專利名稱：移動(dòng)終端的零位漂移及雙模定位和單模定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及移動(dòng)終端定位技術(shù)，具體涉及一種移動(dòng)終端的零位漂移解決方 法及應(yīng)用于雙模定位和單模定位中的方法。
背景技術(shù)：
移動(dòng)終端，例如車輛在電子地圖上顯示并且實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)，以便于觀測(cè)者對(duì)車 輛進(jìn)行管理是車載定位的主要功能。在技術(shù)層面上，我們要先繪制電子地圖，
將城市街道、建筑等4安地理坐標(biāo)進(jìn)行標(biāo)注，之后，通過(guò)車輛內(nèi)部的GPS或 GPSOne的接收裝置，確定當(dāng)前車輛的地理坐標(biāo)(為處理筒便，我們只記錄平 面坐標(biāo)(x，y)),并把該坐標(biāo)傳回控制中心，中心將獲取的坐標(biāo)點(diǎn)(x， y)標(biāo)注 在電子地圖上，當(dāng)車輛運(yùn)行時(shí)，實(shí)時(shí)定位的點(diǎn)坐標(biāo)不斷傳回，形成一系列的點(diǎn) 聚合，連成曲線后，即是車輛運(yùn)行的軌跡。
從以上的技術(shù)方法可以看出，受誤差的影響，坐標(biāo)點(diǎn)繪成的曲線，4艮難與 電子地圖上的道路進(jìn)行完全重合。很有可能會(huì)出現(xiàn)地圖上汽車在建筑上行駛的 情況。同時(shí)，在GPS和GPSONE雙模切換時(shí)，真空時(shí)段的出現(xiàn)以及兩種定位 方式精度不同等多方面影響，勢(shì)必導(dǎo)致由各類誤差所引起的定位不準(zhǔn)確情況。
利用GPS進(jìn)行定位時(shí)，會(huì)受到各種各樣因素的影響。影響GPS定位精度 的因素可分為以下四大類。
第一類與GPS衛(wèi)星有關(guān)的因素(l)SA美國(guó)政府從其國(guó)家利益出發(fā)，通 過(guò)降低廣播星歷精度(s技術(shù))、在GPS信號(hào)中加入高頻抖動(dòng)等方法，人為降 低普通用戶利用GPS進(jìn)行導(dǎo)航定位時(shí)的精度(目前已經(jīng)取消)。(2)衛(wèi)星星歷 誤差在進(jìn)行GPS定位時(shí)，計(jì)算在某時(shí)刻GPS衛(wèi)星位置所需的衛(wèi)星軌道參數(shù)是 通過(guò)各種類型的星歷提供的，但不論采用哪種類型的星歷，所計(jì)算出的衛(wèi)星位 置都會(huì)與其真實(shí)位置有所差異，這就是所謂的星歷誤差。(3)衛(wèi)星鐘差衛(wèi)星
鐘差是GPS衛(wèi)星上所安裝的原子鐘的鐘面時(shí)與GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的誤差。(4)衛(wèi) 星信號(hào)發(fā)射天線相位中心偏差衛(wèi)星信號(hào)發(fā)射天線相位中心偏差是GPS衛(wèi)星上 信號(hào)發(fā)射天線的標(biāo)稱相位中心與其真實(shí)相位中心之間的差異。
第二類與傳4番-各徑有關(guān)的因素(1)電離層延遲由于地J求周圍的電離層對(duì)電磁波的折射效應(yīng)，使得GPS信號(hào)的傳播速度發(fā)生變化，這種變化稱為電 離層延遲。(2)對(duì)流層延遲對(duì)于地球周圍的對(duì)流層對(duì)電磁波的折射效應(yīng)，^# GPS信號(hào)的傳播速度發(fā)生變化，這種變化稱為對(duì)流層延遲。(3)多路徑效應(yīng)由 于接收機(jī)周圍環(huán)境的影響，使得接收機(jī)所接收到的衛(wèi)星信號(hào)中還包含有反射和 折射信號(hào)的影響，這就是所謂的多路徑效應(yīng)。
第三類接收機(jī)有關(guān)的因素(1)接收集鐘差接收機(jī)鐘差是GPS接收機(jī)所 使用的鐘的鐘面時(shí)與GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)之間的差異。(2)接收機(jī)天線相位中心偏差 接收機(jī)天線相位中心偏差是GPS接收機(jī)天線的標(biāo)稱相位中心與其真實(shí)的相位 中心之間的差異。(3)接收機(jī)軟件和硬件造成的誤差在進(jìn)行GPS定位時(shí)，定 位結(jié)果還會(huì)受到諸如處理與控制軟件和硬件等的影響。(4)天線相對(duì)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生 的相位增力口效應(yīng)
