本發(fā)明設(shè)計(jì)車載定位導(dǎo)航領(lǐng)域，尤其涉及一種車載定位裝置及定位方法。

技術(shù)背景

gnss衛(wèi)星定位技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，以其全天候、高精度、自動(dòng)化、高效率等顯著特點(diǎn)及其所獨(dú)具的定位導(dǎo)航、授時(shí)校頻、精密測(cè)量等多方面的強(qiáng)大功能，已涉足眾多的應(yīng)用領(lǐng)域。而車載gnss導(dǎo)航定位技術(shù)是gnss定位技術(shù)的重要應(yīng)用，其在車輛監(jiān)控系統(tǒng)中的主要原理是通過車載裝置(由gnss接收機(jī)、通訊模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能組成)接收gnss位置信息，通過車載裝置的數(shù)據(jù)處理加密，將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心的數(shù)據(jù)接受服務(wù)器，然后通過各種應(yīng)用與裝換對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理后，將數(shù)據(jù)與gis系統(tǒng)的準(zhǔn)確電子地圖相匹配，這樣就可以直觀的看到監(jiān)控車輛的位置、速度、運(yùn)行參數(shù)等信息，達(dá)到對(duì)目標(biāo)的監(jiān)控與指揮、管理，目前車載裝置安裝了高性能的計(jì)算芯片，其功能在原有系統(tǒng)上又有了很大的拓展，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的準(zhǔn)確跟蹤定位。

針對(duì)現(xiàn)有車載定位裝置，其使用的通訊模塊大多為gsm模塊，只能支持2g網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)上傳速度慢，數(shù)據(jù)丟包現(xiàn)象嚴(yán)重。同時(shí)，由于gps定位系統(tǒng)本身存在較大的定位誤差。

現(xiàn)有車載定位裝置上傳車輛數(shù)據(jù)的頻率固定，均為預(yù)設(shè)值，需要顯示車輛運(yùn)行軌跡時(shí)不能將軌跡準(zhǔn)確顯示在地圖上，在拐點(diǎn)部分存在較大偏差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種省流量且定位精度高的車載定位裝置及定位方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種車載定位裝置，包括：

gnss模塊，輸出gnss車速以及gnss原始坐標(biāo)；

obd模塊，輸出obd車速及轉(zhuǎn)向角；

中央控制模塊，接收所述gnss車速、obd車速、轉(zhuǎn)向角及gnss原始坐標(biāo)；根據(jù)obd速度與gnss速度得出標(biāo)準(zhǔn)車速；根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)車速計(jì)得出汽車瞬時(shí)加速度；根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)車速、加速度及轉(zhuǎn)向角三個(gè)數(shù)據(jù)得出與車輛實(shí)時(shí)信息相適應(yīng)的數(shù)據(jù)上傳頻率；

通信模塊，接收中央控制模塊輸出的車輛坐標(biāo)并按照中央控制模塊得出的數(shù)據(jù)上傳頻率，將車輛坐標(biāo)上傳至lbs平臺(tái)。

所述中央控制模塊包括控制單元、標(biāo)準(zhǔn)速度計(jì)算單元、差分算法單元及自適應(yīng)算法單元，所述標(biāo)準(zhǔn)速度計(jì)算單元根據(jù)所述obd速度與gnss速度得出標(biāo)準(zhǔn)車速；所述差分算法單元根據(jù)gnss原始坐標(biāo)與服務(wù)器上的cors基站數(shù)據(jù)進(jìn)行差分解算出車輛坐標(biāo)數(shù)據(jù)；所述自適應(yīng)算法單元根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)車速、加速度及轉(zhuǎn)向角三個(gè)數(shù)據(jù)得出與車輛實(shí)時(shí)信息相適應(yīng)的數(shù)據(jù)上傳頻率；所述控制單元根據(jù)所述自適應(yīng)算法單元得到的數(shù)據(jù)上傳頻率控制所述通信模塊的發(fā)送頻率。

