基于虚拟地标的高可靠定位预测方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及卫星定位【技术领域】，公开了一种基于虚拟地标的高可靠定位预测方法及系统，包括步骤：将电子地图中地物要素进行抽取、编排、建模形成具有准确坐标的虚拟电子地标；以外部感知条件作为定位精度影响因子，根据因子对定位精度影响的权重，建立高可靠定位预测模型；根据当前导航信息在电子地图中搜索附近的虚拟电子地标，将虚拟电子地标代入预测模型推断下一时刻外部环境的变化情况；在下一时刻到来时采集外部感知信息并与推断的变化情况进行比对，将比对的差异再次代入预测模型逆推，确定导航信息的误差并以此修正后续导航信息。本发明利用虚拟地标实现地图匹配反馈实现辅助定位，解决了在大范围区域或复杂地形环境下无法应用的问题。
【专利说明】基于虚拟地标的高可靠定位预测方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种卫星定位【技术领域】，特别涉及基于虚拟地标的高可靠定位预测方法及系统。
【背景技术】
[0002]全国导航卫星系统(GNSS)由于采用无线电导航，有很多因素可能影响导航卫星接收机对卫星信号的捕获与跟踪能力，有些甚至短时间内会导致丢失卫星信号，严重影响正常导航。为了保证GNSS在特定区域和特定条件下仍有较高的精确度和可靠性，目前采用建立固定地标基准站的方法，由地标基准站发射含有和GNSS类似的伪距和载波相位观测量的信号，GNSS接收设备利用这些信号与接收的卫星信号来增强定位精度。
[0003]现有技术利用固定地标基准站来实现辅助卫星定位，其主要依赖于地面无线电定位系统来完成，基本原理和GNSS相同，是通过空间交会进行定位。将一定数量的固定地标基准站固定安置在地面或建筑物处，作为信号发送器发射导航信号，接收机可以跟踪解码此信号，利用这些信号以及接收到的GNSS信号，按照方位方程解算出接收机的空间位置，从而能够满足在卫星信号较弱的情况下精确导航定位的需要。
[0004]但是，现有技术的方式必须依赖实物的固定地标，需要在特定区域提前埋设信号发射器，这种方式设置复杂且代价昂贵，不能适应大范围区域或复杂地形环境的移动物体导航定位及位置预测。此外，实物地标方式的精度仍取决于信号接收状况及地标在地图中位置的精确度，这导致采用现有技术导航定位时仍存在实时定位数据误差、电子地图误差、坐标投影变换误差等多种误差，这也使得车辆在电子地图上显示时经常偏离道路，得不到准确的位置信息。
【发明内容】
[0005]针对现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何实现不依赖于实物地标的高精度导航定位。
[0006]为解决上述问题，一方面，本发明提供了一种基于虚拟地标的高可靠定位预测方法，包括步骤:
[0007]SI，将电子地图中具有一定特征的地物要素进行抽取、编排、建模形成具有准确坐标的虚拟电子地标；
[0008]S2，以接收机可获取的外部感知条件作为定位精度影响因子，根据因子对定位精度影响的权重，建立高可靠定位预测模型；
[0009]S3，根据当前导航信息在电子地图中搜索附近的虚拟电子地标，将虚拟电子地标代入预测模型推断下一时刻外部环境的变化情况；
[0010]S4，在下一时刻到来时采集外部感知信息并与推断的变化情况进行比对，将比对的差异再次代入预测模型逆推，确定导航信息的误差并以此修正后续导航信息。
[0011]优选地，步骤SI中，所述抽取过程为:[0012]通过地物综合解析车辆的外部感知环境界定虚拟地标类型，采用空间对象匹配算法在现有的地形图数据中抽取虚拟地标要素，同时利用地图综合技术剔除无法使用的地物要素。
[0013]优选地，步骤SI中，所述地物要素包括桥梁、隧道口、道路拐点；步骤S2中，所述外部感知条件包括车速、航向、卫星信号、道路；步骤S3中，所述外部环境的变化情况包括车辆前方道路情况、卫星信号情况和导航模式切换。
[0014]优选地，步骤SI中，利用大表分区进行海量虚拟地标数据的存储，采用四叉树空间索引方法实现虚拟地标模型数据的快速访问。
[0015]优选地，步骤S3中，所述搜索过程为:利用地图匹配反馈技术确定车辆在电子地图中的位置，以车辆当前导航信息的定位为原点选取合适的搜索距离，利用递归搜索算法确定车辆位置附近的虚拟地标。
