利用GPS数据的AR-HUD导航系统及其导航方法技术方案

本发明专利技术公开了一种利用GPS数据的AR‑HUD导航系统，该系统将GPS的火星坐标转化为路径点；形成路径规划曲线并获取关键节点；将GPS映射到路径规划曲线上，得出车辆的当前位置；计算获得每一时刻的GPS车辆位置；根据实时的车速信息预测出每一时刻的车辆位置；获得每一时刻最优的车辆位置；每当获取新的GPS定位数据时，将车辆的当前位置与最优车辆位置比较，当差异超过阈值，则重置最优车辆位置，使其等于当前位置；将获得的位置数据映射到路径规划曲线上判定路径种类以及至下一个关键节点的距离；将结果输出，生成导航动画。本发明专利技术还公开了一种用GPS数据的AR‑HUD导航方法。本发明专利技术对GPS误差、低刷新频率、低实时性做补偿优化，本发明专利技术具连续性、高精度以及高实时性。

AR-HUD navigation system using GPS data and its navigation method

The invention discloses a AR HUD navigation system using GPS data, which transforms the GPS's Mars coordinate into the path point, forms the path planning curve and obtains the key nodes, maps the GPS to the path planning curve, and obtains the current position of the vehicle; calculates the location of the GPS vehicle per moment; according to the real-time speed. The information predicts the position of the vehicle at each moment; obtains the optimal vehicle location at every moment; when the new GPS location data is obtained, the current position of the vehicle is compared with the optimal vehicle position, and when the difference exceeds the threshold, the optimal vehicle position is reset to make it equal to the current position, and the obtained location data is mapped to the road. Path planning curves determine the type of path and the distance to the next key node; output the result to generate navigation animation. The invention also discloses a AR HUD navigation method using GPS data. The invention compensates and optimizes GPS error, low refresh frequency and low real time performance. The invention has continuity, high accuracy and high real-time performance.

