专利名称：一种机动车移动位置和姿态的精确测量方法
技术领域：
本发明涉及机动车驾驶技能自动检测技术领域，具体是一种基于载波相位实时动态差分技术(RTK)、全球卫星定位技术(GPS)、地理信息系统处理技术(GIS)、无线数据通讯技术和计算机技术实现的、用于对已知场地或道路上机动车的位置和姿态进行实时、精确测量的方法。
背景技术：
驾驶人在取得机动车驾驶证前，需要通过场地驾驶技能和道路驾驶技能的考试，即俗称的“科目二考试”和“科目三考试”;前者用于考核驾驶人在常见道路、常见交通环境、常见气候条件和突发交通状况下对机动车的操控能力，以及对交通事件的处理能力；后者用于考核驾驶人在实际道路驾驶机动车时对机动车的操控能力、对交通法规的识别和遵守能力、对道路交通情况的处理能力、以及文明驾驶、安全驾驶的意识。在科目二考试和科目三考试中，有许多项目的考核涉及对机动车是否碰杆、是否压线、车身是否出线、车身与道路上停车线之间的距离、车轮是否压饼等项目的检测；原有的科目二自动化考试系统需要在考试场地上埋设大量传感器来对车辆的位置状态、行驶信息进行采集，科目三只能做到人工考试；这使得机动车驾驶技能的考试难于实现自动化，自动化评判项目比例低，且考试场地建设成本大，维修维护困难。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种机动车移动位置和姿态的精确测量方法，可对机动车位置和姿态进行实时精确的检测，进而实现机动车驾驶技能考试的自动化。本发明的技术方案为:一种机动车移动位·置和姿态的精确测量方法，具体包括以下步骤:(I)、测量前的准备:包括有建立RTK GPS基准站、建立无线数据通信链路、绘制考试场地或考试道路电子地图、在机动车上安装车载检测设备和测量机动车轮廓关键点的相对坐标；a、建立RTK GPS基准站:以RTK GPS基准站为原点确立整个考试场地或考试道路的三维空间坐标系，以东西向、南北向和高度分别作为三维坐标系的X轴、Y轴、Z轴；b、建立无线数据通信链路:在RTK GPS基准站和RTK GPS移动站之间建立无线数据通信链路；C、绘制考试场地或考试道路电子地图:将手持式RTK GPS移动站放置于考试场地或考试道路上的各种标志、标线和静态物体所处的位置处，并通过载波相位信息实时动态差分技术进行测绘，得到各种标志、标线和静态物体在考试场地或考试道路的空间坐标系中的精确坐标值或坐标方程，最后将绘制好的考试场地或考试道路电子地图存储于检测计算机中；d、在机动车上安装车载检测设备:载检测设备包括两个安装于机动车车体外部的车载式RTK GPS移动站、一个无线数据接受电台和一个检测计算机；e、测量机动车轮廓关键点的相对坐标:将手持式RTK GPS移动站放置于机动车轮廓的各关键点位置并通过载波相位信息实时动态差分技术进行测绘，得到机动车轮廓的各关键点相对于两个车载式RTK GPS移动站的三维坐标值；(2)、实时测量:测量计算机动车在考试场地或考试道路电子地图上的精确三维位置坐标、姿态角以及与其它各种标志、标线和静态物体的位置关系，具体包括以下步骤:a、首先利用两个车载式RTK GPS移动站，在机动车移动时可以得到机动车上两个车载式RTK GPS移动站的经度、纬度和高度数据，并将此数据传送到检测计算机中，检测计算机经过坐标变换，得到两个车载式RTK GPS移动站的三维位置坐标，并通过计算得到机动车的姿态角；b、检测计算机根据两个车载式RTK GPS移动站的三维位置坐标和机动车轮廓的各关键点相对于两个车载式RTK GPS移动站的三维坐标值数据，计算得到机动车轮廓各关键点的三维位置坐标，即得到机动车在考试场地或考试道路电子地图中的准确轮廓位置；C、检测计算机根据机动车轮廓各关键点的三维位置坐标和各种标志、标线和静态物体在考试场地或考试道路的空间坐标系中的精确坐标值或坐标方程计算得到机动车相对各种标志、标线和静态物体的距离。所述的载波相位信息实时动态差分技术包括以下步骤:首先RTK GPS基准站把通过GPS卫星自身观测得到的载波相位信息传送到RTK GPS移动站上，然后RTK GPS移动站接收RTK GPS基准站发送的载波相位信息，同时RTK GPS移动站实时接收GPS卫星发送的移动站自身载波相位信息，最后根据差分解算，得到RTK GPS移动站在考试场地或考试道路三维空间坐标系中的坐标值。