一种基于特征点采样和曲线拟合的道路坡度数据处理方法技术

本发明专利技术提出一种基于特征点采样和曲线拟合的道路坡度数据处理方法，属于现代城市交通数据处理技术领域。该方法首先对待测量坡度的道路采集数据，得到样本点；利用样本点组成试验车辆的行驶轨迹图，然后在行驶轨迹图上对待测量坡度的道路进行路段划分；对每个路段的样本点进行拟合，生成待测量坡度的道路的拟合曲线并生成网格；将每个网格内样本点的坡度均值作为网格坡度值；最后确定每个网格的坡度方向，完成该道路坡度的数据处理。本发明专利技术通过对所采集到的道路坡度数据进行处理，使得汽车的控制系统能够获得整条道路每个位置的精确的道路坡度值。

【技术实现步骤摘要】
一种基于特征点采样和曲线拟合的道路坡度数据处理方法
本专利技术属于现代城市交通数据处理
，特别涉及一种基于特征点采样和曲线拟合的道路坡度数据处理方法。
技术介绍
现今汽车制造商越来越重视汽车的节能以及安全性能，对于这二者来说，包括车辆行驶速度、在所行驶路线上的道路坡度变化、以及交通状况等等因素都能造成很大的影响。而其中道路坡度是影响车辆行驶安全及其电控系统准确控制的重要参数。另外随着智能汽车的发展，现今对智能汽车的智能控制的算法都非常依赖于所获得的道路坡度数据的精度。因此，获得一条道路完整的道路坡度数据对于汽车的控制非常重要。而目前，对于道路坡度数据的采集，大致有两种方法，一是利用水箱或钟摆等仪器直接读取倾斜角作为道路的坡度角，二是在实验车上装陀螺仪等仪器来采集道路坡度值。但是对于这两种方法而言，所采集到的坡度值都是离散的，而且都只是某一个点的道路坡度值，难以获得整个路段的坡度值。因此，所采集到的坡度值难以作为数据被汽车的控制系统所利用。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种基于特征点采样和曲线拟合的道路坡度数据处理方法。本专利技术通过对所采集到的道路坡度数据进行处理，获得一整条路的道路坡度曲线，使得汽车的控制系统能够获得整条道路每个位置的精确的道路坡度值。本专利技术提出的一种基于特征点采样和曲线拟合的道路坡度数据处理方法，其特征在于，包括以下步骤：1)对待测量坡度的道路采集数据，得到样本点；使用试验车辆行驶在待测量坡度的道路上，按照固定的间隔时间采集道路数据，每一条数据包括GPS坐标、坡度值和坡度符号；其中，坡度符号+1代表上坡，-1代表下坡；试验车辆在待测量坡度的道路上重复行驶若干次，使得试验车辆所走的轨迹覆盖整条道路，并将采集的每一条数据中的GPS坐标记为一个样本点；2)利用样本点组成试验车辆的行驶轨迹图，然后在行驶轨迹图上对待测量坡度的道路进行路段划分；具体步骤如下：2-1)利用步骤1)采集的样本点，组成待测量坡度的道路上的试验车辆行驶轨迹图，利用该行驶轨迹图表示待测量坡度的道路路线；2-2)对试验车辆行驶轨迹图进行划分，完成对待测量坡度的道路路段划分，并用编号依次标记每一个路段；3)对每个路段的样本点进行拟合，生成待测量坡度的道路的拟合曲线并生成网格；具体步骤如下：3-1)对步骤2)划分得到的每个路段，使用属于该路段的样本点进行从1次到4次逐次拟合：若拟合的坐标值与实际样本点的坐标值相关系数大于0.98，则拟合终止，得到的曲线即为该路段的拟合曲线；否则选取相关系数最大时的多项式为最优拟合多项式，该最优拟合多项式对应的曲线即为该路段的拟合曲线；3-2)将步骤3-1)得到的每一个路段的拟合曲线，按照地图中的位置，从西到东从南到北，依次画出与拟合曲线垂直的线段，两个相邻的线段即组成一个网格，按生成网格的顺序对网格进行id编号；4)将每个网格内样本点的坡度均值作为网格坡度值；把所有有坡度值的样本点划分到对应网格中，计算每个网格内的样本点的绝对值平均坡度值；当网格内样本点个数小于10时，该网格坡度值为90，代表坡度值未知；5)确定每个网格的坡度方向，完成该道路坡度的数据处理；根据步骤1)采集到的数据，确定路段中每个网格的方向是上坡还是下坡，具体做法如下：根据车辆经过网格的先后顺序、网格id编号的顺序及实时采集的坡度符号+1或-1向所在网格的符号变量计数：如果车辆经过网格的顺序与网格id编号增加的顺序一致，则将采集到的坡度符号直接累加到网格符号变量上；否则将采集到的坡度符号的负值累加到符号变量上；得到最终的网格符号变量累加值的符号代表该网格的坡度符号从而确定该网格坡度的方向：如果网格的坡度符号为+，则代表从该网格到相邻的下一个网格是上坡；如果网格的坡度符号为-，则代表从该网格到相邻的下一个网格是下坡；如果网格的坡度符号为0，则无法确定该网格的坡度方向；每个网格的坡度方向确定后，该道路坡度的数据处理完成。