【技术实现步骤摘要】
利用GPS数据的AR-HUD导航系统及其导航方法
本专利技术涉及汽车领域，特别是涉及一种利用GPS数据的AR-HUD导航系统。本专利技术还涉及一种利用GPS数据的AR-HUD导航方法。
技术介绍
AR-HUD即增强现实抬头显示系统，该AR-HUD系统需要根据GPS实时定位数据，生成导航用的AR动画，显示在驾驶员的可视区域内，动画需要与真实的道路曲线、方向等贴合，为驾驶员提供准确的行驶方向指引。因此，AR-HUD系统对信号的实时性、连续性、以及精度具有很高的要求。而传统的车载导航(GPS)主要存在以下几大缺陷：1.GPS数据无法直接给出完成的规划路径，只能提供许多离散的点；2.这些离散点，是火星坐标的经纬度坐标值，无法直接用于空间立体图像的制作；3.GPS无法给出每个路段的直行、转弯、掉头的区分信号；4.GPS实时定位只能给出当前时刻车辆的经纬度坐标，无法与规划路径关联起来；5.GPS定位的车辆位置偏差较大，目前的车载GPS系统误差一般在1米到10米之间，这样的误差会很大程度上减弱导航提示动画的准确性与稳定性；6.GPS信号的更新频率较低，车载GPS信号的更新频率一般在1次/秒左右，远达不到显示动画的实时性需求，对于显示系统而言，其画面的更新频率至少需要在20次/秒以上；7.导航会有各种特殊场景，例如车辆偏航、失去GPS信号等等，现有AR-HUD系统缺少能适应各种特殊情况的导航场景；
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种利用GPS数据实时生成导航路径，并且在利用GPS数据实时生成导航路径时能对GPS数据进行实时定位误差补偿的AR-HUD导航系统。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种利用GPS数据的AR-HUD导航系统，采用以下步骤利用GPS数据导航：1)将GPS提供的路径规划离散点的火星坐标，转换为三维立体场景中的坐标点，称之为路径点；2)对路径点做筛选，删除一些过密的点，留下有效的路径点。所谓“过密”是指点与点之间的距离过近的情况，至于多么近才算过密，这是个自定义的参数，可调整，这样可在不影响最终结果的基础上减少计算量；3)根据GPS给出的每个路径点的位置以及其前后两个相邻的路径点进行平滑处理从而将折线段变为平滑的曲线段，并且根据转向角大小划分出不同的路径节点类型；4)将路径点拟合为多个曲线段后，将多个曲线段连接形成路径规划曲线；比如将3个路径点连接形成一个曲线段，形成多个曲线段后将多个曲线段连接形成路径规划曲线。5)当接收到GPS定位数据时，将GPS提供的实时定位的火星坐标转换为三维立体场景中的坐标点，并将其映射到路径规划曲线上，得出车辆的当前位置；6)在GPS更新间隔内，根据前一次的GPS定位数据与实时的车速信息，计算获得每一时刻的GPS车辆位置；7)根据实时的车速信息预测出每一时刻的车辆位置；8)结合卡尔曼滤波与高斯分布算法，对步骤6)、步骤7)得出的2种车辆位置做加权，获得每一时刻最优的车辆位置；9)每当获取新的GPS定位数据时，将步骤8)、步骤5)取得的位置数据作比较，当差异超过阈值，则重置步骤8)取得的最优车辆位置数据，使其等于步骤5)的取得的位置数据；10)将步骤5)获得的位置数据映射到路径规划曲线上；11)判定当前车辆所处位置的路径种类，以及至下一个关键节点的距离；根据当前车辆映射到规划路径上的位置，以及该位置至下一个关键节点(关键节点为左转弯、右转弯或者掉头)的距离，判断当前车辆是否处于直行阶段、直行待转阶段还是正在转弯阶段或掉头。若该车辆的位置距离下一个关键节点的距离大于设定阈值则认为车辆处于直行阶段；若小于设定阈值则认为车辆进入直行待转阶段，车辆即将转弯或者掉头；若车辆已经处于关键节点前后一定距离内(同样为事先设定的阈值)，则车辆处于转弯或掉头过程中。12)生成与步骤11)对应的实时AR导航动画输出显示。其中，步骤3)中所述路径规划曲线符合下述要求：a)整条曲线不存在折线段；b)整条曲线能按一定的规则划分为多个曲线段；c)能将每条曲线段中的参数量化；其中，步骤c)中所述参数包括长度、角度和方向。其中，步骤4)中所述关键节点包括直行节点、转弯节点和掉头节点；本专利技术提供一种利用GPS数据的AR-HUD导航方法，包括以下步骤：1)将GPS提供的路径规划离散点的火星坐标，转换为三维立体场景中的坐标点，称之为路径点；2)对路径点做筛选，删除一些过密的点，留下有效的路径点,过密的判断条件是一个自由定义的距离参数；3)根据GPS给出的每个路径点的位置以及其前后两个相邻的路径点进行平滑处理从而将折线段变为平滑的曲线段，并且根据转向角大小划分出不同的路径节点类型；4)将路径点拟合为多个曲线段后，将多个曲线段连接形成路径规划曲线；5)当接收到GPS定位数据时，将GPS提供的实时定位的火星坐标转换为三维立体场景中的坐标点，并将其映射到路径规划曲线上，得出车辆的当前位置；6)在GPS更新间隔内，根据前一次的GPS定位数据与实时的车速信息，计算获得每一时刻的GPS车辆位置；7)根据实时的车速信息预测出每一时刻的车辆位置；8)结合卡尔曼滤波与高斯分布算法，对步骤6)、步骤7)得出的2种车辆位置做加权，获得每一时刻最优的车辆位置；9)每当获取新的GPS定位数据时，将步骤8)、步骤5)取得的位置数据作比较，当差异超过阈值，则重置步骤8)取得的最优车辆位置数据，使其等于步骤5)的取得的位置数据；10)将步骤5)获得的位置数据映射到路径规划曲线上；11)判定当前车辆所处位置的路径种类，以及至下一个关键节点的距离；12)生成与步骤11)对应的实时AR导航动画。其中，步骤3)中所述路径规划曲线符合下述要求：a)整条曲线不存在折线段；b)整条曲线能按一定的规则划分为多个曲线段；c)能将每条曲线段中的参数量化；其中，步骤c)中所述参数包括长度、角度和方向。其中，步骤4)中所述关键节点包括直行节点、转弯节点和掉头节点；本专利技术将车载GPS发送过来的经纬度坐标，转换成可供AR-HUD导航功能使用的数据。本专利技术一直在能以0.05秒/次(获取实时车速的时间间隔)的高频率对车辆做实时位置计算，由于结合了实际的车速信息，对GPS的误差做了一定程度的补偿；此外，由于每一时刻都能精确的计算得出车辆在规划路径曲线上的位置，所以车辆实时所处的路段特征、距离下一个转弯/掉头路口的距离，等信息都能够精确的获得；能满足正常导航、车辆偏航、以及暂时性失去GPS信号(例如在隧道行驶过程中)等场景下的导航提示功能；本专利技术对GPS的误差、低刷新频率、低实时性做补偿优化，使得最终的导航动画能够具有更好的连续性、高精度以及高实时性。本专利技术得到的实时输出信号能够很好的配合AR-HUD的导航动画显示，给驾驶者提供及时、准确、连贯的导航提示动画。附图说明下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明：图1是本专利技术AR-HUD导航系统的工作流程示意图。图2-图4是路径节点处理示意图。具体实施方式如图1所示，本专利技术提供一种利用GPS数据的AR-HUD导航系统，采用以下步骤利用GPS数据导航：1)将GPS提供的路径规划离散点的火星坐标，转换为三维立体场景中的坐标点，称之为路径点；参考图2所示，转换过程如下：a)已知每个坐标点的经纬度，通过Android系统内本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用GPS数据的AR‑HUD导航系统，其特征在于，采用以下步骤利用GPS数据导航：1)将GPS提供的路径规划离散点的火星坐标，转换为三维立体场景中的坐标点，称之为路径点；2)对路径点做筛选，删除一些过密的点，留下有效的路径点,过密的判断条件是一个自由定义的距离参数；3)根据GPS给出的每个路径点的位置以及其前后两个相邻的路径点进行平滑处理从而将折线段变为平滑的曲线段，并且根据转向角大小划分出不同的路径节点类型；4)将路径点拟合为多个曲线段后，将多个曲线段连接形成路径规划曲线；5)当接收到GPS定位数据时，将GPS提供的实时定位的火星坐标转换为三维立体场景中的坐标点，并将其映射到路径规划曲线上，得出车辆的当前位置；6)在GPS更新间隔内，根据前一次的GPS定位数据与实时的车速信息，计算获得每一时刻的GPS车辆位置；7)根据实时的车速信息预测出每一时刻的车辆位置；8)结合卡尔曼滤波与高斯分布算法，对步骤6)、步骤7)得出的2种车辆位置做加权，获得每一时刻最优的车辆位置；9)每当获取新的GPS定位数据时，将步骤8)、步骤5)取得的位置数据作比较，当差异超过阈值，则重置步骤8)取得的最优车辆位置数据，使其等于步骤5)的取得的位置数据；10)将步骤5)获得的位置数据映射到路径规划曲线上；11)判定当前车辆所处位置的路径种类，以及至下一个关键节点的距离；12)生成与步骤11)对应的实时AR导航动画输出显示。...

