨迹；所述大地坐标系以正东方向为x轴正方向，以正北方向为y轴正方向，以主车运动轨迹的起始点为原点；
根据所述主车的绝对轨迹，确定主车的横摆角；
基于所述横摆角，将所述主车视角下的相对运动环境信息转换为鸟瞰视角下的绝对运动环境信息；所述鸟瞰视角下的绝对运动环境信息包括：周围交通参与者在鸟瞰视角坐标系中的位置绝对坐标和速度绝对坐标。
可选地，在将所述经纬度信息转换为大地坐标系下的轨迹坐标信息，得到主车的绝对轨迹之后，还包括：
利用加权线性回归的方法对所述绝对轨迹进行平滑处理。
可选地，根据所述主车的绝对轨迹，确定主车的横摆角，具体包括：
根据所述主车的绝对轨迹，确定主车不同方向上的绝对速度；
基于不同方向上的绝对速度确定主车的横摆角。
可选地，所述主车不同方向上的绝对速度的计算公式如下：
；
其中，为时刻x方向的主车绝对速度，为时刻y方向的主车绝对速度，为第k个数据采集的时间点，，为数据采集长度，为固定的时间间隔，为时刻对应的主车绝对轨迹坐标。
可选地，基于所述横摆角，通过公式，将所述主车视角下的相对运动环境信息转换为鸟瞰视角下的绝对运动环境信息；
其中，为横摆角；(,)为周围交通参与者在鸟瞰视角坐标系中的位置绝对坐标；(,)为周围交通参与者在鸟瞰视角坐标系中x轴方向和y轴方向上的速度绝对坐标；(,)为周围交通参与者在主车视角坐标系中的位置相对坐标；(,)为周围交通参与者在主车视角坐标系中的x轴方向和y轴方向上的速度相对坐标；(,)为主车在大地坐标系中的位置绝对坐标；(,)为主车在大地坐标系中x轴方向和y轴方向上的速度绝对坐标。
可选地，在基于所述横摆角，将所述主车视角下的相对运动环境信息转换为鸟瞰视角下的绝对运动环境信息之后，还包括：
利用加权线性回归方法对鸟瞰视角下的绝对运动环境信息进行平滑处理。
本发明还提供了一种基于经纬度信息的主车信息坐标系转换系统，包括：
采集模块，用于采集主车的经纬度信息以及主车视角下的相对运动环境信息；所述主车视角下的相对运动环境信息包括：周边交通参与者在主车视角坐标系下的位置相对坐标和速度相对坐标；
第一转换模块，用于将所述经纬度信息转换为大地坐标系下的轨迹坐标信息，得到主车的绝对轨迹；所述大地坐标系以正东方向为x轴正方向，以正北方向为y轴正方向，以主车运动轨迹的起始点为原点；
横摆角确定模块，用于根据所述主车的绝对轨迹，确定主车的横摆角；
第二转换模块，用于基于所述横摆角，将所述主车视角下的相对运动环境信息转换为鸟瞰视角下的绝对运动环境信息；所述鸟瞰视角下的绝对运动环境信息包括：周围交通参与者在鸟瞰视角坐标系中的位置绝对坐标和速度绝对坐标。
可选地，所述横摆角确定模块，具体包括：
绝对速度确定单元，用于根据所述主车的绝对轨迹，确定主车不同方向上的绝对速度；
横摆角确定单元，用于基于不同方向上的绝对速度确定主车的横摆角。
可选地，还包括：
平滑处理模块，用于利用加权线性回归的方法对所述绝对轨迹以及鸟瞰视角下的绝对运动环境信息进行平滑处理。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明通过GPS采集主车的经纬度信息，并根据经纬度信息得到主车轨迹信息，从而得到相关的坐标系转换参数，即主车横摆角，然后基于坐标系转换参数将主车视角下的相对运动环境信息转换到鸟瞰视角下的绝对运动环境信息，从而能够帮助自动驾驶车辆对视觉采集信息的研究，也方便其与路端设备进行信息融合，加强自动驾驶车辆对于驾驶场景的全局理解。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一提供的基于经纬度信息的主车信息坐标系转换方法的流程图；
