本发明属于定位处理技术领域，特别涉及基于传感技术分析车辆上下桥的方法。
背景技术
随着社会经济的发展，道路基础设施建设越来越完备，人们生活水平逐渐提高，汽车的保有量也越来越大，城际间的经济往来更加频繁，人们不在局限于自己生活的小块区域中，在不熟悉的区域驾车时，不认识道路，走错道路的情况屡有发生，车载gps导航仪或手机地图导航是人们经常用到的设备，为人们的出行带来便利，但是在实际导航过程中，由于城市内高架桥较多，对于车辆是在高桥桥路面上还是在高架桥路面下的判断，目前主要依赖于gps信号，而很多情况下，gps导航并不断准确地作出判断，进而不能作出正确导航，特别是在车辆上下高架桥时，往往不能正确导航信息，给车主的行驶带来诸多的不便；因此，提供一种结构合理、精确度高、使用方便、使用范围广的基于传感技术分析车辆上下桥的方法是非常有必要的。
技术实现要素：
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种结构合理、精确度高、使用方便、使用范围广的基于传感技术分析车辆上下桥的方法。
本发明的目的是这样实现的：基于传感技术分析车辆上下桥的方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1）：获取加速度计和陀螺仪数据；加速度计获取到矢量r=[rx,ry,rz]
及矢量r与x、y、z三个轴的夹角值axr、ayr、azr；加速度计还获取到测量值racc=[rxacc,ryacc,rzacc]；陀螺仪获取到角速度变化率rate：假设设备水平放置在xy平面，则惯性力矢量r在xz平面和yz平面的投影为分别为rxz和ryz，定义z轴与rxz向量和ryz所成的夹角为axz和ayz，陀螺仪测量的是角度的变化率，先假设在t0时刻，已测得绕y轴旋转的角度（也就是axz），定义为axz0，之后在t1时刻我们再次测量这个角度，得到axz1；角度变化率按下面方法计算：rateaxz=(axz1–axz0)/(t1–t0)；
步骤2）：融合计算加速度计和陀螺仪数据；引入一个新的向量rest=[rxest,ryest,rzest]，令rest（0）=racc（0），则
rxest（0）=rxacc（0）ryest（0）=ryacc（0）rzest（0）=rzacc（0）
令每个等时间间隔t做一次测量，时间间隔t的取值范围为10ms-100ms，得到新的测量值racc（1），racc（2），racc（3），……racc(n),在每个时间间隔计算新的估算值rest（1）,rest（2），rest（3），……rest(n)；
假设在第n步，有两列已知的值rest(n-1)，racc(n)
根据陀螺仪向量图由rz和rxz组成的直角三角形可得出：tan(axz)=rx/rz=>axz=atan2(rx,rz)，
在已经知道估算值rxest（n-1）和rzest（n-1）的前提下，可得出：axz(n-1)=atan2(rxest(n-1),rzest(n-1))，陀螺仪测量的是axz角度变化率，因此，可以按如下方法估算新的角度axz（n）：axz(n)=axz(n-1)+rateaxz(n)*t，同理可得：ayz(n)=ayz(n-1)+rateayz(n)*t，
由于rateaxz可由陀螺仪直接读取得到，通过使用平均转速rateaxzavg可得到下列公式：rateaxzavg=（rateaxz（n）+rateaxz（n-1））/2；axz(n)=axz(n-1)+rateaxzavg*t；同理可得：ayz(n)=ayz(n-1)+rateayz(n)*t；
在此引入向量rgyro=[rxgyro,rygyro,rzgyro]，有上述公式可得：
rxgyro=sin(axz(n))/sqrt(1+cos(axz(n))^2*tan(ayz(n))^2)；同理可得：rygyro=sin(ayz(n))/sqrt(1+cos(ayz(n))^2*tan(axz(n))^2)；
则rest(n)=(racc*w1+rgyro*w2)/(w1+w2)，分子分母同除以w1，公式可简化为：rest(n)=(racc*w1/w1+rgyro*w2/w1)/(w1/w1+w2/w1)；令w2=w1=wgyro，可得：rest(n)=(racc+rgyro*wgyro)/(1+wgyro)；wgyro表示对加速度计和陀螺仪的相信程度，其取值范围为5-20。
