劉 凱，劉義樂，李勝凱

(1.陸軍裝甲兵學(xué)院車輛工程系，北京 100072；2.31694部隊(duì)97分隊(duì)，遼寧 本溪 117000)

0 引言

科學(xué)合理的進(jìn)行履帶車輛的訓(xùn)練評價(jià)是保障履帶車輛訓(xùn)練效果的重要保證。當(dāng)前，在進(jìn)行履帶車輛訓(xùn)練時(shí)，仍然是由教練跟車在履帶車上用肉眼對學(xué)員進(jìn)行評定，不光耗費(fèi)人力，而且由于主觀因素的影響，評價(jià)的準(zhǔn)確性不可保證。使用GPS系統(tǒng)對履帶車輛考核場地限制路點(diǎn)位的定位，是建立考核系統(tǒng)中場地分布的基礎(chǔ)。由于每個(gè)考核項(xiàng)目的限制路的標(biāo)志桿數(shù)量和位置不同，因此設(shè)計(jì)出能同時(shí)識別多項(xiàng)考核科目的限制路是首先要解決的問題。

每個(gè)限制路都是由若干個(gè)標(biāo)志桿以特定位置擺放而形成的，分析每個(gè)限制路的標(biāo)志桿相互關(guān)系可知：

1)不同種類限制路的標(biāo)志桿之間的距離特征不同；

2)每種限制路的標(biāo)志桿兩兩標(biāo)志桿的距離不變；

3)每種限制路之間的間隔距離較大，不互相影響。

履帶車輛主要要通過“S”形限制路、彎道限制路、雙直角轉(zhuǎn)向限制路等?；诿總€(gè)限制路的各個(gè)標(biāo)志桿間的距離的特點(diǎn)，以及利用GPS定位各個(gè)標(biāo)志桿位置數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)了一種識別限制路類型與場地標(biāo)定的算法。該算法可以在若干個(gè)測得的GPS坐標(biāo)中，將每個(gè)限制路的標(biāo)志桿進(jìn)行分類，并存入相應(yīng)的表格中，以完成履帶車輛考核場地的標(biāo)定。

1 限制路種類識別

1.1 將GPS坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為平面坐標(biāo)

進(jìn)行限制路種類識別與分類，首先需要收集若干個(gè)具體GPS坐標(biāo)數(shù)據(jù)(其中含有干擾坐標(biāo))，以第一列為經(jīng)度，第二列為緯度放入Excel表格中，參考《GPS經(jīng)緯度坐標(biāo)轉(zhuǎn)平面坐標(biāo)的簡化計(jì)算方法及精度分析》中算法將GPS坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為XY坐標(biāo)。然后將其全部轉(zhuǎn)化，利用為平面坐標(biāo)(即以赤道為X軸，0經(jīng)線為Y軸)，利用算法進(jìn)行轉(zhuǎn)化，并輸出平面坐標(biāo)數(shù)據(jù)存入Excel表格中。

記錄GPS坐標(biāo)的精度可以達(dá)到±0.1 m，因此對于限制路識別的準(zhǔn)確性有保證。

1.2 限制路的特征

以“S”型限制路為例，各個(gè)標(biāo)志桿的位置如圖1(假定車輛車寬4 M，車長10 m)

圖1 “S”形限制路

將各個(gè)限制路中各個(gè)標(biāo)志桿距離計(jì)算出來，對于區(qū)分在XY數(shù)據(jù)組中的坐標(biāo)，可以用距離特征利用算法來實(shí)現(xiàn)識別各個(gè)限制路的標(biāo)志桿的位置，假定GPS坐標(biāo)已轉(zhuǎn)化為平面坐標(biāo)以“S”形限制路的標(biāo)志桿識別為例，表1為“S”形限制路的標(biāo)志桿已知的坐標(biāo)編號。將“S”形限制路的各標(biāo)志桿間距中各個(gè)標(biāo)志桿之間距離計(jì)算出來，對于區(qū)分在平面坐標(biāo)數(shù)據(jù)組中的坐標(biāo)，可以用距離特征利用算法來實(shí)現(xiàn)識別各個(gè)限制路的標(biāo)志桿的位置，假定已轉(zhuǎn)化為平面坐標(biāo)，測得“S”形限制路的標(biāo)志桿間距離特征如表2。

表1 “S”形限制路的標(biāo)志桿已知的坐標(biāo)編號

表2 “S”型限制路的標(biāo)志桿間距離特征

1.3 限制路的標(biāo)志桿識別算法

下面介紹一種限制路的標(biāo)志桿識別的算法。該算法將限制路中各個(gè)標(biāo)志桿間的距離作為特征，對所測得的全部坐標(biāo)系進(jìn)行篩選，從而得到每個(gè)限制路的標(biāo)志桿的坐標(biāo)組，并將坐標(biāo)組與限制路相對應(yīng)。限制路識別算法的具體流程如圖2(以“S”型限制路為例)。

