基于智能移動終端的城市環境車輛測速方法及系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及的是一種交通智能控制領域的技術，具體是一種基于智能移動終端的 城市環境車輛測速方法及系統。
【背景技術】
[0002] 自古以來，交通運輸的興起對人類的發展起著極大的推動作用。隨著大城市的崛 起，城鎮化的推動，在人口、交通工具大量聚集的情況下，交通運輸的發展也遇到了不少瓶 頸和難題。其中：最為嚴重的就是交通安全和交通擁堵問題。在這個大環境、大背景下，智 能化交通系統應運而生。而智能手機的誕生，為進一步加強智能化交通系統帶來了轉機。
[0003] 將智能手機與車載系統、車載應用相結合、發揮智能機的高便攜、高普及和高網絡 接入率等優勢，打造出更加安全、快速、便攜和功能強大的智能化城市交通系統成為研宄熱 點。而車輛實時速度測量更是架構智能化城市交通系統的應用基礎和關鍵技術。
[0004] 已有的車速測定方法大體上可以分為三個類型：基于公共設施的、基于小型外接 裝置的和基于智能手機的車速測量手段。以上方法受設施布置地點的限制、且有著安裝維 護不便或費用昂貴的缺陷。此外，通過攝像頭等方式測速時，還易受天氣和環境的影響，導 致結果誤差偏大。
【發明內容】
[0005] 本發明針對現有技術存在的上述不足，提出一種基于智能感知的城市環境車輛測 速方法及系統，具有良好的精確性，并能在很低的參考點密度環境中表現出良好的魯棒性。
[0006] 本發明是通過以下技術方案實現的：
[0007] 本發明涉及一種通過智能手機傳感器估計車輛行駛速度的方法，通過從傳感器采 集原始數據并進行初始速度估計，然后通過監控傳感器的實時數據獲取參考點，并計算每 個參考點對應的車輛行駛速度，再通過參考點修正算法消除初始速度估計的結果誤差，從 而實現對車輛行駛速度的高精度測量。
[0008] 所述的傳感器包括但不限于智能移動終端中自帶的加速度傳感器和陀螺儀，其 中：加速度傳感器用于測量車輛的加速度原始數據，陀螺儀用于測量車輛轉彎的角速度原 始數據。
[0009] 所述的初始速度估計是指：由于加速度傳感器的原始數據輸出值存在噪音，實際 使用中的環境因素也會向傳感器讀數引入噪音，初始速度估計就是對包含累計噪音的加速 度傳感器讀數在時域上做積分計算得來的車速。
[0010] 所述的參考點包括：轉彎狀態參考、停車狀態參考和路面顛簸狀態參考，其中： [0011] 轉彎狀態參考是指：車輛在轉彎時，行駛的路線接近一段圓弧，借助加速度傳感器 測定向心加速度，借助陀螺儀測定加速度，推算出車輛的行駛速度。
[0012] 停車狀態參考是指：當車輛停止時，車速降為零。通過使用車輛的震動強烈程度， 即Z軸加速度的標準差判定車輛是在行駛還是已經停止。
[0013] 路面顛簸狀態參考是指：在車輛駛過路面上的接縫、減速帶或是坑洞時，由于路面 不平整造成的顛簸可以被傳感器所捕捉，通過分析傳感器數據的波形特征，提取出駛過顛 簸點的速度信息。
[0014] 所述的參考點修正算法是指：有兩個參考點PJPPB(車輛在時刻Ta通過點A并 在時刻Tb通過點B)，假定從起始時刻到任一t時刻之間，加速度傳感器的讀數積分為 S(t)，在PJPPB兩點測得的瞬時車速為PRS3和PRSb。則在參考點PJPPB處的車速估計 誤差為：AS(Ta) =S(Ta)-PRSa,AS(Tb) =S(Tb)-PRSb;由于累計誤差接近線性增長，則加 速度誤差會保持相對穩定且約等于AS(t)曲線的斜率，因此PJPPB兩個參考點之間的 加速度誤差為：
【主權項】