步骤3）：对车辆行驶地图信息进行判断；根据上一步产生的rest(n)的数值，对设备的倾角变化进行判断，从而判断车辆是在上桥、下桥、平路行驶状态；
步骤4）：根据地图信息对车辆进行导航；所述的地图信息应至少包括高架桥上地图信息和高架桥下地图信息两个部分，根据判断得到的消息，选择高架桥桥上地图信息或高架桥下地图信息，从而根据地图信息对车辆进行导航。
基于传感技术分析车辆上下桥的方法，所述的方法采用以下硬件设备，包括：
一个手机；所述的手机包括一个或多个处理器，所述的手机至少包括陀螺仪、加速度计、存储器、gps接收器，所述的陀螺仪、加速度计、存储器、gps接收器分别与处理器连接，所述的存储器用于存储一个或多个处理器执行的一个或多个程序，所述的手机还包含可以用于与车载gps导航仪连接的蓝牙接口；
所述的手机包括显示屏，所述的显示屏为触摸敏感表面的显示屏；
所述的手机还包括通讯模块，所述的通讯模块为以太网、4g模块、zigbee通讯模块、wifi通讯模块、gprs模块中的一种或多种的组合。
所述的gps接收器的参考频率为2-26mhz。
所述的存储器包括ram存储器和rom存储器。
所述的处理器的主频至少为1ghz。
本发明的有益效果：本发明采用加速度计和陀螺仪的数据进行计算，根据得到的计算结果进行判断，根据rest(n)判断车辆在进行上桥时，采用高架桥上地图信息，对车辆进行高航，判断车辆在进行下桥时，采用高架桥下地图信息，对车辆进行导航，判断车辆一直平稳行驶在高架桥下时，采用高架桥下地图信息对车辆进行导航，避免了现有的导航难以对车辆行驶状况进行判断，从而导致错误导航；本发明还可以通过蓝牙接口使手机与车载gps导航仪进行连接，便于大屏幕显示导航信息，采用gps接收器，及时接受gps信息，并与手机地图信息及加速度计和陀螺仪的计算得出的车辆行驶信息及时结合，从而做出精确导航；本发明具有结构合理、精确度高、使用方便、使用范围广的优点。
附图说明
图1是本发明基于传感技术分析车辆上下桥的方法的流程图。
图2是本发明基于传感技术分析车辆上下桥的方法所采用硬件设备的结构示意图。
图3是本发明基于传感技术分析车辆上下桥的方法的加速度计向量关系模型图的结构示意图。
图4是本发明基于传感技术分析车辆上下桥的方法的陀螺仪向量关系模型图的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
实施例1
如图1-4所示，基于传感技术分析车辆上下桥的方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1）：获取加速度计和陀螺仪数据；加速度计获取到矢量r=[rx,ry,rz]
及矢量r与x、y、z三个轴的夹角值axr、ayr、azr；加速度计还获取到测量值racc=[rxacc,ryacc,rzacc]；陀螺仪获取到角速度变化率rate：假设设备水平放置在xy平面，则惯性力矢量r在xz平面和yz平面的投影为分别为rxz和ryz，定义z轴与rxz向量和ryz所成的夹角为axz和ayz，陀螺仪测量的是角度的变化率，先假设在t0时刻，已测得绕y轴旋转的角度（也就是axz），定义为axz0，之后在t1时刻我们再次测量这个角度，得到axz1；角度变化率按下面方法计算：rateaxz=(axz1–axz0)/(t1–t0)；
步骤2）：融合计算加速度计和陀螺仪数据；引入一个新的向量rest=[rxest,ryest,rzest]，令rest（0）=racc（0），则
rxest（0）=rxacc（0）ryest（0）=ryacc（0）rzest（0）=rzacc（0）
令每个等时间间隔t做一次测量，时间间隔t的取值范围为10ms-100ms，得到新的测量值racc（1），racc（2），racc（3），……racc(n),在每个时间间隔计算新的估算值rest（1）,rest（2），rest（3），……rest(n)；
假设在第n步，有两列已知的值rest(n-1)，racc(n)
根据陀螺仪向量图由rz和rxz组成的直角三角形可得出：tan(axz)=rx/rz=>axz=atan2(rx,rz)，
