CN1707225A - 一种车辆走行真实位置的记录方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于车辆导航系统的测试技术，具体地说是一种车辆走行真实位置的记录方法，主要用于车辆导航系统中定位模块的测试。在实走时使用多个摄像机拍摄车辆周围及导航系统的画面，用画面分割器将这几路画面同步合并在同一个画面中，并通过录像机保存到录像带中；同时，采集GPS、车速脉冲、陀螺仪等设备的数据。事后进行回放，并把回放时定位模块的推定位置和车辆的真实位置进行比较，得出定位精度的数据。使用本方法可以在回放走行数据时与车辆的真实位置进行比较，自动对车辆定位的精度进行分析和评价，提高测试的有效性和效率，从而可以在回放走行数据时比较定位模块的推定位置和真实位置的差别，对定位的精度进行评价。
Description
技术领域
本发明属于车辆导航系统的测试技术，具体地说是一种车辆走行真实位置的记录方法，主要用于车辆导航系统中定位模块的测试。
技术背景
车辆导航系统使用全球定位系统(GPS)接收机、车速脉冲、陀螺仪等设备车辆走行轨迹，并通过把走行轨迹和电子地图数据进行匹配的方法确定车辆位置，在此基础上提供路线计算、地点查询、路线引导等功能。以下简称车辆导航系统为导航系统。
定位模块是车辆导航系统(参见图3、4)中的核心模块，根据输入设备的不同，有GPS定位、惯性定位、混合定位等不同的方法。定位模块的功能是根据GPS接收机、车速脉冲、陀螺仪等外部设备的信号，进行轨迹推算，或与地图数据进行匹配，得出推定的车辆位置。
定位精度是导航系统的重要技术指标。具体地说，定位精度是指定位模块推定的车辆位置和在同一时刻车辆的真正位置之间的误差，定位精度的具体指标通常包括误匹配率(误匹配距离/总走行距离)、一定时间内的误匹配次数、最大持续误匹配距离、超前滞后比率(超前滞后距离/总走行距离)、一定时间内的超前滞后次数、最大持续超前滞后距离等。其中误匹配是指定位模块推定的车辆位置与车辆的实际位置不在同一条道路上，超前滞后是指定位模块推定的车辆位置与车辆的实际位置在同一条道路上，但推定位置在实际位置的前方或后方。
车辆导航系统通常采用实车走行的方法进行定位精度的测试，即在实际走行时，观察导航系统中地图上显示的车辆位置和车辆的实际位置的差异，来判断定位结果是否准确。这种方法的缺点是没有量化的评价结果，也无法得出定位精度的统计结果。
另一种常用的测试方法只是在实车走行时用软件把GPS接收机、车速脉冲、陀螺仪等设备输出的信息记录下来，之后在导航系统上回放，观察走行效果。这种方法的缺点是由于回放时只能看到定位模块推定的位置，而不知道车辆的真实位置，从而只能判断明显的误匹配(如轨迹不连续)和超前滞后(如车辆位置向前或向后跳跃)，而无法判断误匹配和超前滞后的开始和结束时间，有时甚至无法发现误匹配或超前滞后。
发明内容
为了克服现有技术中在回放走行Log数据时因不了解车辆真实位置而无法判断定位是否准确的问题，本发明提供了一种能准确判断定位的记录车辆走行时真实位置的方法，从而可以在回放时比较定位模块的推定位置和真实位置的差别，对定位的精度进行评价。
本发明的技术方案如下：
记录车辆走行时的真实位置的方法：对走行车辆进行走行Log数据和视频数据两种实走数据采集，然后运用实走数据进行真实位置制作，得真实位置，再将真实位置数据与走行Log数据结合在一起形成扩充的走行Log数据；再对其进行走行Log数据回放和定位精度自动评价，得定位精度结果；
所述实走数据采集是采用多个摄像机在车辆实走时分别获得车辆前方、侧面的视频数据，及采用导航系统获得车辆走行Log数据。其中：设定导航系统画面显示的时间间隔与摄像机采样频率一致；真实位置制作分为二步：首先，根据摄像机摄制的画面，以及地图中的标志信息，并结合导航系统上显示的时间信息，确定车辆在某些时刻的位置和经过时间；其次，利用走行Log数据回放程序把车辆真实位置及经过时间的数据追加到车辆走行Log数据中，生成扩充的走行Log数据；可以加设修改定位算法及重新评价步骤。