第四類其它誤差分析(l) GPS控制部分人為或計(jì)算機(jī)造成的影響由于 GPS控制部分的問(wèn)題或用戶在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)引入的誤差等。(2)數(shù)據(jù)處理軟 件的影響數(shù)據(jù)處理軟件的算法不完善對(duì)定位結(jié)果的影響。(3)固體潮、極潮和 海水負(fù)荷的影響(4)相對(duì)論效應(yīng)。衛(wèi)星鐘和地面鐘由于存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從地面 觀測(cè)，衛(wèi)星鐘走得慢，影響電磁波傳播時(shí)間的測(cè)定。(5)電子地圖庫(kù)誤差。地圖 匹配的前提是用于匹配的電子地圖要求相對(duì)準(zhǔn)確、高精度，允許的相對(duì)誤差范 圍在土15m左右。所以電子地圖庫(kù)引起的誤差是很小的，但是必須考慮到路況 的變更以及路段情況復(fù)雜，電子地圖描述從簡(jiǎn)的誤差情況。例如路段加寬，立 交橋和環(huán)行路口等等。這會(huì)相應(yīng)的加大電子地圖庫(kù)的局部誤差。(6)坐標(biāo)投影變 換誤差。GPS系統(tǒng)采用的是WGS-84坐標(biāo)系，是一種地心坐標(biāo)系。而中國(guó)目前 的GIS數(shù)字地圖定位采用的平面直角坐標(biāo)系主要是北京54坐標(biāo)系與西安80坐 標(biāo)系。因此，GPS測(cè)量結(jié)果必須通it^目應(yīng)的直角坐標(biāo)投影變換。在實(shí)際應(yīng)用中， 也有利用球面到平面的最小二乘映射變換來(lái)代替上述復(fù)雜的坐標(biāo)變換。根據(jù)實(shí) 地測(cè)量，采用這種做法的最大誤差可達(dá)到士30米。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的移動(dòng)終端的定位受誤差的影響，坐標(biāo)點(diǎn)繪成的 曲線，4艮難與電子地圖上的道路進(jìn)行完全重合。同時(shí)，在GPS和GPSONE雙 模切換時(shí)，真空時(shí)段的出現(xiàn)以及兩種定位方式精度不同等多方面影響，會(huì)導(dǎo)致 由各類誤差所引起的定位不準(zhǔn)確情況發(fā)生的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種移動(dòng)終端的零位漂移。
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的移動(dòng)終端的定位受誤差的影響，坐標(biāo)點(diǎn)繪成的
曲線，很難與電子地圖上的道路進(jìn)行完全重合。同時(shí)，在GPS和GPSOne雙 模切換時(shí)，真空時(shí)段的出現(xiàn)以及兩種定位方式精度不同等多方面影響，會(huì)導(dǎo)致 由各類誤差所引起的定位不準(zhǔn)確情況發(fā)生的技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明還提供了利用所 述零位漂移方法進(jìn)行雙模定位和單模定位的方法。
本發(fā)明解決現(xiàn)有技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為提供了一種移動(dòng)終端的零 位漂移，所述移動(dòng)終端的零位漂移根據(jù)所述移動(dòng)終端行駛路程投影在定義區(qū)間 X[a，b]上，所述移動(dòng)終端實(shí)際行駛路況軌跡f(x)與X區(qū)間投影曲線g(x),在任 一可能取值點(diǎn)上的差值函數(shù)F( x )在規(guī)定區(qū)域[-d,d]內(nèi)，符合I f(x)- g(x) I《d， 則所述移動(dòng)終端在該定義區(qū)間4亍駛為零位漂移；式中X[a,b]為所述移動(dòng)終端4亍 駛的起始位置和所經(jīng)過(guò)的路段；，f(x)為所述移動(dòng)終端每經(jīng)過(guò)一個(gè)固定時(shí)間，收 到衛(wèi)星的定位數(shù)據(jù)，連在一起，形成一個(gè)多節(jié)點(diǎn)的折線，才艮據(jù)所述移動(dòng)終端在 每一節(jié)點(diǎn)的行駛速度和方向，把在10秒內(nèi)，沒(méi)有定位的地點(diǎn)模擬出來(lái)，把多 節(jié)點(diǎn)的折線平滑處理成一個(gè)曲線，也就是f(x); g(x)為通過(guò)所述移動(dòng)終端的起 始位置和起始點(diǎn)的速度、方向、配合地圖上的道路信息，得到的一個(gè)理想上的 所述移動(dòng)終端行駛軌跡；將所述f(x)與所述g(x)進(jìn)行比較，針對(duì)不同的路況網(wǎng) 絡(luò)結(jié)構(gòu)，以及定位方式的具體情況，得出某個(gè)行駛區(qū)間的零位漂移標(biāo)準(zhǔn)。
為解決現(xiàn)有技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明還提供了一種移動(dòng)終端零位漂移雙模定位方 法，所述移動(dòng)終端零位漂移雙模定位方法包括步驟A:通過(guò)所述移動(dòng)終端接收 定位數(shù)據(jù)；B:在非首次定位時(shí)進(jìn)行模式切換判別；C:在確定本次定位與上一次 定位模式不同時(shí)進(jìn)行雙才莫定位；D:生成首次匹配系列；E:進(jìn)行方向計(jì)算及濾波 操作；F:進(jìn)行投影點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算；J:利用誤差度量函數(shù)進(jìn)行地圖匹配;H:地圖顯示。
