或类似的标号表示具有相同或类似功能的单元。下面通过参考附图描述 的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
[0132] 本发明为了解决现有基于GPS信息的道路坡度计算方法对GPS信号依赖强、计算结 果误差大，不能用于车辆的工况设计中，进而影响对车辆动力性、经济性评价的问题，提供 了一种基于道路线形和频谱特征的道路坡度计算方法，该方法参阅图1所示，包括如下四个 部分：
[0133] 第一部分S1:采集数据及建立原始数据库Database部分；
[0134] 首先利用安装GPS设备的车辆进行道路试验，接着采集并建立含时间t、速度V1、道 路高程hi、行驶里程si的20Hz原始数据库Database。
[0135] 第二部分S2:数据初步处理部分；
[0136] 首先，将原始数据库Database中的时间。、速度V1、道路高程lu、行驶里程81数据按 照1Hz降频，得到1Hz的时间t 2、速度v2、道路高程h2、行驶里程82数据;其次，设置怠速时刻的 海拔值为统一值hidle，再次，将行驶段S2划分为多个微行程S21，S22，S23...，最后，将微行程距 离小于设定限值s min的微行程合并到相邻的微行程中。
[0137] 第三部分S3:微行程内坡度-里程i3_S3计算；
[0138] 利用第二部分预处理后的时间〖2、速度v2、道路高程h2、行驶里程 82数据插值计算 距离间隔A s等于1米的道路坡度值i3,并对计算出的坡度i3数据进行功率谱密度分析。接 着，选择设定的截止频率f〇以及设定的滤波器F对坡度i 3进行滤波，然后对滤波后结果i3按 照道路线型约束进行判定：当不满足判定条件时，对滤波截止频率fo进行衰减并再次滤波 及结果判定；当满足判定条件时，再对道路坡度值i 3进行最大值判定，当最大值小于道路设 计的实际限值imax时，微行程内坡度计算结束；当最大值大于道路设计的实际限值i max时，对 此段微行程内的道路坡度值进行等比例压缩并再次进行最大值判定。
[0139] 第四部分S4:转化坡度-时间i4_t4序列；
[0140]对第三部分计算出的微行程内坡度-里程i3_S3数据进行合并，并将合并后整体的 坡度-里程i4_S4数据按照车辆的里程-时间幻-七数据转化为坡度-时间i4_t4数据输出。
[0141] 所述第一部分S1包括以下步骤：
[0142] 步骤511:道路坡度相关信息采集
[0143] 通过车载GPS传感器进行道路试验，采集得到车速以、道路高程lu、行驶里程81数 据。
[0144] 步骤Sl2:数据库建立
[0145] 从步骤Sh中采集的道路坡度相关信息中提取时间t、速度V1、道路高程lu、行驶里 程sJi据建立20Hz的原始数据库Database。
[0146] 所述第二部分S2包括以下步骤：
[0147] 步骤321:原始数据降频为1Hz数据
[0148] 原始数据采样频率为20Hz，使用降频方法将其降频为1Hz数据。降频后得到1Hz的 时间t2、速度v 2、道路高程h2、行驶里程82数据。
[0149] 步骤S22:处理怠速时刻海拔值
[0150] 由于GPS信号存在噪声干扰，使得在怠速时刻(连续两秒车辆行驶速度小于0.1m/ S)的海拔值存在波动，需要对这部分的波动进行处理。将怠速时刻海拔设置为最末时刻海 拔，保证该状态下海拔为统一值hldle。对于多个微行程组成的行驶段，按照从后向前的顺序 处理怠速时刻海拔。
[0151] 步骤S23:划分微行程
[0152] 以"一段怠速的开始到下一段怠速的开始"为依据划分微行程，将行驶段划分为若 干个微行程。例如两个相邻的怠速段，前一段的时刻为[4 +1山+2,4+3~，〖_]，后一段的时 刻为[tk+l，tk+2，tk+3，…，tk+n]，其中 tk+l-tp+m>2，将[tp+l，tp+2，tp+3···，tp+m,…，tk+l]内数据划分 为一个微行程。
[0153] 步骤S24:低速、低行程微行程合并
[0154] 按照S23的划分标准进行微行程划分后，所得到的结果中可能会有最高行驶速度 小于最小车速限值vmin，或者有总行驶里程小于最小里程限制s min的微行程，根据数据采集 质量，车速限值大于或等于〇. lkm/h，小于或等于3km/h，车速限值Vmin优选的是lkm/h;该里 程限值选择应大于或等于10米，小于或等于30米，里程限值s min优选的是20米。将这两种微 行程合并到相邻微行程中计算道路坡度，合并时优先向前一个微行程合并。
