一種帶有道路縱向坡度的增強型數(shù)字矢量地圖制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于地理信息系統(tǒng)領(lǐng)域，涉及一種帶有道路縱向坡度的增強型數(shù)字矢量地 圖制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 數(shù)字地圖是通過數(shù)字化的方法，把城市地理信息以一定的格式存儲起來，并能以 連續(xù)地圖的形式呈現(xiàn)出來，本質(zhì)上是一個城市地理數(shù)據(jù)庫。數(shù)字地圖可提供豐富的基于位 置的服務(wù)，為人們的生活帶來了極大的便利。然而目前的數(shù)字地圖存在以下問題:數(shù)字地圖 精度較低，無法通過已有信息進一步計算獲得精度較高的道路坡度等信息;地圖信息匱乏， 一般僅包含位置信息，而對于一些人們關(guān)注的重要信息，例如道路的航向、曲率、坡度、附近 樓層的高度等信息并沒有包含;數(shù)字地圖目前制作復(fù)雜、專業(yè)性要求很高，需要掌握空間變 換、幾何變換算法、矢量與柵格數(shù)據(jù)模型等;除了對專業(yè)性有很高的要求，傳統(tǒng)數(shù)字地圖制 作過程中很多測繪工作需要由人工來完成，工作量大且效率不高，制作成本相對較高。
[0003] 針對上述問題，近幾年國內(nèi)外開始關(guān)注增強型數(shù)字矢量地圖，其不僅包含了普通 地圖所包含的位置信息，還包含了一些特有的信息，例如道路的航向、坡度、路邊房屋的高 度等，增強型數(shù)字矢量地圖相對于普通數(shù)字地圖具有更加廣泛的運用前景。本專利提出了 一種帶有道路縱向坡度的增強型數(shù)字矢量地圖制作方法。傳統(tǒng)的道路坡度測量設(shè)備(坡度 測量儀、全站儀、水平儀等），當(dāng)需要測量道路里程較長時，往往因為測量工作量太大、數(shù)據(jù) 采集方式復(fù)雜，難以滿足大規(guī)模應(yīng)用的需求。因此本發(fā)明使用了多傳感器信息采集車輛進 行道路坡度的采集，簡單易行、效率高。帶有道路縱向坡度的增強型數(shù)字矢量地圖包含了道 路縱向坡度信息，其在車輛主動安全等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。例如，近幾年客車在山區(qū)道路 翻車事故頻繁發(fā)生，造成巨大的人員財產(chǎn)損失，司機對當(dāng)前路況判斷失誤以及缺乏對復(fù)雜 環(huán)境中路況的提前預(yù)警是事故發(fā)生的主要原因之一。其中道路的縱向坡度是一種非常重要 的道路信息，道路的縱向坡度對于車輛檔位控制、速度控制有著重要的參考價值，司機提前 獲得準(zhǔn)確的道路縱向坡度信息可以有效的避免車輛出現(xiàn)翻車等一系列事故。因此制作帶有 道縱向路坡度的增強型數(shù)字矢量地圖，有著重要的現(xiàn)實意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提出了一種帶有道縱向路坡度的增強型數(shù)字矢量地圖的制作方法，已解決 現(xiàn)有數(shù)字地圖制作工作量大、過程復(fù)雜、精度不夠高、缺乏道路的縱向坡度信息（其在車輛 主動安全領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用）的問題。