根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選技術(shù)方案所述C包括子步驟Cl:建立切換前曲線 函數(shù)和切換后定位點(diǎn)與道路的拓樸關(guān)系；C2:將定位模式改變前模擬的曲線與 定位模式改變后的點(diǎn)與道路拓樸圖進(jìn)行函數(shù)修正，合并成一條平滑曲線；C3: 進(jìn)行零位漂移判斷。
在單模定位時(shí)，本發(fā)明還提供了一種移動(dòng)終端零位漂移單模定位方法，所 述移動(dòng)終端零位漂移單纟莫定位方法包括步驟a:通過(guò)所述移動(dòng)終端接收定位數(shù) 據(jù)；b:在首次定位情況下確定為單模定位；D:生成首次匹配系列；E:進(jìn)行方向計(jì)算及濾波操作；F:進(jìn)行投影點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算；G:利用誤差度量函數(shù)進(jìn)行地圖匹 配;H:地圖顯示。
根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選技術(shù)方案所述步驟E為根據(jù)所述移動(dòng)終端行駛的連 續(xù)性產(chǎn)生的歷史定位數(shù)據(jù)的延續(xù)性、提高定位的可靠性，再結(jié)合地圖匹配算法 實(shí)現(xiàn)所述移動(dòng)終端在GIS地圖上的準(zhǔn)確定位顯示。
根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選技術(shù)方案所述步驟F中利用投影點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算的方法 為已知路道斜率"路段上的一點(diǎn)坐標(biāo)(々^);所述移動(dòng)終端定位的原始坐標(biāo) ("，6),計(jì)算該點(diǎn)到路4更投影點(diǎn)的坐標(biāo)通過(guò)路段4殳影點(diǎn)坐標(biāo)，在所述移動(dòng)終端行 駛真空地帶，插入模擬行駛點(diǎn)，使多折線的曲線盡量光滑，兩定位點(diǎn)間距離小 于規(guī)定范圍，便于地圖匹配。
根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選技術(shù)方案所述步驟G中地圖匹配處理的方法是為每 個(gè)可能的匹配位置定義一個(gè)誤差代價(jià)函數(shù)，并保持對(duì)一系列匹配位置代價(jià)函數(shù) 值的累加計(jì)算，通過(guò)合理地選取代價(jià)函數(shù)來(lái)衡量候選路段才莫式與傳感器定位結(jié) 果間的相似程度，使得在二者不相吻合時(shí)，代價(jià)函數(shù)的累加值能夠迅速增長(zhǎng)。
將本發(fā)明所公開(kāi)技術(shù)方案應(yīng)用在移動(dòng)終端，特別是用在車輛的定位上后， 使得車輛定位非常精確，有效的解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的車輛精確定位。具有 很高的實(shí)用性。


圖1 .本發(fā)明移動(dòng)終端的零位漂移及雙模定位和單模定位方法中雙模定位 和單模定位方法流程圖2.地圖匹配模型示意圖3.地圖匹配算法示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明
在本發(fā)明的具體實(shí)施方案中所述移動(dòng)終端為車輛?，F(xiàn)今社會(huì)，隨著車載導(dǎo) 航的發(fā)展，衛(wèi)星定位的車輛與電子地圖中道路的匹配情況要求越來(lái)越高，以前 的定位系統(tǒng)，常可以看到屏幕上車的模型遠(yuǎn)離道路在房子上跑，現(xiàn)在逐漸的定 位精度有所提高。那么車輛模型在電子地圖中行駛的軌跡與實(shí)際路況信息的匹 配情況是否達(dá)到嚴(yán)密的吻合，變成了衡量車載定位系統(tǒng)優(yōu)劣的重要參數(shù)。為了 描迷這個(gè)參數(shù)，普遍的提出車輛定位誤差這樣一個(gè)概念，誤差越小說(shuō)明定位越準(zhǔn)確，但是沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明技術(shù)方案中提出了零位漂移方法。
所述移動(dòng)終端的零位漂移根據(jù)所迷移動(dòng)終端行駛路程投影在定義區(qū)間
X[a，b]上，所述移動(dòng)終端實(shí)際行駛路況軌跡f(x)與X區(qū)間投影曲線g(x),在任 一可能取值點(diǎn)上的差值函數(shù)F(x)在規(guī)定區(qū)域[-d,d]內(nèi)，符合I f(x)-g(x)l《d, 則所述移動(dòng)終端在該定義區(qū)間行駛為零位漂移；式中X[a,b]為所述移動(dòng)終端行 駛的起始位置和所經(jīng)過(guò)的路#爻；f(x)為所述移動(dòng)終端每經(jīng)過(guò)一個(gè)固定時(shí)間，收 到衛(wèi)星的定位數(shù)據(jù)，連在一起，形成一個(gè)多節(jié)點(diǎn)的折線，4艮據(jù)所述移動(dòng)終端在 每一節(jié)點(diǎn)的行駛速度和方向，把在IO秒內(nèi)，沒(méi)有定位的地點(diǎn)模擬出來(lái)，把多 節(jié)點(diǎn)的折線平滑處理成一個(gè)曲線，也就是f(x); g(x)為通過(guò)所述移動(dòng)終端的起 始位置和起始點(diǎn)的速度、方向、配合地圖上的道路信息，得到的一個(gè)理想上的 所迷移動(dòng)終端行駛軌跡；將所述f(x)與所述g(x)進(jìn)行比較，針對(duì)不同的路況網(wǎng) 絡(luò)結(jié)構(gòu)，以及定位方式的具體情況，得出某個(gè)行駛區(qū)間的零位漂移標(biāo)準(zhǔn)。