[0016]另一方面，本发明还同时提供一种基于虚拟地标的高可靠定位预测系统，包括:
[0017]地标模块，用于将电子地图中具有一定特征的地物要素进行抽取、编排、建模形成具有准确坐标的虚拟电子地标；
[0018]建模模块，用于以接收机可获取的外部感知条件作为定位精度影响因子，根据因子对定位精度影响的权重，建立高可靠定位预测模型；
[0019]预测模块，用于根据当前导航信息在电子地图中搜索附近的虚拟电子地标，将虚拟电子地标代入预测模型推断下一时刻外部环境的变化情况；
[0020]修正模块，用于在下一时刻到来时采集外部感知信息并与推断的变化情况进行比对，将比对的差异再次代入预测模型逆推，确定导航信息的误差并以此修正后续导航信息。[0021 ] 优选地,所述地标模块中包括:
[0022]抽取模块，用于通过地物综合解析车辆的外部感知环境界定虚拟地标类型，采用空间对象匹配算法在现有的地形图数据中抽取虚拟地标要素，同时利用地图综合技术剔除无法使用的地物要素。
[0023]优选地，所述地标模块中还包括:
[0024]存储访问模块，用于利用大表分区进行海量虚拟地标数据的存储，采用四叉树空间索引方法实现虚拟地标模型数据的快速访问。
[0025]优选地，所述预测模块中还包括:
[0026]搜索模块，用于利用地图匹配反馈技术确定车辆在电子地图中的位置，以车辆当前导航信息的定位为原点选取合适的搜索距离，利用递归搜索算法确定车辆位置附近的虚拟地标。
[0027]优选地，所述建模模块还包括:
[0028]知识库模块，用于通过不同类型虚拟地标的组合应用来建立外部环境感知知识库。
[0029]相对于现有技术，本发明提供了一种基于虚拟地标的高可靠定位预测方法及系统，基于虚拟地标来完成导航定位预测，取代了原有的实物固定基准站坐标。本发明通过利用虚拟地标实现地图匹配反馈实现辅助定位，无需额外设定实物地标并对其进行维护，减少了工作量和维护成本，同时解决了实物地标在大范围区域或复杂地形环境下无法应用的问题。【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1为本发明的一个实施例中基于虚拟地标的高可靠定位预测方法流程示意图。【具体实施方式】
[0031]如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。此外，“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电性连接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表所述第一装置可直接电性连接于所述第二装置，或通过其他装置或连接手段间接地电性连接至所述第二装置。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本发明的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
[0032]以下结合附图对本发明作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。
[0033]实物地标辅助卫星导航定位虽然从构思上来说易于实施，但实际上在国家甚至全球范围内布置固定地标的设备成本和维护工作量均超乎想象，加上实际应用中仍会受很多因素影响，对定位效果的帮助有限，性价比并不高。针对现有技术的缺陷，本发明的实施例中采用基于虚拟地标来完成导航定位预测，取代了原有的实物固定基准站坐标，利用虚拟地标实现地图匹配反馈实现辅助定位，解决了在大范围区域或复杂地形环境下无法应用的问题。
[0034]相对于实物地标而言，虚拟地标是指将电子地图中的桥梁、隧道口、道路拐点等具有一定特征的地物要素进行抽取、编排、建模形成具有准确坐标的虚拟电子地标。
[0035]参见图1，在本发明的一个实施例中，基于虚拟地标的高可靠定位预测方法包括步骤:
[0036]SI，将电子地图中具有一定特征的地物要素进行抽取、编排、建模形成具有准确坐标的虚拟电子地标；
[0037]S2，以接收机可获取的外部感知条件作为定位精度影响因子，根据因子对定位精度影响的权重，建立高可靠定位预测模型；
