基于車載SPEEDBOX-INS和車身行駛參數的道路曲線識別方法

高培，王歡，沈俊

（長安大學 汽車學院，陜西 西安 710064）

基于車載SPEEDBOX-INS和車身行駛參數的道路曲線識別方法

高培，王歡，沈俊

（長安大學 汽車學院，陜西 西安 710064）

利用車載SPEEDBOX-INS采集汽車行駛過程中的行駛車速、路程和車身姿態等參數。在MATLAB中對采集到的特定參數進行小波去噪、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；車身姿態參數；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越得到人們的重視，而道路曲線對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存在數據丟失或誤差較大等問題，人工測量雖能獲得準確數據，但是需要很大人力物力，且測量時間較長。所以本文提出了一種基于車載SPEEDBOX-INS的道路曲線測量方法，通過車載SPEEDBOX-INS設備能夠快速獲得汽車在行駛過程中的行駛速度、方向等車身參數，然后在MATLAB中對SPEEDBOX-INS所采得的數據進行一系列的數據處理，進而得出精確的道路曲線參數。

1、數據采集

為了得到道路曲線參數，首先需要采集汽車在待測道路上的車身行駛姿態參數，比如汽車行駛速度、方向等。本文使用的車載數據采集設備是英國RT公司的SPEEDBOXINS。SPEEDBOX-INS是RT公司推出的工業級車載測試設備，由一個集成了GPS-RTK雙天線和IMU單元的外置部件及數據記錄部件組成，如圖1(a)所示。該設備使用慣性和全球定位系統互補技術，規避了單一使用GPS或INS進行數據采集的缺點。在數據采集過程中，采集設備應該嚴格按照說明書來安裝，以防出現采集的數據不準確的情況。其中，RTK天線安裝在車頂，如圖1(b)所示，SPEEDBOX采集設備固定在車內。

設備安裝后之后，由車內的12V電源供電。在正式開始采集數據之前，應該先找一空闊場地進行衛星定位，并以該位置作為后續采集設備的坐標零點。所以在采集數據過程中，要持續供電，若不慎斷電，應再重新進行標定原點位置。按照要求連接好所需要的儀器之后，即可在汽車行駛過程中采集數據。

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

2、數據處理

國內外對于根據離散數據獲得道路平曲線參數的方法有曲率-弧長識別法、斜率識別法、聯合平差模型、方位角法、最小二乘法和三彎矩法，每種方法各有優劣。但是每種方法對數據的精度要求都比較高，很小的誤差或噪聲都會影響計算結果的準確性。

在進行道路曲線識別之前，應首先對數據進行預處理。采集數據時采樣頻率為100Hz，數據量巨大，所以首先要對數據進行再次采樣，本文中是每隔1米取1個點。由于數據中仍有噪聲存在，所以需對采樣后的數據進行小波去噪，曲線擬合等過程，才能得到可以進行道路曲線識別的數據。

2.1 道路平曲線識別方法

本文利用航向角作為判斷平曲線線型的方法，即以汽車行駛過程中各點的航向角變化來判斷線型的變化。再以航向角數據為基礎，用兩種方法來判斷線型變化：其一是用連續20點的航向角方差作為判斷條件，其二是對數據進行再取樣，然后根據航向角的斜率變化作為判斷條件。兩種方法相互結合，使得計算結果更為準確。本文以無錫某段道路驗證程序的準確性。圖2(a)為該路段平曲線的拐點顯示圖，實線表示直線，虛線表示曲線。

2.2 道路縱曲線識別方法

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設備采集到的坡度角數據中有許多噪聲。所以對于縱曲線的識別，最重要的一部分就是去噪，如圖3所示為去噪前后對比圖。在實際道路修建中，沒有絕對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，變坡點如圖2(b)所示。

圖2(a) 平曲線拐點圖 圖2(b) 縱曲線變坡點圖

圖3 去噪前后對比圖

3、結論

從上述結果可以看出，本文提出的方法是可以測出道路曲線線形的，計算結果是可信的。該測試方法軟硬件結合，比傳統測試方法要省時省力，并且測量時間也較短，對于道路曲線測量有很大的參考意義。

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[2] 顏國軍.基于雙天線的GPS姿態測定研究與實現[D].南京.南京航空航天大學,2005.

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[5] 夏芝安.基于車載GPS/INS系統的道路線性多參數識別技術研究[D].西安.長安大學,2016.

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，就讀于長安大學汽車學院，車輛工程專業。