图2为本发明实施例一提供的局部大地坐标系示意图；
图3为本发明实施例一提供的相对坐标转换为绝对坐标的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种基于经纬度信息的主车信息坐标系转换方法及系统，将环境信息从主车视角坐标系下的相对信息转换到鸟瞰视角坐标系下的绝对坐标。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
定义假设：仅考虑车辆横摆方向转动和车辆在平面内运动，即只考虑车辆在xOy平面的运动，因为车辆的鸟瞰视角本身忽略了运动中车辆绕y轴的俯仰方向的转动运动、绕x轴侧倾方向的转动运动以及车辆垂直方向运动的信息，因此坐标系转换时忽略了相关的信息。
如图1所示，本实施例提供了一种基于经纬度信息的主车信息坐标系转换方法，该方法包括以下步骤：
步骤101：采集主车的经纬度信息以及主车视角下的相对运动环境信息；所述主车视角下的相对运动环境信息包括：周边交通参与者在主车视角坐标系下的位置相对坐标和速度相对坐标。
步骤102：将所述经纬度信息转换为大地坐标系下的轨迹坐标信息，得到主车的绝对轨迹；所述大地坐标系以正东方向为x轴正方向，以正北方向为y轴正方向，以主车运动轨迹的起始点为原点。
将GPS（Global Positioning System，全球定位系统）采集的经纬度信息转换为大地坐标系下的轨迹坐标信息。设定的大地坐标系，以正东方向为x轴正方向，正北方向为y轴正方向，坐标系原点设定在主车运动轨迹的起始点，如图2所示，图2中，(x0, y0)为主车在大地坐标系中的位置绝对坐标；v0为主车在大地坐标系中的速度；v为主车的行驶速度。
步骤103：根据所述主车的绝对轨迹，确定主车的横摆角。具体包括：根据所述主车的绝对轨迹，确定主车不同方向上的绝对速度；基于不同方向上的绝对速度确定主车的横摆角。
利用主车的绝对轨迹得到车辆的绝对速度。由于车辆轨迹是由离散轨迹点所组成，无法通过直接对连续函数求导的方法进行微分，所以这里采用数值微分的方法来求得主车的绝对速度。数值微分的方法有差商型、插值型、样条函数等方法，为了降低计算成本，同时避免高阶插值导致的龙格现象，这里选取分段三点公式，即公式进行等距数值微分，得到主车的绝对速度。
；
其中，为时刻x方向的主车绝对速度，为时刻y方向的主车绝对速度，为第k个数据采集的时间点，以此为数值微分节点，由于传感器采集的频率确定，因而这里采用的是等距的数值微分。，为数据采集长度，为固定的时间间隔，为时刻对应的主车绝对轨迹坐标。
另外，主车的绝对轨迹实际上是较为光滑的，然而GPS采集的数据是存在一定的噪声误差的，因此这里首先利用加权线性回归（Lowess）的方法对数据进行平滑处理，从而能够一定程度上过滤掉GPS采集时的噪声，同时得到光滑的主车绝对轨迹，方便下一步利用数值微分的方法得到车辆的绝对速度。加权线性回归，是以一个点为中心，通过向前后截取一段数据，利用权值函数对该段数据进行线性回归，并将这段回归线的中心点作为拟合后曲线对应的拟合点，每个数据点均可以分别进行加权回归，最后这些中心点的连线就是这段数据的Lowess曲线。
根据得到的不同方向上的绝对速度，进一步得到主车的横摆角，如图3所示。图3中，A为周边交通参与者；xOy为将经纬度信息转化为绝对轨迹坐标所在的大地坐标系；x'O'y'为主车视角下的相对坐标系。将数据采集车辆运动轨迹的切线方向视为车头方向，即基于所求得的x、y方向的主车绝对速度的大小得到主车绝对速度的方向，绝对速度的方向与x轴正方向的夹角即为横摆角的大小，据此可以进行下一步的坐标系转换。
