專利名稱：基于虛擬傳感器的區域判斷方法
技術領域：
本發明涉及一種對于駕校路考考試的新型評判方法，尤其是使用GPS進行的基于虛擬傳感器的區域判斷方法。
背景技術：
目前駕校路考中普遍采用的是使用傳統傳感器來對考試中的車輛進行判斷有無撞桿、壓線、出界等，例如壓力傳感器、紅外傳感器、震動傳感器等。這些傳感器在駕校修建安裝時的布置工作極其復雜，需要很長的時間來進行對駕校場地的傳感器安裝工作。在后期使用中，這些傳統的實體傳感器都會因為天氣、環境及碰撞等因素而損毀，因此在實際使用時需要經常進行檢測及維護，這就在設備的使用成本及維護上增添了成本。在實際的駕校路考中場地大，實體傳感器數量多，其中任何一個實體傳感器都會有損壞的可能，由于實體傳感器的數量非常之大，所以總體的損壞幾率也很大。因此，在駕校的路考中時常都會有傳感器的損壞。為了避免傳感器的損壞最好的方法是減少實體傳感器的存在，從而減小損壞的幾率，同時降低因傳感器長期使用所引起的誤差帶來的影響。因此在這種情況下，發明了一種用于駕校路考的判斷方法，其使用的傳感器也非常簡潔，只需一套差分GPS即可。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術中的不足，提供一種安裝便捷、使用簡單、損壞率低、高精度的基于虛擬傳感器的區域判斷方法，用于駕校路考判斷。本發明所述基于虛擬傳感器的區域判斷方法是通過以下技術手段實現上述技術目的的所述方法包括以下步驟(I)使用基于RTK技術的差分GPS來對整個駕校考試場地進行測繪，繪制成考試場地的矢量地圖；(2)使用基于RTK技術的差分GPS來測繪車輛檢測點相對于車輛的GPS天線的位置數據；(3)在考試場地的矢量地圖上生成感應區域，并對所述感應區域進行編號，在對所有的感應區域編號后，將感應區域轉換成數據形式的區域文件作為實時判斷時的位置區域依據；(4)按順序提取一個感應區域的區域文件，采用RTK(全稱“實時載波相位差分”)技術結合慣導推算來實時計算車輛的虛擬檢測點的位置，并與所提取的區域文件進行匹配，判斷當前車輛的虛擬檢測點是否在感應區域內，如果在，則輸出該感應區域的編號，表示該虛擬檢測點所代表的測試項目符合標準；如果不在，表示該虛擬檢測點所代表的測試項目不符合標準，則提取下一個感應區域的區域文件，繼續檢測車輛的下一個虛擬檢測點是否位于所述下一個感應區域內；直至提取到最后一個感應區域。本發明所述的區域判斷方法中結合使用了慣導推算。慣性導航是由慣性器件組成，例如陀螺儀、加速度計，其具有很強的自主性，不受外界環境所影響，抗干擾性極強，但是由于其自身的定位精度存在隨時間的發散漂移，所以使用時間越長位置精度越差。GPS衛星定位由于實時接收GPS導航衛星的定位數據，所以其定位精度高，并且不受使用時間的限制，但是由于要靠接收外部衛星的數據才能提供定位數據，因此在外部通訊收到干擾或者遮擋之后其定位的精度就會下降或者沒有定位數據輸出。考慮到GPS衛星定位技術和慣性導航技術的各自優勢，所以本發明將兩種導航方式進行組合處理，當GPS接收的衛星信號受到干擾后即使用慣導推算進行位置推算，在GPS接收的衛星信號正常之后并對慣性器件進行標定，抵消時間累積誤差。此種組合方式既能夠防御了 GPS易受到外界干擾的影響，又增加了慣導推算的位置精度，非常適合城市中的車輛應用。優選地，本發明所述的區域判斷方法中，所述矢量地圖采用以基站為中心的平面坐標系，且平面坐標系采用的單位為米。優選地，所述步驟(2)中，當車輛上的GPS天線的安裝位置發生改變時，則重新計算車輛的各個虛擬檢測點相對于車輛的GPS天線的位置數據。