【技术特征摘要】
1.一种利用GPS数据的AR-HUD导航系统，其特征在于，采用以下步骤利用GPS数据导航：1)将GPS提供的路径规划离散点的火星坐标，转换为三维立体场景中的坐标点，称之为路径点；2)对路径点做筛选，删除一些过密的点，留下有效的路径点,过密的判断条件是一个自由定义的距离参数；3)根据GPS给出的每个路径点的位置以及其前后两个相邻的路径点进行平滑处理从而将折线段变为平滑的曲线段，并且根据转向角大小划分出不同的路径节点类型；4)将路径点拟合为多个曲线段后，将多个曲线段连接形成路径规划曲线；5)当接收到GPS定位数据时，将GPS提供的实时定位的火星坐标转换为三维立体场景中的坐标点，并将其映射到路径规划曲线上，得出车辆的当前位置；6)在GPS更新间隔内，根据前一次的GPS定位数据与实时的车速信息，计算获得每一时刻的GPS车辆位置；7)根据实时的车速信息预测出每一时刻的车辆位置；8)结合卡尔曼滤波与高斯分布算法，对步骤6)、步骤7)得出的2种车辆位置做加权，获得每一时刻最优的车辆位置；9)每当获取新的GPS定位数据时，将步骤8)、步骤5)取得的位置数据作比较，当差异超过阈值，则重置步骤8)取得的最优车辆位置数据，使其等于步骤5)的取得的位置数据；10)将步骤5)获得的位置数据映射到路径规划曲线上；11)判定当前车辆所处位置的路径种类，以及至下一个关键节点的距离；12)生成与步骤11)对应的实时AR导航动画输出显示。2.如权利要求1所述利用GPS数据的AR-HUD的导航系统，其特征在于：步骤3)中所述路径规划曲线符合下述要求：a)整条曲线不存在折线段；b)整条曲线能按划分为多个曲线段；c)能将每条曲线段中的参数量化。3.如权利要求2所述利用GPS数据的AR-HUD的导航系统，其特征在于：步骤c)中所述参数包括长度、角度和方向。4.如权利要求1所述利用GPS数据的AR-HUD的导航系统，其特征在于：步骤3)中所述关键节点包括左转节点、右转...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱宣丞，张剑，杨荣湘，刘翔，
申请(专利权)人：联创汽车电子有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31