所述的机动车轮廓的关键点包括有前、后保险杠的凸出点，机动车投影在大地平面的四个端点，机动车左、右面的凸出点，机动车左、右后视镜的凸出点，机动车四个车轮的内、外侧触地点。所述的无线数据通信链路即在RTK GPS基准站上连接无线数据发射电台，在RTKGPS移动站连接与无线数据发射电台配合的无线数据接受电台，通过两者的发射-接受实现无线信息传输。所述的两个车载式RTK GPS移动站安装于机动车的车顶，且位于机动车前后中心连线上。所述的机动车轮廓的各关键点相对于两个车载式RTK GPS移动站的三维坐标值的测量计算方法是:首先通过载波相位信息实时动态差分技术得到静止的机动车上的两个车载式RTK GPS移动站的三维坐标值分别为SlO (x1Q，y10, z10)、S20 (x20, y20, z20)，并通过载波相位信息实时动态差分技术得到某机动车轮廓某一关键点Pi的三维坐标值为PiO (Pix0, Piy0, Piz0)，则Pi点分别与两个车载式RTK GPS移动站相对的三维坐标值为PiSl (PixQ-Xi0.PiyQ-Yi0.Piz0-Z10)、PiS2 (Pixtl-X2tl, piy0-y20, Piz0-Z20);依次类推，可以得到机动车轮廓的各关键点的相对三维坐标值。所述的机动车的姿态角的计算即采用“二点定位法”计算得到，具体包括以下步骤:机动车上两个车载式RTK GPS移动站的坐标值随机动车移动而发生变化，其坐标值通过载波相位信息实时 动态差分技术实时测得为SI (Xl, Y1, Z1)、S2(x2，y2, z2)，且S1、S2点组成的向量与机动车运动方向一致；机动车与三个坐标面YOZ、XOZ、XOY的夹角等于向量
SI Si与这三个坐标面的夹角Θ X、Θ y、θζ，其中:
权利要求
1.一种机动车移动位置和姿态的精确测量方法，其特征在于:具体包括以下步骤: (1)、测量前的准备:包括有建立RTKGPS基准站、建立无线数据通信链路、绘制考试场地或考试道路电子地图、在机动车上安装车载检测设备和测量机动车轮廓关键点的相对坐标； a、建立RTKGPS基准站:以RTK GPS基准站为原点确立整个考试场地或考试道路的三维空间坐标系，以东西向、南北向和高度分别作为三维坐标系的X轴、Y轴、Z轴； b、建立无线数据通信链路:在RTKGPS基准站和RTK GPS移动站之间建立无线数据通信链路； C、绘制考试场地或考试道路电子地图:将手持式RTK GPS移动站放置于考试场地或考试道路上的各种标志、标线和静态物体所处的位置处，并通过载波相位信息实时动态差分技术进行测绘，得到各种标志、标线和静态物体在考试场地或考试道路的空间坐标系中的精确坐标值或坐标方程，最后将绘制好的考试场地或考试道路电子地图存储于检测计算机中； d、在机动车上安装车载检测设备:载检测设备包括两个安装于机动车车体外部的车载式RTK GPS移动站、一个无线数据接受电台和一个检测计算机； e、测量机动车轮廓关键点的相对坐标:将手持式RTKGPS移动站放置于机动车轮廓的各关键点位置并通过载波相位信息实时动态差分技术进行测绘，得到机动车轮廓的各关键点相对于两个车载式RTK GPS移动站的三维坐标值； (2)、实时测量:测量计算机动车在考试场地或考试道路电子地图上的精确三维位置坐标、姿态角以及与其它各种标志、标线和静态物体的位置关系，具体包括以下步骤: a、首先利用两个车载式RTKGPS 移动站，在机动车移动时可以得到机动车上两个车载式RTK GPS移动站的经度、纬度和高度数据，并将此数据传送到检测计算机中，检测计算机经过坐标变换，得到两个车载式RTK GPS移动站的三维位置坐标，并通过计算得到机动车的姿态角； b、检测计算机根据两个车载式RTKGPS移动站的三维位置坐标和机动车轮廓的各关键点相对于两个车载式RTK GPS移动站的三维坐标值数据，计算得到机动车轮廓各关键点的三维位置坐标，即得到机动车在考试场地或考试道路电子地图中的准确轮廓位置； C、检测计算机根据机动车轮廓各关键点的三维位置坐标和各种标志、标线和静态物体在考试场地或考试道路的空间坐标系中的精确坐标值或坐标方程计算得到机动车相对各种标志、标线和静态物体的距离。