所用系统设备：包括摄像机、导航系统、画面分割器、监视器及录像机，所述摄像机为四台，一台位于车辆前方，另一台位于导航系统后方，其输出端分别连接到画面分割器输入端；另两台位于车辆两侧的画面，其安装角度与车体前后方向的轴线垂直，其输出端亦连接到画面分割器输入端，画面分割器输出端接录像机输入端，录像机接监视器；整机通过与车辆上的电源相连的电源逆变器供电；
所述四台摄像机中有两台选用针孔式摄像机；安装在车辆前方的摄像机采用自动光圈镜头；所述画面分割器支持至少4路视频输入型设备；摄像机采样频率为25帧/秒～60帧/秒，50帧/秒～60帧/秒为佳。
本发明具有如下优点：
1)本发明方法通过在车辆实际走行时用摄像机拍摄车辆周边周围的环境，事后进行分析确定车辆真实位置，解决了以往在回放走行Log数据时因不了解车辆真实位置而无法判断定位是否准确的问题。
2)采用本发明在确定自车真实位置之后，通过软件对车辆真实位置进行了数字化，即把经纬度和时间数据追加到车辆走行Log数据中，使得在测试时能够把推定位置和真实位置进行自动的比较，从而可以按照任意的规则统计和分析定位模块的精度。
3)由于本发明将车辆的真实位置记录到了车辆走行Log数据中，因而可以反复地进行回放，并自动地和定位模块的推定位置进行比较。因而可以在修改定位算法之后，无需再次实走就可以对算法进行评价，大大地提高了算法调整和测试的工作效率。
4)在确定车辆真实位置时，可以对画面反复观看、逐帧观察，从而能够比实走测试更全面地分析定位效果。
附图说明
图1采用本发明方法进行导航系统定位模块的测试和评价的流程图。
图2本发明设备安装示意图。
图3为现有技术中导航系统硬件结构图。
图4为现有技术中导航系统软件结构图。
图5为现有技术中定位算法程序流程图。
图6为现有技术中走行Log数据采集程序流程图。
图7为现有技术中走行Log数据回放程序流程图。
图8为本发明一个实施例进行修改定位算法、重新评价的流程图。
具体实施方式
所用设备及安装：
如图2所示，本发明进行导航系统定位模块的测试、评价和修改使用的设备如下：
彩色摄像机11两台，CCD摄像镜头，NTSC制式，采样频率60帧/秒，焦距30米；一台用于摄录车辆前方画面，一台用于摄录导航系统2画面，并分别连接到画面分割器3输入端；其中用于摄录车辆前方画面的彩色摄像机采用自动光圈镜头，可以拍摄更远的范围(50米)。
针孔彩色摄像机12两台，CCD摄像镜头，可调焦，焦距0.01米～10米左右；用于摄录车辆两侧的画面；这两个针孔彩色摄像机的安装角度要与车体前后方向的轴线垂直，输出亦分别连接到画面分割器3输入端。
四画面分割器3，支持4路视频输入，1路视频输出，NTSC制式，60帧/秒；用于画面分割3，同时接收四台摄像机的输入。
电源逆变器，把车上的电压转换为摄像机需要的电压。
录像机4，其输入信号为画面分割器3输出信号，把画面分割器3输出的画面存储到录像带中。
彩色监视器5，可以是小电视机；其输入端接录像机4输出端。
本发明用一个摄像机摄录车辆前方的画面，另一个摄像机摄录导航系统画面，两个针孔摄像机分别摄录车辆左方和右方的画面，四画面分割器对四路画面同步合并到一个画面，合并后的画面分别输出到录像机和监视器上；输出到录像机上的画面同步保存到录像带上用于事后进行分析，输出到监视器上的画面是为了在实走时观察画面效果，以免摄像机歪斜、电池不足等情况的发生。
实走数据采集：
参见图1，开车沿着事先计划好的路线实走，实走时采集两种数据。一种是车辆走行的Log数据，包括GPS接收机的GPS数据、车速脉冲数据、陀螺仪数据等，这部分使用存储在导航系统2中单片机存储器的采集程序进行，如图6所示，即组合车速脉冲数据、陀螺仪数据、GPS数据，形成走行log数据；另一种是摄像机录制的视频数据。
另外，在导航系统画面上要显示GPS时间；一般来讲，GPS信号的周期为1秒，但为了以后制作真实位置数据的方便，本实施例通过导航系统的定时器每1/60秒输出一次时间，以便与摄像机的频率同步。
车辆真实位置数据制作：
根据摄像机摄制的画面，以及地图中的标志信息，例如十字路口、设施地点等，并结合导航系统上显示的时间信息，确定车辆在某些时刻的位置(以经纬度表示)并以此位置为基准点，在走行路线上选取相对均匀的点，确定这些点的车辆真实位置和经过时间。
