[发明专利]一种基于车载POS的公路线形特征识别与参数计算方法

摘要

一种基于车载POS的公路线形特征识别与参数计算方法，属于组合导航定位系统和测量技术领域；该方法包括：采集车辆位置参数、速度参数及姿态参数；提取航向角信息和采样点里程；计算全路段概略曲率分布，将初始公路线形分为直线部分和圆曲线部分；调整直线和圆曲线的窗口大小，并计算缓和曲线线形参数；根据直线线形参数、圆曲线线形参数及缓和曲线线形参数统计全路段曲率随里程的变化，得到全路段最优化线形特征及参数；本发明数据采集方法能提供载体的姿态信息，提高了效率及精度；利用MFM平滑航向角信息，降低白噪声影响，有效剔除颗粒噪声，克服计算量庞大问题；窗口自动识别方法更大程度降低了人为因素影响，并降低工作量。

主权项

1.一种基于车载POS的公路线形特征识别与参数计算方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：在车辆行进过程中，车载POS实时采集陀螺角速率、比例、伪距及相位信息，并通过后处理解算生成车辆位置参数、速度参数及姿态参数的时间序列；步骤2：根据车辆姿态参数提取航向角信息，根据车辆坐标参数和车辆速度计算采样点里程；步骤3：利用航向角信息和采样点里程计算全路段概略曲率分布初始公路线形特征分布，并将初始公路线形暂时分为直线部分和圆曲线部分；步骤4：分别调整直线部分中各直线的窗口大小和圆曲线部分中各圆曲线的窗口大小，提取窗口识别过程中筛选出的缓和曲线，并根据直线线形参数与圆曲线线形参数计算缓和曲线线形参数；包括如下步骤：步骤4.1:取初始公路线形直线部分中一段直线，构建直线方程:y_i＝ax_i+b，其中，(x_i，y_i)为该段直线的上采样点的平面坐标，a、b分别为直线方程斜率和截距；步骤4.2:利用最小二乘法计算参数a、b，得到最小二乘法拟合直线方程；步骤4.3:计算(x_i，y_i)在拟合直线上的投影坐标、拟合残差，并根据拟合残差计算该段直线拟合中误差；步骤4.4:根据拟合中误差大小及该段直线两端航向角变化确定直线窗口伸缩方向；具体方法为：判断拟合中误差是否小于阈值，是，窗口向航向角变化较小的一端扩展，否则，在航向角变化较大的一端缩小，并判断拟合中误差是否大于阈值，是，恢复上次窗口扩展程度，执行步骤4.6，否则，执行步骤4.1，所述航向角变化大小即采样点间的航向角差值大小；步骤4.5:重复步骤4.1至步骤4.4，完成全路段直线部分中所有直线的线形特征识别与参数计算；步骤4.6:提取初始公路线形中圆曲线部分中一段圆曲线，构建拟合圆曲线方程：x²_j+y²_j‑2cx_j‑2dy_j+c²+d²＝r²，其中，(x_j，y_j)为该圆曲线的平面坐标即该圆曲线上采样点的平面坐标，(c，d)为圆心坐标，r为曲率半径；步骤4.7：利用最小二乘法计算参数c、d和c²+d²+r²，得到最小二乘法拟合圆曲线方程；步骤4.8：计算(x_j，y_j)在最小二乘法拟合圆曲线上的投影坐标、拟合残差和该段圆曲线的拟合中误差；步骤4.9:根据拟合中误差大小及该圆曲线两端航向角变化确定圆曲线窗口伸缩方向；具体方法为：判断拟合中误差是否小于阈值，是，向航向角变化较大的一端扩展，否则，在航向角变化较小的一端缩小，并判断拟合中误差是否大于阈值，是，恢复上次窗口扩展程度，认为该段线形为圆曲线，计算该段圆曲线的曲率为l/r，执行步骤4.10，否则，执行步骤4.6；步骤4.10：重复步骤4.6至步骤4.9，直到完成全路段圆曲线部分中所有圆曲线的线形特征识别与参数计算；步骤4.11：识别筛选出的连接圆曲线与直线的缓和曲线，并根据直缓点与缓圆点的里程及曲率，建立缓和曲线的曲率里程方程：k＝ms+n，其中，k、s分别表示缓和曲线的曲率和里程；m，n为曲率‑里程方程参数，即为斜率和截距；所述直缓点为直线与缓和曲线交点，所述缓圆点为缓和曲线与圆曲线交点；步骤4.12:根据曲率‑里程方程，计算该段缓和曲线内采样点曲率，并根据采样点曲率占缓和曲线曲率变化比例结合直缓点与缓圆点平差后的坐标参数内括出缓和曲线离散坐标；步骤5：根据直线线形参数、圆曲线线形参数及缓和曲线线形参数统计全路段曲率随里程的变化，得到全路段最优化线形特征及参数。