1. 一種用于移動智能設備的城市環境車輛測速的方法，其特征在于，通過從傳感器采 集原始數據并進行初始速度估計，然后通過監控傳感器的實時數據獲取參考點，并計算每 個參考點對應的車輛行駛速度，再通過參考點修正算法消除初始速度估計的結果誤差，從 而實現對車輛行駛速度的高精度測量； 所述的智能手機傳感器是指：用于測量車輛的加速度的加速度傳感器和用于測量車輛 轉彎的角速度的陀螺儀； 所述的參考點的車速信息是指：轉彎狀態參考、停車狀態參考和路面顛簸狀態參考； 所述的初始速度估計是指：對包含累計噪音的加速度傳感器讀數在時域上做積分計算 得來的車速。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特征是，所述的轉彎狀態參考是指：車輛在轉彎時， 行駛的路線接近一段圓弧，借助加速度傳感器測定向心加速度，借助陀螺儀測定加速度，推 算出車輛的行駛速度； 所述的停車狀態參考是指：當車輛停止時，車速降為零。通過使用車輛的震動強烈程 度，即Z軸加速度的標準差判定車輛是在行駛還是已經停止； 所述的路面顛簸狀態參考是指：在車輛駛過路面上的接縫、減速帶或是坑洞時，由于路 面不平整造成的顛簸可以被傳感器所捕捉。通過分析傳感器數據的波形特征，提取出駛過 顛簸點的速度信息。
3. 根據權利要求1所述的方法，其特征是，所述的在線參考點修正算法是指：采用指數 平滑的方式估計當前的加速度誤差值，當已經感知到了第i個參考點，而第i+1個參考點還 未出現，則第i和i+1個參考點之間的加速度誤差為：
其中：a是指數平滑的權重因子。則在參考點i與i+1之間的實時車速修正為：
4. 根據權利要求1所述的方法，其特征是，所述的離線參考點修正算法是指：當從零 到t時刻之間有兩個參考點PJPPB，加速度傳感器的讀數積分為S⑴，在A、B兩點測得的 瞬時車速為PRSJPPRSb，則在參考點PJPPB處的車速估計誤差為：AS(Ta) =S(Ta) -PRSa， AS(Tb) =S(Tb)-PRSb，PA和PB兩點之間的加速度誤差為：
，其 中：AT/表示兩個參考點PjPPB2間的時間間隔，在t時刻修正后的車速估計值為：
5. -種實現上述任一權利要求所述方法的城市環境車輛測速系統，包括：與傳感器相 連的坐標系重定向模塊，初始速度估計模塊、參考點感知模塊和估測校正模塊，其中：坐標 系重定向模塊將相對于手機坐標系的加速度傳感器和陀螺儀的讀數轉換到相對于車輛的 坐標系中去，初始速度估計模塊根據車輛的加速度積分做初始速度估計，同時參考點感知 模塊通過監控傳感器的數據來捕捉參考點，并通分析車輛震動的劇烈程度、加速度與角速 度關系或是震動波形的特征等手段，計算出通過參考點時的瞬時車速，估測校正模塊使用 在線參考點修正算法來對初始速度估計的結果做修正，最終輸出實時的車速測量結果。
【專利摘要】一種基于智能移動終端的城市環境車輛測速方法及系統，通過從傳感器采集原始數據并進行初始速度估計，然后通過監控傳感器的實時數據獲取參考點，并計算每個參考點對應的車輛行駛速度，再通過參考點修正算法消除初始速度估計的結果誤差，從而實現對車輛行駛速度的高精度測量。本發明在實際駕駛環境下具有有效性，魯棒性以及精確性。平均而言，在城市道路上實時速度估計誤差是1.32英里/小時，而平均GPS誤差為3.1英里/小時。
【IPC分類】G08G1-052
【公開號】CN104575004
【申請號】CN201410837096
【發明人】俞嘉地, 朱弘恣, 朱燕民, 喬治
【申請人】上海交通大學
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月24日