2.根据权利要求1所述的机动车移动位置和姿态的精确测量方法，其特征在于:所述的载波相位信息实时动态差分技术包括以下步骤:首先RTK GPS基准站把通过GPS卫星自身观测得到的载波相位信息传送到RTK GPS移动站上，然后RTK GPS移动站接收RTK GPS基准站发送的载波相位信息，同时RTK GPS移动站实时接收GPS卫星发送的移动站自身载波相位信息，最后根据差分解算，得到RTK GPS移动站在考试场地或考试道路三维空间坐标系中的坐标值。
3.根据权利要求1所述的机动车移动位置和姿态的精确测量方法，其特征在于:所述的机动车轮廓的关键点包括有前、后保险杠的凸出点，机动车投影在大地平面的四个端点，机动车左、右面的凸出点，机动车左、右后视镜的凸出点，机动车四个车轮的内、外侧触地点。
4.根据权利要求1所述的机动车移动位置和姿态的精确测量方法，其特征在于:所述的无线数据通信链路即在RTK GPS基准站上连接无线数据发射电台，在RTK GPS移动站连接与无线数据发射电台配合的无线数据接受电台，通过两者的发射-接受实现无线信息传输。
5.根据权利要求 1所述的机动车移动位置和姿态的精确测量方法，其特征在于:所述的两个车载式RTK GPS移动站安装于机动车的车顶，且位于机动车前后中心连线上。
6.根据权利要求1所述的机动车移动位置和姿态的精确测量方法，其特征在于:所述的机动车轮廓的各关键点相对于两个车载式RTK GPS移动站的三维坐标值的测量计算方法是:首先通过载波相位信息实时动态差分技术得到静止的机动车上的两个车载式RTK GPS移动站的三维坐标值分别为SlO (X1CI, y10, Z10)、S20 (x20, y20, z20),并通过载波相位信息实时动态差分技术得到某机动车轮廓某一关键点Pi的三维坐标值为PiO (Pix0, Piy0, Piz0)，则Pi点分别与两个车载式RTK GPS移动站相对的三维坐标值为PiSl (Pix0-X10, Piy0-y10, Piz0-Z10)、PiS2 (Pix0-X20, Piy0-y20, Piz0-Z20);依次类推，可以得到机动车轮廓的各关键点的相对三维坐标值。
7.根据权利要求1所述的机动车移动位置和姿态的精确测量方法，其特征在于:所述的机动车的姿态角的计算即采用“二点定位法”计算得到，具体包括以下步骤:机动车上两个车载式RTK GPS移动站的坐标值随机动车移动而发生变化，其坐标值通过载波相位信息实时动态差分技术实时测得为SI (X1, Y1, Z1)、S2(x2，y2, z2)，且S1、S2点组成的向量与机动车运动方向一致;机动车与三个坐标面YOZ、XOZ、XOY的夹角等于向量与这三个坐标面的夹角Θ X、Θ y、θ z,其中:
8.根据权利要求1所述的机动车移动位置和姿态的精确测量方法，其特征在于:所述的机动车相对各种标志、标线和静态物体的距离具体采用以下步骤计算得到: ①、机动车与标线间的位置关系: 标线的空间直线方程采用下式来表示:{Alx+Bly+Clz+Dl=0，A2x+B2y+C2z+D2=0}，其中，Al、B1、Cl、Dl、A2、B2、C2、D2均为直线方程系数，空间直线方程的起始点和结束点分别为(xl，yl, zl)，(x2, y2, z2)];则机动车车身轮廓的关键点Pi (Pix, Piy, Piz)到该标线的距离d为:
全文摘要
本发明公开了一种机动车移动位置和姿态的精确测量方法，包括有测量前的准备和实时测量步骤，测量前的准备包括有建立RTKGPS基准站、建立无线数据通信链路、绘制考试场地或考试道路电子地图、在机动车上安装车载检测设备和测量机动车轮廓关键点的相对坐标；实时测量包括测量计算机动车在考试场地或考试道路电子地图上的精确三维位置坐标、姿态角以及与其它各种标志、标线和静态物体的位置关系。本发明无需在考试场地或考试道路上设置测量设备，测量时直接采用车载检测设备与基准站的通讯实现检测，降低了机动车位置和姿态检测设备使用时的运营成本；且检测方式简单，操作方便，可不间断进行检测，测量精准度高。
文档编号G01S19/42GK103247199SQ20131017978
公开日2013年8月14日 申请日期2013年5月15日 优先权日2013年5月15日
发明者赵峰, 王敬刚, 魏涛, 方有明, 叶国顺, 刘二政, 吴治斌, 斯勇, 姜旭初, 陈婷娟 申请人:安徽三联交通应用技术股份有限公司