CN109109866A - 车辆行驶状态监测方法、装置、计算机设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及车辆行驶状态监测方法、装置、计算机设备及存储介质，该方法包括获取车辆三轴加速度和三轴角速度，形成原始数据；对原始数据进行预处理；根据预处理后的原始数据建立数字化水平台坐标系；将数字化水平台坐标系转换至车载坐标系；基于车载坐标系输出行驶方向、侧向方向、垂直路面方向不含重力加速度分量的加速度分量，基于数字化水平台坐标输出俯仰方向的角速度值、偏航方向的角速度值、翻滚方向的角速度值；对行驶方向、侧向方向、垂直路面方向不含重力加速度分量的加速度分量进行处理，以形成波形特性；根据波形特性、俯仰方向的角速度值、偏航方向的角速度值、翻滚方向的角速度值获取车辆行驶状态。本发明减少交通意外的发生。
Description
技术领域
本发明涉及车辆行驶状态监测方法，更具体地说是指车辆行驶状态监测方法、装置、计算机设备及存储介质。
背景技术
目前国内机动车和驾驶员的数量增长迅速，各种事故每天都在发生，特别是涉及到大货车的事故，通常是重大事故，交通安全形势严峻。究其原因多种多样，这其中危险驾驶导致的交通事故占多数，大部分的交通事故都是由于驾驶员的疏忽造成的；尤其是驾驶员长时间驾车后精力不易集中，容易导致行驶时车辆方向游离，甚至进入相邻车道。
目前，市面上出现了一些针对于监测驾驶员自身驾驶状态的设备；例如疲劳驾驶预警器，能够通过识别人脸图像来分辨驾驶员是否处于疲劳状态，从而发出提醒。然而，由于完全依赖于对人脸的图像分析，且其分析依据是根据实验的统计数据而设定，对于不同的对象而言，分析结果必然具有一定的误差；而且，这类检测设备仅是监测驾驶员本身的状态以起到间接的提醒作用；即，无法以车辆本身的行驶状态来提醒驾驶员，以提供驾驶指导。
因此，有必要设计一种方法，对车辆的行驶状态进行实时监测，以车辆的行驶状态作为提醒基准，以减少交通意外的发生。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供车辆行驶状态监测方法、装置、计算机设备及存储介质。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：车辆行驶状态监测方法，包括：
获取车辆三轴加速度和三轴角速度，形成原始数据；
对原始数据进行预处理；
根据预处理后的原始数据建立数字化水平台坐标系；
将数字化水平台坐标系转换至车载坐标系；
基于车载坐标系输出行驶方向、侧向方向、垂直路面方向不含重力加速度分量的加速度分量，基于数字化水平台坐标输出俯仰方向的角速度值、偏航方向的角速度值、翻滚方向的角速度值；
对行驶方向、侧向方向、垂直路面方向不含重力加速度分量的加速度分量进行处理，以形成波形特性；
根据波形特性、俯仰方向的角速度值、偏航方向的角速度值、翻滚方向的角速度值获取车辆行驶状态。
其进一步技术方案为：所述对原始数据进行预处理，包括：
利用巴特沃兹低通滤波器对采集的车辆三轴加速度和三轴角速度进行低通滤波处理，以形成预处理后的原始数据。
其进一步技术方案为：所述根据预处理后的原始数据建立数字化水平台坐标系，包括：
根据预处理后的原始数据获取状态方程、观察方程、噪声协方差以及测量噪声误差协方差；
根据预处理后的原始数据内的三轴加速度矢量和调整测量误差协方差；
根据调整后的测量误差协方差获取均方差矩阵、滤波增益矩阵、状态估计矩阵、均方差估计矩阵；
根据状态估计矩阵建立数字化水平台坐标系。
其进一步技术方案为：所述将数字化水平台坐标系转换至车载坐标系，包括：
采用：
建立数字化水平台坐标系与车载坐标系的变换矩阵，其中ψ，θ，为预处理后的原始数据内的欧拉角；
根据变换矩阵将数字化水平台坐标系转换至车载坐标系。
其进一步技术方案为：所述基于车载坐标系输出行驶方向、侧向方向、垂直路面方向不含重力加速度分量的加速度分量，基于数字化水平台坐标输出俯仰方向的角速度值、偏航方向的角速度值、翻滚方向的角速度值，包括：
获取重力加速度在车载坐标系上的分量；
将行驶方向、侧向方向、垂直路面方向的加速度分量减去重力加速度在车载坐标系上的分量，以得到行驶方向、侧向方向、垂直路面方向不含重力加速度分量的加速度分量；
根据预处理后的原始数据内的欧拉角以及重力加速度在数字化水平台坐标上的角速度分量进行矩阵运算，以得到俯仰方向的角速度值、偏航方向的角速度值、翻滚方向的角速度值。
其进一步技术方案为：所述对行驶方向、侧向方向、垂直路面方向不含重力加速度分量的加速度分量进行处理，以形成波形特性，包括：
利用巴特沃兹低通滤波器对行驶方向、侧向方向、垂直路面方向不含重力加速度分量的加速度分量进行二次低通数字滤波，以得到波形特性。
其进一步技术方案为：所述根据波形特性、俯仰方向的角速度值、偏航方向的角速度值、翻滚方向的角速度值获取车辆行驶状态，包括：
判断波形特性内行驶方向不含重力加速度分量的加速度分量是否大于第一设定阈值；
若是，则输出车辆处于急加速状态的通知；
若否，则判断波形特性内行驶方向不含重力加速度分量的加速度分量的负数是否大于第二设定阈值；
若是，则输出车辆处于急减速状态的通知；
若否，则判断偏航方向的角速度值是否大于第三设定阈值；