[0155] 所述第三部分S3包括以下步骤：
[0156] 步骤531:计算间隔1米的坡度-里程i3_S3数据
[0157] 根据GPS车速-时间V2_t2及高程h2数据计算相邻两个采样点间的行驶距离△ s及高 程差A h，然后按照道路坡度定义式： Γ π Ah
[0158] i = -xlOO% As
[0159] 计算每一个采样点对应的道路坡度值^_1(3，使用样条插值的方法得到行驶距离 间隔1米的道路坡度值i 3,得到微行程内的坡度-里程i3_S3数据。根据计算精度需求，所用样 条插值方法可选范围是为2-5次样条插值，优选的是3次样条插值。
[0160] 步骤S32:坡度-里程i3_S3数据的功率谱密度分析
[0161] 使用功率谱密度分析函数分析单个微行程内的坡度-里程i3-S3数据，获得功率谱 密度-频率数据对。
[0162] 步骤S33:初选滤波器截止频率fo
[0163] 根据坡度计算值的功率谱密度分析结果，选取总功率谱密度上限值A对应的频率 为初始截止频率fo，根据计算效率和精度要求，该功率谱密度上限值A选择应大于或等于 95%，小于或等于99.9%，例如选择功率谱密度上限值为99%。
[0164] 步骤S34:坡度-里程数据滤波
[0165] 根据S33确定的截止频率fo构造零相移巴特沃斯滤波器，使用零相移巴特沃斯滤波 器对坡度初步计算结果进行滤波处理，根据计算效率和精度要求，该零相移巴特沃斯滤波 器阶数选择应大于或等于2阶，小于或等于6阶，优选的是4阶零相移巴特沃斯滤波器。
[0166] 参阅图2所示，零相移巴特沃斯滤波器滤波过程是:首先，将坡度初步计算结果进 行前向滤波；其次，将滤波后结果进行时域翻转；再次，对翻转后序列再进行前向滤波；最 后，对第二次通过滤波器的滤波后结果再次进行时域翻转并输出坡度-里程i-s序列。
[0167] 步骤S35:滤波结果判定
[0168] 对S34计算结果进行差分计算，即计算单位距离内道路坡度变化：Δ i = is+1-iS(^n 果坡度变化A i满足道路线形约束，例如：设计速度80km/h的公路，其竖曲线半径最小为 2000米，间隔lm时坡度变化率应小于1/2000,如果满足约束条件，那么滤波结束，执行步骤 S37;否则执行步骤S36。
[0169] 步骤S36:滤波器截止频率衰减
[0170] 以一定系数λ作为衰减系数，对滤波器截止频率fQ进行衰减并构造新的滤波器截 止频率fne3W进行滤波，返回执行步骤S3 4，根据计算效率和精度要求，衰减系数λ选择应大于 或者等于〇. 9，小于或者等于0.99，衰减系数λ优选〇. 95。
[0171] 步骤S37:判断道路坡度计算结果是否超过限值imax
[0172] 当坡度结果满足滤波结束的判定条件后，再对坡度结果是否超过道路竖曲线设计 规范限值imax进行判定，如高速公路数据中道路坡度限值为± 5 %。如果超过限值，则执行步 骤S38;否则执行步骤S39。
[0173] 步骤S38:超过限值的坡度数据处理
[0174] 对微行程内超过道路竖曲线设计规范限值imax的坡度值，采用等比例压缩的方式 将该微行程内的坡度值压缩到道路竖曲线设计规范以内。特别的，将起步加速段和减速停 车段（以1〇〇米的行驶距离定义）内超出±5%的坡度值等比例压缩到±2%以内，并执行步 骤 S37〇
[0175] 步骤S39:判断是否为最后一段微行程
[0176] 判断此段微行程是否为最后一段微行程，若是最后一段微行程则执行步骤S4i，否 则执行步骤S3io。
[0177] 步骤S31Q:调取下一段微行程
[0178]选取下一段微行程数据作为计算对象，并执行步骤S3:。
[0179]所述第四部分S4包括以下步骤：
[0180]步骤S4i:微行程计算结果合并
[0181]对步骤S39计算得到的微行程内的坡度-里程i3_S3数据进行合并，得到整个行程的 坡度-里程i4_S4数据。
[0182]步骤S42:坡度-时间i4_t4数据转换与输出
[0183] 根据坡度-里程i4_S4数据和里程-时间数据，依据行驶距离一致这一原则，结 合线性插值方法，得到道路坡度-时间i4_t 4数据，作为最终计算结果输出。
[0184] 与本发明的基于道路线形和频谱特征的道路坡度计算方法相对应，参阅图3所示， 本发明的基于道路线形和频谱特征的道路坡度计算模块1包括道路坡度计算过程模块2,速 度、高程数据模块3,国标中公路坡度数据模块4,路段构成点坡度计算模块5,提取怠速点与 路段拆分模块6，功率谱密度及道路线型分析模块7，坡度数据功率谱