基于车载自诊断系统获得道路平面线形和纵断面线形的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种基于车载自诊断系统获得道路平面线形和纵断面线形的装置。通过采集OBD系统中的车辆速度和传感器中的瞬时方位角、高程值，再根据速度对时间t的积分获得位移值s，利用位移值和角度的关系获得平面轨迹，利用位移值与高程值的关系获得纵断面轨迹，从而间接获得道路线形的装置。本装置可以在GPS失去信号的状态下记录车辆的移动轨迹，从而摆脱了基于GPS系统传统记录移动轨迹的方式，是一种在无法接受GPS信号的状态下(如：地下道路、隧道等工况)获取道路平面线形和纵断面线形的装置。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于道路设计、道路测量、交通研究等
具体涉及基于车辆诊断系统获得道路平面线形和纵断面线形的装置。
技术介绍
随着城市建设规模的不断发展和壮大，城市空间的开发强度不断提高，地上空间待开发资源越来越稀少，这就使得城市建设者将开发的视角由地上转向地下，因此在我国的大中型城市中地下道路的修建越来越多，地下道路逐渐成为解决地面资源紧张、缓解交通拥堵的有效工程方法。但由于在全国范围内总体修建地下道路的时间开始较晚，且对地下道路的特性的研究工作开展较晚，所以很多地下道路的现状条件资料较为稀缺。为了收集这些地下道路的线形数据(包括平面线形和纵断面线形)，需要在这些城市展开大规模的测量工作。传统的技术途径是依靠现代测量工具全站仪、经纬仪等，或利用GPS定位大地坐标进行轨迹记录等。采用全站仪或经纬仪需要测量人员进入隧道内部，可能对隧道的运营安全造成影响，也威胁到测量人员的自身安全，并且测量时间较长；使用GPS进行轨迹记录，GPS在隧道内部失去信号将无法使用，基于上述两种方法在隧道内部使用中的不利情况而开发本装置，进行隧道内部的线形测量工作。旨在快速、便捷并安全的获取隧道线形数据。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种基于车载自诊断系统获得道路平面线形和纵断面线形的装置，以解决通过驾驶车辆，在车辆行进过程中获得车辆在平面、纵面上的驾驶轨迹，从而近似获得隧道内道路的平面线形和纵断面线形的技术问题。基于车载自诊断系统获得道路平面线形和纵断面线形的装置，包括以下四个模块：采集模块、总体控制模块、输出模块和数据后处理模块；采集模块：该模块包括OBD数据采集子模块、姿态解算子模块和相对高程计算子模块；OBD数据采集子模块，该子模块包括了OBD数据采集装置、控制OBD数据采集的装置以及数据传递装置；该子模块通过OBD数据采集装置将OBD中车辆行驶的瞬时速度采集出来，速度单位为km/h，将这些数据通过无线数传装置传递到总体控制模块中的数传子模块中，待后续模块处理；姿态解算子模块，该子模块包括了集成多传感器的GY-86飞行控制模块、控制GY-86的数据采集和解算装置以及数据传递装置；姿态解算模块解算出车辆驾驶过程中固定在车身刚体中部的GY-86自身的瞬时航偏角Aerial，单位为度，近似看做车辆的航偏角；获得车辆航偏角Aerial后，通过数据传递装置，将该数值传递给总体控制模块中的数传子模块，待后续模块处理，无线数传模块也由Leonardo主板进行控制数据输入输出；相对高程计算子模块：该子模块包括集成多传感器的GY-86飞行控制模块、控制GY-86的数据采集和解算装置以及数据传递装置；该模块使用了GY-86中的MS5611芯片，用来采集温度和大气压强，根据该模块的公开的信息中通过温压计算相对高程的方法，获取当前行车状态下的相对高程，单位为米；控制GY-86的数据采集和解算装置与姿态解算子模块中的主板为同一主板；总体控制模块：该模块包括数传子模块、时间子模块和总体控制子模块；数传子模块，为接收来自采集模块中各个子模块的数据，以便后续模块进行数据处理；时间子模块，该模块利用总体控制子模块中的arduino主板，获取arduino主板上的时钟频率，为接收到的各传感器的数据组成的数据数列提供时间序列，时间单位为毫秒；总体控制子模块，总体控制子模块由arduino主板构成，主要负责数传子模块的控制接收和为时间子模块通过时钟频率；将数传模块中的速度值、航偏角值和相对高程值与时间子模块中的时钟读数混入完整的数据序列；输出模块：该模块是将总体控制模块中的总体控制子模块整理的数据序列输出到数据后处理的模块；即通过总体控制子模块的arduino主板的usb串口将总体控制子模块中组建好的数据序列传递给计算机，以便计算机的后处理模块进行数据处理。