優選地，所述步驟(2)的具體步驟為①記錄車輛的GPS天線的位置坐標及車輛的航向角、俯仰角、橫滾角；②將車輛上需要的檢測點投影到地面上作為虛擬檢測點；③使用GPS采集投影到地面上的虛擬檢測點的位置坐標；④將所有虛擬檢測點和所述GPS天線的位置的坐標以GPS天線為中心的坐標系平移；⑤平移后按照當前測量的車輛的航向角、俯仰角、橫滾角來旋轉回水平狀態；⑥將所有虛擬檢測點相對GPS天線的位置坐標的系數保存為參數文件。優選地，所述步驟(2)與步驟(4)中采用雙GPS天線加慣性器件的方式提取車輛的航向角、俯仰角、橫滾角。優選地，所述慣性器件為陀螺儀或加速度計。本發明以GPS衛星定位技術為基礎，采用RTK技術將定位誤差范圍控制在毫米范圍，以滿足駕校路考的應用要求。采用GPS加慣導推算的組合導航方式解決了 GPS衛星定位技術受周圍遮擋環境的影響的問題，既能夠達到高的精度還能夠避免GPS衛星定位受周圍環境的影響。同時，本發明利用車輛形狀是剛性的這一特性，采用虛擬點推算的方法，事先將車輛上需要檢測的點與車輛上的GPS天線安裝位置點之間的固定關系計算好，將此系數保存，根據實時更新的GPS天線安裝位置點的坐標，推算出車輛上檢測點的坐標。在虛擬點推算過程中，本發明使用雙GPS天線加慣性器件實時監控車輛的航向角、俯仰角、橫滾角的姿態數據，在車輛靜止的情況下也能夠給出高精度的航向數據，而非單GPS天線應用的速度方向角。將駕校的考試場地使用GPS測繪出完整的矢量地圖，在已測繪的考試場地的地圖上生成感應區域作為虛擬傳感器。然后實時將車輛上某個檢測點的坐標與感應區域進行匹配，判斷其是否符合要求。
所述虛擬傳感器是本發明的核心，將現有的實體傳感器變為虛擬的軟件傳感器。在實體傳感器的應用中，判斷車輛是否軋到邊線需要將邊線上安裝壓力傳感器，當車輪軋到邊線時即軋到了壓力傳感器，此時壓力傳感器就會有響應，發出信號。在虛擬傳感器的判斷方法中不存在實體的壓力傳感器，均是無形的虛擬傳感器，即感應區域。根據考試場地的矢量地圖、車輛上檢測點的坐標，將在矢量地圖上將需要判斷的邊線作為感應區域標記，實時判斷代表車輪的檢測點是否已進入此標記的感應區域中。如此就實現了與實體傳感器一樣的效果，并且本發明所述的方法中虛擬傳感器取代了實體的壓力傳感器，避免了由于反復被軋而造成的壓力傳感器損壞。同時，在虛擬傳感器的布置上采用了簡潔易用的方法布置——圖形化操作，直接在地圖上圈框，能夠是規則的多邊形，也能夠是不規則的多邊形，畫上一個框就是一個虛擬傳感器，簡單方便、快捷。綜上，本發明具有安裝便捷、使用簡單、損壞率低、精度高的優點。
圖1是本發明所述基于虛擬傳感器的區域判斷方法的流程圖。
具體實施例方式為了更清楚的說明本發明的技術方案，下面結合附圖及具體實施例對本發明作進一步詳細的闡述。本發明是以GPS衛星定位技術為基礎，而GPS提供的民用精度最高只能達到分米級，顯然無法滿足駕校路考五厘米的誤差精度指標。本發明采用國際上先進的GPS測繪技術一一RTK技術，提供高精度的位置服務來實現GPS衛星定位技術在駕校車輛中的應用。RTK技術由一個基準站和移動站來實現。基準站提供差分GPS基站信息，將GPS差分更正數傳送給移動站使用，移動站接收到基站發來的差分信息、并將其與基站公有的誤差抵消，以提高定位精度，其定位誤差范圍能夠控制在毫米范圍，足以滿足駕校路考的應用要求。但是衛星技術受周圍遮擋環境的影響很大。