圖2 限制路識別與分類算法流程圖

1.3.1 單一限制路的標(biāo)志桿的識別

假設(shè)記錄的GPS坐標(biāo)已轉(zhuǎn)化為平面坐標(biāo)，并得到坐標(biāo)及序號為表3。

表3 記錄的平面坐標(biāo)及序號

步驟一：將用設(shè)備記錄的9個(gè)GPS坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為平面坐標(biāo)并輸入到一個(gè)MATLAB的數(shù)組中，使用MATLAB中函數(shù)計(jì)算各個(gè)坐標(biāo)間的距離，得到坐標(biāo)間距離如表4。表中的坐標(biāo)編號m-n的數(shù)據(jù)為第m個(gè)到第n個(gè)坐標(biāo)的間距。

表4 各個(gè)坐標(biāo)間距離

步驟二：對距離特征進(jìn)行篩選，因?yàn)?個(gè)“S”形限制路的標(biāo)志桿間的距離不變且已知，對計(jì)算出來的各個(gè)坐標(biāo)間的距離和給出的“S”形限制路的各標(biāo)志桿間距離進(jìn)行匹配(表2)，并將與規(guī)定距離誤差小于等于10 cm的兩坐標(biāo)的序號進(jìn)行記錄，式(1)～(6)為距離的符合條件，其中I為第I個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)，J為第J個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)。并存在一個(gè)1×9的計(jì)數(shù)矩陣中。

4.90≤IJ≤5.10.

(1)

12.16≤IJ≤12.36.

(2)

24.03≤IJ≤24.23.

(3)

35.90≤IJ≤36.10.

(4)

36.25≤IJ≤36.45.

(5)

11.90≤IJ≤12.10.

(6)

步驟三：將步驟二中計(jì)數(shù)矩陣每個(gè)序號出現(xiàn)的次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，因?yàn)椤癝”形限制路的標(biāo)志桿有6個(gè)，6個(gè)標(biāo)志桿兩兩之間距離，每個(gè)桿與另外桿的距離一共有5個(gè)，因此若是“S”形限制路的標(biāo)志桿，則在次數(shù)統(tǒng)計(jì)大于等于5的序號即為“S”形限制路的標(biāo)志桿。統(tǒng)計(jì)序號出現(xiàn)次數(shù)如表5所示。

表5 計(jì)數(shù)矩陣

步驟四：對出現(xiàn)5次以上的坐標(biāo)序號進(jìn)行記錄，并將其對應(yīng)坐標(biāo)進(jìn)行輸出。輸出坐標(biāo)如表6所示。

表6 輸出的“S”型限制路坐標(biāo)

以上是用限制路識別與分類算法中對單一限制路標(biāo)志桿的識別，下面將對其他類型限制路的標(biāo)志桿加入其中進(jìn)行分類和識別。若收集的坐標(biāo)中含有“S”形限制路的標(biāo)志桿、彎道限制路的標(biāo)志桿和雙直角限制路的標(biāo)志桿，則主要目的是對收集的全部坐標(biāo)中的三種限制路的標(biāo)志桿找出，并分類存放在不同的矩陣中。

1.3.2 對若干種不同限制路的標(biāo)志桿的識別與分類

基于1.3.1提到的算法，對上文提到的三種限制路分別進(jìn)行標(biāo)志桿的識別，因?yàn)椴煌南拗坡返木嚯x特征不同，且標(biāo)志桿的數(shù)量也會不都相同，故無論對幾種不同限制路的標(biāo)志桿進(jìn)行識別的時(shí)候，對另外的限制路的標(biāo)志桿的識別不互相影響。因此可以實(shí)現(xiàn)多種限制路的識別。

2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

2.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

為了驗(yàn)證這種方法，在實(shí)際場地中測出的限制路桿的位置中識別出各種限制路的標(biāo)志桿的各坐標(biāo)，選取了一組含有“S”形限制路的標(biāo)志桿的數(shù)據(jù)。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

將得到的數(shù)據(jù)，使用MATLAB軟件，按照步驟一到四的順序，對若干個(gè)坐標(biāo)中各種限制路的標(biāo)志桿坐標(biāo)進(jìn)行匹配并按限制路類型，來驗(yàn)證算法的準(zhǔn)確性。

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

運(yùn)用上述方法的識別與分類得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合預(yù)期，且識別率為100%，識別效果比較理想。但在實(shí)際的測量中，可能由于GPS的誤差，導(dǎo)致測得的各限制路的標(biāo)志桿的坐標(biāo)間距離特征不符合預(yù)期。

3 結(jié)論

本文通過限制路識別算法，實(shí)現(xiàn)了對多種不同限制路的識別，且識別率較高；能夠完成對地圖上的限制路位置和各個(gè)限制桿具體位置的標(biāo)定。下一步將對同種限制路標(biāo)志桿組進(jìn)行區(qū)別，實(shí)現(xiàn)多種限制路(含重復(fù)限制路)的識別。