在雙模或多模切換時(shí)，所述移動(dòng)終端的零位漂移為所述移動(dòng)終端，如車輛 行駛路程投影在定義區(qū)間X[a,b]上，ce[a,b],車輛行駛軌跡f(x)與X區(qū)間投影 曲線g(x)的差值函數(shù)F(x),在切換點(diǎn)c處左導(dǎo)數(shù)與右導(dǎo)數(shù)小于規(guī)定閥值d,則 稱車輛在該點(diǎn)滿足零位漂移。這個(gè)補(bǔ)充定義是在原有的基礎(chǔ)上，針對(duì)某一個(gè)具
體的切換點(diǎn)做了要求，同樣在車的行駛過(guò)程中，在行駛路中的任一點(diǎn)，定位方 式切換了 ，從GPS切換到GPSONE 了 ，兩種定位方式的轉(zhuǎn)移勢(shì)必帶來(lái)很大的 誤差了，單模定位的標(biāo)準(zhǔn)不同了。
零位漂移的實(shí)現(xiàn)方法中具體分為雙模定位方法和單才莫定位方法。請(qǐng)參閱圖 1本發(fā)明移動(dòng)終端的零位漂移方法及雙模定位和單模定位方法中雙模定位和單 模定位方法流程圖。如圖l所示，所迷移動(dòng)終端零位漂移雙模定位方法包括步 驟A:通過(guò)所述移動(dòng)終端接收定位數(shù)據(jù)；B:在非首次定位時(shí)進(jìn)行模式切換判別； C:在確定本次定位與上一次定位模式不同時(shí)進(jìn)行雙模定位；D:生成首次匹配系 列；E:進(jìn)行方向計(jì)算及濾波操作；F迷行投影點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算；J:利用誤差度量函 數(shù)進(jìn)行地圖匹配;H:地圖顯示。在所述雙模定位方法中的C步包括子步驟Cl: 建立切換前曲線函數(shù)和切換后定位點(diǎn)與道路的拓樸關(guān)系；C2:將定位模式改變 前模擬的曲線與定位才莫式改變后的點(diǎn)與道路拓樸圖進(jìn)行函數(shù)修正，合并成一條 平滑曲線；C3:進(jìn)行零位漂移判斷。
請(qǐng)參閱圖1本發(fā)明移動(dòng)終端的零位漂移方法及雙模定位和單模定位方法中雙模定位和單模定位方法流程圖；。如圖l所示，所述移動(dòng)終端零位漂移單模 ^方法包括步驟a:通過(guò)所迷移動(dòng)終端接收定位數(shù)據(jù)；b:在首次定位情逸王 確定為單模定位；D:生成首次匹配系列；E:進(jìn)行方向計(jì)算及濾波操作；F:進(jìn)行 投影點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算；G:利用誤差度量函數(shù)進(jìn)行地圖匹配;H:地圖顯示。
在圖1和圖2中，根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選技術(shù)方案所述步驟E為根據(jù)所述 移動(dòng)終端行駛的連續(xù)性產(chǎn)生的歷史定位數(shù)據(jù)的延續(xù)性、提高定位的可靠性，再 結(jié)合地圖匹配算法實(shí)現(xiàn)所迷移動(dòng)終端在GIS地圖上的準(zhǔn)確定位顯示。
所述步驟F中利用投影點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算的方法為已知路道斜率^;路段上的一 點(diǎn)坐標(biāo)(d);所述移動(dòng)終端定位的原始坐標(biāo)("，&)，計(jì)算該點(diǎn)到路段投影點(diǎn)的 坐標(biāo)通過(guò)路段投影點(diǎn)坐標(biāo)，在所述移動(dòng)終端行駛真空地帶，插入模擬行駛點(diǎn)， 使多折線的曲線盡量光滑，兩定位點(diǎn)間距離小于規(guī)定范圍，便于地圖匹配。
所述步驟G中地圖匹配處理的方法是為每個(gè)可能的匹配位置定義一個(gè)誤 差代價(jià)函數(shù)，并保持對(duì)一系列匹配位置代價(jià)函數(shù)值的累加計(jì)算，通過(guò)合理地選 取代價(jià)函數(shù)來(lái)衡量候選路段模式與傳感器定位結(jié)果間的相似程度，使得在二者 不相吻合時(shí)，代價(jià)函數(shù)的累加值能夠迅速增長(zhǎng)。
在零位漂移方法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中引入了插值與濾波計(jì)算、地圖匹配基本過(guò)程 說(shuō)明和基于代價(jià)函數(shù)的地圖匹配算法等相關(guān)說(shuō)明。以下對(duì)所述問(wèn)題進(jìn)行展開(kāi)敘 述。
插值與濾波計(jì)算