如果駕校場地上有高的指示牌或者樹木會對GPS的位置解算有很大的影響，所以本發明使用了 GPS導航結合慣導推算的組合導航方式來解決導航的位置應用。在周圍環境不佳的情況下，GPS導航結合慣導推算能夠抵消引起GPS位置偏差的位置估算數據，如此得出的位置既能夠達到高的精度還能夠避免GPS容易受到周圍環境的影響。如圖1所示，本發明所述的基于虛擬傳感器的區域判斷方法，包括以下步驟(I)使用基于RTK技術的差分GPS來對整個駕校考試場地進行測繪，繪制成考試場地的矢量地圖。(2)使用基于RTK技術的差分GPS來測繪車輛檢測點相對于車輛的GPS天線的位
置數據。由于車輛的形狀是剛性的，不會擅自發生形變，故車輛上點與點之間的關系是固定的，如果已知一個點的位置是能夠推算出車輛上另一個點的位置。因此，本發明計算出車輛上需要檢測的點與能夠實時更新的位置點之間的位置關系并保存，用于判斷過程中。而車輛上能夠實時更新的位置點即為車輛的GPS天線的位置。在判斷過程中只需要實時將車輛上某個檢測點的坐標與駕校的考試場地的矢量地圖進行匹配，即能夠實時的掌握車輛某一檢測點當前所在地圖上的位置。具體地，首先，在車輛靜止停放時，記錄車輛的GPS天線的位置坐標及車輛的航向角、俯仰角、橫滾角。然后，將車輛上需要后期用于判斷的檢測點用鉛垂投影到地面上作為虛擬檢測點，使用GPS采集投影到地面上的虛擬檢測點的位置坐標；將所有虛擬檢測點和所述GPS天線的位置的坐標以GPS天線為中心的坐標系平移；平移后按照當前測量的車輛的航向角、俯仰角、橫滾角來旋轉回水平狀態。最后，將所有虛擬檢測點的系數保存為參數文件。優選的，本發明使用雙GPS天線配合慣性器件，例如陀螺儀、加速度計，來實時監測車輛的航向角、俯仰角、橫滾角等姿態。雙GPS天線定向的應用是基于實時載波相位差分GPS測量技術，通過快速求解整周模糊度，精確獲得兩個GPS衛星信號接收天線處的位置，以兩個天線相位中心所確定的基線向量，求出與北向間的夾角，實現對車輛當前的方向識另O。在車輛靜止的情況下，雙GPS天線定向技術也能夠給出高精度的航向數據。配合慣性器件能夠實時提供車輛的俯仰角、橫滾角。根據車輛的航向角、俯仰角、橫滾角數據及當前車輛上的GPS位置數據，就能夠實時的使用事先計算好的車輛虛擬檢測點的系數來計算出虛擬檢測點的位置。另外，由于車輛的虛擬檢測點的位置關系是相對于車輛上的GPS天線的位置定義的，故當車輛上的GPS天線的安裝位置一旦發生變化，則將會導致誤差。故此關系固定，車輛上的GPS天線的安裝位置一旦更改，就需要重新計算車輛各檢測點的位置數據。(3)在考試場地的矢量地圖上生成感應區域，并對所述感應區域進行編號。在對所有的感應區域編號后，將感應區域轉換成數據形式的區域文件作為實時判斷時的位置區域依照；(4)按順序提取一個感應區域的區域文件，采用RTK技術實時計算車輛的虛擬檢測點的位置，并與所提取的區域文件進行匹配，判斷當前車輛的虛擬檢測點是否在感應區域內，如果在，則輸出該感應區域的編號，表示該虛擬檢測點所代表的測試項目符合標準；如果不在，表示該虛擬檢測點所代表的測試項目不符合標準，則提取下一個感應區域的區域文件，繼續檢測車輛的下一個虛擬檢測點是否位于所述下一個感應區域內。直至提取到最后一個感應區域。本發明所述的區域判斷方法中，所述采用以基站為中心的平面坐標系，且平面坐標系采用的單位為米。由于采用的RTK技術的GPS差分定位方式，位置精度高，存在的誤差判斷極低。為了保證測繪地圖位置的一致性，本發明的矢量地圖采用以基站為中心的平面坐標系，而非WGS-84坐標系。