基于智能移动终端的城市环境车辆测速方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及的是一种交通智能控制领域的技术，具体是一种基于智能移动终端的 城市环境车辆测速方法及系统。
【背景技术】
[0002] 自古以来，交通运输的兴起对人类的发展起着极大的推动作用。随着大城市的崛 起，城镇化的推动，在人口、交通工具大量聚集的情况下，交通运输的发展也遇到了不少瓶 颈和难题。其中：最为严重的就是交通安全和交通拥堵问题。在这个大环境、大背景下，智 能化交通系统应运而生。而智能手机的诞生，为进一步加强智能化交通系统带来了转机。
[0003] 将智能手机与车载系统、车载应用相结合、发挥智能机的高便携、高普及和高网络 接入率等优势，打造出更加安全、快速、便携和功能强大的智能化城市交通系统成为研宄热 点。而车辆实时速度测量更是架构智能化城市交通系统的应用基础和关键技术。
[0004] 已有的车速测定方法大体上可以分为三个类型：基于公共设施的、基于小型外接 装置的和基于智能手机的车速测量手段。以上方法受设施布置地点的限制、且有着安装维 护不便或费用昂贵的缺陷。此外，通过摄像头等方式测速时，还易受天气和环境的影响，导 致结果误差偏大。
【发明内容】
[0005] 本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于智能感知的城市环境车辆测 速方法及系统，具有良好的精确性，并能在很低的参考点密度环境中表现出良好的鲁棒性。
[0006] 本发明是通过以下技术方案实现的：
[0007] 本发明涉及一种通过智能手机传感器估计车辆行驶速度的方法，通过从传感器采 集原始数据并进行初始速度估计，然后通过监控传感器的实时数据获取参考点，并计算每 个参考点对应的车辆行驶速度，再通过参考点修正算法消除初始速度估计的结果误差，从 而实现对车辆行驶速度的高精度测量。
[0008] 所述的传感器包括但不限于智能移动终端中自带的加速度传感器和陀螺仪，其 中：加速度传感器用于测量车辆的加速度原始数据，陀螺仪用于测量车辆转弯的角速度原 始数据。
[0009] 所述的初始速度估计是指：由于加速度传感器的原始数据输出值存在噪音，实际 使用中的环境因素也会向传感器读数引入噪音，初始速度估计就是对包含累计噪音的加速 度传感器读数在时域上做积分计算得来的车速。
[0010] 所述的参考点包括：转弯状态参考、停车状态参考和路面颠簸状态参考，其中： [0011] 转弯状态参考是指：车辆在转弯时，行驶的路线接近一段圆弧，借助加速度传感器 测定向心加速度，借助陀螺仪测定加速度，推算出车辆的行驶速度。
[0012] 停车状态参考是指：当车辆停止时，车速降为零。通过使用车辆的震动强烈程度， 即Z轴加速度的标准差判定车辆是在行驶还是已经停止。
[0013] 路面颠簸状态参考是指：在车辆驶过路面上的接缝、减速带或是坑洞时，由于路面 不平整造成的颠簸可以被传感器所捕捉，通过分析传感器数据的波形特征，提取出驶过颠 簸点的速度信息。
[0014] 所述的参考点修正算法是指：有两个参考点PJPPB(车辆在时刻Ta通过点A并 在时刻Tb通过点B)，假定从起始时刻到任一t时刻之间，加速度传感器的读数积分为 S(t)，在PJPPB两点测得的瞬时车速为PRS3和PRSb。则在参考点PJPPB处的车速估计 误差为：AS(Ta) =S(Ta)-PRSa,AS(Tb) =S(Tb)-PRSb;由于累计误差接近线性增长，则加 速度误差会保持相对稳定且约等于AS(t)曲线的斜率，因此PJPPB两个参考点之间的 加速度误差为：
【主权项】
1. 一种用于移动智能设备的城市环境车辆测速的方法，其特征在于，通过从传感器采 集原始数据并进行初始速度估计，然后通过监控传感器的实时数据获取参考点，并计算每 个参考点对应的车辆行驶速度，再通过参考点修正算法消除初始速度估计的结果误差，从 而实现对车辆行驶速度的高精度测量； 所述的智能手机传感器是指：用于测量车辆的加速度的加速度传感器和用于测量车辆 转弯的角速度的陀螺仪； 所述的参考点的车速信息是指：转弯状态参考、停车状态参考和路面颠簸状态参考； 所述的初始速度估计是指：对包含累计噪音的加速度传感器读数在时域上做积分计算 得来的车速。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的转弯状态参考是指：车辆在转弯时， 行驶的路线接近一段圆弧，借助加速度传感器测定向心加速度，借助陀螺仪测定加速度，推 算出车辆的行驶速度； 所述的停车状态参考是指：当车辆停止时，车速降为零。通过使用车辆的震动强烈程 度，即Z轴加速度的标准差判定车辆是在行驶还是已经停止； 所述的路面颠簸状态参考是指：在车辆驶过路面上的接缝、减速带或是坑洞时，由于路 面不平整造成的颠簸可以被传感器所捕捉。通过分析传感器数据的波形特征，提取出驶过 颠簸点的速度信息。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的在线参考点修正算法是指：采用指数 平滑的方式估计当前的加速度误差值，当已经感知到了第i个参考点，而第i+1个参考点还 未出现，则第i和i+1个参考点之间的加速度误差为：
其中：a是指数平滑的权重因子。则在参考点i与i+1之间的实时车速修正为：
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的离线参考点修正算法是指：当从零 到t时刻之间有两个参考点PJPPB，加速度传感器的读数积分为S⑴，在A、B两点测得的 瞬时车速为PRSJPPRSb，则在参考点PJPPB处的车速估计误差为：AS(Ta) =S(Ta) -PRSa， AS(Tb) =S(Tb)-PRSb，PA和PB两点之间的加速度误差为：
，其 中：AT/表示两个参考点PjPPB2间的时间间隔，在t时刻修正后的车速估计值为：
5. -种实现上述任一权利要求所述方法的城市环境车辆测速系统，包括：与传感器相 连的坐标系重定向模块，初始速度估计模块、参考点感知模块和估测校正模块，其中：坐标 系重定向模块将相对于手机坐标系的加速度传感器和陀螺仪的读数转换到相对于车辆的 坐标系中去，初始速度估计模块根据车辆的加速度积分做初始速度估计，同时参考点感知 模块通过监控传感器的数据来捕捉参考点，并通分析车辆震动的剧烈程度、加速度与角速 度关系或是震动波形的特征等手段，计算出通过参考点时的瞬时车速，估测校正模块使用 在线参考点修正算法来对初始速度估计的结果做修正，最终输出实时的车速测量结果。
【专利摘要】一种基于智能移动终端的城市环境车辆测速方法及系统，通过从传感器采集原始数据并进行初始速度估计，然后通过监控传感器的实时数据获取参考点，并计算每个参考点对应的车辆行驶速度，再通过参考点修正算法消除初始速度估计的结果误差，从而实现对车辆行驶速度的高精度测量。本发明在实际驾驶环境下具有有效性，鲁棒性以及精确性。平均而言，在城市道路上实时速度估计误差是1.32英里/小时，而平均GPS误差为3.1英里/小时。
【IPC分类】G08G1-052
【公开号】CN104575004
【申请号】CN201410837096
【发明人】俞嘉地, 朱弘恣, 朱燕民, 乔治
【申请人】上海交通大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月24日