利用高精度位置信息判断定位测姿系统输出结果正确性的方法与流程
本发明涉及卫星导航技术领域,，尤其涉及判断定位测姿系统输出结果正确性的方法和装置、还涉及驾考评判系统和终端，该终端可以应用于无人驾驶领域。
背景技术：
当前利用卫星导航数据的定位测姿系统(例如gnss系统、gnss/ins系统)被广泛应用到驾考、无人驾驶等领域，经过多年的技术发展，定位测姿系统的可用性得到提升，但是，卫星信号容易遭受障碍物遮挡、电磁干扰等影响，从而增加了不可靠性因素，导致定位测姿系统输出的结果出现偏差(rtk初始化整周模糊度计算错误)，这种偏差有时候会超出用户的承受范围,如果将这种有偏差的定位结果应用于驾考或者无人驾驶等领域将导致驾考中出现误判或者无人驾驶出现偏航等问题。而现有技术中，提高定位测姿系统输出的定位结果可用性的方式包括：
1、备份多台卫星导航定位测姿系统，对不同系统输出的定位结果进行相互检核；
2、单套系统内置多个rtk解算引擎，对不同引擎的输出的结果进行相互检核；
解决方案1增加了系统成本，不利于规模应用。解决方案2属于使用rtk技术提高定位可靠性的一种措施，但仍属于定位测姿系统的系统内部检核，相同的算法容易出现相同的错误，不能有效保证定位测姿结果的可靠性。上述两种方案都面临需要对多种输出结果进行偏差识别判断的难题，甚至可能造成不必要的误判，反而会带来定位测姿系统可用性与可靠性的降低，仍不能有效的确定定位测姿系统输出的定位结果是否符合用户需求的问题。
技术实现要素：
本发明解决的问题是现有技术中提高定位测姿系统输出结果可用性的方法存在成本高以及出现误判的问题。
为解决上述问题，本发明提供一种判断定位测姿系统输出结果正确性的方法。该方法包括如下步骤；预先存储场地区域的高精度位置信息。获得载体当前的高精度位置信息。比较当前的高精度位置信息与预存的高精度位置信息，在当前的高精度位置信息与预存的高精度位置信息之间的偏差大于阈值的情况下，重置定位测姿系统的解算引擎重新获得当前的高精度位置信息。
本发明还提供一种判断定位测姿系统输出结果正确性的装置。该装置包括存储器、接收模块、处理器和输出模块。所述存储器存储场地区域的高精度位置信息。所述接收模块获得载体当前的高精度位置信息。所述处理器获得来自所述接收模块的当前的高精度位置信息，比较当前的高精度位置信息与预存的高精度位置信息，在当前的高精度位置信息与预存的高精度位置信息之间的偏差大于阈值的情况下，产生重置定位测姿系统的解算引擎的重置信号。所述输出模块输出所述重置信号。
本发明另一方面提供一种驾考评判系统。该评判系统包括前述任何一种所述的判断定位测姿系统输出结果正确性的装置。
本发明另一方面提供一种终端。该终端包括前述任何一种所述的判断定位测姿系统输出结果正确性的装置。
与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：
1、不用多台定位测姿系统以对不同系统的定位测姿结果进行相互检核，所以，成本相对于现有技术低。
2、多台定位测姿系统输出定位测姿结果方式中，多个结果中如何挑选正确结果面临挑战，可能存在以下情况：a定位测姿结果正确，b定位测姿结果错误；a定位测姿结果和b定位测姿结果均错误；不管出现上述何种情况均会导致检核判断困难，当结果不一致时选择全部复位，降低了可用性，当a定位测姿结果、b定位测姿结果均错误时，导致系统定位结果依然错误。本技术将当前的定位结果与存储的已知值进行比较，不存在对定位结果的错判，也可以避免不必要的系统复位导致可用率下降的问题，技术实现难度低但可靠性高。
3、高精度地图信息来源丰富，目前与无人驾驶匹配高精度地图信息日益丰富中，因此除了特殊区块单独采集制作高精度地图信息外，还可以采用地图厂商提供的高精度地图产品，从而进一步降低该方法的使用门槛，具备大众化的应用能力。
4、可靠性的提高对减少驾考误判、增加无人驾驶的安全性带来有效帮助。
5、自动化码头无人运输车使用地磁钉导航，成千上万颗的地磁钉的制作、安装、维护成本高昂，使用本发明可以有效降低建设与维护成本。
附图说明
图1是本发明判断定位测姿系统输出结果正确性的方法第一种实施方式的流程图；
图2是高程拟合得到高程信息的一种示意图；
图3是高程拟合得到高程信息的另一种示意图；
图4是当前高程计算示意图；
图5是本发明判断定位测姿系统输出结果正确性的方法第二种实施方式的流程图；