所述自適應(yīng)算法單元得出與車輛實(shí)時(shí)信息相適應(yīng)的數(shù)據(jù)上傳頻率的方法是：低速直線行駛狀態(tài)時(shí)，數(shù)據(jù)上傳頻率為定值；低速轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，數(shù)據(jù)上傳頻率將隨轉(zhuǎn)彎角度的增大而呈線性增大；勻速直線行駛時(shí)，數(shù)據(jù)上傳頻率將會(huì)隨行駛速度增大而增大，且呈線性關(guān)系；變速直線行駛時(shí)，數(shù)據(jù)上傳頻率的變化與速度和加速度值均呈一定關(guān)系，并隨著速度與加速度的增加而增大；勻加速大角度轉(zhuǎn)彎行駛狀態(tài)時(shí)，數(shù)據(jù)上傳頻率將會(huì)隨速度和轉(zhuǎn)彎角度增加而增加；急減速大角度轉(zhuǎn)彎狀態(tài)時(shí)，數(shù)據(jù)上傳頻率與速度、加速度、轉(zhuǎn)彎角度均有關(guān)，隨速度減小而減小，隨加速度絕對(duì)值增大而減小，隨轉(zhuǎn)彎角度增大而增大。

數(shù)據(jù)上傳頻率與車輛信息的對(duì)應(yīng)關(guān)系為：

2.當(dāng)0＜v＜vl，即處于低速行駛狀態(tài)時(shí)：

(1)當(dāng)汽車轉(zhuǎn)向角θ＜θ0時(shí)，數(shù)據(jù)上傳頻率f為常數(shù)值fmin＝c0(c0∈[0.2，2])；

(2)當(dāng)轉(zhuǎn)向角θ＞θ0時(shí)，數(shù)據(jù)上傳頻率f為θ的函數(shù)，f0＝f0(θ)+c0＝k0(θ-θ0)+c0，隨著θ的增大，數(shù)據(jù)發(fā)送速率f在c0的基礎(chǔ)上也相應(yīng)增大；

2.當(dāng)vl＜v＜vh，即處于中速行駛狀態(tài)時(shí)：

(1)當(dāng)θ＜θ1、a＜a0時(shí)，數(shù)據(jù)上傳頻率f為v的函數(shù)，f1＝f1(v)＝k1v；

(2)當(dāng)θ＜θ1、a＞a0時(shí)，數(shù)據(jù)上傳頻率f為v與a的函數(shù)，f2＝f2(v，a)＝(k2v+l2a)/2；

(3)當(dāng)θ＞θ1、a＜a0時(shí)，數(shù)據(jù)上傳頻率f為v與θ的函數(shù)，f3＝f3(v，θ)＝(k3v+m3θ)/2；

(4)當(dāng)θ＞θ1、a＜0、|a|＞a0時(shí)，數(shù)據(jù)上傳頻率f為v，a，θ的函數(shù)，f4＝f4(v，a，θ)＝(k4v+l4a+m4θ)/2；

3.當(dāng)v＞vh，上傳頻率f為最大值fmax＝cm(cm∈[5，10])；

式中，v為標(biāo)準(zhǔn)車速；a為由標(biāo)準(zhǔn)車速v微分得到的加速度；vl、vh為速度閾值(vl∈[0，30]，vh∈[80，120]，單位：km/h)；θ0、θ1為轉(zhuǎn)向角閾值(θ0∈[15，25]，θ1∈[20，30]，單位：度)；a0為加速度閾值(a0∈[-3.5，3.5]，單位：m/s²)；k0、k1、k2、k3、k4、l2、l4、m3、m4(k0∈[0.2，1]，k1、k2、k3、k4∈[0.05，0.1]，l2、l4∈[1，2]，m3、m4∈[0.1，0.2])均為系數(shù)。

中央控制模塊從gnss模塊獲取定位數(shù)據(jù)，包括：汽車瞬時(shí)坐標(biāo)、gnss方向角、gnss速度等信息。

數(shù)據(jù)上傳頻率自適應(yīng)方法是優(yōu)化車載定位裝置裝置在車輛處于不同運(yùn)行情況下的上傳頻率，有效的減少通信數(shù)據(jù)流量，并能更真實(shí)的反應(yīng)車輛行駛軌跡。數(shù)據(jù)上傳頻率自適應(yīng)算法輸入條件為車輛瞬時(shí)速度、車輛瞬時(shí)加速度、車輛位置數(shù)據(jù)，車輛轉(zhuǎn)向角等車輛實(shí)時(shí)信息；數(shù)據(jù)上傳頻率自適應(yīng)算法輸出數(shù)據(jù)上傳頻率，并且根據(jù)不同情況控制通過通信模塊上傳的數(shù)據(jù)內(nèi)容，達(dá)到自適應(yīng)效果。