在制作过程中，使用车辆走行Log数据回放程序对走行Log数据进行回放，用以显示地图以及车辆在地图上的走行轨迹。所述走行Log数据回放程序如图7所示，具体流程为：取走行log数据，用定位算法进行定位，得车辆位置；当车辆走行到基准点附近时，用鼠标点击地图上相应的真实位置，并输入车辆经过基准点(即真实位置)的时间。再用所述走行Log数据回放程序把鼠标点击的位置转换成经纬度数据，得真实位置；再把车辆真实位置及经过时间的数据追加到车辆走行Log数据中，生成扩充的走行Log数据。
扩充的走行Log数据的回放及定位精度自动评价：
扩充的走行Log数据包括两部分内容，一是原始的走行Log数据，一是源于视频数据的、位于基准点的真实位置信息。对于回放原始的走行Log数据，利用定位模块按照导航系统的定位算法进行处理，推定出车辆位置；当遇到基准点时(即真实位置信息)，回放操作是把真实位置和推定位置相比较，判断定位是否准确，是否发生误匹或超前滞后，并把结果记录下来。整个数据回放结束后，整理统计各基准点的定位精度，形成对定位精度的整体评价，并输出误匹和超前滞后的路段，供算法分析和调试使用。整个过程由回放程序自动完成，不需要人工干预。
本实施例定位模块采用混合定位算法。该算法(参见图5)首先利用车速脉冲数据和陀螺仪数据生成走行轨迹数据，再使用走形轨迹数据、GPS数据和电子地图数据，利用地图匹配方法计算出车辆位置。
定位算法修改及重新评价：
在需要时修改定位算法，进行重新评价。如图8所示，如果修改定位算法，只需要重新回放扩充的Log数据(不需要对Log数据进行任何修改)，就可以得到对新算法的评价结果。
Claims (10)
1.一种记录车辆走行时的真实位置的方法，其特征在于：对走行车辆进行走行Log数据和视频数据两种实走数据采集，然后运用实走数据进行真实位置制作，得真实位置，再将真实位置数据与走行Log数据结合在一起形成扩充的走行Log数据；再对其进行走行Log数据回放和定位精度自动评价，得定位精度结果。
2.按照权利要求1所述记录车辆走行时的真实位置的方法，其特征在于：所述实走数据采集是采用多个摄像机在车辆实走时分别获得车辆前方、侧面的视频数据，及采用导航系统获得车辆走行Log数据。其中：设定导航系统画面显示的时间间隔与摄像机采样频率一致。
3.按照权利要求1所述记录车辆走行时的真实位置的方法，其特征在于：真实位置制作分为二步：首先，根据摄像机摄制的画面，以及地图中的标志信息，并结合导航系统上显示的时间信息，确定车辆在某些时刻的位置和经过时间；其次，利用走行Log数据回放程序把车辆真实位置及经过时间的数据追加到车辆走行Log数据中，生成扩充的走行Log数据。
4.按照权利要求1所述记录车辆走行时的真实位置的方法，其特征在于：可以加设修改定位算法及重新评价步骤。
5.按照权利要求1所述记录车辆走行时的真实位置的方法所用系统设备，其特征在于：包括摄像机、导航系统、画面分割器、监视器及录像机，所述摄像机为四台，一台位于车辆前方，另一台位于导航系统后方，其输出端分别连接到画面分割器输入端；另两台位于车辆两侧的画面，其安装角度与车体前后方向的轴线垂直，其输出端亦连接到画面分割器输入端，画面分割器输出端接录像机输入端，录像机输出端接监视器；整机通过与车辆上的电源相连的电源逆变器供电。
6.按照权利要求5所述记录车辆走行时的真实位置的方法所用系统设备，其特征在于：所述四台摄像机中有两台选用针孔式摄像机。
7.按照权利要求5所述记录车辆走行时的真实位置的方法所用系统设备，其特征在于：安装在车辆前方的摄像机采用自动光圈镜头。
8.按照权利要求5所述记录车辆走行时的真实位置的方法所用系统设备，其特征在于：所述画面分割器支持至少4路视频输入型设备。
9.按照权利要求5所述记录车辆走行时的真实位置的方法所用系统设备，其特征在于：摄像机采样频率为25帧/秒～60帧/秒。
10.按照权利要求9所述记录车辆走行时的真实位置的方法所用系统设备，其特征在于：摄像机采样频率50帧/秒～60帧/秒为佳。
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2004
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