低成本高精度的高架上下坡检测方法技术

本发明专利技术提供了一种低成本高精度的高架上下坡检测方法，采用GNSS+IMU+里程计组合定位导航系统，包括以下步骤：步骤1，输入组合定位导航系统的信息；步骤2，若地图匹配在高架出入口匝道上或附近，执行下一步；步骤3，检查俯仰角是否有效可用，若无效或还处在校准中，则等待进入组合定位导航状态且俯仰角可用为止；若有效，执行步骤3；步骤4，输出的俯仰角和里程计的速度；步骤5，进行低通滤波；步骤6，抓取俯仰角在进入匝道之前或刚进入匝道时的初始均值作为零偏；步骤7，计算零偏补偿后的俯仰角和零偏补偿后的高度差；步骤8，判断时上/下高架还是平坡；步骤9，重复步骤4‑步骤8；步骤10，清除计算状态。

【技术实现步骤摘要】
低成本高精度的高架上下坡检测方法
本专利技术涉及道路检测
，具体涉及一种低成本高精度的高架上下坡检测方法。
技术介绍
现在城市的城市化进程逐渐加快，汽车的数量急剧增加，城市的交通日益复杂和拥堵，高架路已成为缓解交通拥堵，改善出行条件的必备方案。受制于技术上的精度限制，导航软件一般仅仅显示2D位置，高程上的置信度不高，因此无法定位当前是否在高架道路上，还是高架道路下的普通道路上，往往给行车人造成较大的困扰。目前一些配有车载导航模块的车载系统中(包括前装或后装)往往会搭载基于GNSS+IMU+汽车里程计组合定位的导航解算模块(GNSS-全球导航卫星系统，IMU-惯性测量单元)，用来提高城市复杂环境的定位精度和解决隧道的定位盲点。此类导航解算模块除提供3维的经度、纬度、高度信息外，同时还会提供汽车的3维姿态角信息，包括航向、俯仰和横滚。另外，根据经纬度位置信息进行实时的地图匹配可以提供当前是否处在高架附近以及是否行至高架出入口匝道上或附近的信息。因此，当地图匹配至高架的出入口匝道上或附近时，提取组合导航解算模块提供的俯仰角信息和里程计速度信息，计算出此时道路的坡度角和高度差，从而得出此时道路的上下坡属性；同时与地图的高架出入口匝道属性相匹配，若两者属性相同，则当前处于上/下高架状态，若不同，则当前在高架下的平坡普通道路上行驶。目前已有的上下高架的方案有基于气压计的高度差来判断上下高架的方案，基于GNSS高度差来判断上下高架的方案，以及利用手机里的加速度传感器和GPS提供的速度信息计算重力分量在速度方向的投影来上下高架的方案。利用GNSS高度差信息来判断上下高架的方案精度较低，因为GNSS在高度方向解算误差较大，容易受地形和周围环境的影响，并且在GNSS信号丢失的情况下不能判断出上下坡的情况。而利用气压计的高度差来判断上下高架的方案所需要的成本较高，需要额外的气压计传感器，而目前市面上仅有高端机型手机配备有气压计，一般车载系统中也并没有配置气压计，因此适用范围较窄。利用手机内置的加速度结合GPS速度信息计算出重力分量在速度方向的投影方案受到传感器期间的误差噪声影响较大，需精确估计出传感器的零偏，安装误差角和随机的噪声项，因此精度较低。
技术实现思路
本专利技术提供了一种低成本高精度的高架上下坡检测方法，解决了利用GNSS+IMU+里程计组合导航系统解算输出的姿态角和里程计速度信息，结合地图的高架出入口信息进行上下高架识别，进而辅助导航系统精准定位到高架或普通道路的技术问题。