高培，王歡，沈俊

（長(zhǎng)安大學(xué) 汽車學(xué)院，陜西 西安 710064）

基于車載SPEEDBOX-INS和車身行駛參數(shù)的道路曲線識(shí)別方法

高培，王歡，沈俊

（長(zhǎng)安大學(xué) 汽車學(xué)院，陜西 西安 710064）

利用車載SPEEDBOX-INS采集汽車行駛過(guò)程中的行駛車速、路程和車身姿態(tài)等參數(shù)。在MATLAB中對(duì)采集到的特定參數(shù)進(jìn)行小波去噪、曲線擬合和判斷篩選等。這可為汽車行駛提供信息支持，可大大提高行駛安全性。

SPEEDBOX-INS；車身姿態(tài)參數(shù)；MATLAB；道路曲線；行車安全

CLC NO.: U467.4 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)10-135-02

前言

汽車行駛安全性越來(lái)越得到人們的重視，而道路曲線對(duì)汽車行駛安全性有很大影響。但是目前，許多道路由于年代久遠(yuǎn)存在數(shù)據(jù)丟失或誤差較大等問(wèn)題，人工測(cè)量雖能獲得準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，但是需要很大人力物力，且測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)。所以本文提出了一種基于車載SPEEDBOX-INS的道路曲線測(cè)量方法，通過(guò)車載SPEEDBOX-INS設(shè)備能夠快速獲得汽車在行駛過(guò)程中的行駛速度、方向等車身參數(shù)，然后在MATLAB中對(duì)SPEEDBOX-INS所采得的數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列的數(shù)據(jù)處理，進(jìn)而得出精確的道路曲線參數(shù)。

1、數(shù)據(jù)采集

為了得到道路曲線參數(shù)，首先需要采集汽車在待測(cè)道路上的車身行駛姿態(tài)參數(shù)，比如汽車行駛速度、方向等。本文使用的車載數(shù)據(jù)采集設(shè)備是英國(guó)RT公司的SPEEDBOXINS。SPEEDBOX-INS是RT公司推出的工業(yè)級(jí)車載測(cè)試設(shè)備，由一個(gè)集成了GPS-RTK雙天線和IMU單元的外置部件及數(shù)據(jù)記錄部件組成，如圖1(a)所示。該設(shè)備使用慣性和全球定位系統(tǒng)互補(bǔ)技術(shù)，規(guī)避了單一使用GPS或INS進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的缺點(diǎn)。在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，采集設(shè)備應(yīng)該嚴(yán)格按照說(shuō)明書來(lái)安裝，以防出現(xiàn)采集的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確的情況。其中，RTK天線安裝在車頂，如圖1(b)所示，SPEEDBOX采集設(shè)備固定在車內(nèi)。

設(shè)備安裝后之后，由車內(nèi)的12V電源供電。在正式開(kāi)始采集數(shù)據(jù)之前，應(yīng)該先找一空闊場(chǎng)地進(jìn)行衛(wèi)星定位，并以該位置作為后續(xù)采集設(shè)備的坐標(biāo)零點(diǎn)。所以在采集數(shù)據(jù)過(guò)程中，要持續(xù)供電，若不慎斷電，應(yīng)再重新進(jìn)行標(biāo)定原點(diǎn)位置。按照要求連接好所需要的儀器之后，即可在汽車行駛過(guò)程中采集數(shù)據(jù)。

圖1(a) SPEEDBOX-INS設(shè)備 圖1(b) RTK天線在車頂安裝圖

2、數(shù)據(jù)處理

國(guó)內(nèi)外對(duì)于根據(jù)離散數(shù)據(jù)獲得道路平曲線參數(shù)的方法有曲率-弧長(zhǎng)識(shí)別法、斜率識(shí)別法、聯(lián)合平差模型、方位角法、最小二乘法和三彎矩法，每種方法各有優(yōu)劣。但是每種方法對(duì)數(shù)據(jù)的精度要求都比較高，很小的誤差或噪聲都會(huì)影響計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。

在進(jìn)行道路曲線識(shí)別之前，應(yīng)首先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。采集數(shù)據(jù)時(shí)采樣頻率為100Hz，數(shù)據(jù)量巨大，所以首先要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行再次采樣，本文中是每隔1米取1個(gè)點(diǎn)。由于數(shù)據(jù)中仍有噪聲存在，所以需對(duì)采樣后的數(shù)據(jù)進(jìn)行小波去噪，曲線擬合等過(guò)程，才能得到可以進(jìn)行道路曲線識(shí)別的數(shù)據(jù)。

2.1 道路平曲線識(shí)別方法

本文利用航向角作為判斷平曲線線型的方法，即以汽車行駛過(guò)程中各點(diǎn)的航向角變化來(lái)判斷線型的變化。再以航向角數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，用兩種方法來(lái)判斷線型變化：其一是用連續(xù)20點(diǎn)的航向角方差作為判斷條件，其二是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行再取樣，然后根據(jù)航向角的斜率變化作為判斷條件。兩種方法相互結(jié)合，使得計(jì)算結(jié)果更為準(zhǔn)確。本文以無(wú)錫某段道路驗(yàn)證程序的準(zhǔn)確性。圖2(a)為該路段平曲線的拐點(diǎn)顯示圖，實(shí)線表示直線，虛線表示曲線。

2.2 道路縱曲線識(shí)別方法

本文利用坡度角作為判斷道路縱曲線線型的方法，但是SPEEDBOX-INS設(shè)備采集到的坡度角數(shù)據(jù)中有許多噪聲。所以對(duì)于縱曲線的識(shí)別，最重要的一部分就是去噪，如圖3所示為去噪前后對(duì)比圖。在實(shí)際道路修建中，沒(méi)有絕對(duì)的坡度值等于零的路。所以在本文中將坡度值小于0.5%的看作為直線段，變坡點(diǎn)如圖2(b)所示。

圖2(a) 平曲線拐點(diǎn)圖 圖2(b) 縱曲線變坡點(diǎn)圖

圖3 去噪前后對(duì)比圖

3、結(jié)論

從上述結(jié)果可以看出，本文提出的方法是可以測(cè)出道路曲線線形的，計(jì)算結(jié)果是可信的。該測(cè)試方法軟硬件結(jié)合，比傳統(tǒng)測(cè)試方法要省時(shí)省力，并且測(cè)量時(shí)間也較短，對(duì)于道路曲線測(cè)量有很大的參考意義。

[1] 李慶田.車載GPS公路測(cè)量中數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理方法研究[D].鄭州：解放軍信息工程大學(xué).2006.

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Road Curve Recognition Method Based on Vehicle SPEEDBOX-INS and Body running Parameters

Gao Pei, Wang Huan, Shen Jun
( University of changan automobile institute, Shaanxi Xi'an 710064 )

The vehicle body running parameters ,such as speed, distance, were collected by vehicle SPEEDBOX-INS. Then the specific parameters were researched by wavelet denoise, curve fitting and judgment in MATLAB. Besides, the various body parameters also were compared synthetically to make the result more accurate. This can provide more information support for vehicle driving, which could greatly improve the safety of driving.

SPEEDBOX-INS; vehicle body parameters; MATLAB; road curve; driving safety

U467.4

A

1671-7988 (2017)10-135-02

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.10.047

高培（1994-），女，碩士研究生，就讀于長(zhǎng)安大學(xué)汽車學(xué)院，車輛工程專業(yè)。