車輛定位點(diǎn)在電子地圖上投影時(shí)，當(dāng)定位數(shù)據(jù)在一定的條件下沒(méi)有達(dá)到定 位要求點(diǎn)時(shí)，亦即中間有一些點(diǎn)數(shù)據(jù)誤差過(guò)大或者中間長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有接收到定位 數(shù)據(jù)，這時(shí)就要在中間插入一些虛擬的定位數(shù)據(jù)點(diǎn)，以其能夠在GIS地圖上較 好的標(biāo)識(shí)出車輛的軌跡， 一般的計(jì)算方法為取前后兩個(gè)有效定位數(shù)據(jù)點(diǎn)，求兩 定位點(diǎn)的中間點(diǎn)為插入點(diǎn)，這是最簡(jiǎn)單的方法，但是在復(fù)雜路段，比如有彎道 時(shí)，這時(shí)候的插入點(diǎn)就不在車輛行駛的道路上。這里使用的方法是通過(guò)前一個(gè) 有效數(shù)據(jù)點(diǎn)結(jié)合車輛歷史數(shù)據(jù)計(jì)算出的車輛平均速度得到，具體計(jì)算方法為
(y(iv) = y("-\)+v(" sin, -1)) 其中x(n)、 Kn)為預(yù)測(cè)點(diǎn)(插入點(diǎn))坐標(biāo)；v("-l)為根據(jù)歷史數(shù)據(jù)計(jì)算出的平
均速度；^"-"為車輛歷史數(shù)據(jù)得出的前一點(diǎn)的行駛速度角度。通過(guò)插值計(jì)算可以將車輛行駛過(guò)程中，變化異常點(diǎn)剔出。得到一條與預(yù)定軌跡近似的多條折 錢(qián)組合而成的曲線。
進(jìn)行方向計(jì)算及濾波操作，根據(jù)車輛行駛的連續(xù)性產(chǎn)生的歷史定位數(shù)據(jù)的
延續(xù)性，可以提高定位的可靠性，再結(jié)合地圖匹配算法實(shí)現(xiàn)車輛在GIS地圖上 的準(zhǔn)確定位顯示。在地圖匹配前先對(duì)車輛地位數(shù)據(jù)進(jìn)行方向?yàn)V波，在匹配前刪 除方向誤差太大的匹配路段，極大的減小算法的復(fù)雜度。具體計(jì)算公式為
<formula>formula see original document page 10</formula>其中x(/)、力')分別是/時(shí)刻接收到的定位數(shù)據(jù)點(diǎn)；l、 ^是一定范圍內(nèi)兩緊鄰 定位點(diǎn)差值的均值，所求的^即為從歷史定位數(shù)據(jù)中得到的行車方向。方向計(jì) 算及濾波操作，對(duì)于曲線擬合并不起決定性作用，但是在很大程度上，減少了 后期地圖匹配的復(fù)雜程度，提高擬合的運(yùn)算速度。
利用投影點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算方法，已知路道斜率^路段上的一點(diǎn)坐標(biāo)(/"《)；
車輛定位的原始坐標(biāo)("，6)，計(jì)算該點(diǎn)到路段投影點(diǎn)的坐標(biāo)公式為
<formula>formula see original document page 10</formula>通過(guò)路段投影點(diǎn)坐標(biāo)，可以在車輛行駛真空地帶，插入模擬行駛點(diǎn)，使多 折線的曲線盡量光滑，兩定位點(diǎn)間距離小于規(guī)定范圍，便于地圖匹配。
地圖匹配基本過(guò)程說(shuō)明
利用車載GPS接收機(jī)實(shí)時(shí)獲得車輛軌跡，進(jìn)而確定其在交通矢量地圖道 路上的位置，是當(dāng)前車載導(dǎo)航系統(tǒng)的基礎(chǔ)。獨(dú)立GPS車載導(dǎo)航系統(tǒng)中克服 GPS誤差以及地圖誤差顯示車輛在道路網(wǎng)上的位置主要是通過(guò)地圖匹配算法， 也就是根據(jù)GPS信號(hào)中的數(shù)據(jù)和地圖道路網(wǎng)信息，利用幾何方法、概率統(tǒng)計(jì) 方法、模式識(shí)別或者人工神經(jīng)網(wǎng)路等技術(shù)將車輛位置匹配到地圖道路上的相應(yīng) 位置。由于行駛中的車輛絕大部分都是在道路上的，所以通常的地圖算法都 有一個(gè)車輛在道路上的默認(rèn)前提。地圖匹配的準(zhǔn)確性決定了 GPS車輛導(dǎo)航系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性與可靠性。具體來(lái)說(shuō)取決于兩方面確定當(dāng)前車輛正在行 駛的路段的準(zhǔn)確性與^定車輛在行駛路段上的位置的準(zhǔn)確性[41~44]。前者是現(xiàn)有 算法的研究重點(diǎn)，而后者涉及到沿道路方向的誤差校正，在現(xiàn)有算法中還沒(méi)有 得以有效解決。地圖匹配的目標(biāo)是將軌跡匹配到道路上，當(dāng)?shù)缆肥菧?zhǔn)確的時(shí)， 也就成了確定GPS的準(zhǔn)確位置，然后利用垂直映射方法完成匹配。要實(shí)時(shí)獲 得車輛所在的道路及位置通過(guò)地圖匹配來(lái)實(shí)現(xiàn)是一種比較普遍而且成本較低
