黃玲+祖玉川

摘要：隨著道路坡度和曲率的作用逐漸被認識，道路坡度、曲率引入導航地圖，成為實現先進駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）的重要途徑，也是未來導航地圖的發(fā)展趨勢之一。本文采用慣導系統(tǒng)進行道路軌跡點采集，使用道路軌跡點計算出每一個軌跡點上的坡度與曲率，通過與現有導航地圖道路數據對比，為對應的道路賦上坡度與曲率屬性。結果表明，本文的方法具有可行性，為ADAS導航應用的實現提供了地圖基礎。

關鍵詞：坡度；曲率；先進駕駛輔助系統(tǒng)

1.前言：近年來，道路坡度、曲率在汽車導航中的作用逐漸被認識，它在先進駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）中具有廣闊的應用前景，如上下坡油耗量輔助系統(tǒng)，通過調用高精度坡度數據來減少耗油量；彎道速度提醒輔助駕駛，根據彎道的曲率計算出最大行駛速度，提醒駕駛人注意控制車速。其中慣性導航是通過陀螺儀和加速度計測量載體的角速率和加速度信息，經積分運算得到載體的速度和位置信息。

2.高精度導航地圖數據規(guī)格

2.1.坡度：根據慣導數據計算出的坡度，將導航地圖中對應道路分成上坡、平路、下坡三種，平路不作處理，上坡與下坡路段分別為其添加起始點經緯度坐標以及平均坡度五個屬性。

2.2.曲率：根據慣導數據計算出的曲率，將導航地圖中對應道路曲率絕對值大于閾值的路段提取出來，為該路段添加起始點經緯度坐標以及平均曲率五個屬性。

3.高精度導航地圖制作流程

3.1.慣導數據冗佘點剔除

慣導系統(tǒng)每1s進行自動采樣，由于采樣車停留或行駛緩慢，導致短距離內采樣點過多，不僅增加了數據量，也對后續(xù)坡度計算等造成影響，因此需要剔除原始數據的冗余點。

3.2.參數計算

3.2.1.坡度

1）采用臨近坐標點計算。假設汽車兩臨近點的連線與路面平行，則可通過兩點坐標的俯仰角度求算出道路坡度。將經緯度坐標轉化為公里網下的值，分別記為X、Y，高程記為Z，則

2）通過采點瞬時速度計算。假設汽車的三維速度分量是由汽車瞬時速度得到，且汽車朝向是沿著路面直線向前，則其垂向速度與水平速度的夾角可認為是道路坡度。

設汽車朝北、朝東、朝上的三維速度分量分別記為Vn、Ve和Vu，則Slope=ATAN（Vu/SQRT（Vn²+Ve²））

3.2.2.曲率。通過擬合圓求算曲率，將經緯度坐標轉化為公里網坐標；根據三點或多點擬合圓得到圓心坐標；求算圓心與任一點的距離，視為半徑，如采用多點法，則需求算平均半徑；將半徑的倒數值記為曲率；曲率正負值根據航向變化來確定，一般情況下，航向值增加時，曲率為負值；航向值減少時，曲率為正值，當航向從359向0變化時，正負值取值相反。

3.3.異常點平滑

3.3.1.坡度。通過前后點的坡度值做差對比坡度變化，對于變化值超過某一閾值的點進行判斷，應用多次軌跡經過同一位置時的坡度對比，以及街景確認。

3.3.2.曲率。通過前后點曲率變化值進行判斷，對于變化值超過2°的點進行判斷，根據道路實際形態(tài)與曲率值的對應關系確認其是否為異常點。

1）道路漂移引起的異常，直接刪除異常點；

2）非道路漂移異常點，將臨近軌跡點曲率的均值作為其參數值。

4.結果評估

4.1.坡度數據評估：對佛山市興華路100米路段內三次西行軌跡進行處理（圖1）（編號分布：182619-1826.38，184596-184609，185221-185237），通過臨近點的坡度值及相鄰距離計算出相對高程，其結果展示圖2所示（高程大小僅供參考）。

4.2.曲率數據評估：對佛山市建業(yè)路西行左拐至碧桂公路（179062-179076）和采樣車在此掉頭（181922-181944）的兩段數據（圖3為軌跡點示意圖），認為采樣車在拐彎階段（179066-179071）及掉頭階段（181926-181936），其曲率值均存在合理的變化，因此，曲率的大小能夠反應采樣車的行車狀態(tài)。

結語：坡度和曲率作為道路的真實屬性，在傳統(tǒng)導航地圖中沒有得以表達，隨著車載導航在汽車主動安全和輔助駕駛方向的發(fā)展，坡度和曲率顯得越來越重要。本文研究了利用慣導軌跡數據計算坡度、曲率，通過對導航地圖中對應道路進行分段添加屬性的方法制作高精度導航地圖，其對導航數據的影響程度還需要進一步試驗。endprint