步骤104：基于所述横摆角，将所述主车视角下的相对运动环境信息转换为鸟瞰视角下的绝对运动环境信息；所述鸟瞰视角下的绝对运动环境信息包括：周围交通参与者在鸟瞰视角坐标系中的位置绝对坐标和速度绝对坐标。
根据横摆角可以进行坐标系转换，根据欧拉公式，可利用下式完成主车视角下周围交通参与者的位置、速度到鸟瞰视角坐标系下的坐标转换，将处于运动的主车视角坐标系下的相对坐标转换到鸟瞰视角坐标系下的绝对坐标。
其中，为横摆角；(,)为周围交通参与者在鸟瞰视角坐标系中的位置绝对坐标；(,)为周围交通参与者在鸟瞰视角坐标系中x轴方向和y轴方向上的速度绝对坐标；(,)为周围交通参与者在主车视角坐标系中的位置相对坐标；(,)为周围交通参与者在主车视角坐标系中的x轴方向和y轴方向上的速度相对坐标；(,)为主车在大地坐标系中的位置绝对坐标；(,)为主车在大地坐标系中x轴方向和y轴方向上的速度绝对坐标。
由于车辆运动过程中，视觉传感器采集的数据（即主车视角下的相对运动环境信息）也会受到噪声误差的影响，对于转换为鸟瞰视角下的绝对运动环境信息同样会出现波动的情况，所以对于转换为鸟瞰视角下的绝对运动环境信息同样进行平滑处理，利用加权线性回归（Lowess）的方法对转换为鸟瞰视角下的绝对运动环境信息进行平滑处理，得到最终的平滑轨迹。得到的最终转换为鸟瞰视角下的绝对运动环境信息是平滑的，轨迹信息数据大多数是符合车辆运动的动力学要求的。
与现有技术相比，本发明解决了目前视觉传感器采集到的数据局限在主车视角下的后续数据处理问题，利用所得到的鸟瞰视角下的绝对运动环境信息，方便车辆进行进一步的驾驶场景理解与决策规划。具体而言，利用GPS采集的经纬度信息，能够得到更加准确的主车绝对轨迹，且在局部场景中尤为明显，利用该方法进行的坐标转换，在一定程度上增强了坐标系转换中的准确性，利用该方法得到的轨迹能够在很大程度上反映周围车辆的真实轨迹，经过平滑后的轨迹曲线满足车辆动力学要求，在实际的智能车辆信息采集处理中具有应用可行性。
实施例二
为了执行上述实施例一对应的方法，以实现相应的功能和技术效果，下面提供了一种基于经纬度信息的主车信息坐标系转换系统。
该系统，包括：
采集模块，用于采集主车的经纬度信息以及主车视角下的相对运动环境信息；所述主车视角下的相对运动环境信息包括：周边交通参与者在主车视角坐标系下的位置相对坐标和速度相对坐标。
第一转换模块，用于将所述经纬度信息转换为大地坐标系下的轨迹坐标信息，得到主车的绝对轨迹；所述大地坐标系以正东方向为x轴正方向，以正北方向为y轴正方向，以主车运动轨迹的起始点为原点。
横摆角确定模块，用于根据所述主车的绝对轨迹，确定主车的横摆角。
第二转换模块，用于基于所述横摆角，将所述主车视角下的相对运动环境信息转换为鸟瞰视角下的绝对运动环境信息；所述鸟瞰视角下的绝对运动环境信息包括：周围交通参与者在鸟瞰视角坐标系中的位置绝对坐标和速度绝对坐标。
所述横摆角确定模块，具体包括：
绝对速度确定单元，用于根据所述主车的绝对轨迹，确定主车不同方向上的绝对速度。
横摆角确定单元，用于基于不同方向上的绝对速度确定主车的横摆角。
该系统还包括：平滑处理模块，用于利用加权线性回归的方法对所述绝对轨迹以及鸟瞰视角下的绝对运动环境信息进行平滑处理。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (9)

1.一种基于经纬度信息的主车信息坐标系转换方法，其特征在于，包括：
采集主车的经纬度信息以及主车视角下的相对运动环境信息；所述主车视角下的相对运动环境信息包括：周边交通参与者在主车视角坐标系下的位置相对坐标和速度相对坐标；