若是，则输出车辆处于急转弯状态的通知；
若否，则判断翻滚方向的角度值是否大于第四设定阈值；
若是，则输出车辆处于侧翻预警状态的通知；
若否，则判断波形特性内垂直路面方向不含重力加速度分量的加速度分量值是否大于第五设定阈值；
若是，则输出车辆处于颠簸路面行驶状态的预警；
若否，则进入结束步骤。
本发明还提供了车辆行驶状态监测装置，包括：
原始数据获取单元，用于获取车辆三轴加速度和三轴角速度，形成原始数据；
预处理单元，用于对原始数据进行预处理；
坐标系建立单元，用于根据预处理后的原始数据建立数字化水平台坐标系；
转换单元，用于将数字化水平台坐标系转换至车载坐标系；
输出单元，用于基于车载坐标系输出行驶方向、侧向方向、垂直路面方向不含重力加速度分量的加速度分量，基于数字化水平台坐标输出俯仰方向的角速度值、偏航方向的角速度值、翻滚方向的角速度值；
特性形成单元，用于对行驶方向、侧向方向、垂直路面方向不含重力加速度分量的加速度分量进行处理，以形成波形特性；
状态获取单元，用于根据波形特性、俯仰方向的角速度值、偏航方向的角速度值、翻滚方向的角速度值获取车辆行驶状态。
本发明还提供了一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器及处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的车辆行驶状态监测方法。
本发明还提供了一种存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时可实现上述的车辆行驶状态监测方法。
本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明通过获取三轴加速度和三轴角速度，利用获取的原始数据进行滤波处理并构建数字化水平台坐标系在数字化水平台坐标系上去除重力加速度，将三轴角速度和不含重力加速度的三轴加速度数据转换到车载坐标系下，输出行驶方向、侧向和垂直路面三个方向不含重力加速度分量的加速度波形和俯仰方向、偏航方向、翻滚方向的角速度值，通过识别波形特性的方法来分析车辆行驶状态，以提醒驾驶者纠正驾驶行为，更有利于驾驶员对车辆行驶轨迹的预判并及时调整车辆的行驶方向，以减少交通意外的发生。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的车辆行驶状态监测方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的加速度滤波前后的对比波形示意图；
图3为本发明实施例提供的角速度滤波前后的对比波形示意图；
图4为本发明实施例提供的车辆行驶状态监测方法的实测波形示意图；
图5为本发明实施例提供的车辆行驶状态监测装置的示意性框图；
图6为本发明实施例提供的计算机设备的示意性框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
请参阅图1，图1为本发明实施例提供的车辆行驶状态监测方法的示意性流程图。该车辆行驶状态监测应用于服务器中，以监测平台形式存在，该服务器与用户终端进行数据交互，其中，用户终端的使用者一般为车辆驾驶者，比如货车驾驶者，该服务器根据传感器获取车辆的三轴加速度和三轴角速度，并将获取的车辆行驶状态反馈至用户终端，以作为提醒驾驶者纠正行车行为。
图1是本发明实施例提供的车辆行驶状态监测方法的流程示意图。如图1所示，该方法包括以下步骤S110至S170。
S110、获取车辆三轴加速度和三轴角速度，形成原始数据。
在本实施例中具体是采用单体六轴MEMS惯性传感器获取车辆三轴加速度以及三轴角速度，其中，单体六轴MEMS惯性传感器包括三轴加速度计和三轴陀螺仪，采用IIC接口与服务器进行数据交换。
S120、对原始数据进行预处理。
在本实施例中，利用巴特沃兹低通滤波器对采集的车辆三轴加速度和三轴角速度进行低通滤波处理，以形成预处理后的原始数据。
其中，该车辆三轴加速度和车辆三轴角速度进行低通滤波处理的滤波器的低通截止频率参数是不同的，选择2个2阶节级联的滤波器，输入低通截止频率，获得数字滤波器的差分函数的系数，利用该差分函数即可实现对原始数据的预处理。
具体地，上述的归一化巴特沃兹L(L为偶数)阶模拟低通滤波器传导函数：
预畸变后的模拟滤波器的通带边界频率Ωc为：
其中，fc为低通截止频率，fs为采样频率；
模拟滤波器的频率轴尺度变换函数：
利用双线性变换法，将模拟滤波器变换为数字滤波器，输出数字滤波器系数a(i)，b(i)：其中，a(i)是H(z)的分母系数，b(i)是H(z)的分子系数，；
数字滤波的差分函数：
利用该数字滤波的差分函数获取低通滤波处理后的车辆三轴加速度和三轴角速度，加速度和角速度滤波前后的对比波形如图2和图3所示，滤波处理后的原始数据具备较明显的特性和波形，可使得后续的分析更加准确。
S130、根据预处理后的原始数据建立数字化水平台坐标系。
在本实施例中，上述的数字化水平坐标系n-XYZ是虚拟坐标系，XOY总保持为水平面，X指向行驶方向，原点设为重心，在此坐标系下表示车辆的俯仰方向的角度值、偏航方向的角度值、翻滚方向的角度值。
在一实施例中，上述的步骤S130可包括步骤S131～S134.