這樣得出的位置坐標始終是移動站到基站的距離，即使衛星系統受到干擾有偏差，移動站到基站的距離是不變的；并且平面坐標系采用的單位為米，在數學計算上要比經緯度方便、容易。上述實施例公布的是本發明較佳的實施方式，并非窮舉。本領域技術人員極易根據上述實施例，領會本發明的精神，并做出不同的引申和變化，但只要不脫離本發明的精神，都在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.基于虛擬傳感器的區域判斷方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)使用基于RTK技術的差分GPS對整個駕校考試場地進行測繪，繪制成考試場地的矢量地圖； (2)使用基于RTK技術的差分GPS來測繪車輛檢測點相對于車輛的GPS天線的位置數據； (3)在考試場地的矢量地圖上生成感應區域，并對所述感應區域進行編號，在對所有的感應區域編號后，將感應區域轉換成數據形式的區域文件作為實時判斷時的位置區域依昭. (4)按順序提取一個感應區域的區域文件，采用RTK技術結合慣導推算實時計算車輛的虛擬檢測點的位置，并與所提取的區域文件進行匹配，判斷當前車輛的虛擬檢測點是否在感應區域內，如果在，則輸出該感應區域的編號，表示該虛擬檢測點所代表的測試項目符合標準；如果不在，表示該虛擬檢測點所代表的測試項目不符合標準，則提取下一個感應區域的區域文件，繼續檢測車輛的下一個虛擬檢測點是否位于所述下一個感應區域內；直至提取到最后一個感應區域。
2.根據權利要求1所述的區域判斷方法，其特征在于，所述矢量地圖采用以基站為中心的平面坐標系，且平面坐標系采用的單位為米。
3.根據權利要求1所述的區域判斷方法，其特征在于，所述步驟(2)中，當車輛上的GPS天線的安裝位置發生改變時，則重新計算車輛的各個虛擬檢測點相對于車輛的GPS天線的位置數據，并繼續進行以下各步驟。
4.根據權利要求1所述的區域判斷方法，其特征在于，所述步驟(2)的具體步驟為 ①記錄車輛的GPS天線的位置坐標及車輛的航向角、俯仰角、橫滾角； ②將車輛上需要的檢測點投影到地面上作為虛擬檢測點； ③使用GPS采集投影到地面上的虛擬檢測點的位置坐標； ④將所有虛擬檢測點和所述GPS天線的位置的坐標以GPS天線為中心的坐標系平移； ⑤平移后按照當前測量的車輛的航向角、俯仰角、橫滾角來旋轉回水平狀態； ⑥將所有虛擬檢測點相對GPS天線的位置坐標的系數保存為參數文件。
5.根據權利要求4所述的區域判斷方法，其特征在于，所述步驟(2)、步驟(4)中采用雙GPS天線加慣性器件的方式提取車輛的航向角、俯仰角、橫滾角。
6.根據權利要求5所述的區域判斷方法，其特征在于，所述慣性器件為陀螺儀或加速度計。
全文摘要
本發明涉及一種基于虛擬傳感器的區域判斷方法，本方法首先以GPS衛星定位技術為基礎繪制考試場地的矢量地圖；然后通過車輛上各點的固定關系，來計算檢測點與GPS天線的位置關系，用于計算出車輛上檢測點實時的位置數據；在矢量地圖上生成虛擬區域；最后，將車輛上檢測點的實時位置與所在虛擬區域進行匹配，判斷是否位于所述虛擬區域中。本發明以虛擬的區域為虛擬傳感器，取代了實體傳感器，簡化了駕校考場的設備安裝，避免實體傳感器使用過程中的損壞。使用簡單、損壞率低、精度高的優點。
文檔編號G01S19/49GK102998689SQ201210492220
公開日2013年3月27日 申請日期2012年11月27日 優先權日2012年11月27日
發明者遲家升, 李江城, 郭元明 申請人:北京星網宇達科技股份有限公司