基于智能导航算法的车辆组合导航系统技术方案

一种基于智能导航算法的车辆组合导航系统由ＧＰＳ模块，电子罗盘，车速传感器及车速信号处理电路，智能地图匹配算法模块，车辆行驶轨迹显示，记录与回放模块以及语言提示模块组成；智能地图适配算法模块利用ＧＰＳ定位数据、车速传感器给出的行驶距离数据和电子罗盘给出的行驶方向数据，结合电子地图的路网信息，用行驶距离在已知道路上推算，从而定位当前车辆的位置。本系统不受ＧＰＳ信号的影响，实现了不间断的车辆定位功能，且系统实施成本低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及采用计算机应用技术的车辆导航系统，特别是智能化的组合式车 辆导航系统。
技术介绍
智能车辆导航系统是智能交通系统的重要组成部分，是把先进的全球卫星定 位(GPS)技术、组合导航技术、地理信息技术等综合在一起的高科技系统，进入 九十年代以后发展迅猛。近年来，随着城市中车辆数量的日益增多，如何在城市 里有效地指挥、管理公共服务车辆和一些特种车辆，已经成为交通运输部门和城 市规划部门面临地一个重要的课题，车辆导航系统更加受到人们的关注。车辆导 航定位系统有自主式、非自主式和组合式三种。自主式车辆导航定位系统利用惯 性导航原理，使用陀螺仪、里程仪等传感器测量车辆的位移和航向信息，由此解 算出车辆的位置。DR(Dead Reckoning航位推算)是自主式导航定位系统中的典 型代表。非自主式车辆导航定位系统主要以GPS (Global Positioning System) 或差分GPS作为定位手段。组合式车辆导航定位系统则是前两种导航方式的结 合。基于GPS定位技术实现的车辆导航系统，在GPS信号丢失的环境里，如高架 桥下、隧道、城市高楼间，将不能提供导航和定位功能，不能满足某些需要实时 定位的公共服务车辆和特种车辆的功能要求。现有的车辆组合导航算法中大多是 依赖于GPS/DR数据，如基于代价函数的地图匹配算法,基于权重的地图匹配算法， 基于圆搜索直接投影地图匹配算法等，由于这些算法的准确性依赖于GPS/DR数 据的准确性，在低成本的车辆导航系统中，GPS本身的误差、DR的累积误差、传 感器的测量误差、电子地图的误差，将使得GPS/DR估计的车辆位置可信度降低， 甚至使车辆位置完全偏离实际道路。而有些地图匹配算法原理较为复杂，实现难 度较大，如基于神经网络的地图匹配算法、基于Kalman滤波的地图匹配算法、 基于概率统计的地图匹配算法等，在低成本/计算能力低的车辆导航系统中实时 运行速度达不到应用要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于智能导航算法的车辆组合导航系统，以综合利 用电子罗盘、车速传感器、GPS模块定位数据和电子地图，实现低成本的车辆组合导航系统。本专利技术的目的是这样实现的 一种基于智能导航算法的车辆组合导航系统包 括GPS信号接收模块确定车辆的初始行驶道路和道路的ID，输出含有车辆的 距离和方向信息的GPS数据；电子罗盘确定并输出车辆的行驶方向数据；车速 传感器及车速信号处理电路车速信号处理电路对车速传感器采集得到的车辆速 度数据处理后，输出车辆行驶距离数据；车辆行驶轨迹显示、记录与回放模块， 以及语音提示模块，还具有智能地图匹配算法模块结合电子地图的路网信息， 按以下步骤进行推算(1) 地图匹配初始化用GPS点来找车辆初始行驶通路和通路的ID,并且利用GPS航向角度，通过 直接投影算法和圆搜索算法相结合的方法，确定方向节点和车辆行驶距离；(2) )当下一个GPS点还没有来之前，以上一次匹配点进行DR插值，插值 的时刻以取得车速传感器数据的时间为基准，转向(3);当有GPS数据来了转向(10);(3) 判断上一次匹配点是否进入了判断域内，如果是转(5)，否则转(4);(4) 直行推算状态根据车速直行推算，如果车速直行推算的点不在道路 上了，则匹配在方向节点，转(11);(5) 判断DR角度与道路角度之差是否小于指定角度，如果是转(6)，否则 转向可能换路状态(8);(6) 判断是否己经匹配到了方向节点，如果是转(7)，否则转(4);(7) 计算DR推算点，判断DR推算点是否还在判断域内，如果是匹配到DR 推算点，否则转向可能换路状态(8);(8) 可能换路状态处理在电子地图中找出以方向节点为交点所有道路， 结合距离、航向以及车速多个因素确定是否车辆换路了；如果确定要换路则转向(9)，否则匹配到DR推算点，转(10);(9) 保存历史道路信息，计算上一次匹配点在换路后道路上的垂足，并匹 配到这个垂足；更新道路信息和行驶距离；(10) 匹配出错判断处理如果发现出错，则应返回上一历史道路重新找路；(11) 从(2)开始循环，直到退出匹配控制。 本专利技术的技术创新点有(1)利用电子地图数据、GPS数据，对接收到的电子罗盘数据、车速传感器数据进行综合处理，从而消除低成本电子罗盘、车速传 感器数据的误差；(2)利用接收到的GPS数据、车辆行驶方向、车辆行驶距离数 据，进行电子地图的智能匹配，从而定位当前车辆的位置。 