在已经知道估算值rxest（n-1）和rzest（n-1）的前提下，可得出：axz(n-1)=atan2(rxest(n-1),rzest(n-1))，陀螺仪测量的是axz角度变化率，因此，可以按如下方法估算新的角度axz（n）：axz(n)=axz(n-1)+rateaxz(n)*t，同理可得：ayz(n)=ayz(n-1)+rateayz(n)*t，
由于rateaxz可由陀螺仪直接读取得到，通过使用平均转速rateaxzavg可得到下列公式：rateaxzavg=（rateaxz（n）+rateaxz（n-1））/2；axz(n)=axz(n-1)+rateaxzavg*t；同理可得：ayz(n)=ayz(n-1)+rateayz(n)*t；
在此引入向量rgyro=[rxgyro,rygyro,rzgyro]，有上述公式可得：
rxgyro=sin(axz(n))/sqrt(1+cos(axz(n))^2*tan(ayz(n))^2)；同理可得：rygyro=sin(ayz(n))/sqrt(1+cos(ayz(n))^2*tan(axz(n))^2)；
则rest(n)=(racc*w1+rgyro*w2)/(w1+w2)，分子分母同除以w1，公式可简化为：rest(n)=(racc*w1/w1+rgyro*w2/w1)/(w1/w1+w2/w1)；令w2=w1=wgyro，可得：rest(n)=(racc+rgyro*wgyro)/(1+wgyro)；wgyro表示对加速度计和陀螺仪的相信程度，其取值范围为5-20。
步骤3）：对车辆行驶地图信息进行判断；根据上一步产生的rest(n)的数值，对设备的倾角变化进行判断，从而判断车辆是在上桥、下桥、平路行驶状态；
步骤4）：根据地图信息对车辆进行导航；所述的地图信息应至少包括高架桥上地图信息和高架桥下地图信息两个部分，根据判断得到的消息，选择高架桥桥上地图信息或高架桥下地图信息，从而根据地图信息对车辆进行导航。
基于传感技术分析车辆上下桥的方法，所述的方法采用以下硬件设备，包括：
一个手机；所述的手机包括一个或多个处理器，所述的手机至少包括陀螺仪、加速度计、存储器、gps接收器，所述的陀螺仪、加速度计、存储器、gps接收器分别与处理器连接，所述的存储器用于存储一个或多个处理器执行的一个或多个程序，所述的手机还包含可以用于与车载gps导航仪连接的蓝牙接口；
所述的手机包括显示屏，所述的显示屏为触摸敏感表面的显示屏；
所述的手机还包括通讯模块，所述的通讯模块为以太网、4g模块、zigbee通讯模块、wifi通讯模块、gprs模块中的一种或多种的组合。
本发明采用加速度计和陀螺仪的数据进行计算，根据得到的计算结果进行判断，根据rest(n)判断车辆在进行上桥时，采用高架桥上地图信息，对车辆进行导航，判断车辆在进行下桥时，采用高架桥下地图信息，对车辆进行导航，判断车辆一直平稳行驶在高架桥下时，采用高架桥下地图信息对车辆进行导航，避免了现有的导航难以对车辆行驶状况进行判断，从而导致错误导航；本发明还可以通过蓝牙接口使手机与车载gps导航仪进行连接，便于大屏幕显示导航信息，采用gps接收器，及时接受gps信息，并与手机地图信息及加速度计和陀螺仪的计算得出的车辆行驶信息及时结合，从而做出精确导航；本发明具有结构合理、精确度高、使用方便、使用范围广的优点。
实施例2
如图1-4所示，基于传感技术分析车辆上下桥的方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1）：获取加速度计和陀螺仪数据；加速度计获取到矢量r=[rx,ry,rz]
及矢量r与x、y、z三个轴的夹角值axr、ayr、azr；加速度计还获取到测量值racc=[rxacc,ryacc,rzacc]；陀螺仪获取到角速度变化率rate：假设设备水平放置在xy平面，则惯性力矢量r在xz平面和yz平面的投影为分别为rxz和ryz，定义z轴与rxz向量和ryz所成的夹角为axz和ayz，陀螺仪测量的是角度的变化率，先假设在t0时刻，已测得绕y轴旋转的角度（也就是axz），定义为axz0，之后在t1时刻我们再次测量这个角度，得到axz1；角度变化率按下面方法计算：rateaxz=(axz1–axz0)/(t1–t0)；