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：一种低成本高精度的高架上下坡检测方法，其特征在于，采用GNSS+IMU+里程计组合定位导航系统，包括以下步骤：步骤1，输入组合定位导航系统的信息；步骤2，若地图匹配在高架出入口匝道上或附近，则执行步骤3；步骤3，检查组合定位导航系统给出的俯仰角是否有效可用，若无效或还处在校准中，则等待进入组合定位导航状态且俯仰角可用为止；若有效，执行步骤4；步骤4，获取组合定位导航系统输出的俯仰角和里程计的速度；步骤5，对俯仰角和速度进行低通滤波，滤除噪声；步骤6，抓取俯仰角在进入匝道之前或刚进入匝道时的初始均值作为零偏；步骤7，计算零偏补偿后的俯仰角和零偏补偿后的高度差；步骤8，判断是上高架或者下高架或者平坡；步骤9，重复步骤4-步骤8，直至地图匹配不在高架出入口匝道上或附近；步骤10，清除计算状态，结束上下坡检测。进一步地，步骤1中组合定位导航系统的信息包括姿态角信息、里程计的速度信息、地图匹配给出的是否在高架出入口匝道上或附近信息。进一步地，步骤1中高架出入口匝道附近是指距离高架出入口匝道小于50m。进一步地，步骤1中按照1Hz输入组合定位导航系统的姿态角信息、里程计的速度信息、地图匹配给出的是否在高架出入口匝道上或附近信息。进一步地，步骤5中设当前时刻为第n秒，低通滤波后的俯仰角记为Pn，低通滤波后的速度记为Vn，步骤6中的零偏记为P0。进一步地，步骤7中计算零偏补偿后的俯仰角Pn′和零偏补偿后的高度差Hn如下：Pn′＝Pn-P0，Hn＝Hn-1+sin(Pn-P0)*Vn，其中Hn-1为n-1时刻计算出的高度差。进一步地，步骤8中若俯仰角满足阈值条件，且与地图的匝道坡度属性一致，则判断为上高架或者下高架；若俯仰角不满足阈值条件，高度差满足阈值条件，且与地图的匝道坡度属性一致，则判断为上高架或者下高架；若上述条件均不满足，则判断为平坡；进一步地，步骤8具体包括以下步骤：若Pn′和Pn在连续一段时间T内均大于正阈值A和B，且当前匹配的地图的匝道坡度属性为上坡，则判断当前为上高架；若Pn′和Pn在连续一段时间T内均小于负阈值C和D，且当前匹配的地图的匝道坡度属性为下坡，则判断当前为下高架；当Pn′和Pn均不满足阈值条件时，若Hn大于正阈值E且当前匹配的地图的匝道坡度属性为上坡，则判断当前为上高架；若Hn大于负阈值F且当前匹配的地图的匝道坡度属性为下坡，则判断当前为下高架；若上述条件均不满足，则判断当前为平坡。进一步地，阈值A、B、C、D、E、F和时间T根据里程计的速度信息进行动态调整。本专利技术的有益效果在于，无需额外的硬件配置，成本较低；且综合利用地图的属性信息、GNSS+IMU+里程计车速组合定位系统的位置和姿态解算信息，覆盖面全，在GNSS无信号情况下也可正常工作，精度和可靠性高。附图说明图1是载体坐标系定义示意图。图2是高架上下坡检测方法流程图。具体实施方式本专利技术利用GNSS+IMU+里程计组合导航系统的俯仰角的绝对值和零偏补偿之后的值判断上下高架，利用GNSS+IMU+里程计组合导航系统的俯仰角结合里程计速度计算出高度差值来判断上下高架。下文中，结合附图和实施例对本专利技术作进一步阐述。载体坐标系定义示意图如图1所示，载体系是与汽车固连的IMU坐标系，xyz轴定义为前右下，满足右手定则。本专利技术采用GNSS+IMU+里程计组合定位导航系统，输入如下：地图匹配提供的是否在高架匝道出入口上或附近和匝道上下坡属性，GNSS+IMU+里程计组合定位导航系统的俯仰角和里程计的速度。当地图匹配当前定位点位于高架匝道出入口上或者匝道出入口附近(当前定位点距离匝道出入口附近＜50m)，则触发高架上下坡检测；否则清除内部相关计算状态，不进行上下坡的检测。由于车载GNSS+IMU+里程计组合定位导航系统正常情况下与汽车固连，因此经过安装误差角补偿之后的组合导航系统输出的载体坐标系的俯仰角等同于汽车的俯仰角。