图6是图5所示方法用于驾校科目二考试的示意图；
图7是具有双天线的定位测姿系统的一种天线安装方式；
图8是具有双天线的定位测姿系统的另一种天线安装方式；
图9是从天线的平面坐标及高程信息计算的示意图；
图10是本发明判断定位测姿装置输出结果正确性的装置的第一实施方式的示意图；
图11是本发明判断定位测姿装置输出结果正确性的装置的第二实施方式的示意图；
图12是本发明判断定位测姿装置输出结果正确性的装置的第三实施方式的示意图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。
请参阅图1，本发明判断定位测姿系统输出结果正确性的方法包括如下步骤：
s1、预先存储场地区域的高精度位置信息。
在该步骤中，高精度位置信息可以是包括高精度位置信息的高精度地图，这样的位置信息可以包括经度、维度和高程，也可以包括经度和纬度构成的平面坐标，也可以是其他，只要能够表征载体当前的位置即可。场地区域可以是驾校考试的待考区域，也可以是无人驾驶领域车辆的起点所在的区域，比如，无人清扫车在起步前所在的区域可以是所述场地区域，也可以是自动化码头等。通常情况下，定位测姿系统的输出结果可能出现错误的地方都可以是所述场地区域。
获得高精度位置信息可以采用如下方式：1)通过高精度rtk接收机或者全站仪对场地区域进行平面位置(经纬度)与高程信息采集，为确保采集结果的可靠性需对采集系统进行计量校准，并在场地区域进行多次采集，对所采集的结果进行统计处理，进而，获得定位精度符合要求的地图信息。所述处理比如是将多次采集得到的地图信息进行对比复核，剔除偏差较大的测量结果，总之，处理的目的是得到更为精确的地图信息。2)为了减小地图信息的采集工作量，也可以仅选取场地区域的地形特征点，仅采集这些特征点的平面坐标和高程信息，然后，采用高程拟合算法处理得到拟合高程作为所述高程信息。当然，高程拟合方法可以采用现有技术，为了便于理解，以3个点为例说明本专利申请中高程拟合的思路。三个点可以确定一个平面，从而，可以拟合出该平面的高程。请参阅图2，a、b、c、d表示场地区域的4个特征点，其中，点abc在一个平面内，对其进行拟合得到的拟合高程为h1。点acd在一个平面内，对其进行拟合得到的拟合高程为h2。其坐标的存储可以按照下表所示的对应关系进行存储。
另外，点abc构成的平面可能是斜面，如图3所示，点ef与abc在同一个平面内，此种情况下，比如aec或者bfc会拟合出高程导致该平面出现多个高程。
s2、获得当前的高精度位置信息
在该步骤中，获取当前的位置信息的方式可以和步骤1相同，比如，也是通过gnss接收机、gnss/ins设备获取。获得当前的位置信息的方法比如可以是采用rtk方法等，不再赘述。
请参阅图4，在该步骤中，在步骤1中存储的高精度位置信息包括高程信息的情况下，该存储的高程信息是地面高程。在获得的当前的位置信息包括高程信息的情况下，该高程是天线安装在载体上而获得的高程，因此，需要将获得的当前高程信息h获得高程减去定位测姿系统的天线的相位中心距离地面的垂直高度△h而获得载体的当前高程信息(也就是与步骤s1中存储的高程信息一致，都是地面高程)。
s3、比较当前的高精度位置信息与预存的高精度位置信息以获得当前的高精度位置信息与预存的高精度位置信息之间的偏差，在该偏差大于阈值的情况下，重置定位测姿系统的解算引擎以重新获得当前的位置信息并比较获得的当前的位置信息，在该偏差不大于阈值的情况下，判定所述当前位置信息可用。
在该步骤中，在预存的高精度位置信息包括平面坐标的情况下，比较平面坐标，比如，在定位测姿系统只输出主天线的平面坐标的情况下，可以只比较该主天线的平面坐标；在定位测姿系统输出从天线的平面坐标的情况下，比较该从天线平面坐标。技术人员可以理解，在定位测姿系统包括单天线的情况下，其可以输出平面坐标和高程信息，在这种情况下，可以先比较平面坐标，在平面坐标正确的情况下，再比较高程信息。在定位测姿系统包括双天线的情况下，其可以输出主天线的平面坐标和高程信息，这种情况下，可以按照前述比较平面坐标或者先比较平面坐标再比较高程的方式。此外，定位测姿系统也可以输出主天线的平面坐标和高程信息，主天线与从天线之间的航向角、俯仰角以及主天线和从天线之间的基线长度，除了可以参照单天线的方式进行比较外，此种情况下，也可以比较从天线的平面坐标和/或高程，需要根据这些信息计算出从天线的平面坐标和/或高程信息，然后，比较从天线的平面坐标或者先比较从天线的平面坐标，在平面坐标正确的情况下，再比较高程信息，或者，直接比较高程信息。
