CN201378052Y - 坡度测量系统和路段信息测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种坡度测量系统和路段信息测量装置。所述坡度测量系统包括：路段信息测量装置和坡度计算装置，其中，路段信息测量装置具体包括：GPS模块，控制模块，气压计；在测量路段信息时，所述控制模块接收所述GPS模块和所述气压计相同时刻在同一路段相同位置处测量的位置坐标和气压值，并将所述位置坐标和气压值对应组合后保存，所述位置坐标至少包括：水平位置坐标；在计算路段坡度值时，所述坡度计算装置根据所述路段信息测量装置测量得到的位置坐标和气压值，计算路段的坡度。采用本实用新型提供的坡度测量系统能够实现快速、准确地测量路段的坡度值。

Description

坡度测量系统和路段信息测量装置

技术领域

本实用新型涉及地理信息技术领域，尤其涉及一种坡度测量系统和路段信息测量装置。

背景技术

为了给用户提供准确的路径引导，现有的导航系统一般都具备“坡度导航”功能。坡度导航是指导航系统做出的路径规划中包括斜坡路段提示信息。比如，车辆行驶到靠近斜坡路段位置时，导航系统会向用户发出“前方100米上坡道”的斜坡路段提示信息，以免用户驶入与斜坡路段相交的其他路段。

实现“坡度导航”的前提是：导航电子数据中存储有路段的坡度信息。现有的坡度测量系统主要包括：车载全球定位系统(Global PositioningSystem，GPS)和坡度测量装置。

车载GPS，用于测量路段不同位置处的位置坐标和高程，高程是指某点沿铅垂线方向到基准面的距离；

坡度测量装置，先根据车载GPS在路段的坡底和坡顶处测得的位置坐标和高程，分别计算出路段坡底到坡顶的水平距离d和垂直距离h，再将水平距离d和垂直距离h代入坡度计算公式grad＝h/d，得到路段的坡度值grad。

在对由车载GPS和坡度测量装置构成的坡度测量系统进行研究和实践过程中，发明人发现：首先车载GPS在测量高程时会产生很大的误差(一般为十几米到几十米)，其次，由于坡底和坡顶高程误差不同步，因此，将坡底和坡顶的高程求差后二者的误差无法抵消，从而使坡底到坡顶的垂直距离h存在较大误差，最终导致路段坡度值出现误差。

实用新型内容

本实用新型实施例要解决的一个技术问题是提供一种快速、准确测量坡度值的坡度测量系统。

为解决上述技术问题，本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

本实用新型提供了一种坡度测量系统，所述系统包括：路段信息测量装置和坡度计算装置；

所述路段信息测量装置包括：GPS模块，控制模块，气压计；

所述坡度计算装置包括：路段信息读取模块，水平距离计算模块，垂直距离计算模块，坡度值计算模块；

在测量路段信息时，所述控制模块接收所述GPS模块和所述气压计相同时刻在同一路段相同位置处测量的位置坐标和气压值，并将所述位置坐标和气压值对应组合后保存，所述位置坐标至少包括：水平位置坐标；

在计算路段坡度值时，所述路段信息读取模块，从所述路段信息测量装置测量的路段信息中读取同一路段两个不同位置处的水平位置坐标和气压值；

所述水平距离计算模块，将所述两个位置处的水平位置坐标代入两点间距离计算公式，得到这两个位置之间的水平距离；

所述垂直距离计算模块，将所述两个位置处的气压值分别代入气压高程计算公式，得到这两个位置处的高程，将这两个高程求差，得到这两个位置之间的垂直距离；

所述坡度值计算模块，用所述垂直距离计算模块计算出的垂直距离除以所述水平距离计算模块计算出的水平距离，得到所述路段的坡度值。

上述技术方案具有如下有益效果：

本实用新型实施例提供的坡度测量系统中，使用气压计测量路段不同位置处的气压值，当气压计的精度在0到1百帕(hPa)之间时，垂直距离计算模块根据气压计测得的气压值计算的高程误差不会超过2.5米，因此，将同一路段两个不同位置处的高程求差后，将消除大部分误差，从而保证这两个位置垂直距离的测量误差大大减小。综上所述，与现有技术相比，采用本实用新型实施例提供的坡度测量系统能够实现快速、准确地测量到路段的坡度值。

