立体导航系统中高度数据获取与地图匹配

摘要

随着道路建设的发展和交通的需要，立交桥被越来越广泛地采用，用空间分隔的方法来消除道路平面交叉车流的冲突。同时，利用电子地图数据库的道路信息和交通信息实现车辆自动驾驶已经成为智能交通系统的一个重要发展方向，因此，导航系统中有效地处理立交桥路段的地图匹配也就变得十分重要。 然而，目前二维的车辆导航系统中对立交桥路段的处理具有以下两方面的缺陷：一方面是由于GPS信号和电子地图的精度原因，在匝道与立交桥主路并行的路段经常会出现漂移现象；另一方面是在立交桥附近经常会出现GPS信号暂时中断，这时车辆如果由匝道驶入主路或者由主路驶入匝道，惯性导航系统会出现插值错误。以上两个方面的缺陷造成的匹配错误，需要比较长的时间才能够得以纠正，准确性和实时性等性能需要提高。 本文是对立体导航系统中高度数据获取以及应用于地图匹配的研究，主要包括高度数据的获取和高度数据的使用原理以及如何应用高度信息改善立交桥路段的地图匹配缺陷。 首先，设计了测高模块来获取满足应用精度的高度数据。在这一部分中，主要包括：选择使用SCP1000-D11压力传感器芯片并为其编写了驱动程序，讲述气压测高原理并给出气压测高公式，分析高度数据的误差来源并进行误差修正的算法设计，通过静态高度测试实验验证数据修正效果，最终总结得出整个测高模块的高度数据处理流程。 其次，重点讲述了高度数据在立体导航系统中立交桥路段地图匹配中的应用。在这一部分中，主要包括分析二维导航系统中立交桥路段地图匹配的缺陷问题，并在分析了高度数据的两种使用方法基础上给出了本文对高度数据的应用原理，详细论述了如何将高度数据应用到立交桥路段地图匹配中，给出了本文中基于高度信息的立交桥路段地图匹配算法，通过跑车实验实地采集数据并在MATLAB中仿真了目前二维导航系统中广泛使用的D-S证据推理地图匹配算法和本文中提出的算法，对比了两种算法的实验结果，验证了立体导航系统对立交桥路段地图匹配处理在准确性和实时性等性能上的提高。 本文中针对立交桥路段提出的基于高度信息的地图匹配算法对于整个导航系统性能的提高有着非常重要的意义，达到了本文的预期目的。

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致谢

1 引言

1.1 导航系统概述

1.1.1 导航系统

1.1.2 车辆导航系统

1.1.3 立体导航系统

1.2 立体导航系统中的高度数据获取

1.3 立体导航系统中的地图匹配

1.4 研究目的及意义

1.5 论文的主要内容及结构安排

2 测高模块设计

2.1 气压测高原理

2.1.1 高度的概念

2.1.2 国际标准大气压

2.1.3 气压测高公式

2.2 测高模块组成

2.2.1 芯片简介

2.2.2 芯片工作模式

2.2.3 芯片的工作时序图

2.2.4 数据的读取

2.2.5 测高模块框图

2.3 压力传感器驱动程序的实现

2.3.1 模拟12C的实现

2.3.2 WINCE 中断机制

2.3.3 S3C2440中的定时器

2.3.4 驱动程序的接口

2.4 本章小结

3 高度数据修正算法设计

3.1 误差分析及数据修正算法设计

3.1.1 压力传感器误差分析及修正方法

3.1.2 公式常量误差

3.1.3 误差分析及修正算法总结

3.2 实验数据的获取

3.3 高度数据修正仿真实验与结果分析

3.4 高度数据解算流程

3.5 本章小结

4 立体导航中的地图匹配

4.1 二维导航系统中地图匹配原理与分析

4.1.1 地图匹配原理

4.1.2 二维地图匹配中存在的立交桥问题

4.2 高度信息在立交桥地图匹配中的应用

4.2.1 导航电子地图的改进

4.2.2 高度信息在地图匹配中的应用方法

4.3 地图匹配中立交桥路段的算法设计

4.4 算法性能分析

4.5 本章小结

5 结论与展望

5.1 论文总结

5.2 课题展望

参考文献

作者简历