总之，不论哪种比较方式，在获得的偏差大于阈值的情况下，本方法会重置定位测姿系统的解算引擎以重新获得当前的高精度位置信息，然后，继续比较当前的高精度位置信息与预存的高精度位置信息；在获得的偏差不大于阈值的情况下，判断所述当前的位置信息可用。
以如下两种情况说明比较高程的两种实现过程：
a)定位测姿系统输出主天线高程，但没有输出从天线高程的情况：包括如下步骤：
首先，请参阅图2和图1说明本步骤如下：获得e点的当前坐标(be、le、he)。根据当前坐标的平面坐标(be、le)在存储器里查到都其高程为h1。比较he与h1(he与h1均为地面高程)，如果偏差大于阈值，则，e点坐标不正确(定位测姿系统的输出结果不可用)，重置定位测姿系统解算引擎重新获得当前的位置信息，然后继续判断，直至不大于阈值。如果偏差不大于阈值，则，e点坐标正确(定位测姿系统的输出结果可用)。
请参阅图3和图1，在获得场地区域的特征点的坐标且该场地区域是斜面的情况下，如果车辆的当前坐标为e’(b’e、l’e、h’e)。根据平面坐标(b’e、l’e)判断出该点e’与点aec在同一平面内，因此，通过其平面坐标查找得到其拟合高程为h1，比较该拟合高程h1与其点e’的当前高程he(也是指地面高程)，如果偏差大于阈值，则，重置定位测姿系统解算引擎，如果偏差不大于阈值，则，执行相应操作。当然，技术人员可以理解，如果点e’与点bfc在同一平面，则，高程he该与h2比较以得到偏差。如果场地区域是平面，参考图2，当前点在平面abc内，则与拟合高程h1的高程比较，如果在平面acd里，则与拟合高程h2比较。
为了使得本发明更为清楚和直观，请参阅图5和图6，具有上述方案的评判系统应用在驾照考试的科目二的直角转弯为例说明本发明的工作过程：
s1、在驾考评判系统里预先存储待考区域(场地区域)1的地图信息，在本实施方式中，该地图信息包含平面坐标与高程信息(ba、la、ha)。
s2、在考试过程中，考试车2行驶到所述待考区域1时，获得考试车2在该待考区域1当前的平面坐标和高程信息，比如，a点的平面坐标和高程信息(ba’、la’、ha’)。
s3、根据平面坐标(ba’、la’)在存储器里查到都其高程为ha。比较ha’与ha(ha’与ha均为地面高程)，如果偏差大于阈值，则，a点坐标不正确(表明考试车在此处获得的坐标不用用，可能对后续结果造成影响)，重置定位测姿系统解算引擎，同时，驾考系统不执行相关操作(比如，让考生暂停考试)。在重置解算引擎后获得当前的平面坐标与高程信息，继续比较当前的高程信息与预存的高程信息，直至当前的高程信息与预存的高程信息之间的偏差不大于阈值；如果偏差不大于阈值，则，a点坐标正确(定位测姿系统的输出结果可用)，则执行相应操作。该相应操作比如是向考生发出的继续考试的语音提示(依据驾考评判系统的流程而定)，以使得考生驾驶考试车进入考试区域3以进行直角转弯考试。
b)定位测姿系统未给出从天线平面坐标及高程信息，但是，给出主天线的平面坐标和高程信息，主从天线之间的航向角、俯仰角以及主从天线之间的向量长度(基线长度)。此种方案中，主天线和从天线的安装方式有两种，如图7和图8所示。在图7所示方式中，以载体为车辆说明其安装方式，主天线安装在车尾，从天线安装在车头。主天线和从天线之间的连线(基线)沿着车辆的轴线(这种方式也称之为横向放置方式)。在图8所示方式中，主天线和从天线沿着车体的宽度方向放置，主天线和从天线之间的连线(基线)垂直于车辆的轴线设置(这种方式也称之为竖向放置方式)
从天线的平面坐标和高程信息计算可以采用现有技术。在本发明中，为了更清楚理解，实例性说明从天线的平面坐标和高程信息的计算如下：
请参阅图9和图7，假定定位测姿系统输出的主天线a的位置为原点位置，其坐标为(ba、la、ha)、基线长为r、航向角α及俯仰角θ。航向角α为向量ab在xay平面上的投影与y轴的夹角，其计算如下：
bb＝ba+△x
lb＝la+△y
hb＝ha+△z
其中△x、△y、△z计算如下：r在xay平面的上投影为r＝r*sinθ
△x＝r*sinα