本实用新型实施例要解决的另一个技术问题是提供一种路段信息测量装置，能够为坡度计算提供更可靠的参数。

本实用新型提供了一种路段信息测量装置，所述装置包括：GPS模块，控制模块，气压计；

在测量路段信息时，所述控制模块接收所述GPS模块和所述气压计相同时刻在同一路段相同位置处测量的位置坐标和气压值，并将所述位置坐标和气压值对应组合后保存，所述位置坐标至少包括：水平位置坐标。

上述技术方案具有如下有益效果：

本实用新型实施例提供的路段信息测量装置中，使用气压计测量路段不同位置处的气压值，由于使用气压计测得的气压值计算出的高程误差不会超过2.5米，并且，将同一路段两个不同位置处的高程求差后基本可以将误差抵消，从而保证了利用高程差计算得到的路段坡度值的准确性。综上所述，本实用新型实施例提供的路段信息测量装置能够为坡度计算提供更可靠的参数。

附图说明

图1所示为本实用新型实施例提供的坡度测量系统组成示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案、及优点更加清楚明白，以下参照附图对本实用新型实施例提供的技术方案进行详细说明。

请参见图1，为本实用新型实施例提供的坡度测量系统，该系统包括：路段信息测量装置101和坡度计算装置102。在实际应用中，路段信息测量装置101和坡度计算装置102可以集成在同一个功能实体设备内，也可以是两个相互独立的功能实体设备。

如图1所示，路段信息测量装置101包括：GPS模块1011，控制模块1012，气压计1013。

在测量路段信息时，控制模块1012接收GPS模块1011和气压计1013同一时刻在同一路段相同位置处测量的位置坐标和气压值，并将所述位置坐标和气压值对应组合后保存，所述位置坐标至少包括：水平位置坐标。

其中，GPS模块1011通常包括：GPS定位板和GPS天线，卫星信号通过GPS天线传输至GPS定位板，GPS定位板，根据所述卫星信号，得到路段的位置坐标，并将该位置坐标发送至控制模块1012；

气压计1013，可以是精度在0～1hPa之间的任意一种气压计，优选精度为0.4hPa的气压计。

为了保证控制模块1012能够接收到GPS模块1011和气压计1013同一时刻在同一路段相同位置处测量的位置坐标和气压值，按照气压计类型的不同，路段信息测量装置101可以采用如下几种工作方式：

第一种、气压计1013是数字型气压计，则路段信息测量装置101的工作方式如下：

在测量路段信息时，控制模块1012，发送定位数据输出指令至GPS模块1011；

GPS模块1011，接收到所述定位数据输出指令后，按照预置的时间间隔输出路段不同位置处的位置坐标至控制模块1012；

控制模块1012，接收到GPS模块1011发送的位置坐标后，发送气压输出指令至气压计1013；

气压计1013，接收到所述气压输出指令后，测量气压值，并发送气压值至控制模块1012；

控制模块1012，将GPS模块1011和气压计1013将上述位置坐标和气压值对应组合后保存。

第一种方式中，虽然控制模块1012先向GPS1011发送指令，并在接收到GPS模块1011发送的位置坐标后，才向气压计1013发送指令，触发气压计1013测量气压值，但是由于气压计1013返回气压值的速度非常快(最慢的气压计也可以按照毫秒级的速度向返回气压值)，因此，可以认为控制模块1012收到的位置坐标和气压值是GPS模块1011和气压计1013同一时刻在同一路段同一位置处测量得到的。

第二种、气压计1013是模拟型气压计，路段信息测量装置101中进一步包括：模数转换模块，此时，路段信息测量装置101的工作方式如下：

(1)在测量路段信息时，GPS模块1011按照预置的相同的时间间隔，向控制模块1012发送位置坐标，气压计1013按照与GPS模块1011相同的时间间隔发送气压值至模数转换模块，然后，由模数转换模块将转换为数字量的气压值发送至控制模块1012，控制模块1012将所述位置坐标和气压值对应组合后保存。