[0005] 本發(fā)明提出一種帶有道路縱向坡度的增強型數(shù)字矢量地圖制作方法。首先選定道 路，確定道路起始點與終點；通過多傳感器信息采集車輛，采集道路的位置、車輛的狀態(tài)信 息;然后將道路位置的經(jīng)煒度坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為平面坐標(biāo)，并將轉(zhuǎn)化后平面坐標(biāo)表示的位置作為 道路的節(jié)點；通過基于多傳感器信息的道路縱向坡度估計算法，估計出每個節(jié)點位置的道 路縱向坡度;最后將節(jié)點位置以及縱向坡度信息，利用數(shù)字地圖制作軟件制作成帶有道路 縱向坡度的增強型數(shù)字矢量地圖。
[0006] 具體實施步驟包括：
[0007] 具體實施步驟包括：
[0008] 步驟一、首先選定道路；
[0009] 首先將需要測繪的道路進行分割，選定需要進行量測的部分，確定需要測繪部分 的起始點與終點。本專利所適用的道路為高速公路以及一級、二級公路，且所適用的道路光 滑連續(xù)，不包含交叉路口。鑒于步驟二所采用的高斯-克呂格投影在局部范圍精度較高，因 此選擇的道路長度不超過5km。
[0010] 步驟二、通過多傳感器信息采集車輛，采集道路位置以及車輛的狀態(tài)等信息；
[0011] 本方法采用了多傳感器信息采集車輛，其搭載的衛(wèi)星定位系統(tǒng)可以實時輸出道路 位置Ri(LiBi)、車輛的垂直速度Vz,i、車輛的水平速度Vx Y,i以及衛(wèi)星定位系統(tǒng)接收到的衛(wèi)星 數(shù)Nsat,i，其中Li、Bi分別表示經(jīng)度、煒度;縱向加速度傳感器輸出車輛縱向加速度信息Ai，其 中i表示開始采集后接收到的信息的序號，i = 1，2，3....。通過同時開始采集多種傳感器信 息并統(tǒng)一各個傳感器信息輸出頻率(輸出頻率均為20Hz )，保證采集序號相同的信息--對 應(yīng)。同一時刻所采集的信息有:車輛所在位置的經(jīng)煒度信息Ri(UBi)、車輛的垂直速度Vz,i、 車輛的水平速度VxY,i、衛(wèi)星定位系統(tǒng)接收到的衛(wèi)星數(shù)Nsat,i以及車輛縱向的加速度Ai。車輛 在信息采集的過程中需要保持車輛平穩(wěn)運行，以保證車身與地面盡量平行，減小在估計道 路縱向坡度時因為車身傾斜而產(chǎn)生的誤差。同時采集車輛的胎壓需要保持一致，避免因車 輛胎壓不同導(dǎo)致的道路坡度估計誤差。道路信息采集過程中為了保證采集的信息密度均 勻，車速要保持勻速，且車速在55-65km/h范圍以內(nèi)，這樣保證采集的道路位置信息的間距 適中，所采集的位置信息間距在0.764-0.903m之間。由于道路中車道之間基本平行，所以本 專利選取行進方向左側(cè)車道來提取道路的縱向坡度信息，且采集過程中采集車輛沿車道中 心行駛。
[0012] 步驟三、將采集到經(jīng)煒度坐標(biāo)轉(zhuǎn)化成平面坐標(biāo)，并將轉(zhuǎn)化后平面坐標(biāo)表示的位置 作為道路的節(jié)點；
[0013] 由于制作地圖需要平面直角坐標(biāo)系坐標(biāo)，本發(fā)明采用較為成熟的3度帶高斯-克呂 格投影方法，將經(jīng)煒度坐標(biāo)心0^ 投影為高斯平面直角坐標(biāo)系坐標(biāo)坐標(biāo)轉(zhuǎn) 換后對應(yīng)的平面直角坐標(biāo)系的縱坐標(biāo)(北向位置），yiS坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后對應(yīng)的平面直角坐標(biāo)系 的橫坐標(biāo)(東向位置）。根據(jù)起始點Rl (Ll )選定Ro (Lo Bo)作為高斯-克呂格投影的原點，其 中L〇 = 3D，D為(W3)四舍五入取整的值，B〇 = 0°。經(jīng)煒度坐標(biāo)Ri(U Bi)轉(zhuǎn)換公式如下所示：