[0038]S3，根据当前导航信息在电子地图中搜索附近的虚拟电子地标，将虚拟电子地标代入预测模型推断下一时刻外部环境的变化情况；
[0039]S4，在下一时刻到来时采集外部感知信息并与推断的变化情况进行比对，将比对的差异再次代入预测模型逆推，确定导航信息的误差并以此修正后续导航信息。
[0040]其中，在本发明的优选实施例中，步骤SI所述具有一定特征的地物要素包括桥梁、隧道口、道路拐点等，步骤S2所述外部感知条件包括车速、航向、卫星信号、道路等。优选地，所有可能对外部感知条件产生明显影响(如航向变化、高程变化、卫星信号减弱、卫星信号消失等)的地物要素都可被选为虚拟电子地标。在一个具体的实施例中，通过地物综合解析车辆航向变化、高程变化、卫星信号减弱、卫星信号消失等外部感知环境界定虚拟地标类型，采用空间对象匹配算法在现有的地形图数据中抽取虚拟地标要素，利用地图综合技术剔除特征不明显或位置不固定等无法使用的地物要素，并对抽取的地物要素进行统一编码、地名地址编排、符合性检查等建立虚拟地标模型库。此外，利用大表分区进行海量虚拟地标数据的存储，采用四叉树空间索引方法实现虚拟地标模型数据的快速访问；还通过虚拟地标自维护更新方法(如接收机反馈及地图更新时实时解析)，使其在使用过程中自动或半自动完成虚拟地标模型数据库的更新维护。
[0041]在另一个优选实施例中，步骤S2通过对影响定位精度的虚拟地标模型类型进行统一分类，并逐一对车速、航向、卫星信号、道路等对定位精度有影响的因子进行分析评价，确定各影响因子在不同外部感知环境下对定位精度影响的权重，基于影响因子建立不同外部感知环境下的高可靠定位预测模型。此外，优选还可通过不同类型虚拟地标的组合应用来建立外部环境感知知识库，使本发明可使用于不同环境下的导航定位；知识库还可对新环境下系统应用起辅助作用，可实现快速的地标选定和预测模型建立。
[0042]步骤S3中，预测的基本思路是利用地图匹配反馈技术确定车辆在电子地图中的位置，以车辆当前导航信息的定位为原点选取合适的搜索距离，利用递归搜索算法确定车辆位置附近的虚拟地标，根据高可靠定位预测模型预测车辆前方道路情况及卫星信号情况和导航模式切换。
[0043]步骤S4中，在外部感知环境变化发生时采用虚拟地标的位置信息来辅助修正车辆在电子地图中的位置，从而提高车辆定位的精度和可靠性，实现无地标导航定位。利用高可靠定位预测模型实现坐标位置在地图上的精确显示，来消除或减少实时定位数据误差、电子地图误差、坐标投影变换误差等对系统定位的影响，提高定位精度和可靠性，从而最终实现无地标定位。
[0044]本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，包括上述实施例方法的各步骤，而所述的存储介质可以是:R0M / RAM、磁碟、光盘、存储卡等。因此，本领域相关技术人员应能理解，与本发明的方法相对应的，本发明还同时包括一种基于虚拟地标的高可靠定位预测系统，与上述方法步骤一一对应地，该系统包括:
[0045]地标模块，用于将电子地图中具有一定特征的地物要素进行抽取、编排、建模形成具有准确坐标的虚拟电子地标；
[0046]建模模块，用于以接收机可获取的外部感知条件作为定位精度影响因子，根据因子对定位精度影响的权重，建立高可靠定位预测模型；
[0047]预测模块，用于根据当前导航信息在电子地图中搜索附近的虚拟电子地标，将虚拟电子地标代入预测模型推断下一时刻外部环境的变化情况；
[0048]修正模块，用于在下一时刻到来时采集外部感知信息并与推断的变化情况进行比对，将比对的差异再次代入预测模型逆推，确定导航信息的误差并以此修正后续导航信息。
[0049]相对于现有技术，本发明提供了一种基于虚拟地标的高可靠定位预测方法及系统，基于虚拟地标来完成导航定位预测，取代了原有的实物固定基准站坐标。本发明通过利用虚拟地标实现地图匹配反馈实现辅助定位，无需额外设定实物地标并对其进行维护，减少了工作量和维护成本，同时解决了实物地标在大范围区域或复杂地形环境下无法应用的问题。
[0050]虽然以上结合优选实施例对本发明进行了描述，但本领域的技术人员应该理解，本发明所述的方法和系统并不限于【具体实施方式】中所述的实施例，在不背离由所附权利要求书限定的本发明精神和范围的情况下，可对本发明作出各种修改、增加、以及替换。