S131、根据预处理后的原始数据获取状态方程、观察方程、噪声协方差以及测量噪声误差协方差；
在本实施例中，依据卡尔曼滤波器利用预处理后的原始数据建立状态方程、观察方程、噪声协方差以及测量噪声误差协方差，具体如下：
状态方程为Xk|k-1＝Ak|k-1Xk-1+BUk；其中 U＝[ωgx ωgy ωgz]T；式中的ψ、θ、为车辆欧拉角，bx、by、bz为三轴角速度的偏差，t为采集时间，ωgx、ωgy、ωgz为低通滤波后的角速度值，即预处理后原始数据中的三轴角速度；
另外，该观察方程为Zk＝HkXk+Vk；其中， 式中V为测量噪声，θa、是由预处理后的原始数据中加速度的欧拉角，其中，其中，ax、ay、az为预处理后的原始数据中的三轴加速度。
系统过程噪声协方差为其中， 分别为预处理后的原始数据中三轴加速度和三轴角速度的噪声方差；测量误差协方差 分别指代欧拉角θ、对应的协方差。
S132、根据预处理后的原始数据内的三轴加速度矢量和调整测量误差协方差。
在本实施例中，上述的的值需要动态修正。动态修正的方法是根据预处理后的原始数据内三轴加速度的矢量和的大小G来调整的值，G越接近重力加速度g时取值越小，反之越大。越接近g则车辆接近静止状态或匀速直线运动。
S133、根据调整后的测量误差协方差获取均方差矩阵、滤波增益矩阵、状态估计矩阵、均方差估计矩阵。
在本实施例中，上述的均方差矩阵可采用一步预测方式获取，该均方差矩阵为Pk|k-1＝APk-1AT+Q；滤波增益矩阵为Kk＝Pk|k-1HT/(HPk|k-1HT+R)；状态估计矩阵为Xk＝Xk|k-1+Kk/(Zk-HXk|k-1)；均方差估计矩阵为Pk＝(I-KkH)Pk|k-1。
S134、根据状态估计矩阵建立数字化水平台坐标系。
在本实施例中，根据ψ、θ、即可形成数字化水平台坐标系的参数，以此建立数字化水平台坐标系。
S140、将数字化水平台坐标系转换至车载坐标系。
在本实施例中，上述的车载坐标系是指设定的且固定在车辆上的坐标系，该坐标系的原点与数字化水平台坐标系的原点一致，X指向车头，Y指向车侧方，Z垂直车身向上。
在一实施例中，上述的步骤S140可包括步骤S141～S142。
S141、采用：
建立数字化水平台坐标系与车载坐标系的变换矩阵，其中ψ，θ，为预处理后的原始数据内的欧拉角；
S142、根据变换矩阵将数字化水平台坐标系转换至车载坐标系。
建立车载坐标系b-XYZ，X轴指向车头，Y指向车侧方，Z轴垂直车身向上。传感器测量的值是相对于车载坐标系b-XYZ。利用三维坐标变换算法，建立数字化水平台坐标系与车载坐标系之间的变换矩阵，利用变换矩阵将数字化水平台坐标系转换至车载坐标系，将获取的三轴加速度以及三轴角速度转为实际车辆的坐标系上的数据，以提高监测的准确度。
S150、基于车载坐标系输出行驶方向、侧向方向、垂直路面方向不含重力加速度分量的加速度分量，基于数字化水平台坐标输出俯仰方向的角速度值、偏航方向的角速度值、翻滚方向的角速度值。
从车辆三个方向的加速度以及三轴加速度和三轴角速度获取的俯仰方向的角速度值、偏航方向的角速度值、翻滚方向的角速度值，两个坐标系同时判断车辆的行驶状态，可提高监测的准确度。
在一实施例中，上述的步骤S150可包括步骤S150～S153。
S151、获取重力加速度在车载坐标系上的分量。
在本实施例中，采用获取重力加速度在车载坐标系上的分量，其中，b代表车载坐标系，n代表水平坐标系。
S152、将行驶方向、侧向方向、垂直路面方向的加速度分量减去重力加速度在车载坐标系上的分量，以得到行驶方向、侧向方向、垂直路面方向不含重力加速度分量的加速度分量。
在本实施例中，采用获取行驶方向、侧向方向、垂直路面方向的加速度分量。
S153、根据预处理后的原始数据内的欧拉角以及重力加速度在数字化水平台坐标上的角速度分量进行矩阵运算，以得到俯仰方向的角速度值、偏航方向的角速度值、翻滚方向的角速度值。
在本实施例中，采用获取俯仰方向的角速度值、偏航方向的角速度值、翻滚方向的角速度值。
S160、对行驶方向、侧向方向、垂直路面方向不含重力加速度分量的加速度分量进行处理，以形成波形特性。
在本实施例中，利用巴特沃兹低通滤波器对行驶方向、侧向方向、垂直路面方向不含重力加速度分量的加速度分量进行二次低通数字滤波，以得到波形特性。该二次低通数字滤波与步骤S120的低通滤波处理过程一致，仅仅是滤波器参数不一样，即数字滤波器的差分函数的系数的不一致，将三轴加速度替换为行驶方向、侧向方向、垂直路面方向不含重力加速度分量的加速度分量，按照步骤S120的低通滤波处理过程进行二次低通数字滤波，以使得行驶方向、侧向方向、垂直路面方向不含重力加速度分量的加速度分量的特性更加明显，如图4所示，以便于后续的判断，提高检测准确度。