数据后处理模块：该模块包括数据后处理接收子模块、数据后处理子模块和出图子模块；数据后处理接收子模块，该模块通过计算机调用usb串口获取数据输出模块中的数据序列以便计算机进行后处理；数据后处理子模块，该模块是针对数据后处理接收子模块中的数据序列，进行数据处理，数据处理主要包含以下几个方面：A.根据时间序列求出每个时间间隔的大小Δt，单位毫秒； B.将速度转换成以米/秒为单位计量的数值v’；C.对速度进行时间的积分，即(vn’+vn+1’)/2*Δt计算出每个时间间隔内的位移值s；D.根据数据序列中的航偏角Aerial字段，获得每个时间间隔下的航偏角变化值Δa；E.将上述s、Δa和相对高程h三个值重新组建绘图数据序列；出图子模块，该模块是利用绘图数据序列，进行平面和纵断面图的绘制；A.平面图绘制：利用绘图数据序列中的s和Δa两个字段是数据序列，绘制平面轨迹，首先建立一个 笛卡尔坐标系，坐标原点为初始记录点P0，以该点为基准点，以x轴的正方向为基准轴，旋转Δa1，向该方向移动s1，获得P1，以P1为基准点做同样的动作，旋转角度为Δa2、移动距离s1获得P2。以此类推获得所有P点集合，将P点集合顺序连线，得到平面轨迹，可近似认为该轨迹为隧道的平面线形；B.纵断面图绘制：根据道路设计的习惯，纵断面设计图的x轴为线路里程、y轴则是线路中该点对应的高程值；根据绘图数据序列中的s和h，即可绘制出具有道路设计专业习惯的纵断面图；绘制时，先建立笛卡尔坐标系，x1＝0时，y1＝h1，获得V1，x2＝x1+s1时，y2＝h2，获得V2，以此类推得到V点集合，顺序连线后得到纵断面线；C.将平面图和纵断面图通过绘图软件输出成图形数据文件进行保存。所述采集模块的OBD数据采集装置采用了支持arduino的OBD-II URAT适配器，控制OBD-II URAT适配器数据采集的主板采用了arduino主板，数据传递装置采用NRF24L01+的2.4G无线数传模块；所述姿态解算子模块的GY-86飞行控制模块是集成了MS5611、HMC5883L和MPU6050三款芯片的多轴飞行控制模块，所述姿态解算模块使用了MPU6050微处理器芯片，使用MPU6050并结合控制GY-86进行数据采集和结算的arduino主板；所述姿态解算子模块的无线数传装置也采用了NRF24L01+的2.4G无线数传模块；所述相对高程计算子模块的数据传递装置仍为NRF24L01+的2.4G无线数传模块，控制数据传递也同为GY-86的数据采集和解算装置中的主板；所述总体控制模块的数传子模块采用NRF24L01+的2.4G无线数传模块和控制无线数传模块的arduino主板。本技术的优点与积极效果：本技术是利用了机动车的OBD系统以及姿态传感器和温压传感器进行实时测量，获得车辆在驾驶过程中的平面轨迹和纵面轨迹，从而近似获得车辆所行驶的道路的平面线形和纵断面线形。该方法能够在GPS接收机被置于无法接收到GPS信号的隧道里，在无法获得接收机的实时经纬度坐标的情况下，不受GPS信号的接收限制，就可以获取驾驶汽车的平面轨迹和纵断面轨迹。同时，本装置也可以完成隧道外的线形测量工作。附图说明图1是本技术的各模块组成及流程原理示意图。图2是本技术的平面线形轨迹成图原理。图3是本技术的纵断面线形轨迹成图原理。具体实施方式基于车载自诊断系统获得道路本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于车载自诊断系统获得道路平面线形和纵断面线形的装置，其特征在于，包括以下四个模块：采集模块、总体控制模块、输出模块和数据后处理模块；采集模块：该模块包括OBD数据采集子模块、姿态解算子模块和相对高程计算子模块；OBD数据采集子模块，该子模块包括了OBD数据采集装置、控制OBD数据采集的装置以及数据传递装置；该子模块通过OBD数据采集装置将OBD中车辆行驶的瞬时速度采集出来，速度单位为km/h，将这些数据通过无线数传装置传递到总体控制模