的方法。車輛導(dǎo)航與定位系統(tǒng)中的地圖匹配問(wèn)題概括來(lái)講就是將車載GPS接 收機(jī)獲得的帶有誤差的GPS軌跡位置匹配到帶有誤差的交通矢量地圖道路上 的相應(yīng)位置[45]。下面我們通過(guò)具體的數(shù)學(xué)模型來(lái)給地圖匹配問(wèn)題以詳細(xì)的數(shù)學(xué) 描述。
地圖匹配模型示意圖可以參閱圖2，如圖2所示，圖中符號(hào)定義及其物理 意義說(shuō)明如下
gW是車輛GPS軌跡點(diǎn)，內(nèi)容為6時(shí)刻車輛上的GPS定位數(shù)據(jù)(經(jīng)煒 度)，對(duì)應(yīng)于矢量地圖上相應(yīng)的經(jīng)綿度位置點(diǎn)。由于GPS誤差和矢量地圖誤
差的存在，當(dāng)車輛在道路弧段&上行駛時(shí)，gW通常并不位于弧段s'上。
"W為gW的地圖道路匹配點(diǎn)，表示地圖匹配算法對(duì)gW進(jìn)行偏差修正獲 得的車輛先時(shí)刻在矢量地圖道路上的對(duì)應(yīng)點(diǎn)，簡(jiǎn)稱gW的匹配點(diǎn)。匹配點(diǎn)所在 矢量地圖弧段S'上的位置，應(yīng)該盡可能反映出實(shí)際車輛在該段道路上的相應(yīng)位 置。
eW為gW的地圖匹配修正量，表示gW與其匹配點(diǎn)"("間的誤差修正。需 要指明匹配點(diǎn)所在的弧段P^ e&時(shí)，使用符號(hào)eW^表示gW對(duì)于弧段S'上 的匹配點(diǎn)所使用的匹配修正量。上述3個(gè)基本量之間的關(guān)系為
地圖匹配修正量eW源自于GPS定位誤差和交通矢量地圖精度誤差的綜 合誤差效應(yīng)。
eW的正交分解，將eW正交分解為弧段橫向修正量^("e及與弧段縱向 修正量^We及，有
式中e W[S']的縱向單位矢徑"&的正向與車輛在弧段S'上的前進(jìn)方向一致，橫向單位矢徑 = &與《垂直，構(gòu)成右旋直交坐標(biāo)如圖2.4所示。需要注 意的是，^W與^W均為標(biāo)量，它們的大小與符號(hào)i兌明如下。
弧段橫向修正量W表示gW的道路弧段;晴向偏差，^W的幅值I ^WI大
小表示gW到達(dá)弧段的最短距離，即W"fcA)稱為的弧段&最近點(diǎn)，也就是gW對(duì)弧段&作垂線與弧
段S'的交點(diǎn)。e Wfc]的符號(hào)正負(fù)取決于是否與橫向單位矢徑"&的方向一致。
正值表示gw偏差在按前進(jìn)方向測(cè)算的道路弧段&的右側(cè)，反之，當(dāng)車輛gw位 于道路弧段的左側(cè)，^w為負(fù)值?！禬由gW與相應(yīng)弧段《唯一確定，所以
e(4^']是一個(gè)已知標(biāo)量。
弧段縱向修正量^W表示gW的道路弧段縱向偏差，反映gW的地圖道路 匹配點(diǎn)p(w沿道路弧段方向上的預(yù)測(cè)偏差，即
^ "w-《w
eW的取正值表示匹配點(diǎn)^"位于gW的前方，反之，當(dāng)車輛gW必須
向后退方向匹配時(shí)&("為負(fù)值。
弧段縱向修正量"W[&]與匹配點(diǎn)pW直接相關(guān)，是地圖道路匹配算法最重
要又最難精確求解的預(yù)測(cè)變量。如何克服這一誤差分量的影響是論文研究的一 個(gè)重點(diǎn)。
地圖匹配過(guò)程實(shí)際上就是利用車輛行駛的gps軌跡gW ,基于矢量地圖 的拓樸結(jié)構(gòu)，以及其它可獲得的車輛運(yùn)動(dòng)信息來(lái)確定車輛正在運(yùn)行的道路弧段 s',以及在上面的準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)方位MW。
基于代價(jià)函數(shù)的地圖匹配算法說(shuō)明
一個(gè)完善的地圖匹配算法應(yīng)具備兩種能力在初始化后迅速確定出準(zhǔn)確的 車輛行駛路段，并在有誤差影響的情況下保持對(duì)正確路^:的鎖定。當(dāng)車輛行駛 在道路密集的市區(qū)時(shí)，在任一給定時(shí)刻需要考慮的候選路段可能有很多，而由 于誤差的影響，傳感器定位結(jié)果往往又落在真正的行駛路段之外。這就使準(zhǔn)確 判斷車輛的行駛路段變得十分困難。另外，當(dāng)?shù)缆烦尸F(xiàn)網(wǎng)格狀分布時(shí)，匹配算 法無(wú)法利用道路獨(dú)有的特征來(lái)判斷車輛的位置。從而進(jìn)一步增大了匹配決策的 難度。顯然，在候選道路模式與傳感器定位結(jié)果之間并沒(méi)有一種清晰的聯(lián)系，這種模糊性給匹配路段的挑選帶來(lái)了困難。為獲得精確的匹配修正結(jié)果，必須 解決匹配路段挑選過(guò)程中的模糊性問(wèn)題，這一目的可以通過(guò)引入代價(jià)函數(shù)來(lái)實(shí) 現(xiàn)。
基于代價(jià)函數(shù)的地圖匹配算法的基本思想是
匹配處理的基本思想是為每個(gè)可能的匹配位置定義一個(gè)誤差代價(jià)函數(shù)，并 保持對(duì)一系列匹配位置代價(jià)函數(shù)值的累加計(jì)算，通過(guò)合理地選取代價(jià)函數(shù)來(lái)衡 量候選路段模式與傳感器定位結(jié)果間的相似程度，使得在二者不相吻合時(shí)，代 價(jià)函數(shù)的累加值能夠迅速增長(zhǎng)。為說(shuō)明這一思想，為每個(gè)可能的候選匹配位置 定義一個(gè)誤差代價(jià)函數(shù)，用以衡量匹配位置與GPS定位數(shù)據(jù)間的相似程度， 然后，匹配算法對(duì)每條候選路段對(duì)應(yīng)的一系列位置的代價(jià)函數(shù)值作累加計(jì)算， 并據(jù)此判斷候選路段與定位軌跡間的相似程度。