自適應(yīng)數(shù)據(jù)上傳頻率自適應(yīng)方法具體步驟如下：

s1：數(shù)據(jù)篩選與融合。裝置在獲取的gnss位置信息和obd車輛狀態(tài)數(shù)據(jù)中篩選出有效的車輛瞬時(shí)速度、車輛加速度、車輛轉(zhuǎn)向角度、車輛位置坐標(biāo)等數(shù)據(jù)。車輛瞬時(shí)速度取決于裝置差分gnss模塊輸出的速度和obd輸出的車輛實(shí)際里程計(jì)速度，選取兩個(gè)速度值中數(shù)值較小的一個(gè)作為車輛標(biāo)準(zhǔn)速度；車輛的加速度通過車輛瞬時(shí)速度微分或者通過obd數(shù)據(jù)直接輸出獲得，其中obd數(shù)據(jù)中車輛的氣動(dòng)門數(shù)據(jù)大小與檔位決定了加速度的數(shù)值；車輛的轉(zhuǎn)向角度可以通過gnss的方向角和obd數(shù)據(jù)讀取的方向盤轉(zhuǎn)向角度獲得；車輛位置數(shù)據(jù)由gnss原始數(shù)據(jù)進(jìn)行差分運(yùn)算得出。

s2：車輛狀態(tài)判決。根據(jù)車輛速度、車輛轉(zhuǎn)向角度與車輛加速度對(duì)車輛狀態(tài)進(jìn)行判決，將車輛行駛狀態(tài)分為五個(gè)狀態(tài)：低速直線行駛狀態(tài)、低速轉(zhuǎn)彎行駛狀態(tài)、勻速直線行駛狀態(tài)、勻速轉(zhuǎn)彎行駛狀態(tài)、變速直線行駛狀態(tài)、變速轉(zhuǎn)彎行駛狀態(tài)、高速行駛狀態(tài)等。

s3：車輛數(shù)據(jù)上傳頻率調(diào)整。根據(jù)車輛所處的行駛狀態(tài)對(duì)差分gnss數(shù)據(jù)和車況數(shù)據(jù)上傳頻率進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整。具體的調(diào)整策略為：低速直線行駛狀態(tài)時(shí)，數(shù)據(jù)上傳頻率為定值；低速轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，數(shù)據(jù)上傳頻率將隨轉(zhuǎn)彎角度的增大而呈線性增大；勻速直線行駛時(shí)，數(shù)據(jù)上傳頻率將會(huì)隨行駛速度增大而增大，且呈線性關(guān)系；變速直線行駛時(shí)，數(shù)據(jù)上傳頻率的變化與速度和加速度值均呈一定關(guān)系，并隨著速度與加速度的增加而增大；勻加速大角度轉(zhuǎn)彎行駛狀態(tài)時(shí)，數(shù)據(jù)上傳頻率將會(huì)隨速度和轉(zhuǎn)彎角度增加而增加；急減速大角度轉(zhuǎn)彎狀態(tài)時(shí)，數(shù)據(jù)上傳頻率與速度、加速度、轉(zhuǎn)彎角度均有關(guān)，隨速度減小而減小，隨加速度絕對(duì)值增大而減小，隨轉(zhuǎn)彎角度增大而增大。

有益效果：

(1)多種定位模式選擇，與基站進(jìn)行差分定位，定位精度可達(dá)亞密級(jí)。

(2)實(shí)時(shí)車輛狀態(tài)回傳，不僅能定位汽車位置，還能掌握汽車動(dòng)態(tài)信息。

(3)根據(jù)車速智能調(diào)整數(shù)據(jù)上傳頻率，不僅節(jié)約了sim卡流量，還能使lbs平臺(tái)上的行駛軌跡點(diǎn)更加平滑均勻。