S170、根据波形特性、俯仰方向的角速度值、偏航方向的角速度值、翻滚方向的角速度值获取车辆行驶状态。
通过获取车辆行驶状态，以用户终端提醒驾驶者，更有利于驾驶员对车辆行驶轨迹的预判并及时调整车辆的行驶方向。
在一实施例中，上述步骤S170可包括步骤S170a～S170j。
S170a、判断波形特性内行驶方向不含重力加速度分量的加速度分量是否大于第一设定阈值；
S170b、若是，则输出车辆处于急加速状态的通知；
S170c、若否，则判断波形特性内行驶方向不含重力加速度分量的加速度分量的负数是否大于第二设定阈值；
S170d、若是，则输出车辆处于急减速状态的通知；
S170e、若否，则判断偏航方向的角速度值是否大于第三设定阈值；
S170f、若是，则输出车辆处于急转弯状态的通知；
S170g、若否，则判断翻滚方向的角度值是否大于第四设定阈值；
S170h、若是，则输出车辆处于侧翻预警状态的通知；
S170i、若否，则判断波形特性内垂直路面方向不含重力加速度分量的加速度分量值是否大于第五设定阈值；
S170j、若是，则输出车辆处于颠簸路面行驶状态的预警；
若否，则进入结束步骤。
通过获取车辆行驶状态，以用户终端提醒驾驶者，更有利于驾驶员对车辆行驶轨迹的预判并及时调整车辆的行驶方向。
上述的第一设定阈值、第二设定阈值、第三设定阈值、第四设定阈值以及第五设定阈值均为事先预定的，根据不同的车辆的实际情况而定。
在本实施例中，上述的服务器内的主控芯片为32位ARM架构的CPU，芯片型号为STM32F105RCT6，上述的方法均在此CPU内实现。另外，该服务器内还设有电源，该电源支持10～36V电压供电，通过DCDC电路将电压降为5V，再将5V电压通过LDO稳到3.3V，且服务器上还设有RS232、RS485和CAN总线用于对外进行数据交换，将识别到的急加速、急减速、急转弯、颠簸路面行驶、侧翻预警等车辆行驶状态通过RS232接口上传至用户终端，该用户终端可以是手机、电脑等终端，以进行本地报警，并将所发生的相关危险驾驶行为的时间、地点等信息上传到后台管理系统，由后台管理系统进行进一步的分析处理。
举个例子：三轴加速度采样值为：ax＝-0.059990205680705191g；ay＝0.029581135964114689g；az＝1.1321671525753159g；
三轴角速度采样值为：ωx＝-0.012250914882616527；ωy＝-0.025567126711547535；ωz＝＝0.014914157248402728；
低通滤波处理后的三轴加速度为：ax＝-0.061695216740084713g；ay＝0.072193867583412979g；az＝0.82376605128624969g；
低通滤波处理后的三轴角速度为：ωgx＝-0.024564388543949253；ωgy＝0.020884790119901214；ωgz＝0.046178941861782674。
数字化水平平台的构建参数为欧拉角的值为：
ψ＝0.00000000000000000；(设定两个坐标系绕Z向无相对转动)；θ＝0.048599859980417569；
数字化水平台坐标系与车载坐标系的变换矩阵：
数字化水平台坐标系与车载坐标系下的分量值，重力加速度g在车载坐标系的分量为
在车载坐标系下不含重力加速度分量的加速度分量值为
在水平坐标系n-XYZ下的三个角速度分量值，即俯仰方向的角速度值、偏航方向的角速度值、翻滚方向的角速度值为：
货车不含重力加速度分量的加速度二次低通滤波的处理结果如下：
在车载坐标系下不含重力加速度分量的加速度滤波前后的数值为：
加速度低通滤波前的值为：
加速度低通滤波后的值为：
在行驶方向上加速度分量的绝对值为0.15301484265332288g，大于设定的货车急加/减速阀值0.131g，方向为行驶方向，故驾驶行为属于急加速。
上述的车辆行驶状态监测方法，通过获取三轴加速度和三轴角速度，利用获取的原始数据进行滤波处理并构建数字化水平台坐标系在数字化水平台坐标系上去除重力加速度，将三轴角速度和不含重力加速度的三轴加速度数据转换到车载坐标系下，输出行驶方向、侧向和垂直路面三个方向不含重力加速度分量的加速度波形和俯仰方向、偏航方向、翻滚方向的角速度值，通过识别波形特性的方法来分析车辆行驶状态，以提醒驾驶者纠正驾驶行为，更有利于驾驶员对车辆行驶轨迹的预判并及时调整车辆的行驶方向，以减少交通意外的发生。
图5是本发明实施例提供的一种车辆行驶状态监测装置300的示意性框图。如图5所示，对应于以上车辆行驶状态监测方法，本发明还提供一种车辆行驶状态监测装置300。该车辆行驶状态监测装置300包括用于执行上述车辆行驶状态监测方法的单元，该装置可以被配置于服务器中。具体地，请参阅图5，该车辆行驶状态监测装置300包括：