假設(shè)*時(shí)刻GPS輸出的位置為A"jJ,方位角為《，相應(yīng)的匹配位置有 四個(gè)，即P"feJ ^i(《J，匹配位置所在直線在該點(diǎn)的方向取向分別為
則對(duì)于第J'個(gè)匹配位置，其誤差代價(jià)函數(shù)定義為
C/ = W〗)2 + W〗(《)2 + W (《)2 + W〗)2
式中，《，《， *是四個(gè)不同的誤差估計(jì)項(xiàng)，w"w"^，^是分配給各誤 差估計(jì)項(xiàng)的權(quán)值，《"s"是東向和北向位置誤差估計(jì)項(xiàng)，s"是方位角誤差估 計(jì)項(xiàng)，分別定義為
e" = 乂t _ X" 《* = h -《=A _ e"
式中，s"是交通規(guī)則約束項(xiàng)，當(dāng)該時(shí)刻的行車方向與單行路進(jìn)行方向一致
時(shí)取值為1,否則為0。才艮據(jù)上述定義，圖3中的4個(gè)匹配位置的位置誤差項(xiàng) 差別不大，但&，&兩個(gè)位置的方向誤差較大，位置&的交通約束項(xiàng)比較大， 因此，位置&的代價(jià)函數(shù)值最小，是A時(shí)刻的最佳匹配位置。
以上述位置匹配的代價(jià)函數(shù)為基礎(chǔ)，可以進(jìn)一步定義候選匹配路段的代價(jià) 函數(shù)。對(duì)于標(biāo)號(hào)為7的匹配路段，設(shè)在A時(shí)刻有W個(gè)可能的位置，則匹配路段A 時(shí)刻的代價(jià)函數(shù)定義為式中，G( l，二…，W表示第/個(gè)匹配位置的代價(jià)函凄t值。
為準(zhǔn)確判斷并鎖定車輛的行駛路段，定義A時(shí)刻候選路段7的代價(jià)函數(shù)累加
定義，即
綜上所述，給予代價(jià)函數(shù)的地圖匹配算法可簡(jiǎn)單描述如下設(shè)A時(shí)刻誤差 區(qū)域內(nèi)有M條候選路段，則計(jì)算各路段的代價(jià)函數(shù)值和累加值，并 段/為
t時(shí)刻的匹配路^:，即
而最佳匹配位置就是路段j中具有k時(shí)刻最小代價(jià)函數(shù)值的匹配位置。 將本名發(fā)明所公開(kāi)技術(shù)方案應(yīng)用在移動(dòng)終端，特別是用在車輛的定位上
后，使得車輛定位非常精確，有效的解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的車輛精確定位。
具有很高的實(shí)用性。
以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選技術(shù)方案對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不
能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通
技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替
換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種移動(dòng)終端的零位漂移，其特征在于所述移動(dòng)終端的零位漂移根據(jù)所述移動(dòng)終端行駛路程投影在定義區(qū)間X[a，b]上，所述移動(dòng)終端實(shí)際行駛路況軌跡f(x)與X區(qū)間投影曲線g(x)，在任一可能取值點(diǎn)上的差值函數(shù)F(x)在規(guī)定區(qū)域[-d，d]內(nèi)，符合|f(x)-g(x)|≤d，則所述移動(dòng)終端在該定義區(qū)間行駛為零位漂移；式中X[a，b]為所述移動(dòng)終端行駛的起始位置和所經(jīng)過(guò)的路段；f(x)為所述移動(dòng)終端每經(jīng)過(guò)一個(gè)固定時(shí)間，收到衛(wèi)星的定位數(shù)據(jù)，連在一起，形成一個(gè)多節(jié)點(diǎn)的折線，根據(jù)所述移動(dòng)終端在每一節(jié)點(diǎn)的行駛速度和方向，把在10秒內(nèi)，沒(méi)有定位的地點(diǎn)模擬出來(lái)，把多節(jié)點(diǎn)的折線平滑處理成一個(gè)曲線，也就是f(x)；g(x)為通過(guò)所述移動(dòng)終端的起始位置和起始點(diǎn)的速度、方向、配合地圖上的道路信息，得到的一個(gè)理想上的所述移動(dòng)終端行駛軌跡；將所述f(x)與所述g(x)進(jìn)行比較，針對(duì)不同的路況網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以及定位方式的具體情況，得出某個(gè)行駛區(qū)間的零位漂移標(biāo)準(zhǔn)。