块中的数传子模块中，待后续模块处理；姿态解算子模块，该子模块包括了集成多传感器的GY‑86飞行控制模块、控制GY‑86的数据采集和解算装置以及数据传递装置；姿态解算模块解算出车辆驾驶过程中固定在车身刚体中部的GY‑86自身的瞬时航偏角Aerial，单位为度，近似看做车辆的航偏角；获得车辆航偏角Aerial后，通过数据传递装置，将车辆航偏角Aerial传递给总体控制模块中的数传子模块，待后续模块处理，无线数传模块也由Leonardo主板进行控制数据输入输出；相对高程计算子模块：该子模块包括集成多传感器的GY‑86飞行控制模块、控制GY‑86的数据采集和解算装置以及数据传递装置；该模块使用了GY‑86中的MS5611芯片，用来采集温度和大气压强，根据该模块的公开的信息中通过温压计算相对高程的方法，获取当前行车状态下的相对高程，单位为米；控制GY‑86的数据采集和解算装置与姿态解算子模块中的主板为同一主板；总体控制模块：该模块包括数传子模块、时间子模块和总体控制子模块；数传子模块，为接收来自采集模块中各个子模块的数据，以便后续模块进行数据处理；时间子模块，该模块利用总体控制子模块中的arduino主板，获取arduino主板上的时钟频率，为接收到的各传感器的数据组成的数据数列提供时间序列，时间单位为毫秒；总体控制子模块，总体控制子模块由arduino主板构成，主要负责数传子模块的控制接收和为时间子模块通过时钟频率；将数传模块中的速度值、航偏角值和相对高程值与时间子模块中的时钟读数混入完整的数据序列；输出模块：该模块是将总体控制模块中的总体控制子模块整理的数据序列输出到数据后处理的模块；即通过总体控制子模块的arduino主板的usb串口将总体控制子模块中组建好的数据序列传递给计算机，以便计算机的后处理模块进行数据处理；数据后处理模块：该模块包括数据后处理接收子模块、数据后处理子模块和出图子模块；数据后处理接收子模块，该模块通过计算机调用usb串口获取数据输出模块中的数据序列以便计算机进行后处理；数据后处理子模块，该模块是针对数据后处理接收子模块中的数据序列。...

【技术特征摘要】
1.基于车载自诊断系统获得道路平面线形和纵断面线形的装置，其特征在于，包括以下四个模块：采集模块、总体控制模块、输出模块和数据后处理模块；采集模块：该模块包括OBD数据采集子模块、姿态解算子模块和相对高程计算子模块；OBD数据采集子模块，该子模块包括了OBD数据采集装置、控制OBD数据采集的装置以及数据传递装置；该子模块通过OBD数据采集装置将OBD中车辆行驶的瞬时速度采集出来，速度单位为km/h，将这些数据通过无线数传装置传递到总体控制模块中的数传子模块中，待后续模块处理；姿态解算子模块，该子模块包括了集成多传感器的GY-86飞行控制模块、控制GY-86的数据采集和解算装置以及数据传递装置；姿态解算模块解算出车辆驾驶过程中固定在车身刚体中部的GY-86自身的瞬时航偏角Aerial，单位为度，近似看做车辆的航偏角；获得车辆航偏角Aerial后，通过数据传递装置，将车辆航偏角Aerial传递给总体控制模块中的数传子模块，待后续模块处理，无线数传模块也由Leonardo主板进行控制数据输入输出；相对高程计算子模块：该子模块包括集成多传感器的GY-86飞行控制模块、控制GY-86的数据采集和解算装置以及数据传递装置；该模块使用了GY-86中的MS5611芯片，用来采集温度和大气压强，根据该模块的公开的信息中通过温压计算相对高程的方法，获取当前行车状态下的相对高程，单位为米；控制GY-86的数据采集和解算装置与姿态解算子模块中的主板为同一主板；总体控制模块：该模块包括数传子模块、时间子模块和总体控制子模块；数传子模块，为接收来自采集模块中各个子模块的数据，以便后续模块进行数据处理；时间子模块，该模块利用总体控制子模块中的arduino主板，获取arduino主板上的时钟频率，为接收到的各传感器的数据组成的数据数列提供时间序列，时间单位为毫秒...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴楠，
申请(专利权)人：北京市市政工程设计研究总院有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11