CN105044756B - 一种基于gps和电子指南针的车辆跟踪方法 - Google Patents
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Abstract
发明了一种基于GPS伪距差分定位数据和车载电子指南针的车辆跟踪方法。该方法周期性地同时采集车辆的GPS伪距差分定位数据和车载电子指南针的角度数据，通过一种数据融合方法将两类数据进行融合，实时给出经过误差修正的车辆运行轨迹。本发明的有益效果在于：车载电子指南针的角度不会产生误差积累，可以对GPS伪距差分定位数据进行有效的修正，从而提供更精确的车辆运行轨迹。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于GPS和电子指南针的车辆跟踪方法。
背景技术
随着我国社会的进步和经济的发展，机动车辆的数量不断增加。虽然道路交通状况也得到了很大的改善，但其改善速度远远滞后于车辆的增加速度，车多路少的矛盾越来越明显，导致交通拥挤、交通事故日益增多等社会急需解决的问题。然而，要解决道路交通面临的问题，按照传统的交通发展策略，仅靠增加道路的面积，提高路网的总体容量，完善路网的布局是不可行的。因为这种发展的模式不仅成本比较高，对生态环境有比较大的影响，而且其缓解交通拥挤的效果也是很有限的。信息技术的快速发展为解决交通问题提供一个新的思路。在解决道路交通问题的过程中，不仅要改善现有的交通基础设施，而且要借助***论、控制论和信息论的思想，把先进的信息技术应用于交通管理和控制中，通过信息的沟通与连接，加强现有交通***的管理，最大限度地提高现有道路的交通效率，使道路更加顺畅。
GPS定位***以其定位广泛、快速、准确的特点，在航空航天、大地测量、陆地导航、军事等各方面得到了广泛应用。但由于受选择可用性(SA)、电离层、对流层延迟、地面反射、天线相位中心偏差和多路径效应等多种误差因素的影响，它的实际定位精度并不理想，单点定位精度大约为10米。为此，人们发展了差分定位技术。使用差分定位技术可以有效地消除包括SA误差、大部分的电离层延迟和部分对流层延迟，因此可以使定位精度大大提高。据报道，有一种GPS伪距差分定位***，使用GSM网络的短消息服务作为差分***基站和用户终端之间的数据传输方式，用户终端使用ARM微处理器进行控制，实验结果表明能够提供2-5m的平面定位精度。可见使用GPS对车辆定位，其误差不会小于米级，如此精度的GPS只能用来确定车辆的大***置，而不能用于确定车辆与某条交通标志线的相对位置。可见，要提高车辆的定位精度仅采用GPS定位数据是不行的，必须借助另外一种定位手段对GPS定位数据进行修正。
随着数字化技术的发展，目前已实现了基于磁通门、磁感应式和霍尔效应等的数字化指南针。其中磁通门和磁感应式指南针精度较高，可达到±1°。将数字化电子指南针用于车辆方向的确定，并融合GPS定位数据对车辆实施跟踪，是提高跟踪精度的有效途径。
发明内容
发明了一种基于GPS伪距差分定位数据和车载电子指南针的车辆跟踪方法。该方法周期性地同时采集车辆的GPS伪距差分定位数据和车载电子指南针的角度数据，通过一种数据融合方法将两类数据进行融合，实时给出经过误差修正的车辆运行轨迹。
本发明的有益效果在于：车载电子指南针的角度不会产生误差积累，可以对GPS伪距差分定位数据进行有效的修正，从而提供更精确的车辆运行轨迹。
附图说明
图1是车辆分段路径示意图。
图2是真实路径、GPS定位数据的模拟点连线和车辆的测量轨迹对比图。
标号说明：1真实路径，2GPS定位数据的模拟点连线，3车辆的测量轨迹。
具体实施方式
1.建立地面直角坐标系
以道路上车辆出发点作为原点建立地面直角坐标系，如图1所示。横轴为过原点的纬线的切线，方向向右；纵轴为过原点的经线的切线，方向向上。
2.获取定位数据
由于所考察的车辆运行轨迹在以上定义的直角坐标系的原点附近，可以认为车辆运行在坐标平面内。按照微积分的思想，在任何一段曲线都可以看成是由分点足够多的直线段连接而成的。假定以周期T同时对车辆的GPS伪距差分定位数据和车载数字化电子指南针的角度数据采样，并将GPS伪距差分定位数据转化为地面直角坐标系中的坐标，得到的位置和角度数据分别为
其中是带有误差的定位数据，而是带有误差的车载电子指南针实际测量的车辆行驶方向与x轴夹角度数。
3.确定轨迹
如图1所示，在第i个采样时刻，车辆在地面直角坐标系中的真实位置为
(xi，yi，)，i＝1，2，…
以Pi表示点(xi，yi，)，于是车辆的路径可以看成是由有向直线段首尾相接连成的曲线。不妨设有向直线段的长度为li+1，与x轴的夹角为αi+1(i＝0，1，2，…)。
对i＝1，2，…，n，Pi点的坐标(xi，yi，)可表示为
这样和可以看作xi和yi分别加一个服从于N(0，σ2)的白噪声后的受干扰数据，其中σ表示方差。同理，也可以看作αi加随机误差后的受干扰数据。考虑到数字化电子指南针的精度可达到±1°，不妨假定随机误差服从-1°和1°之间的某种分布，比如均匀分布。记
这样，就是真实位置(xi，yi，)的估计，但由于(xi，yi，)含有子路径长度参数l1，l2，…，ln，且真实角度αi(i＝1，2，…)无法得到，因此以(xi，yi，)的估计代替(xi，yi，)，即令
按照数理统计中方差最小估计理论，参数l1，l2，…，ln的选择应使
达到最小值，即Ax TAx+Ay TAy达到最小值，其中
因此只需对矩阵方程
求参数l1，l2，…，ln的最小二乘解。这是一个含有n个未知参数，2n个方程的超定方程组，利用最小二乘法可以求得
其中
由此可以得到车辆的测量轨迹点为
…
4.仿真分析
仿真过程中的长度为米。
在一段起点为坐标原点的光滑曲线上等距离地选择50个分点(xi，yi，)，i＝1，2，…，50，作为车辆真实路径上的点。对这50个点中的两个坐标都加上服从[-1，1]内均匀分布的随机干扰误差，得到用以表示GPS定位数据的模拟点i＝1，2，…，50。同时，依次从原点和这50个分点(xi，yi，)，i＝1，2，…，50中可以求出相邻两分点连线与x轴的夹角βi，i＝1，2，…，50。分别对βi加上-1°到1°之间均匀分布的随机干扰误差，得到用以表示电子指南针带有误差的模拟测量角度αi，i＝1，2，…，50。
利用上述轨迹确定方法可以得到车辆的测量轨迹。
从图2可以看出，采用本发明的轨迹确定方法得到的车辆的测量轨迹比直接采用GPS定位数据得到的轨迹精确得多。
Claims (1)
1.一种基于GPS和电子指南针的车辆跟踪方法，其特征在于：以道路上车辆出发点作为原点建立地面直角坐标系，横轴为过原点的纬线的切线，方向向右；纵轴为过原点的经线的切线，方向向上；以周期T同时对车辆的GPS定位数据和车载电子指南针的角度数据进行n次采样，并将GPS定位数据转化为地面直角坐标系中的坐标，用
分别表示转化后的车辆在直角坐标系中的坐标以及带有误差的车载电子指南针测量的车辆运行方向与横轴的角度；令
其中
由此可以得到车辆的测量轨迹点为
…
。
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