原始数据获取单元301，用于获取车辆三轴加速度和三轴角速度，形成原始数据。
预处理单元302，用于对原始数据进行预处理。
坐标系建立单元303，用于根据预处理后的原始数据建立数字化水平台坐标系。
转换单元304，用于将数字化水平台坐标系转换至车载坐标系。
输出单元305，用于基于车载坐标系输出行驶方向、侧向方向、垂直路面方向不含重力加速度分量的加速度分量，基于数字化水平台坐标输出俯仰方向的角速度值、偏航方向的角速度值、翻滚方向的角速度值。
特性形成单元306，用于对行驶方向、侧向方向、垂直路面方向不含重力加速度分量的加速度分量进行处理，以形成波形特性。
状态获取单元307，用于根据波形特性、俯仰方向的角速度值、偏航方向的角速度值、翻滚方向的角速度值获取车辆行驶状态。
在一实施例中，所述坐标系建立单元303包括：
数值获取子单元，用于根据预处理后的原始数据获取状态方程、观察方程、噪声协方差以及测量噪声误差协方差；
调整子单元，用于根据预处理后的原始数据内的三轴加速度矢量和调整测量误差协方差；
预测子单元，用于根据调整后的测量误差协方差获取均方差矩阵、滤波增益矩阵、状态估计矩阵、均方差估计矩阵；
建立子单元，用于根据状态估计矩阵建立数字化水平台坐标系。
在一实施例中，所述转换单元304包括：
矩阵建立子单元，用于采用：
建立数字化水平台坐标系与车载坐标系的变换矩阵，其中ψ，θ，为预处理后的原始数据内的欧拉角；
坐标系转换子单元，用于根据变换矩阵将数字化水平台坐标系转换至车载坐标系。
在一实施例中，所述输出单元305包括：
重力分量获取子单元，用于获取重力加速度在车载坐标系上的分量；
线性运算子单元，用于将行驶方向、侧向方向、垂直路面方向的加速度分量减去重力加速度在车载坐标系上的分量，以得到行驶方向、侧向方向、垂直路面方向不含重力加速度分量的加速度分量；
矩阵运算子单元，用于根据预处理后的原始数据内的欧拉角以及重力加速度在数字化水平台坐标上的角速度分量进行矩阵运算，以得到俯仰方向的角速度值、偏航方向的角速度值、翻滚方向的角速度值。
在一实施例中，所述状态获取单元307包括：
第一判断子单元，用于判断波形特性内行驶方向不含重力加速度分量的加速度分量是否大于第一设定阈值；
第一输出子单元，用于若是，则输出车辆处于急加速状态的通知；
第二判断子单元，用于若否，则判断波形特性内行驶方向不含重力加速度分量的加速度分量的负数是否大于第二设定阈值；
第二输出子单元，用于若是，则输出车辆处于急减速状态的通知；
第三判断子单元，用于若否，则判断偏航方向的角速度值是否大于第三设定阈值；
第三输出子单元，用于若是，则输出车辆处于急转弯状态的通知；
第四判断子单元，用于若否，则判断翻滚方向的角度值是否大于第四设定阈值；
第四输出子单元，用于若是，则输出车辆处于侧翻预警状态的通知；
第五判断子单元，用于若否，则判断波形特性内垂直路面方向不含重力加速度分量的加速度分量值是否大于第五设定阈值；
第五输出子单元，用于若是，则输出车辆处于颠簸路面行驶状态的预警。
需要说明的是，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，上述车辆行驶状态监测装置300和各单元的具体实现过程，可以参考前述方法实施例中的相应描述，为了描述的方便和简洁，在此不再赘述。
上述车辆行驶状态监测装置300可以实现为一种计算机程序的形式，该计算机程序可以在如图6所示的计算机设备上运行。
请参阅图6，图6是本申请实施例提供的一种计算机设备的示意性框图。该计算机设备500是服务器。
参阅图6，该计算机设备500包括通过系统总线501连接的处理器502、存储器和网络接口505，其中，存储器可以包括非易失性存储介质503和内存储器504。
该非易失性存储介质503可存储操作系统5031和计算机程序5032。该计算机程序5032包括程序指令，该程序指令被执行时，可使得处理器502执行一种车辆行驶状态监测方法。
该处理器502用于提供计算和控制能力，以支撑整个计算机设备500的运行。
该内存储器504为非易失性存储介质503中的计算机程序5032的运行提供环境，该计算机程序5032被处理器502执行时，可使得处理器502执行一种车辆行驶状态监测方法。
该网络接口505用于与其它设备进行网络通信。本领域技术人员可以理解，图6中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备500的限定，具体的计算机设备500可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