(2)在测量路段信息时，控制模块1012，发送定位数据输出指令至GPS模块1011；

GPS模块1011，接收到所述定位数据输出指令后，按照预置的时间间隔输出路段不同位置处的位置坐标至控制模块1012；

气压计1013，在控制模块1012向GPS1011发送定位数据输出指令后，按照与GPS模块1011相同的时间间隔，通过模数转换模块向控制模块1012发送气压值。

进一步，为了减小路段信息测量装置101的体积，使其更便于携带，上述路段信息测量装置101中并没有集成电源模块，此时，需要采用外接电源设备为路段信息测量装置101供电。另外，也可以在路段信息测量装置101中集成电源模块，由该电源模块直接向路段信息测量装置101中的各个功能模块供电，并不影响该装置的实现。

以上为本实用新型实施例提供的路段信息测量装置，该装置中使用气压计测量路段不同位置处的气压值，由于使用气压计测得的气压值计算出的高程误差不会超过2.5米，并且，将同一路段两个不同位置处的高程求差后基本可以将误差抵消，从而保证了利用高程差计算得到的路段坡度值的准确性。

如图1所示，坡度计算装置102包括：路段信息读取模块1021，水平距离计算模块1022，垂直距离计算模块1023，坡度值计算模块1024。

在计算某路段的坡度值时，路段信息读取模块1021，从路段信息测量装置101测得的路段信息中读取该路段上两个不同位置处的水平位置坐标和气压值；

为更准确地计算出路段的坡度值，应该读取路段上相距较远的两个位置处的水平位置坐标和气压值，优选读取路段坡底和坡顶处的水平位置坐标和气压值。

在实际应用中，路段信息读取模块1021可以直接从控制模块1012保存的路段信息中读取需要的数据。另外，坡度计算装置102可以进一步包括一个路段信息存储模块，在计算坡度值前，将保存在控制模块1012中的路段信息传输到坡度计算装置102中的路段信息存储模块，此时，路段信息读取模块1021可以直接从路段信息存储模块中读取需要的数据，这种方式可以加快坡度值的计算速度，并且，当路段信息测量装置101和坡度计算装置102是两个独立的功能实体设备时，这种方式不会限制路段信息测量装置的使用。

水平距离计算模块1022，将路段信息读取模块1021读取出的同一路段两个不同位置处的水平位置坐标代入两点间距离计算公式，得到这两个位置之间的水平距离d；

垂直距离计算模块1023，将路段信息读取模块1021读取出的同一路段两个不同位置处的气压值，分别代入气压高程计算公式，得到这两个位置处的高程，将两个高程求差，得到这两个位置之间的垂直距离h；

坡度值计算模块1024，用垂直距离计算模块1023计算出的垂直距离h除以水平距离计算模块1022计算出的水平距离d，得到路段的坡度值grad。

本实用新型实施例提供的坡度测量系统中，使用气压计测量路段不同位置处的气压值，当气压计的精度在0到1百帕(hPa)之间时，垂直距离计算模块1023根据气压计1013测得的气压值计算的高程误差不会超过2.5米。因此，将同一路段两个不同位置处的高程求差后，将消除大部分误差，从而保证这两个位置垂直距离h的测量误差大大减小。综上所述，与现有技术相比，采用本实用新型实施例提供的坡度测量系统能够实现快速、准确地测量到路段的坡度值。

以下结合实际应用例进一步详细介绍上述系统，假设测量路段L的坡度值grad，则使用本实用新型实施例提供的坡度测量系统测量坡度值的具体过程如下：

先使用路段信息测量装置101在路段L上进行实地测量，获得路段L上不同位置处的路段信息，该路段信息至少包括：水平位置坐标，气压值；

再使用坡度计算装置102根据路段信息测量装置101在路上L上测得的水平位置坐标和气压值，计算路段L的坡度值grad。其中，坡度计算装置102的具体工作过程如下：

路段信息读取模块1021，从路段信息测量装置101测得的路段L的路段信息中，读取路段L坡底s处的水平位置坐标(xs，ys)，气压ps，以及，路段L坡顶e处的水平位置坐标(xe，ye)，气压pe；

水平距离计算模块1022，将路段L坡底s和坡顶e的水平位置坐标代入两点间距离计算公式，得到坡底s到坡顶e的水平距离d：

$d=\sqrt{{(\mathrm{xs}-\mathrm{xe})}^2+{(\mathrm{ys}-\mathrm{ye})}^2}$

垂直距离计算模块1023，先将路段L坡底s和坡顶e处的气压ps和pe代入气压高程计算公式，得到坡底s和坡顶e处的高程Hs和He，然后，将高程Hs和He求差后得到坡底s到坡顶e的垂直距离h；