根据坐标系定义，当汽车行驶在高架上坡时，俯仰角应为大于0的正值，高度增高；当汽车行驶在高架下坡时，俯仰角应为小于0的负值，高度降低；当汽车行驶在普通平坡道路上时，俯仰角应在0附近，高度无明显变化。但是由于组合导航系统的解算精度受各种因素影响，如安装误差角的估计精度，传感器的噪声项等，因此给出的俯仰角如下式表示：P′＝P+P0+W其中，P′为俯仰角的解算值，P为俯仰角的真值，P0为俯仰角在平坡下的偏置，即零偏，W为噪声项。基于上述特性，需要计算出俯仰角在平坡时候的偏置(offset)，即零偏，用零偏补偿之后的俯仰角的值来判断当前道路的坡度情况。针对一些缓慢上下坡的情况，高架匝道上的俯仰角较小，单纯利用俯仰角的信息特征本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低成本高精度的高架上下坡检测方法，其特征在于，采用GNSS+IMU+里程计组合定位导航系统，包括以下步骤：步骤1，输入组合定位导航系统的信息；步骤2，若地图匹配在高架出入口匝道上或附近，则执行步骤3；步骤3，检查组合定位导航系统给出的俯仰角是否有效可用，若无效或还处在校准中，则等待进入组合定位导航状态且俯仰角可用为止；若有效，执行步骤4；步骤4，获取组合定位导航系统输出的俯仰角和里程计的速度；步骤5，对俯仰角和速度进行低通滤波，滤除噪声；步骤6，抓取俯仰角在进入匝道之前或刚进入匝道时的初始均值作为零偏；步骤7，计算零偏补偿后的俯仰角和零偏补偿后的高度差；步骤8，判断是上高架或者下高架或者平坡；步骤9，重复步骤4‑步骤8，直至地图匹配不在高架出入口匝道上或附近；步骤10，清除计算状态，结束上下坡检测。

【技术特征摘要】
1.一种低成本高精度的高架上下坡检测方法，其特征在于，采用GNSS+IMU+里程计组合定位导航系统，包括以下步骤：步骤1，输入组合定位导航系统的信息；步骤2，若地图匹配在高架出入口匝道上或附近，则执行步骤3；步骤3，检查组合定位导航系统给出的俯仰角是否有效可用，若无效或还处在校准中，则等待进入组合定位导航状态且俯仰角可用为止；若有效，执行步骤4；步骤4，获取组合定位导航系统输出的俯仰角和里程计的速度；步骤5，对俯仰角和速度进行低通滤波，滤除噪声；步骤6，抓取俯仰角在进入匝道之前或刚进入匝道时的初始均值作为零偏；步骤7，计算零偏补偿后的俯仰角和零偏补偿后的高度差；步骤8，判断是上高架或者下高架或者平坡；步骤9，重复步骤4-步骤8，直至地图匹配不在高架出入口匝道上或附近；步骤10，清除计算状态，结束上下坡检测。2.如权利要求1所述的一种低成本高精度的高架上下坡检测方法，其特征在于，步骤1中组合定位导航系统的信息包括姿态角信息、里程计的速度信息、地图匹配给出的是否在高架出入口匝道上或附近信息。3.如权利要求2所述的一种低成本高精度的高架上下坡检测方法，其特征在于，高架出入口匝道附近是指距离高架出入口匝道小于50m。4.如权利要求3所述的一种低成本高精度的高架上下坡检测方法，其特征在于，按照1Hz输入组合定位导航系统的姿态角信息、里程计的速度信息、地图匹配给出的是否在高架出入口匝道上或附近信息。5.如权利要求1所述的一种低成本高精度的高架上下坡检测方法，其特征在于，步骤5中设当前时刻...

【专利技术属性】
技术研发人员：张馨，
申请(专利权)人：千寻位置网络有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31