高培，王欢，沈俊

（长安大学 汽车学院，陕西 西安 710064）

基于车载SPEEDBOX-INS和车身行驶参数的道路曲线识别方法

高培，王欢，沈俊

（长安大学 汽车学院，陕西 西安 710064）

利用车载SPEEDBOX-INS采集汽车行驶过程中的行驶车速、路程和车身姿态等参数。在MATLAB中对采集到的特定参数进行小波去噪、曲线拟合和判断筛选等。这可为汽车行驶提供信息支持，可大大提高行驶安全性。

SPEEDBOX-INS；车身姿态参数；MATLAB；道路曲线；行车安全

CLC NO.: U467.4 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)10-135-02

前言

汽车行驶安全性越来越得到人们的重视，而道路曲线对汽车行驶安全性有很大影响。但是目前，许多道路由于年代久远存在数据丢失或误差较大等问题，人工测量虽能获得准确数据，但是需要很大人力物力，且测量时间较长。所以本文提出了一种基于车载SPEEDBOX-INS的道路曲线测量方法，通过车载SPEEDBOX-INS设备能够快速获得汽车在行驶过程中的行驶速度、方向等车身参数，然后在MATLAB中对SPEEDBOX-INS所采得的数据进行一系列的数据处理，进而得出精确的道路曲线参数。

1、数据采集

为了得到道路曲线参数，首先需要采集汽车在待测道路上的车身行驶姿态参数，比如汽车行驶速度、方向等。本文使用的车载数据采集设备是英国RT公司的SPEEDBOXINS。SPEEDBOX-INS是RT公司推出的工业级车载测试设备，由一个集成了GPS-RTK双天线和IMU单元的外置部件及数据记录部件组成，如图1(a)所示。该设备使用惯性和全球定位系统互补技术，规避了单一使用GPS或INS进行数据采集的缺点。在数据采集过程中，采集设备应该严格按照说明书来安装，以防出现采集的数据不准确的情况。其中，RTK天线安装在车顶，如图1(b)所示，SPEEDBOX采集设备固定在车内。

设备安装后之后，由车内的12V电源供电。在正式开始采集数据之前，应该先找一空阔场地进行卫星定位，并以该位置作为后续采集设备的坐标零点。所以在采集数据过程中，要持续供电，若不慎断电，应再重新进行标定原点位置。按照要求连接好所需要的仪器之后，即可在汽车行驶过程中采集数据。

图1(a) SPEEDBOX-INS设备 图1(b) RTK天线在车顶安装图

2、数据处理

国内外对于根据离散数据获得道路平曲线参数的方法有曲率-弧长识别法、斜率识别法、联合平差模型、方位角法、最小二乘法和三弯矩法，每种方法各有优劣。但是每种方法对数据的精度要求都比较高，很小的误差或噪声都会影响计算结果的准确性。

在进行道路曲线识别之前，应首先对数据进行预处理。采集数据时采样频率为100Hz，数据量巨大，所以首先要对数据进行再次采样，本文中是每隔1米取1个点。由于数据中仍有噪声存在，所以需对采样后的数据进行小波去噪，曲线拟合等过程，才能得到可以进行道路曲线识别的数据。

2.1 道路平曲线识别方法

本文利用航向角作为判断平曲线线型的方法，即以汽车行驶过程中各点的航向角变化来判断线型的变化。再以航向角数据为基础，用两种方法来判断线型变化：其一是用连续20点的航向角方差作为判断条件，其二是对数据进行再取样，然后根据航向角的斜率变化作为判断条件。两种方法相互结合，使得计算结果更为准确。本文以无锡某段道路验证程序的准确性。图2(a)为该路段平曲线的拐点显示图，实线表示直线，虚线表示曲线。

2.2 道路纵曲线识别方法

本文利用坡度角作为判断道路纵曲线线型的方法，但是SPEEDBOX-INS设备采集到的坡度角数据中有许多噪声。所以对于纵曲线的识别，最重要的一部分就是去噪，如图3所示为去噪前后对比图。在实际道路修建中，没有绝对的坡度值等于零的路。所以在本文中将坡度值小于0.5%的看作为直线段，变坡点如图2(b)所示。

图2(a) 平曲线拐点图 图2(b) 纵曲线变坡点图

图3 去噪前后对比图

3、结论

从上述结果可以看出，本文提出的方法是可以测出道路曲线线形的，计算结果是可信的。该测试方法软硬件结合，比传统测试方法要省时省力，并且测量时间也较短，对于道路曲线测量有很大的参考意义。

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[2] 颜国军.基于双天线的GPS姿态测定研究与实现[D].南京.南京航空航天大学,2005.

[3] 王芳.小波分析在信号去噪中的应用研究[D].成都:西华大学,2009.

[4] Goda S,Cannon M E.GPS/MEMS-INS integratedsystem for naviga -tion in urban areas[J].GPS Solut,2007,11(5):193-203.

[5] 夏芝安.基于车载GPS/INS系统的道路线性多参数识别技术研究[D].西安.长安大学,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，硕士研究生，就读于长安大学汽车学院，车辆工程专业。