本专利技术的特点及有益效果在于：本专利技术的方法首先把采集坡度的陀螺仪装在车辆上，使用实车去采集道路坡度数据，每秒采集一条数据，包括GPS坐标和坡度。在一条路段上，车辆经过多个不同的位置，就能够获得各个位置的道路坡度值。通过对道路进行网格划分，再将采集得到的道路坡度数据在网格内进行处理，使得所采集到的道路坡度数据能够被存储及应用。使用这一方法能够得到整个道路每个位置的坡度值，继而可以将这条道路的坡度值进行后续的存储和应用。使用该方法对道路坡度值进行数据处理，能够得到较为精确的道路坡度曲线，便于后续的存储和应用等操作。附图说明图1为本专利技术方法的总体流程框图。图2为本专利技术实施例中某道路路段划分及车辆行驶轨迹示意图。图3为本专利技术实施例中某路段拟合曲线示意图。图4为本专利技术实施例中某路段网格划分示意图。图5为本专利技术实施例中厦门某道路的车辆行驶轨迹图。图6为本专利技术实施例中厦门某道路的根据行驶轨迹得到的路段划分示意图。图7为本专利技术实施例中厦门某道路的最终路段划分示意图。图8为本专利技术实施例中厦门某道路的网格划分整体示意图。图9为本专利技术实施例中厦门某道路的网格划分局部放大示意图。图10为本专利技术实施例中厦门某道路坡度均值示意图。图11为本专利技术实施例中厦门某道路确定方向后的最终道路坡度曲线示意图。具体实施方式本专利技术提出的一种基于特征点采样和曲线拟合的道路坡度数据处理方法，下面结合附图和具体实施例进一步详细说明如下。本专利技术提出的一种基于特征点采样和曲线拟合的道路坡度数据处理方法，总体流程如图1所示，包括以下步骤：1)对待测量坡度的道路采集数据，得到样本点；使用装有陀螺仪以及GPS的试验车辆行驶在待测量坡度的道路上，按照固定的间隔时间采集道路数据(采集间隔时间通常为每0.5秒-5秒采集一次；采集间隔时间越短，精度越高，例如每1秒采集一次)，每一条数据包括GPS坐标、坡度值和坡度符号(+1代表上坡，-1代表下坡)；试验车辆在待测量坡度的道路上重复行驶多次(行驶次数根据待测量道路宽窄而定，例如10次)，最终使得试验车辆所走的轨迹覆盖整条道路，并将采集的每一条数据中的GPS坐标记为一个样本点；2)利用样本点组成试验车辆的行驶轨迹图，然后在行驶轨迹图上对待测量坡度的道路进行路段划分；具体步骤如下：2-1)利用步骤1)采集的样本点，组成待测量坡度的道路上的试验车辆行驶轨迹图，利用该行驶轨迹图表示待测量坡度的道路路线；本实施例的车辆行驶轨迹示意图如图2所示；图2中，黑色粗线为在百度地图上所标记出来的试验车辆的行驶轨迹，该行驶轨迹是由密集的样本点组成，每一个样本点为每一次采集数据的GPS坐标，最终很多个样本点组成试验车辆的行驶轨迹图，用该行驶轨迹图表示待测量坡度的道路路线；2-2)使用基于百度地图开发的页面手工标记工具对试验车辆行驶轨迹图进行划分，完成对待测量坡度的道路路段划分；本实施例中，如图2中的黑框所示，该道路被划分为14个路段，并用编号依次标记每一个路段，每一个路段的形状接近一条直线或者二次抛物线，且每个路段的长度大约在2公里左右(最长不超过4公里，最短大于0.1公里)，以保证之后对该路段进行曲线拟合的准确性；3)对每个路段的样本点进行拟合，生成待测量坡度的道路的拟合曲线并生成网格；3-1)对步骤2)划分得到的每个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于特征点采样和曲线拟合的道路坡度数据处理方法，其特征在于，包括以下步骤：1)对待