△y＝r*cosα
△z＝r*sinθ
图8中从天线b位置信息的计算可以使用现有技术，不再赘述。
获得从天线b的平面坐标及高程信息后，判断该从天线的当前高程信息是否正确的方法与所述判断主天线的预存高程信息与定位测姿系统输出主天线的当前高程的方法相同，在此不再赘述。
当然，在定位测姿系统既输出主天线的平面坐标和高程，也输出从天线的平面坐标和高程的情况下，至少可以有如下几种方式：1)比较主天线平面坐标和/或高程；2)比较从天线的平面坐标和/或高程；3)先比较主天线的平面坐标和/或高程，再比较从天线的平面坐标和/或高程，这种方式可以避免定位结果正确而定向错误的情况，使得判断更加精确。
基于上述方法的技术思路，本发明还公开一种判断定位测姿系统输出结果正确性的装置。请参阅图10，该装置包括存储器1、接收模块2、处理器3和输出模块4。所述存储器1存储场地区域的高精度位置信息。所述接收模块2接收载体的当前高精度位置信息，这个位置信息是定位测姿系统的输出结果。所述处理器3获得来自接收模块2的当前的高精度位置信息，比较当前的高精度位置信息与预存的高精度位置信息，在当前的高精度位置信息与预存的高精度位置信息之间的偏差大于阈值的情况下，产生重置定位测姿系统的解算引擎的重置信号，在当前的位置信息与预存的高精度位置信息之间的偏差不大于阈值的情况下，产生用于表示所述当前的位置信息可用的控制信号。所述输出模块4输出所述控制信号给执行模块，比如，该执行模块可以是驾考系统的语音模块，在接收都所述控制信号的情况下，该语音模块发出声音提醒考生继续考试。
作为上述方案的进一步方案，本发明还提供第二实施方式的判断定位测姿装置输出结果正确性的装置，如图11所示，该装置与上述实施方式相比，所述高精度位置信息包括平面坐标和高程信息。所述处理器3包括查找模块31和处理模块32。所述查找模块31接收来自接收模块2的所述平面坐标，根据所述平面坐标进行查找以查找到该平面坐标相对应的预存的高程信息。所述处理模块32比较查找到的高程信息与当前的高程信息，在当前的位置信息(高程信息)与预存的高精度位置信息(高程信息)之间的偏差大于阈值的情况下，产生重置定位测姿系统的解算引擎的重置信号，在当前的位置信息(高程信息)与预存的高精度位置信息(高程信息)之间的偏差不大于阈值的情况下，产生用于表示所述当前的位置信息可用的控制信号。
作为上述方案的进一步方案，本发明还提供第三实施方式的判断定位测姿装置输出结果正确性的装置，如图12所示。该装置与第二实施方式的装置相比，其区别在于：所述接收模块2接收所述定位测姿系统输出的主天线的平面坐标和高程信息，主天线与从天线之间的航向角、俯仰角以及主天线和从天线之间的基线长度。所述处理器3包括计算模块33、查找模块31和处理模块32。所述计算模块33根据接收模块2接收到的所述平面坐标、高程信息、航向角、俯仰角和基线长度获得从天线当前的平面坐标和高程信息。所述查找模块31根据所述平面坐标进行查找以查找到该平面坐标相对应的预存的高程信息。所述处理模块32比较查找到的预存的高程信息与当前的高程信息，在当前的位置信息(高程信息)与预存的高精度位置信息(高程信息)之间的偏差大于阈值的情况下，产生重置定位测姿系统的解算引擎的重置信号，在当前的位置信息与预存的高精度位置信息之间的偏差不大于阈值的情况下，产生用于表示所述当前的位置信息可用的控制信号。
基于上述技术思路，本发明还提供一种驾考评判系统。该驾考评判系统包括前述任何一种判断定位测姿系统输出结果正确性的装置。至于该装置如何构成驾考评判系统的一部分可以采用现有技术，不再赘述。该驾考评判系统具有上述装置后，在待考区能判断当前定位测姿系统的输出结果是否正确，进而，确保驾考结果的正确性，避免误判。
同样的，本发明还提供一种终端。该终端包括前述任何一种判断定位测姿系统输出结果正确性的装置。这样的终端可以是包括所述驾考评判系统的车载终端，也可以是安装于无人机上的终端，还可以是安装于无人清扫车上的用于导航的车载终端，也可以是自动化码头无人运输车上的车载终端。无人机或者清扫车具有上述终端后，不会发生偏航等情况。自动化码头无人运输车具有上述终端后，可以取消地磁钉，能避免误判及建设及维护成本也低。
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