其中，所述处理器502用于运行存储在存储器中的计算机程序5032，以实现如下步骤：
获取车辆三轴加速度和三轴角速度，形成原始数据；
对原始数据进行预处理；
根据预处理后的原始数据建立数字化水平台坐标系；
将数字化水平台坐标系转换至车载坐标系；
基于车载坐标系输出行驶方向、侧向方向、垂直路面方向不含重力加速度分量的加速度分量，基于数字化水平台坐标输出俯仰方向的角速度值、偏航方向的角速度值、翻滚方向的角速度值；
对行驶方向、侧向方向、垂直路面方向不含重力加速度分量的加速度分量进行处理，以形成波形特性；
根据波形特性、俯仰方向的角速度值、偏航方向的角速度值、翻滚方向的角速度值获取车辆行驶状态。
在一实施例中，处理器502在实现所述对原始数据进行预处理步骤时，具体实现如下步骤：
利用巴特沃兹低通滤波器对采集的车辆三轴加速度和三轴角速度进行低通滤波处理，以形成预处理后的原始数据。
在一实施例中，处理器502在实现所述根据预处理后的原始数据建立数字化水平台坐标系步骤时，具体实现如下步骤：
根据预处理后的原始数据获取状态方程、观察方程、噪声协方差以及测量噪声误差协方差；
根据预处理后的原始数据内的三轴加速度矢量和调整测量误差协方差；
根据调整后的测量误差协方差获取均方差矩阵、滤波增益矩阵、状态估计矩阵、均方差估计矩阵；
根据状态估计矩阵建立数字化水平台坐标系。
在一实施例中，处理器502在实现所述将数字化水平台坐标系转换至车载坐标系步骤时，具体实现如下步骤：
采用：
建立数字化水平台坐标系与车载坐标系的变换矩阵，其中ψ，θ，为预处理后的原始数据内的欧拉角；
根据变换矩阵将数字化水平台坐标系转换至车载坐标系。
在一实施例中，处理器502在实现所述基于车载坐标系输出行驶方向、侧向方向、垂直路面方向不含重力加速度分量的加速度分量，基于数字化水平台坐标输出俯仰方向的角速度值、偏航方向的角速度值、翻滚方向的角速度值步骤时，具体实现如下步骤：
获取重力加速度在车载坐标系上的分量；
将行驶方向、侧向方向、垂直路面方向的加速度分量减去重力加速度在车载坐标系上的分量，以得到行驶方向、侧向方向、垂直路面方向不含重力加速度分量的加速度分量；
根据预处理后的原始数据内的欧拉角以及重力加速度在数字化水平台坐标上的角速度分量进行矩阵运算，以得到俯仰方向的角速度值、偏航方向的角速度值、翻滚方向的角速度值。
在一实施例中，处理器502在实现所述对行驶方向、侧向方向、垂直路面方向不含重力加速度分量的加速度分量进行处理，以形成波形特性步骤时，具体实现如下步骤：
利用巴特沃兹低通滤波器对行驶方向、侧向方向、垂直路面方向不含重力加速度分量的加速度分量进行二次低通数字滤波，以得到波形特性。
在一实施例中，处理器502在实现所述根据波形特性、俯仰方向的角速度值、偏航方向的角速度值、翻滚方向的角速度值获取车辆行驶状态步骤时，具体实现如下步骤：
判断波形特性内行驶方向不含重力加速度分量的加速度分量是否大于第一设定阈值；
若是，则输出车辆处于急加速状态的通知；
若否，则判断波形特性内行驶方向不含重力加速度分量的加速度分量的负数是否大于第二设定阈值；
若是，则输出车辆处于急减速状态的通知；
若否，则判断偏航方向的角速度值是否大于第三设定阈值；
若是，则输出车辆处于急转弯状态的通知；
若否，则判断翻滚方向的角度值是否大于第四设定阈值；
若是，则输出车辆处于侧翻预警状态的通知；
若否，则判断波形特性内垂直路面方向不含重力加速度分量的加速度分量值是否大于第五设定阈值；
若是，则输出车辆处于颠簸路面行驶状态的预警；
若否，则进入结束步骤。
应当理解，在本申请实施例中，处理器502可以是中央处理单元(CentralProcessing Unit，CPU)，该处理器502还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。其中，通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
本领域普通技术人员可以理解的是实现上述实施例的方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成。该计算机程序包括程序指令，计算机程序可存储于一存储介质中，该存储介质为计算机可读存储介质。该程序指令被该计算机系统中的至少一个处理器执行，以实现上述方法的实施例的流程步骤。
因此，本发明还提供一种存储介质。该存储介质可以为计算机可读存储介质。该存储介质存储有计算机程序，其中该计算机程序被处理器执行时使处理器执行如下步骤：
获取车辆三轴加速度和三轴角速度，形成原始数据；
对原始数据进行预处理；
根据预处理后的原始数据建立数字化水平台坐标系；
将数字化水平台坐标系转换至车载坐标系；