将所述经纬度信息转换为大地坐标系下的轨迹坐标信息，得到主车的绝对轨迹；所述大地坐标系以正东方向为x轴正方向，以正北方向为y轴正方向，以主车运动轨迹的起始点为原点；
根据所述主车的绝对轨迹，确定主车的横摆角；
基于所述横摆角，将所述主车视角下的相对运动环境信息转换为鸟瞰视角下的绝对运动环境信息；所述鸟瞰视角下的绝对运动环境信息包括：周围交通参与者在鸟瞰视角坐标系中的位置绝对坐标和速度绝对坐标。
2.根据权利要求1所述的基于经纬度信息的主车信息坐标系转换方法，其特征在于，在将所述经纬度信息转换为大地坐标系下的轨迹坐标信息，得到主车的绝对轨迹之后，还包括：
利用加权线性回归的方法对所述绝对轨迹进行平滑处理。
3.根据权利要求1所述的基于经纬度信息的主车信息坐标系转换方法，其特征在于，根据所述主车的绝对轨迹，确定主车的横摆角，具体包括：
根据所述主车的绝对轨迹，确定主车不同方向上的绝对速度；
基于不同方向上的绝对速度确定主车的横摆角。
4.根据权利要求3所述的基于经纬度信息的主车信息坐标系转换方法，其特征在于，所述主车不同方向上的绝对速度的计算公式如下：
；
其中，为时刻x方向的主车绝对速度，为时刻y方向的主车绝对速度，为第k个数据采集的时间点，，为数据采集长度，为固定的时间间隔，为时刻对应的主车绝对轨迹坐标。
5.根据权利要求1所述的基于经纬度信息的主车信息坐标系转换方法，其特征在于，基于所述横摆角，通过公式，将所述主车视角下的相对运动环境信息转换为鸟瞰视角下的绝对运动环境信息；
其中，为横摆角；(,)为周围交通参与者在鸟瞰视角坐标系中的位置绝对坐标；(,)为周围交通参与者在鸟瞰视角坐标系中x轴方向和y轴方向上的速度绝对坐标；(,)为周围交通参与者在主车视角坐标系中的位置相对坐标；(,)为周围交通参与者在主车视角坐标系中的x轴方向和y轴方向上的速度相对坐标；(,)为主车在大地坐标系中的位置绝对坐标；(,)为主车在大地坐标系中x轴方向和y轴方向上的速度绝对坐标。
6.根据权利要求1所述的基于经纬度信息的主车信息坐标系转换方法，其特征在于，在基于所述横摆角，将所述主车视角下的相对运动环境信息转换为鸟瞰视角下的绝对运动环境信息之后，还包括：
利用加权线性回归方法对鸟瞰视角下的绝对运动环境信息进行平滑处理。
7.一种基于经纬度信息的主车信息坐标系转换系统，其特征在于，包括：
采集模块，用于采集主车的经纬度信息以及主车视角下的相对运动环境信息；所述主车视角下的相对运动环境信息包括：周边交通参与者在主车视角坐标系下的位置相对坐标和速度相对坐标；
第一转换模块，用于将所述经纬度信息转换为大地坐标系下的轨迹坐标信息，得到主车的绝对轨迹；所述大地坐标系以正东方向为x轴正方向，以正北方向为y轴正方向，以主车运动轨迹的起始点为原点；
横摆角确定模块，用于根据所述主车的绝对轨迹，确定主车的横摆角；
第二转换模块，用于基于所述横摆角，将所述主车视角下的相对运动环境信息转换为鸟瞰视角下的绝对运动环境信息；所述鸟瞰视角下的绝对运动环境信息包括：周围交通参与者在鸟瞰视角坐标系中的位置绝对坐标和速度绝对坐标。
8.根据权利要求7所述的基于经纬度信息的主车信息坐标系转换系统，其特征在于，所述横摆角确定模块，具体包括：
绝对速度确定单元，用于根据所述主车的绝对轨迹，确定主车不同方向上的绝对速度；
横摆角确定单元，用于基于不同方向上的绝对速度确定主车的横摆角。
9.根据权利要求7所述的基于经纬度信息的主车信息坐标系转换系统，其特征在于，还包括：
平滑处理模块，用于利用加权线性回归的方法对所述绝对轨迹以及鸟瞰视角下的绝对运动环境信息进行平滑处理。
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