(4)手機(jī)短信配置功能實(shí)現(xiàn)裝置遠(yuǎn)程設(shè)置。

(5)obd模塊內(nèi)置的協(xié)議識(shí)別芯片可以檢測(cè)obdii和obdi兩種協(xié)議類型，因此裝置的兼容性得到改善，一些老舊車型的狀態(tài)數(shù)據(jù)也可以讀取到。

(6)加入了裝置拔出報(bào)警功能，提高了裝置的安全性。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式進(jìn)一步對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明。

圖1車載定位裝置結(jié)構(gòu)框圖；

圖2車載定位裝置工作流程圖；

圖3數(shù)據(jù)上傳頻率自適應(yīng)調(diào)整程序流程圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)。

參見圖1，車載定位裝置結(jié)構(gòu)如下：

車載定位裝置包括gnss模塊、通信模塊、obd模塊、電源模塊、中央控制模塊和存儲(chǔ)模塊。裝置封裝于三防盒內(nèi)，外部引出集成天線接口、miniusb口(連接odb模塊)、microusb口(調(diào)試用)、nanosim卡槽、sd卡槽、led指示燈、功能按鈕、復(fù)位按鈕。

gnss模塊與中央控制模塊相連，向中央控制模塊輸入原始定位數(shù)據(jù)。

通信模塊與中央控制模塊相連，將裝置采集數(shù)據(jù)通過通訊網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到lbs平臺(tái)。

obd模塊包括插頭上的協(xié)議識(shí)別單元、降壓?jiǎn)卧瓦B接線，降壓?jiǎn)卧獙⑵噊bd接口的12v電壓轉(zhuǎn)換成5v給裝置供電，obd插頭內(nèi)置obd協(xié)議讀取芯片，能夠判斷并讀取輸入obd信息的種類。obd模塊與中央控制模塊相連，向中央控制模塊輸出obd車速和轉(zhuǎn)向角。中央控制模塊從obd接口獲取汽車狀態(tài)數(shù)據(jù)，包括：?jiǎn)?dòng)/熄火信號(hào)、發(fā)動(dòng)機(jī)故障代碼、行駛速度、車輛轉(zhuǎn)向角、百公里油耗、本次行駛里程。

中央處理模塊主要由微控制器及其外圍電路組成，執(zhí)行任務(wù)管理和數(shù)據(jù)處理功能：控制模塊分別采集obd車速與gnss速度，并比較兩者大小，選取較小值作為標(biāo)準(zhǔn)車速；將標(biāo)準(zhǔn)車速與時(shí)間微分后得到汽車瞬時(shí)加速度，再與obd采集的轉(zhuǎn)向角一同輸入自適應(yīng)算法得出通信模塊數(shù)據(jù)上傳頻率，同時(shí)將差分定位數(shù)據(jù)以及汽車狀態(tài)數(shù)據(jù)打包上傳至lbs平臺(tái)。

存儲(chǔ)模塊包括sd卡及其卡槽，用于記錄所有上傳和未上傳的數(shù)據(jù)：當(dāng)信號(hào)丟失時(shí)，sd卡記錄信號(hào)丟失時(shí)間、gnss數(shù)據(jù)、obd數(shù)據(jù)、信號(hào)再次獲取時(shí)間，并在獲取信號(hào)后第一時(shí)間將未上傳的數(shù)據(jù)打包上傳；當(dāng)信號(hào)正常時(shí)，sd卡記錄每一次的上傳信息，并在汽車熄火時(shí)生成行車日志。

參見圖2，車載裝置工作流程如下步驟：

1.汽車點(diǎn)火后定位裝置通電，中央控制模塊初始化并讀取配置信息。

2.判斷配置信息是否有效，若配置信息無效，自動(dòng)進(jìn)入配置模式；若有配置請(qǐng)求也會(huì)進(jìn)入配置模式。

3.配置信息被正確加載之后裝置將會(huì)建立網(wǎng)絡(luò)鏈接，網(wǎng)絡(luò)鏈接完成后所有的初始化將會(huì)完成，裝置進(jìn)入主循環(huán)。