$\mathrm{Hs}=\frac{T_0}{T_{\mathrm{grad}\mathrm{ient}}}\·[1-{\left(\frac{\mathrm{ps}}{P_0}\right)}^{T_{\mathrm{grad}\mathrm{ient}}\·\frac{R}{g}}]$ $\mathrm{He}=\frac{T_0}{T_{\mathrm{grad}\mathrm{ient}}}\·[1-{\left(\frac{\mathrm{pe}}{P_0}\right)}^{T_{\mathrm{grad}\mathrm{ient}}\·\frac{R}{g}}]$

其中，T₀＝288.15K，表示高程为0时对应的开氏温度；

T_gradient＝6.5/1000，表示温度梯度；

R＝287.052，表示标准大气因子；

g＝9.80665，表示重力加速度；

值得注意的是，在实际应用中，以上参数可以按照测量地所处地理位置进行修正。

坡度值计算模块1024，用垂直距离计算模块1023计算出的垂直距离h除以水平距离计算模块1022计算出的水平距离d，得到路段的坡度值grad。

以上对本实用新型所提供的一种坡度测量系统和路段信息测量装置进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (7)

1、一种坡度测量系统，其特征在于，所述系统包括：路段信息测量装置和坡度计算装置；

所述路段信息测量装置包括：GPS模块，控制模块，气压计；

所述坡度计算装置包括：路段信息读取模块，水平距离计算模块，垂直距离计算模块，坡度值计算模块；

在测量路段信息时，所述控制模块接收所述GPS模块和所述气压计相同时刻在同一路段相同位置处测量的位置坐标和气压值，并将所述位置坐标和气压值对应组合后保存，所述位置坐标至少包括：水平位置坐标；

在计算路段坡度值时，所述路段信息读取模块，从所述路段信息测量装置测量的路段信息中读取同一路段两个不同位置处的水平位置坐标和气压值；

所述水平距离计算模块，将所述两个位置处的水平位置坐标代入两点间距离计算公式，得到这两个位置之间的水平距离；

所述垂直距离计算模块，将所述两个位置处的气压值分别代入气压高程计算公式，得到这两个位置处的高程，将这两个高程求差，得到这两个位置之间的垂直距离；

所述坡度值计算模块，用所述垂直距离计算模块计算出的垂直距离除以所述水平距离计算模块计算出的水平距离，得到所述路段的坡度值。

2、如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述GPS模块具体包括：GPS定位板和GPS天线；

卫星信号通过所述GPS天线传输至所述GPS定位板；

所述GPS定位板，根据所述卫星信号，得到路段的位置坐标，并将所述位置坐标传输至所述控制模块。

3、如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，若所述气压计为模拟气压计，则所述路段信息测量装置进一步包括：模数转换模块；

所述气压计测量的气压值通过所述模数转换模块发送至所述控制模块。

4、如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述坡度计算装置进一步包括：路段信息保存模块；

所述路段信息保存模块，用于保存所述路段信息测量装置测量的路段信息；

所述路段信息读取模块，从所述路段信息存储模块中读取同一路段两个不同位置处的水平位置坐标和气压值。

5、一种路段信息测量装置，其特征在于，所述装置包括：GPS模块，控制模块，气压计；

在测量路段信息时，所述控制模块接收所述GPS模块和所述气压计相同时刻在同一路段相同位置处测量的位置坐标和气压值，并将所述位置坐标和气压值对应组合后保存，所述位置坐标至少包括：水平位置坐标。

6、如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述GPS模块具体包括：GPS定位板和GPS天线；

卫星信号通过所述GPS天线传输至所述GPS定位板；

所述GPS定位板，根据所述卫星信号，得到路段的位置坐标，并将所述位置坐标传输至所述控制模块。

7、如权利要求5或6所述的装置，其特征在于，若所述气压计为模拟气压计，则所述路段信息测量装置进一步包括：模数转换模块；

所述气压计测量的气压值通过所述模数转换模块发送至所述控制模块。

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