基于车载坐标系输出行驶方向、侧向方向、垂直路面方向不含重力加速度分量的加速度分量，基于数字化水平台坐标输出俯仰方向的角速度值、偏航方向的角速度值、翻滚方向的角速度值；
对行驶方向、侧向方向、垂直路面方向不含重力加速度分量的加速度分量进行处理，以形成波形特性；
根据波形特性、俯仰方向的角速度值、偏航方向的角速度值、翻滚方向的角速度值获取车辆行驶状态。
在一实施例中，所述处理器在执行所述计算机程序而实现所述对原始数据进行预处理步骤时，具体实现如下步骤：
利用巴特沃兹低通滤波器对采集的车辆三轴加速度和三轴角速度进行低通滤波处理，以形成预处理后的原始数据。
在一实施例中，所述处理器在执行所述计算机程序而实现所述根据预处理后的原始数据建立数字化水平台坐标系步骤时，具体实现如下步骤：
根据预处理后的原始数据获取状态方程、观察方程、噪声协方差以及测量噪声误差协方差；
根据预处理后的原始数据内的三轴加速度矢量和调整测量误差协方差；
根据调整后的测量误差协方差获取均方差矩阵、滤波增益矩阵、状态估计矩阵、均方差估计矩阵；
根据状态估计矩阵建立数字化水平台坐标系。
在一实施例中，所述处理器在执行所述计算机程序而实现所述将数字化水平台坐标系转换至车载坐标系步骤时，具体实现如下步骤：
采用：
建立数字化水平台坐标系与车载坐标系的变换矩阵，其中ψ，θ，为预处理后的原始数据内的欧拉角；
根据变换矩阵将数字化水平台坐标系转换至车载坐标系。
在一实施例中，所述处理器在执行所述计算机程序而实现所述基于车载坐标系输出行驶方向、侧向方向、垂直路面方向不含重力加速度分量的加速度分量，基于数字化水平台坐标输出俯仰方向的角速度值、偏航方向的角速度值、翻滚方向的角速度值步骤时，具体实现如下步骤：
获取重力加速度在车载坐标系上的分量；
将行驶方向、侧向方向、垂直路面方向的加速度分量减去重力加速度在车载坐标系上的分量，以得到行驶方向、侧向方向、垂直路面方向不含重力加速度分量的加速度分量；
根据预处理后的原始数据内的欧拉角以及重力加速度在数字化水平台坐标上的角速度分量进行矩阵运算，以得到俯仰方向的角速度值、偏航方向的角速度值、翻滚方向的角速度值。
在一实施例中，所述处理器在执行所述计算机程序而实现所述对行驶方向、侧向方向、垂直路面方向不含重力加速度分量的加速度分量进行处理，以形成波形特性步骤时，具体实现如下步骤：
利用巴特沃兹低通滤波器对行驶方向、侧向方向、垂直路面方向不含重力加速度分量的加速度分量进行二次低通数字滤波，以得到波形特性。
在一实施例中，所述处理器在执行所述计算机程序而实现所述根据波形特性、俯仰方向的角速度值、偏航方向的角速度值、翻滚方向的角速度值获取车辆行驶状态步骤时，具体实现如下步骤：
判断波形特性内行驶方向不含重力加速度分量的加速度分量是否大于第一设定阈值；
若是，则输出车辆处于急加速状态的通知；
若否，则判断波形特性内行驶方向不含重力加速度分量的加速度分量的负数是否大于第二设定阈值；
若是，则输出车辆处于急减速状态的通知；
若否，则判断偏航方向的角速度值是否大于第三设定阈值；
若是，则输出车辆处于急转弯状态的通知；
若否，则判断翻滚方向的角度值是否大于第四设定阈值；
若是，则输出车辆处于侧翻预警状态的通知；
若否，则判断波形特性内垂直路面方向不含重力加速度分量的加速度分量值是否大于第五设定阈值；
若是，则输出车辆处于颠簸路面行驶状态的预警；
若否，则进入结束步骤。
所述存储介质可以是U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的计算机可读存储介质。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的。例如，各个单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。
本发明实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。本发明实施例装置中的单元可以根据实际需要进行合并、划分和删减。另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。
该集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，终端，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.车辆行驶状态监测方法，其特征在于，包括：
获取车辆三轴加速度和三轴角速度，形成原始数据；
对原始数据进行预处理；
根据预处理后的原始数据建立数字化水平台坐标系；
将数字化水平台坐标系转换至车载坐标系；
