高精度三維道路電子地圖的設(shè)計和實現(xiàn)

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(dǎo)航地圖，成為實現(xiàn)先進駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）的重要途徑，也是未來導(dǎo)航地圖的發(fā)展趨勢之一。本文采用慣導(dǎo)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(xiàn)有導(dǎo)航地圖道路數(shù)據(jù)對比，為對應(yīng)的道路賦上坡度與曲率屬性。結(jié)果表明，本文的方法具有可行性，為ADAS導(dǎo)航應(yīng)用的實現(xiàn)提供了地圖基礎(chǔ)。

關(guān)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(dǎo)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(yīng)用前景，如上下坡油耗量輔助系統(tǒng)，通過調(diào)用高精度坡度數(shù)據(jù)來減少耗油量；彎道速度提醒輔助駕駛，根據(jù)彎道的曲率計算出最大行駛速度，提醒駕駛?cè)俗⒁饪刂栖囁佟Ｆ渲袘T性導(dǎo)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(jīng)積分運算得到載體的速度和位置信息。

2.高精度導(dǎo)航地圖數(shù)據(jù)規(guī)格

2.1.坡度：根據(jù)慣導(dǎo)數(shù)據(jù)計算出的坡度，將導(dǎo)航地圖中對應(yīng)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(jīng)緯度坐標以及平均坡度五個屬性。

2.2.曲率：根據(jù)慣導(dǎo)數(shù)據(jù)計算出的曲率，將導(dǎo)航地圖中對應(yīng)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(jīng)緯度坐標以及平均曲率五個屬性。

3.高精度導(dǎo)航地圖制作流程

3.1.慣導(dǎo)數(shù)據(jù)冗佘點剔除

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

3.2.參數(shù)計算

3.2.1.坡度

1）采用臨近坐標點計算。假設(shè)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(jīng)緯度坐標轉(zhuǎn)化為公里網(wǎng)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(shè)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(shè)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(jīng)緯度坐標轉(zhuǎn)化為公里網(wǎng)坐標；根據(jù)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(shù)值記為曲率；曲率正負值根據(jù)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(yīng)用多次軌跡經(jīng)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(jù)道路實際形態(tài)與曲率值的對應(yīng)關(guān)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(shù)值。

4.結(jié)果評估

4.1.坡度數(shù)據(jù)評估：對佛山市興華路100米路段內(nèi)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(jié)果展示圖2所示（高程大小僅供參考）。

4.2.曲率數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)（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(yīng)采樣車的行車狀態(tài)。

結(jié)語：坡度和曲率作為道路的真實屬性，在傳統(tǒng)導(dǎo)航地圖中沒有得以表達，隨著車載導(dǎo)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(dǎo)軌跡數(shù)據(jù)計算坡度、曲率，通過對導(dǎo)航地圖中對應(yīng)道路進行分段添加屬性的方法制作高精度導(dǎo)航地圖，其對導(dǎo)航數(shù)據(jù)的影響程度還需要進一步試驗。endprint