[0014]
[0015] 式（1)為高斯投影公式的泰勒級數(shù)展開式，式中省去了7次以上高次項，其中4^為 赤道至煒度Bi的子午線弧長，且％ = G馬- ms場十C2 sin3馬+ :C3.sin% +C4、sin%)， 1為所求點的經(jīng)度U與L〇之差，t = tan cos BiY為橢球第二偏心率，N為通過所求 點的卯酉圈曲率半徑，Co，Ci，C2，C3，C4為與點位無關(guān)的系數(shù)，僅有橢球體長半軸、短半軸、第 一偏心率等參數(shù)確定。目前矢量地圖多采用點的連線來表示道路，所以本發(fā)明將轉(zhuǎn)換后平 面坐標(biāo)Pl(XlYl)所表示的位置作為道路的節(jié)A Nl(XlYl)，通過節(jié)點的連線表示道路。
[0016] 步驟四、通過基于多傳感器信息的道路縱向坡度估計算法，估計出節(jié)點處的道路 縱向坡度；
[0017] 本發(fā)明提出了一種基于多傳感器信息的道路縱向坡度估計算法。該算法通過基于 高精度衛(wèi)星定位系統(tǒng)的道路縱向坡度估計模型和基于車輛縱向加速度傳感器的道路縱向 坡度估計模型融合得出精度更高、魯棒性更好的道路縱向坡度估計值。本發(fā)明中坡度采用 百分比法表示。
[0018] 1)基于高精度衛(wèi)星定位系統(tǒng)的道路縱向坡度估計模型，利用高精度衛(wèi)星定位系統(tǒng) 的數(shù)據(jù)估計出道路坡度。具體的估計方式:通過高精度衛(wèi)星定位系統(tǒng)獲取車輛的垂直速度 Vz, i和水平速度Vxy, i，然后根據(jù)公式
[0019]
[0020]得出道路縱向坡度θ14。
[0021] 2)基于車輛縱向加速度傳感器的道路縱向坡度估計模型，利用多傳感器信息采集 車輛獲取到車輛的狀態(tài)信息結(jié)合車輛的運動學(xué)模型估計出道路坡度。具體的估計方式:根 據(jù)采集的車輛縱向加速度Ai，考慮到信息采集車輛通常行駛在勻速狀態(tài)(車輛的縱向加速 為重力加速度在縱向上的分量），然后通過公式
[0022]
[0023]得出道路縱向坡度02>i，其中g(shù)為重力加速度g = 9.8m/s2。
[0024] 本算法依據(jù)衛(wèi)星定位系統(tǒng)接收到的衛(wèi)星數(shù)，將兩種道路縱向坡度估計模型的結(jié)果 進行融合，得出精度更高、魯棒性更好的道路縱向坡度。最終的道路縱向坡度9i可由融合公 式
[0025] θ? = αι X Θι，?+α2 X Θ24 (4)
[0026] 獲得，其中(^、吧分別為兩種模型的融合系數(shù)，αι、α^取值由當(dāng)時衛(wèi)星定位系統(tǒng)接 收到的衛(wèi)星數(shù)決定，具體的取值如下表所示： Γηη〇7?
[0028] 步驟五、將節(jié)點的位置信息NiUyd以及縱向坡度信息01通過數(shù)字地圖制作軟件 制作成帶有道路縱向坡度的增強型數(shù)字矢量地圖。
[0029] 根據(jù)獲得到的節(jié)點位置信息以及該節(jié)點的道路縱向坡度信息01通過數(shù)字 地圖自作軟件生成帶有道路坡度的增強型數(shù)字矢量地圖。首先利用節(jié)點的連線來表示所選 取的道路，然后通過增加節(jié)點的坡度信息列表的方式將對應(yīng)節(jié)點的道路縱向坡度信息增加 到地圖上。
[0030] 有益效果如下：
[0031] 本方法采用的基于多傳感器信息的道路縱向坡度估計算法，估計出道路的縱向坡 度，該算法結(jié)合了多種傳感器的優(yōu)點，避免了單一傳感器的不足，精度高、魯棒性好;通過信 息采集車輛進行道路信息以及車輛狀態(tài)信息的采集，不需要大量的人工測繪工作，實施方 便;