【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于定位，涉及gnss定位技术，尤其涉及一种基于3d地图的城市峡谷环境低成本定位方法及系统。
技术介绍
1、gnss(global navigation satellite system,全球导航卫星系统)定位已经成为人们日常生活和工业应用中不可或缺的一部分，最常见的应用是在车辆导航系统、智能手机定位服务、地图软件等方面。在开阔区域，gnss伪距单点定位通常可达米级精度，能满足一般定位需求。但在两侧具有高楼遮挡的城市峡谷环境中，可见星数目急剧下降，且gnss信号容易受到高层建筑物的阻挡、反射等影响，导致信号衰减、多径干扰、非视距信号(nonlightofsight，nlos)接收的发生，由此引起的伪距单点定位误差可达几十米甚至不能定位。引入激光雷达、相机、imu等额外的传感器，通过多传感器融合技术能在一定程度上提高定位精度，但在成本、体积、重量等方面受限制的实际应用中存在局限性。得益于三维(three-dimensional，3d)城市地图的发展，考虑卫星与城市建筑之间的几何关系，给城市环境下削弱多径误差提供了一个判断los/nlos信号的基础，为提高城市峡谷环境下gnss定位精度提供了新思路。传统的阴影匹配定位算法利用3d城市地图信息、卫星星历数据以及接收到的卫星信号数据进行匹配来缩小接收设备可能在的区域，从而实现对接收设备的定位，能有效提高城市峡谷环境下过街方向的定位精度，具有成本较低、计算量小等优势，但在沿街方向精度不佳。此外，带有建筑高度信息的城市3d地图普及程度不高，而采用激光雷达扫描，全站仪测量等方法建立3
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于3d地图的城市峡谷环境低成本定位方法及系统，通过openstreetmap(osm，开源地图项目)与google earth建立目标区域的3d地图，利用3d地图提供的建筑物信息进行阴影匹配定位计算，辅助gnss定位。同时，对传统的阴影匹配定位算法提出改进方法，提高阴影匹配本身的定位精度，并与gnss信息进行融合，提高综合定位精度。
2、为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是：
3、基于3d地图的城市峡谷环境低成本定位方法，包括如下步骤：
4、步骤1，提取建筑物轮廓数据：
5、采用地图软件获取需要建立3d地图的目标区域的点线面二维地理数据；
6、步骤2，提取建筑物高度信息数据：
7、通过google earth获取步骤1中目标区域的二维影像，对二维影像进行图像处理，在处理后的二维影像中，对建筑阴影长度进行测量，使用阴影测高法，利用建筑高度与建筑阴影长度之间的关系估计建筑高度信息；
8、步骤3，将二维建筑轮廓与建筑高度信息融合：
9、将步骤2中提取的建筑高度信息导入到步骤1中提取的二维地理数据中，生成包含建筑物高度信息的适用于阴影匹配定位的3d地图；
10、步骤4，确定搜索区域：
11、使用终端设备接收gnss原始信号数据，利用伪距信息以及广播星历进行伪距单点定位，获得初始位置p在地心地固坐标系中的坐标并转换为高斯投影坐标，根据卫星数据质量确定搜索区域半径r的大小，生成以p为圆心，r为半径的圆形搜索区域；
12、步骤5，生成候选位置网格：
13、在步骤4确定的圆形搜索区域内，根据预设间隔设定候选位置，建立候选位置网格；
14、步骤6，生成各个候选位置的天空遮挡图：
15、在各个候选位置上利用建筑高度信息生成天空遮挡图，所述天空遮挡图包含了360°方位角范围内每个角度上对应的建筑边界的高度角信息；
16、步骤7，预测卫星可见性：
17、通过广播星历获取卫星si的方位角以及高度角，比较第j个候选位置cj的天空遮挡图中方位角处的建筑高度角eb和卫星高度角之间的关系，预测卫星si在候选位置cj处的可见性；
18、步骤8，观测卫星可见性
19、根据经验值设置信噪比或载噪比阈值，通过对比接收到的gnss信号的信噪比或载噪比和设定的阈值来判断该卫星信号的类型，并确定观测到的卫星的可见性；
20、步骤9，匹配打分：
21、在每个候选位置上对步骤7中预测的卫星可见性和步骤8中观测得出的卫星可见性之间的匹配程度进行打分；
22、步骤10，选择得分最高的候选位置计算阴影匹配定位解：
23、统计经过步骤9后每个候选位置上所有卫星的总分，选取得分最高的候选位置，对这些候选位置的东向和北向坐标分别取平均值，作为阴影匹配定位解的坐标；
24、步骤11，将阴影匹配定位解与gnss速度信息融合：