测量坡度的道路采集数据，得到样本点；使用试验车辆行驶在待测量坡度的道路上，按照固定的间隔时间采集道路数据，每一条数据包括GPS坐标、坡度值和坡度符号；其中，坡度符号+1代表上坡，‑1代表下坡；试验车辆在待测量坡度的道路上重复行驶若干次，使得试验车辆所走的轨迹覆盖整条道路，并将采集的每一条数据中的GPS坐标记为一个样本点；2)利用样本点组成试验车辆的行驶轨迹图，然后在行驶轨迹图上对待测量坡度的道路进行路段划分；具体步骤如下：2‑1)利用步骤1)采集的样本点，组成待测量坡度的道路上的试验车辆行驶轨迹图，利用该行驶轨迹图表示待测量坡度的道路路线；2‑2)对试验车辆行驶轨迹图进行划分，完成对待测量坡度的道路路段划分，并用编号依次标记每一个路段；3)对每个路段的样本点进行拟合，生成待测量坡度的道路的拟合曲线并生成网格；具体步骤如下：3‑1)对步骤2)划分得到的每个路段，使用属于该路段的样本点进行从1次到4次逐次拟合：若拟合的坐标值与实际样本点的坐标值相关系数大于0.98，则拟合终止，得到的曲线即为该路段的拟合曲线；否则选取相关系数最大时的多项式为最优拟合多项式，该最优拟合多项式对应的曲线即为该路段的拟合曲线；3‑2)将步骤3‑1)得到的每一个路段的拟合曲线，按照地图中的位置，从西到东从南到北，依次画出与拟合曲线垂直的线段，两个相邻的线段即组成一个网格，按生成网格的顺序对网格进行id编号；4)将每个网格内样本点的坡度均值作为网格坡度值；把所有有坡度值的样本点划分到对应网格中，计算每个网格内的样本点的绝对值平均坡度值；当网格内样本点个数小于10时，该网格坡度值为90，代表坡度值未知；5)确定每个网格的坡度方向，完成该道路坡度的数据处理；根据步骤1)采集到的数据，确定路段中每个网格的方向是上坡还是下坡，具体做法如下：根据车辆经过网格的先后顺序、网格id编号的顺序及实时采集的坡度符号+1或‑1向所在网格的符号变量计数：如果车辆经过网格的顺序与网格id编号增加的顺序一致，则将采集到的坡度符号直接累加到网格符号变量上；否则将采集到的坡度符号的负值累加到符号变量上；得到最终的网格符号变量累加值的符号代表该网格的坡度符号从而确定该网格坡度的方向：如果网格的坡度符号为+，则代表从该网格到相邻的下一个网格是上坡；如果网格的坡度符号为‑，则代表从该网格到相邻的下一个网格是下坡；如果网格的坡度符号为0，则无法确定该网格的坡度方向；每个网格的坡度方向确定后，该道路坡度的数据处理完成。...

【技术特征摘要】
1.一种基于特征点采样和曲线拟合的道路坡度数据处理方法，其特征在于，包括以下步骤：1)对待测量坡度的道路采集数据，得到样本点；使用试验车辆行驶在待测量坡度的道路上，按照固定的间隔时间采集道路数据，每一条数据包括GPS坐标、坡度值和坡度符号；其中，坡度符号+1代表上坡，-1代表下坡；试验车辆在待测量坡度的道路上重复行驶若干次，使得试验车辆所走的轨迹覆盖整条道路，并将采集的每一条数据中的GPS坐标记为一个样本点；2)利用样本点组成试验车辆的行驶轨迹图，然后在行驶轨迹图上对待测量坡度的道路进行路段划分；具体步骤如下：2-1)利用步骤1)采集的样本点，组成待测量坡度的道路上的试验车辆行驶轨迹图，利用该行驶轨迹图表示待测量坡度的道路路线；2-2)对试验车辆行驶轨迹图进行划分，完成对待测量坡度的道路路段划分，并用编号依次标记每一个路段；3)对每个路段的样本点进行拟合，生成待测量坡度的道路的拟合曲线并生成网格；具体步骤如下：3-1)对步骤2)划分得到的每个路段，使用属于该路段的样本点进行从1次到4次逐次拟合：若拟合的坐标值与实际样本点的坐标值相关系数大于0.98，则拟合终止，得到的曲线即为该路段的拟合曲线；否则选取相关系数最大时的多项式为最优拟合多项式，该最优拟合多项式对应的曲线即为...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄开胜，宋宜洲，黄建业，卢中亮，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11