基于车载坐标系输出行驶方向、侧向方向、垂直路面方向不含重力加速度分量的加速度分量，基于数字化水平台坐标输出俯仰方向的角速度值、偏航方向的角速度值、翻滚方向的角速度值；
对行驶方向、侧向方向、垂直路面方向不含重力加速度分量的加速度分量进行处理，以形成波形特性；
根据波形特性、俯仰方向的角速度值、偏航方向的角速度值、翻滚方向的角速度值获取车辆行驶状态。
2.根据权利要求1所述的车辆行驶状态监测方法，其特征在于，所述对原始数据进行预处理，包括：
利用巴特沃兹低通滤波器对采集的车辆三轴加速度和三轴角速度进行低通滤波处理，以形成预处理后的原始数据。
3.根据权利要求2所述的车辆行驶状态监测方法，其特征在于，所述根据预处理后的原始数据建立数字化水平台坐标系，包括：
根据预处理后的原始数据获取状态方程、观察方程、噪声协方差以及测量噪声误差协方差；
根据预处理后的原始数据内的三轴加速度矢量和调整测量误差协方差；
根据调整后的测量误差协方差获取均方差矩阵、滤波增益矩阵、状态估计矩阵、均方差估计矩阵；
根据状态估计矩阵建立数字化水平台坐标系。
4.根据权利要求3所述的车辆行驶状态监测方法，其特征在于，所述将数字化水平台坐标系转换至车载坐标系，包括：
采用：
建立数字化水平台坐标系与车载坐标系的变换矩阵，其中ψ，θ，为预处理后的原始数据内的欧拉角；
根据变换矩阵将数字化水平台坐标系转换至车载坐标系。
5.根据权利要求4所述的车辆行驶状态监测方法，其特征在于，所述基于车载坐标系输出行驶方向、侧向方向、垂直路面方向不含重力加速度分量的加速度分量，基于数字化水平台坐标输出俯仰方向的角速度值、偏航方向的角速度值、翻滚方向的角速度值，包括：
获取重力加速度在车载坐标系上的分量；
将行驶方向、侧向方向、垂直路面方向的加速度分量减去重力加速度在车载坐标系上的分量，以得到行驶方向、侧向方向、垂直路面方向不含重力加速度分量的加速度分量；
根据预处理后的原始数据内的欧拉角以及重力加速度在数字化水平台坐标上的角速度分量进行矩阵运算，以得到俯仰方向的角速度值、偏航方向的角速度值、翻滚方向的角速度值。
6.根据权利要求5所述的车辆行驶状态监测方法，其特征在于，所述对行驶方向、侧向方向、垂直路面方向不含重力加速度分量的加速度分量进行处理，以形成波形特性，包括：
利用巴特沃兹低通滤波器对行驶方向、侧向方向、垂直路面方向不含重力加速度分量的加速度分量进行二次低通数字滤波，以得到波形特性。
7.根据权利要求6所述的车辆行驶状态监测方法，其特征在于，所述根据波形特性、俯仰方向的角速度值、偏航方向的角速度值、翻滚方向的角速度值获取车辆行驶状态，包括：
判断波形特性内行驶方向不含重力加速度分量的加速度分量是否大于第一设定阈值；
若是，则输出车辆处于急加速状态的通知；
若否，则判断波形特性内行驶方向不含重力加速度分量的加速度分量的负数是否大于第二设定阈值；
若是，则输出车辆处于急减速状态的通知；
若否，则判断偏航方向的角速度值是否大于第三设定阈值；
若是，则输出车辆处于急转弯状态的通知；
若否，则判断翻滚方向的角度值是否大于第四设定阈值；
若是，则输出车辆处于侧翻预警状态的通知；
若否，则判断波形特性内垂直路面方向不含重力加速度分量的加速度分量值是否大于第五设定阈值；
若是，则输出车辆处于颠簸路面行驶状态的预警；
若否，则进入结束步骤。
8.车辆行驶状态监测装置，其特征在于，包括：
原始数据获取单元，用于获取车辆三轴加速度和三轴角速度，形成原始数据；
预处理单元，用于对原始数据进行预处理；
坐标系建立单元，用于根据预处理后的原始数据建立数字化水平台坐标系；
转换单元，用于将数字化水平台坐标系转换至车载坐标系；
输出单元，用于基于车载坐标系输出行驶方向、侧向方向、垂直路面方向不含重力加速度分量的加速度分量，基于数字化水平台坐标输出俯仰方向的角速度值、偏航方向的角速度值、翻滚方向的角速度值；
特性形成单元，用于对行驶方向、侧向方向、垂直路面方向不含重力加速度分量的加速度分量进行处理，以形成波形特性；
状态获取单元，用于根据波形特性、俯仰方向的角速度值、偏航方向的角速度值、翻滚方向的角速度值获取车辆行驶状态。
9.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器及处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7中任一项所述的车辆行驶状态监测方法。
10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时可实现如权利要求1至7中任一项所述的车辆行驶状态监测方法。
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