25、在步骤10得出的阴影匹配定位解基础上，引入gnss速度信息，通过ekf设计建立系统的状态方程和观测方程，将阴影匹配定位解和gnss速度信息融合，获取最优位置估计。
26、进一步的，所述步骤1点线面二维地理数据通过以下过程得到：在openstreetmap中选取需要建立3d地图的目标区域，将目标区域文件导入到地图编辑软件arcmap中提取点线面二维地理数据，所述点线面二维地理数据包含道路地理信息以及建筑物轮廓。
27、进一步的，所述步骤2包括如下子步骤：
28、步骤2-1，运行google earth，在google earth的历史影像中的选定影像的拍摄时间，并选择与步骤1中相对应的目标区域范围，下载选定时间及目标区域的二维影像；
29、步骤2-2，对下载的影像进行图像处理；
30、步骤2-3，使用noaa太阳高度角在线计算工具完成太阳高度角β的计算；
31、步骤2-4，选取高度数据已知为h的典型高层建筑作为参照，利用google earth中的距离与面积测量工具，量取该高层建筑的阴影长度为l，根据高层建筑的阴影成像原理，求得卫星高度角α的值；
32、步骤2-5，计算建筑高度与建筑阴影长度之间的比值使用google earth中的距离与面积测量工具，对影像中需要建立3d地图的目标区域内的建筑阴影长度进行测量，根据h＝δ.l估计建筑物的实际高度。
33、进一步的，所述步骤2-2包括如下过程：
34、首先对影像进行灰度化处理，生成灰度图；然后对灰度图进行直方图均衡化处理，对原始影像进行增强；然后采用canny边缘检测算子对预处理后图像中的建筑阴影进行识别检测。
35、进一步的，所述步骤4中，所述搜索区域半径r的大小通过下式确定：
36、
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【技术保护点】
1.基于3D地图的城市峡谷环境低成本定位方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于3D地图的城市峡谷环境低成本定位方法，其特征在于，所述步骤1点线面二维地理数据通过以下过程得到：在OpenStreetMap中选取需要建立3D地图的目标区域，将目标区域文件导入到地图编辑软件ArcMap中提取点线面二维地理数据，所述点线面二维地理数据包含道路地理信息以及建筑物轮廓。
3.根据权利要求1所述的基于3D地图的城市峡谷环境低成本定位方法，其特征在于，所述步骤2包括如下子步骤：
4.根据权利要求3所述的基于3D地图的城市峡谷环境低成本定位方法，其特征在于，所述步骤2-2包括如下过程：
5.根据权利要求1所述的基于3D地图的城市峡谷环境低成本定位方法，其特征在于，所述步骤4中，所述搜索区域半径r的大小通过下式确定：
6.根据权利要求1所述的基于3D地图的城市峡谷环境低成本定位方法，其特征在于，所述步骤7中，预测卫星Si在候选位置Cj处的可见性表示为下式：
7.根据权利要求1所述的基于3D地图的城市峡谷环
8.根据权利要求1所述的基于3D地图的城市峡谷环境低成本定位方法，其特征在于，所述步骤9具体包括：
9.根据权利要求1所述的基于3D地图的城市峡谷环境低成本定位方法，其特征在于，所述步骤11具体包括如下过程：
10.基于3D地图的城市峡谷环境低成本定位系统，包括计算机程序，其特征在于，该计算机程序实现权利要求1-9中任意一项所述的基于3D地图的城市峡谷环境低成本定位方法中的步骤。
...【技术特征摘要】
1.基于3d地图的城市峡谷环境低成本定位方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于3d地图的城市峡谷环境低成本定位方法，其特征在于，所述步骤1点线面二维地理数据通过以下过程得到：在openstreetmap中选取需要建立3d地图的目标区域，将目标区域文件导入到地图编辑软件arcmap中提取点线面二维地理数据，所述点线面二维地理数据包含道路地理信息以及建筑物轮廓。
3.根据权利要求1所述的基于3d地图的城市峡谷环境低成本定位方法，其特征在于，所述步骤2包括如下子步骤：
4.根据权利要求3所述的基于3d地图的城市峡谷环境低成本定位方法，其特征在于，所述步骤2-2包括如下过程：
5.根据权利要求1所述的基于3d地图的城市峡谷环境低成本定位方法，其特征在于，所述步骤4中，所述搜索区域半径r的大小通过下式确定：
6.根据权利要求1所述的基于3d地图的城...
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