【权利要求】
1.一种基于虚拟地标的高可靠定位预测方法，其特征在于，所述方法包括步骤: SI，将电子地图中具有一定特征的地物要素进行抽取、编排、建模形成具有准确坐标的虚拟电子地标； S2，以接收机可获取的外部感知条件作为定位精度影响因子，根据因子对定位精度影响的权重，建立高可靠定位预测模型； S3，根据当前导航信息在电子地图中搜索附近的虚拟电子地标，将虚拟电子地标代入预测模型推断下一时刻外部环境的变化情况； S4，在下一时刻到来时采集外部感知信息并与推断的变化情况进行比对，将比对的差异再次代入预测模型逆推，确定导航信息的误差并以此修正后续导航信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤SI中，所述抽取过程为: 通过地物综合解析车辆的外部感知环境界定虚拟地标类型，采用空间对象匹配算法在现有的地形图数据中抽取虚拟地标要素，同时利用地图综合技术剔除无法使用的地物要素。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤SI中，所述地物要素包括桥梁、隧道口、道路拐点；步骤S2中，所述外部感知条件包括车速、航向、卫星信号、道路；步骤S3中，所述外部环境的变化情况包括车辆前方道路情况、卫星信号情况和导航模式切换。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤SI中，利用大表分区进行海量虚拟地标数据的存储，采用四叉树空间索引方法实现虚拟地标模型数据的快速访问。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，所述搜索过程为:利用地图匹配反馈技术确定车辆在电子地图中的位置，以车辆当前导航信息的定位为原点选取合适的搜索距离，利用递归搜索算法确定车辆位置附近的虚拟地标。
6.一种基于虚拟地标的高可靠定位预测系统，其特征在于，所述系统包括: 地标模块，用于将电子地图中具有一定特征的地物要素进行抽取、编排、建模形成具有准确坐标的虚拟电子地标； 建模模块，用于以接收机可获取的外部感知条件作为定位精度影响因子，根据因子对定位精度影响的权重，建立高可靠定位预测模型； 预测模块，用于根据当前导航信息在电子地图中搜索附近的虚拟电子地标，将虚拟电子地标代入预测模型推断下一时刻外部环境的变化情况； 修正模块，用于在下一时刻到来时采集外部感知信息并与推断的变化情况进行比对，将比对的差异再次代入预测模型逆推，确定导航信息的误差并以此修正后续导航信息。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述地标模块中包括: 抽取模块，用于通过地物综合解析车辆的外部感知环境界定虚拟地标类型，采用空间对象匹配算法在现有的地形图数据中抽取虚拟地标要素，同时利用地图综合技术剔除无法使用的地物要素。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述地标模块中还包括: 存储访问模块，用于利用大表分区进行海量虚拟地标数据的存储，采用四叉树空间索引方法实现虚拟地标模型数据的快速访问。
9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述预测模块中还包括: 搜索模块，用于利用地图匹配反馈技术确定车辆在电子地图中的位置，以车辆当前导航信息的定位为原点选取合适的搜索距离，利用递归搜索算法确定车辆位置附近的虚拟地标。
10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述建模模块还包括: 知识库模块，用于通过不同`类型虚拟地标的组合应用来建立外部环境感知知识库。
【文档编号】G01S19/37GK103728635SQ201310733170
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年12月27日 优先权日:2013年12月27日
【发明者】倪志斌, 杨必武, 朱江, 杨春, 罗晓春, 苏望发, 刘旭, 王宁 申请人:北京苍穹数码测绘有限公司, 中国人民解放军第二炮兵装备研究院第三研究所