[发明专利]一种基于卡尔曼滤波的道路坡度增强型数字地图制作方法

说明书

本发明公开了一种基于卡尔曼滤波的道路坡度增强型数字地图制作方法，本方法通过多传感器信息采集车辆，采集选定道路的位置信息、车辆信息；然后对采集到的道路位置信息进行初步处理，将经纬度坐标转化为平面坐标，并将转化后平面坐标表示的位置作为道路的节点；通过基于卡尔曼滤波的道路纵向坡度估计算法，估计出每个节点位置道路的纵向坡度；最后将道路的节点位置信息以及纵向坡度信息，利用数字地图制作软件制作成增强型数字地图。

技术领域

本发明属于地理信息系统领域，涉及一种基于卡尔曼滤波的道路坡度增强型数字地图制作方法。

背景技术

数字地图是通过数字化的方法，把城市地理信息以一定的格式存储起来，并能以连续地图的形式呈现出来，本质上是一个城市地理数据库。数字地图可提供丰富的基于位置的服务，为人们生活带来了极大的便利。然而目前的数字地图存在以下问题：数字地图精度较低，无法通过已知信息进一步计算，获得精度较高的道路纵向坡度等信息；地图信息匮乏，一般仅包含位置信息，而对于一些人们关注的重要信息，例如道路的航向、曲率、坡度、附近楼层的高度等信息并没有包含；数字地图目前制作复杂、专业性要求很高，需要掌握空间变换与几何变换算法、矢量与栅格数据模型等；除了对专业性有很高的要求，传统数字地图的制作过程中很多测绘工作需要由人工来完成，工作量大且效率不高，制作成本相对较高。

针对上述问题，近几年国内外开始关注增强型数字矢量地图，其不仅包含了普通地图的位置信息，还包含了一些特有的信息，例如道路的航向、坡度、路边房屋的高度等，增强型数字矢量地图相对于普通数字地图具有更加广泛的运用前景。本发明提出的基于卡尔曼滤波的道路坡度增强型数字地图的制作方法就是一种增强型的数字矢量地图的制作方法。目前的坡度测量仪、全站仪、水平仪等传统道路纵向坡度测量设备，当需要测量道路里程较长时，往往因为测量工作量太大、数据采集方式复杂，难以满足大规模应用的需求。因此本发明使用了多传感器信息采集车辆进行道路及车辆状态信息的采集，简单易行、效率高。本发明所制作的基于卡尔曼滤波的道路坡度增强型数字地图，具体包含了道路的纵向坡度信息，在车辆主动安全等领域有着广泛的应用。例如，近几年客车在山区道路翻车事故频繁发生，造成巨大的人员财产损失，司机对当前路况判断失误以及缺乏对复杂环境中路况的提前预警是事故发生的主要原因。道路纵向坡度是一种非常重要的道路信息，道路纵向坡度对于车辆档位控制、速度控制有着重要的参考价值，司机提前获得准确的道路纵向坡度信息可以有效避免车辆出现翻车等一系列事故。因此制作基于卡尔曼滤波的道路坡度增强型数字地图，有着重要的现实意义。

发明内容

本发明提出了一种基于卡尔曼滤波的道路坡度增强型数字地图制作方法，已解决现有数字地图的制作工作量大、过程复杂、精度不够高、缺乏道路坡度信息(道路坡度具体指道路纵向坡度，其在车辆主动安全领域有着广泛的应用)的问题。

本发明提出一种基于卡尔曼滤波的道路坡度增强型数字地图制作方法。首先选定道路，确定道路起始点与终点；通过多传感器信息采集车辆，采集选定道路的位置信息、车辆的状态信息；然后对采集到的道路位置信息进行初步处理，将经纬度坐标转化为平面坐标，并将转化后平面坐标表示的位置作为道路的节点；通过基于卡尔曼滤波的道路纵向坡度估计算法，估计出每个节点位置道路的纵向坡度；最后将道路的节点位置信息以及纵向坡度信息，利用数字地图制作软件制作成基于卡尔曼滤波的道路坡度增强型数字矢量地图。

具体实施步骤包括：

步骤一、首先选定道路；

首先将需要测绘的道路进行分割，选定需要进行量测的部分，确定需要测绘部分的起始点与终点。本专利所适用的道路为高速公路以及一级、二级公路，且所适用的道路光滑连续，不包含交叉路口。鉴于步骤二所采用的高斯-克吕格投影在局部范围精度较高，且随着范围增大误差也随之增大，因此选择的道路长度应不超过5km。

步骤二、通过多传感器信息采集车辆，采集选定道路位置以及车辆状态等信息；