步骤2）：融合计算加速度计和陀螺仪数据；引入一个新的向量rest=[rxest,ryest,rzest]，令rest（0）=racc（0），则
rxest（0）=rxacc（0）ryest（0）=ryacc（0）rzest（0）=rzacc（0）
令每个等时间间隔t做一次测量，时间间隔t的取值范围为10ms-100ms，得到新的测量值racc（1），racc（2），racc（3），……racc(n),在每个时间间隔计算新的估算值rest（1）,rest（2），rest（3），……rest(n)；
假设在第n步，有两列已知的值rest(n-1)，racc(n)
根据陀螺仪向量图由rz和rxz组成的直角三角形可得出：tan(axz)=rx/rz=>axz=atan2(rx,rz)，
在已经知道估算值rxest（n-1）和rzest（n-1）的前提下，可得出：axz(n-1)=atan2(rxest(n-1),rzest(n-1))，陀螺仪测量的是axz角度变化率，因此，可以按如下方法估算新的角度axz（n）：axz(n)=axz(n-1)+rateaxz(n)*t，同理可得：ayz(n)=ayz(n-1)+rateayz(n)*t，
由于rateaxz可由陀螺仪直接读取得到，通过使用平均转速rateaxzavg可得到下列公式：rateaxzavg=（rateaxz（n）+rateaxz（n-1））/2；axz(n)=axz(n-1)+rateaxzavg*t；同理可得：ayz(n)=ayz(n-1)+rateayz(n)*t；
在此引入向量rgyro=[rxgyro,rygyro,rzgyro]，有上述公式可得：
rxgyro=sin(axz(n))/sqrt(1+cos(axz(n))^2*tan(ayz(n))^2)；同理可得：rygyro=sin(ayz(n))/sqrt(1+cos(ayz(n))^2*tan(axz(n))^2)；
则rest(n)=(racc*w1+rgyro*w2)/(w1+w2)，分子分母同除以w1，公式可简化为：rest(n)=(racc*w1/w1+rgyro*w2/w1)/(w1/w1+w2/w1)；令w2=w1=wgyro，可得：rest(n)=(racc+rgyro*wgyro)/(1+wgyro)；wgyro表示对加速度计和陀螺仪的相信程度，其取值范围为5-20。
步骤3）：对车辆行驶地图信息进行判断；根据上一步产生的rest(n)的数值，对设备的倾角变化进行判断，从而判断车辆是在上桥、下桥、平路行驶状态；
步骤4）：根据地图信息对车辆进行导航；所述的地图信息应至少包括高架桥上地图信息和高架桥下地图信息两个部分，根据判断得到的消息，选择高架桥桥上地图信息或高架桥下地图信息，从而根据地图信息对车辆进行导航。
基于传感技术分析车辆上下桥的方法，所述的方法采用以下硬件设备，包括：
一个手机；所述的手机包括一个或多个处理器，所述的手机至少包括陀螺仪、加速度计、存储器、gps接收器，所述的陀螺仪、加速度计、存储器、gps接收器分别与处理器连接，所述的存储器用于存储一个或多个处理器执行的一个或多个程序，所述的手机还包含可以用于与车载gps导航仪连接的蓝牙接口；
所述的手机包括显示屏，所述的显示屏为触摸敏感表面的显示屏；
所述的手机还包括通讯模块，所述的通讯模块为以太网、4g模块、zigbee通讯模块、wifi通讯模块、gprs模块中的一种或多种的组合。
为了更好的效果，所述的gps接收器的参考频率为2-26mhz。
为了更好的效果，所述的存储器包括ram存储器和rom存储器。
为了更好的效果，所述的处理器的主频至少为1ghz。
本发明采用加速度计和陀螺仪的数据进行计算，根据得到的计算结果进行判断，根据rest(n)判断车辆在进行上桥时，采用高架桥上地图信息，对车辆进行高航，判断车辆在进行下桥时，采用高架桥下地图信息，对车辆进行导航，判断车辆一直平稳行驶在高架桥下时，采用高架桥下地图信息对车辆进行导航，避免了现有的导航难以对车辆行驶状况进行判断，从而导致错误导航；本发明还可以通过蓝牙接口使手机与车载gps导航仪进行连接，便于大屏幕显示导航信息，采用gps接收器，及时接受gps信息，并与手机地图信息及加速度计和陀螺仪的计算得出的车辆行驶信息及时结合，从而做出精确导航；本发明具有结构合理、精确度高、使用方便、使用范围广的优点。