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Location

定位是驾驶导航过程中是最基础的一步，也是十分关键的一步，一个准确的定位可以有效提高绑路的精度，也能更加精准感知驾驶形态的变化，由于本项目主要基于手机做导航定位，目前采用的是手机内置的传感器数据（陀螺仪，加速计，地磁计）以及GPS数据融合定位。

项目所需的传感器.

  • 陀螺仪(x, y, z).
  • 加速计(x, y, z).
  • 地磁计(x, y, z).
  • 重力感应器(x, y, z).
  • 方向传感器(roll, pitch, yaw).
  • 指南针(degree).
  • 道路信息(距下个路口的距离, 道路方向, 道路类型).
  • GPS(经度, 纬度, 海拔, 精度, 速度, 方向, 时间戳).

一些实现细节

  • 传感器噪声过滤与修正.

  • 基于非耦合的GPS融合INS.

快速开始

确保安装了gcc和cmake, 下载本项目到你的项目下

git clone https://github.com/yyccR/Location.git

在项目根目录下新建CMakeLists.txt, 同时添加如下:

include_directories(${PROJECT_SOURCE_DIR}/Location/include/eigen3)

include_directories(${PROJECT_SOURCE_DIR}/Location/math)
add_subdirectory(Location/math)

include_directories(${PROJECT_SOURCE_DIR}/Location/models)
add_subdirectory(Location/models)

include_directories(${PROJECT_SOURCE_DIR}/Location/location)
add_subdirectory(Location/location)

include_directories(${PROJECT_SOURCE_DIR}/Location/sensor)
add_subdirectory(Location/sensor)

include_directories(${PROJECT_SOURCE_DIR}/Location/system)
add_subdirectory(Location/system)

target_link_libraries(${PROJECT_NAME} Location_math)
target_link_libraries(${PROJECT_NAME} Location_models)
target_link_libraries(${PROJECT_NAME} Location_location)
target_link_libraries(${PROJECT_NAME} Location_sensor)
target_link_libraries(${PROJECT_NAME} Location_system)
target_link_libraries(${PROJECT_NAME} Location_test)

在main文件里添加如下测试代码.

#include <iomanip>
#include <Eigen/Dense>
#include "sensor/GPS.h"
#include "location/Location.h"

using namespace Eigen;
using namespace std;

int main() {

    Location location;
    Vector3d gyro_data_v(0.004263,0.019169,-0.001014);
    Vector3d mag_data_v(-2.313675,-82.446960,-366.183838);
    Vector3d acc_data_v(0.105081,0.108075,9.774973);
    VectorXd gps_data_v(7);
    gps_data_v << 114.174118,22.283789,0.0,0.0,24.0,0.0,1554348968704.665039;
    Vector3d g_data_v(0.094139, 0.107857,9.808955);
    Vector3d ornt_data_v(-0.549866,0.629957,-0.069398);
    Vector3d road_data(1000.0, 0.0, 0);
    location.PredictCurrentPosition(gyro_data_v,acc_data_v,mag_data_v,gps_data_v,g_data_v,ornt_data_v, road_data);
    cout << location.GetGNSSINS().lng << " " << location.GetGNSSINS().lat << endl;
    return 0;
}

如果输出 114.174 22.2838 表示已经成功内嵌了本项目.

数据格式.

  • 陀螺仪(x, y, z), 单位 rad/s

  • 加速计(x, y, z), 单位 m/s²

  • 地磁计(x, y, z), 单位 μt

  • 重力感应器(x, y, z), 单位 m/s²

  • 方向传感器(roll, pitch, yaw), 单位 角度(degree)

手机并没有方向传感器, 这个所谓的传感器数据是手机底层算法计算得到的。

  • 指南针(degree), 单位 角度(degree)

  • 道路信息(距离下个路口距离, 当前位置道路方向, 道路类型编码)

如果拿不到道路数据, 则全部填0即可, (0.0, 0.0, 0.0)

  • GPS(lng, lat, alt, accuracy, speed, bearing, t)
    • lng, 经度, double
    • lat, 纬度, double
    • alt, 海拔, double
    • accuracy, 精度, double
    • speed, 速度, double
    • bearing, 方向, double, 单位 角度(degree)
    • t, 时间戳, 单位 毫秒(millisecond)

更加详细的调用细节

详见 docs/apiCallDetails.md

TODO

  • CMakeLists 优化.
  • 清理垃圾代码.
  • 模板化.
  • 替换普通指针为智能指针.
  • 完善文档.
  • 添加快速开始.
  • 增加更多测试案例.
  • 使用合适的设计模式.

参考:

  1. 《惯性导航》秦永元
  2. 《捷联惯性导航技术(第2版 译本)》译者:张天光/王秀萍/王丽霞 作者:DavidH.Titte
  3. An efficient orientation filter for inertial and inertial/magnetic sensor arrays
  4. Estimation of IMU and MARG orientation using a gradient descent algorithm
  5. Direction Cosine Matrix IMU Theory
  6. METHODS FOR NON-LINEAR LEAST SQUARES PROBLEMS
  7. A Calibration Algorithm for Microelectromechanical Systems Accelerometers in Inertial Navigation Sensors
  8. A Calibration Method of Three-axis Magnetic Sensor Based on Ellipsoid Fitting
  9. Accuracy Improvement of Low Cost INS/GPS for Land Applications
  10. Trajectory preprocessing: Computing with Spatial Trajectories