4.裝置主循環(huán)中主要處理gnss與obd數(shù)據(jù)，并且執(zhí)行差分運(yùn)算與數(shù)據(jù)上傳頻率自適應(yīng)算法。同時(shí)，裝置也會(huì)一直檢測(cè)配置請(qǐng)求與休眠請(qǐng)求，并記錄整個(gè)裝置的運(yùn)行日志。

5.裝置在檢測(cè)到符合休眠判決條件時(shí)會(huì)自動(dòng)進(jìn)入休眠模式；當(dāng)然，處于休眠模式的裝置在收到喚醒信號(hào)后也會(huì)立即喚醒，重新進(jìn)入工作模式。

參見圖3，調(diào)整數(shù)據(jù)上傳頻率的自適應(yīng)算法的流程如下：

中央處理模塊分別采集到標(biāo)準(zhǔn)車速v(單位：km/h)和轉(zhuǎn)向角度θ(單位：度)，由標(biāo)準(zhǔn)車速v微分得到加速度a(單位：m/s²)，計(jì)算出上傳頻率f(單位：hz)。vl、vh為速度閾值；θ0、θ1為轉(zhuǎn)向角閾值；a0為加速度閾值；k0、k1、k2、k3、k4、l2、l4、m3、m4均為系數(shù)。vl∈[0，30]；vh∈[80，120]，單位：a0∈[-3.5，3.5]；θ0∈[15，25]；θ1∈[20，30]；k0∈[0.2，1]；k1、k2、k3、k4∈[0.05，0.1]；l2、l4∈[1，2]；m3、m4∈[0.1，0.2]。

處理器判斷車速范圍：

1.當(dāng)0＜v＜vl，即處于低速行駛狀態(tài)時(shí)：

(1)當(dāng)汽車轉(zhuǎn)向角θ＜θ0時(shí)，汽車處于低速直線行駛狀態(tài)，即汽車在直線行駛或小角度變道/轉(zhuǎn)彎時(shí)，裝置發(fā)送頻率f為常數(shù)值fmin＝c0，c0∈[0.2，2]，單位：hz；

(2)當(dāng)轉(zhuǎn)向角θ＞θ0時(shí)，汽車處于低速轉(zhuǎn)彎狀態(tài)，即汽車在進(jìn)行大角度轉(zhuǎn)彎時(shí)，上傳頻率f為θ的函數(shù)，f0＝f0(θ)+c0＝k0(θ-θ0)+c0，隨著θ的增大，上傳速率f在c0的基礎(chǔ)上也相應(yīng)增大。

2.當(dāng)vl＜v＜vh，即處于中速行駛狀態(tài)時(shí)：

(1)當(dāng)θ＜θ1、a＜a0時(shí)，汽車處于勻速直線行駛狀態(tài)，即汽車處于近乎直線行駛緩慢加速狀態(tài)，上傳頻率f為v的函數(shù)，f1＝f1(v)＝k1v。

(2)當(dāng)θ＜θ1、a＞a0時(shí)，汽車處于變速直線行駛狀態(tài)，即汽車處于近乎直線快速加速狀態(tài)時(shí)，上傳頻率f為v與a的函數(shù)，f2＝f2(v，a)＝(k2v+l2a)/2。

(3)當(dāng)θ＞θ1、a＜a0時(shí)，汽車處于勻速轉(zhuǎn)彎行駛狀態(tài)，即汽車處于大角度緩慢加速轉(zhuǎn)彎時(shí)，上傳頻率f為v與θ的函數(shù)，f3＝f3(v，θ)＝(k3v+m3θ)/2。

(4)當(dāng)θ＞θ1、a＜0、|a|＞a0時(shí)，汽車處于變速轉(zhuǎn)彎行駛狀態(tài)，即汽車處于急減速大角度轉(zhuǎn)彎時(shí)，上傳頻率f為v，a，θ的函數(shù)，f4＝f4(v，a，θ)＝(k4v+l4a+m4θ)/2。

3.當(dāng)v＞vh，車輛處于高速行駛狀態(tài)，上傳頻率f為最大值fmax＝cm，cm∈[5，10]。