本专利技术的有益效果是本专利技术通过综合利用电子地图信息、GPS数据、低成本的电子罗盘和车速传 感器数据，进行智能地图匹配，从而实现车辆位置的定位，实现了一个智能组合 导航系统。此系统不受GPS信号中断的影响，实现了不间断的车辆定位功能，满 足公共服务车辆和特种服务车辆不间断定位跟踪的要求。系统实施成本低。附图说明图l是本专利技术的系统结构图2是图1所示系统的基本程序流程具体实施例方式图l示出，GPS信号接收模块、电子罗盘和经过处理的车速信号，通过串口 通信输入到组合导航系统中，组合导航系统在GIS平台(本专利技术的组合导航系 统可应用在各种常见的GIS平台上，如ArcGIS, Maplnfo, SuperMap等。在试验 样机上使用的是国产超图SuperMap GIS平台)和电子地图基础数据的支持下， 对接收到的GPS数据、车辆行驶方向、车辆行驶距离数据进行处理，进行电子 地图的智能匹配，从而定位当前车辆的位置，在电子地图上显示出车辆的行驶轨 迹。在指定目的地，系统作出最佳路径规划，即可根据车辆的位置信息，计算出 导航信息，并语音提示。图2示出， 一种基于智能导航算法的车辆组合导航系统，包括GPS信号接 收模块确定车辆的初始行驶道路和道路的ID (道路的ID，即是在电子地图中 该道路的编号，该ID在电子地图中可用来唯一确定一条道路)，输出含有车辆的 距离和方向信息的GPS数据；电子罗盘确定并输出车辆的行驶方向数据；车 速传感器及车速信号处理电路车速信号处理电路对车速传感器采集得到的车辆 速度数据处理后，输出车辆行驶距离数据；车辆行驶轨迹显示、记录与回放模块，和语音提示模块，以及智能地图匹配算法模块结合电子地图的路网信息，按以 下步骤进行推算(1) 地图匹配初始化用GPS点来找车辆初始行驶通路和通路的ID,并且利用GPS航向角度，通 过直接投影算法和圆搜索算法相结合的方法，确定方向节点和车辆行驶距离(在 地图匹配初始化中，可通过GPS信号得到车辆的当前位置和行驶方向。然后在 电子地图中搜索所有道路，找出与当前GPS位置垂直距离在一定距离范围内的 道路，再比较这些道路的方向与GPS信号给出的行驶方向，道路方向与GPS行 驶方向一致，且与当前GPS位置最近的一条道路被选中，作为初始匹配的道路。 该道路沿行驶方向向前的端点，为当前方向节点。GPS位置投影在该道路上的点， 与行驶方向后端的端点的距离为当前在该道路上的行驶距离)；(2) )当下一个GPS点还没有来之前，以上一次匹配点进行DR插值，插 值的时刻以取得车速传感器数据的时间为基准，转向(3);当有GPS数据来了 转向(10);(3) 判断上一次匹配点是否进入了判断域内，如果是转(5)，否则转(4);(4) 直行推算状态根据车速直行推算本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于智能导航算法的车辆组合导航系统，包括：ＧＰＳ信号接收模块：确定车辆的初始行驶道路和道路的ＩＤ，输出含有车辆的距离和方向信息的ＧＰＳ数据；电子罗盘：确定并输出车辆的行驶方向数据；车速传感器及车速信号处理电路：车速信号处理电路对车速传感器采集得到的车辆速度数据处理后，输出车辆行驶距离数据；车辆行驶轨迹显示、记录与回放模块，以及语音提示模块，其特征是：还具有智能地图匹配算法模块：结合电子地图的路网信息，按以下步骤进行推算：（１）地图匹配初始化用ＧＰＳ点来找车辆初始行驶通路和通路的ＩＤ，并且利用ＧＰＳ航向角度，通过直接投影算法和圆搜索算法相结合的方法，确定方向节点和车辆行驶距离；（２））当下一个ＧＰＳ点还没有来之前，以上一次匹配点进行ＤＲ插值，插值的时刻以取得车速传感器数据的时间为基准，转向（３）；当有ＧＰＳ数据来了转向（１０）；（３）判断上一次匹配点是否进入了判断域内，如果是转（５），否则转（４）；（４）直行推算状态：根据车速直行推算，如果车速直行推算的点不在道路上了，则匹配在方向节点，转（１１）；（５）判断ＤＲ角度与道路角度之差是否小于指定角度，如果是转（６），否则转向可能换路状态（８）；（６）判断是否已经匹配到了方向节点，如果是转（７），否则转（４）；（７）计算ＤＲ推算点，判断ＤＲ推算点是否还在判断域内，如果是匹配到ＤＲ推算点，否则转向可能换路状态（８）；（８）可能换路状态处理：在电子地图中找出以方向节点为交点所有道路，结合距离、航向以及车速多个因素确定是否车辆换路了；如果确定要换路则转向（９），否则匹配到ＤＲ推算点，转（１０）；（９）保存历史道路信息，计算上一次匹配点在换路后道路上的垂足，并匹配到这个垂足；更新道路信息和行驶距离；（１０）匹配出错判断处理：如果发现出错，则应返回上一历史道路重新找路；（１１）从（２）开始循环，直到退出匹配控制。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王茂宁，李晓峰，
申请(专利权)人：四川川大智胜软件股份有限公司，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]