2. —種移動(dòng)終端零位漂移雙模定位方法，其特征在于所述移動(dòng)終端零位 漂移雙模定位方法包括步驟A:通過(guò)所述移動(dòng)終端接收定位數(shù)據(jù)；B :在非首次定位時(shí)進(jìn)41^莫式切換判別；C:在確定本次定位與上一次定位才莫式不同時(shí)進(jìn)行雙沖莫定位；D:生成首次匹配系列；E:進(jìn)行方向計(jì)算及濾波操作；F:進(jìn)行投影點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算；J:利用誤差度量函數(shù)進(jìn)行地圖匹配；H:地圖顯示。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述移動(dòng)終端零位漂移雙模定位方法，其特征在于所 述步驟C包括子步驟Cl:建立切換前曲線函數(shù)和切換后定位點(diǎn)與道路的拓樸關(guān)系； C2:將定位模式改變前模擬的曲線與定位模式改變后的點(diǎn)與道路拓樸圖進(jìn) 行函數(shù)修正，合并成一條平滑曲線； C3:進(jìn)行零位漂移判斷。
4. 一種移動(dòng)終端零位漂移單模定位方法，其特征在于所迷移動(dòng)終端零位漂移單模定位方法包括步驟a:通過(guò)所述移動(dòng)終端接收定位lt據(jù)；b:在首次定位情況下確定為單^f莫定位；D:生成首次匹配系列；E:進(jìn)行方向計(jì)算及濾波操作；F:進(jìn)行投影點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算；G:利用誤差度量函數(shù)進(jìn)行地圖匹配；H:地圖顯示。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2或4所述移動(dòng)終端零位漂移單模定位方法，其特征在于 所述步驟E為根據(jù)所述移動(dòng)終端行駛的連續(xù)性產(chǎn)生的歷史定位數(shù)據(jù)的延續(xù)性、 提高定位的可靠性，再結(jié)合地圖匹配算法實(shí)現(xiàn)所述移動(dòng)終端在GIS地圖上的準(zhǔn) 確定位顯示。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2或4所述移動(dòng)終端零位漂移單纟莫定位方法，其特征在于 所述步驟F中利用投影點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算的方法為已知路道斜率A;路段上的一點(diǎn)坐 標(biāo)&A);所述移動(dòng)終端定位的原始坐標(biāo)"W，計(jì)算該點(diǎn)到路段投影點(diǎn)的坐標(biāo)通過(guò)路段投影點(diǎn)坐標(biāo)，在所述移動(dòng)終端行駛真空地帶，插入模擬行駛點(diǎn)，使多 折線的曲線盡量光滑，兩定位點(diǎn)間距離小于規(guī)定范圍，便于地圖匹配。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2或4所述移動(dòng)終端零位漂移單模定位方法，其特征在于 所述步驟G中地圖匹配處理的方法是為每個(gè)可能的匹配位置定義一個(gè)誤差代 價(jià)函數(shù)，并保持對(duì)一系列匹配位置代價(jià)函數(shù)值的累加計(jì)算，通過(guò)合理地選取代 價(jià)函數(shù)來(lái)衡量候選路段模式與傳感器定位結(jié)杲間的相似程度，^吏得在二者不相 吻合時(shí)，代價(jià)函數(shù)的累加值能夠迅速增長(zhǎng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種移動(dòng)終端的零位漂移解決方法及其在雙模定位和單模定位中方法的應(yīng)用。所述移動(dòng)終端的零位漂移根據(jù)所述移動(dòng)終端行駛路程投影在定義區(qū)間X[a，b]上，所述移動(dòng)終端實(shí)際行駛路況軌跡f(x)與X區(qū)間投影曲線g(x)，在任一可能取值點(diǎn)上的差值函數(shù)F(x)在規(guī)定區(qū)域[-d，d]內(nèi)，符合|f(x)-g(x)|≤d，則所述移動(dòng)終端在該定義區(qū)間行駛為零位漂移。所述移動(dòng)終端零位漂移定位解決方法為，首先通過(guò)線性插值與濾波計(jì)算拋除定位跳動(dòng)較大的點(diǎn)，并進(jìn)行平滑處理，其后基于代價(jià)函數(shù)進(jìn)行地圖匹配算法的研究，完成車輛定位零位漂移。將本發(fā)明所公開(kāi)技術(shù)方案應(yīng)用在移動(dòng)終端，特別是用在車輛的定位上后，使得車輛定位非常精確，有效的解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的車輛精確定位，具有很高的實(shí)用性。
文檔編號(hào)G01C21/28GK101408434SQ20081021745
公開(kāi)日2009年4月15日 申請(qǐng)日期2008年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月18日
發(fā)明者張基宏, 梁永生, 湛邵斌, 項(xiàng)帥求 申請(qǐng)人:深圳信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院