一种隧道车辆定位系统及其定位方法技术方案

一种隧道车辆定位系统及其定位方法，定位系统包括定位基站，交换机，放置在目标车辆内的定位标签系统和惯性导航模块，综合管理平台；该定位方法通过定位基站发送超宽带信号，并将自身的位置信息发送至交换机和目标车辆；无线通信模块接收定位基站和周围车辆的信息，将信号传输至信息处理模块；信息处理模块估计目标车辆的位置；目标车辆将自身信息发送给周围车辆和定位基站；定位基站将信息传输给交换机；交换机将信息传输给综合管理平台；综合管理平台对接收到的所有信息进行处理，估计隧道内的车辆数量，判断隧道否存在交通拥堵或交通事故，做好交通疏导分流；本发明专利技术能够在卫星系统信号较弱时，对隧道内车辆精确定位，可提高隧道的交通安全性。隧道的交通安全性。隧道的交通安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种隧道车辆定位系统及其定位方法


[0001]本专利技术涉及无线信号传输
，尤其涉及一种隧道车辆定位系统及其定位方法。

技术介绍

[0002]车联网是智能交通系统的重要组成部分，它对缓解交通拥堵、提高运输效率具有重要的意义。对于车联网的应用来说，发挥其道路安全相关功能的一个重要前提是实现车辆的实时精确定位。因此，对车辆定位技术进行研究具有重要意义。隧道场景是一种典型的车联网应用场景。隧道具有空间狭小、封闭性较强等特点。在隧道内，由于卫星信号被遮挡，很多室外定位方法在隧道内无法实现车辆的定位，或者定位精度无法满足要求。这会降低隧道交通安全性。尤其是当隧道内发生交通拥堵或交通事故时，由于没有精确的车辆位置信息，无法及时的进行交通预警和交通疏导。
[0003]专利申请CN113112817A公开了一种基于车联网和跟驰行为的隧道车辆定位和预警系统及其方法，在隧道内搭建分段射频识别系统和路侧单元，获取网联车辆的车道通过信息；网联汽车通过车载毫米波雷达，探测前后非网联汽车的位置和速度信息，此外，网联汽车通过智能车载单元将自身的运行信息，发送给路侧单元，传送至边缘工控机和云平台，由此实现隧道内网联和非网联汽车的位置估计。该方法根据射频识别系统读取网联车辆的通过信息得到实时车速，对车速
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时间进行积分累加，获得实时的网联汽车位置信息，定位误差会随着时间而累加，得到的车辆位置信息稳定性及准确性不够。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种隧道车辆定位系统及其定位方法，克服了隧道内由于卫星信号被遮挡无法实现车辆精确定位的问题；能够实现对目标车辆的准确定位，且定位系统的定位性能不受其他车辆遮挡的影响；具有不依赖外部信息，实现全天候工作，能提供连续的车辆位置信息和车辆速度信息，系统稳定性高的特点。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的具体技术方案如下：
[0006]一种隧道车辆定位系统，包括贯穿整个隧道内间隔设置的定位基站100、隧道入口处的交换机200，设置于目标车辆内的定位标签系统300、惯性导航模块400及交通管理部门设置的综合管理平台500；所述定位基站100与隧道入口处的交换机200双向信号连接，交换机200与综合管理平台500双向信号连接；惯性导航模块400与定位标签系统300双向信号连接，定位标签系统300与定位基站100双向信号连接。
[0007]所述定位基站100等距间隔设置，定位基站100中设有隧道无线通信模块110；定位标签系统300包括车辆无线通信模块310、天线模块320及信息处理模块330，隧道无线通信模块110与车辆无线通信模块310双向信号连接，实时无线通信。
[0008]所述天线模块320与定位基站100双向信号连接，天线模块320接收定位基站100发
送的超宽带信号和定位基站位置信息。
[0009]所述信息处理模块330通过天线模块320与定位基站100双向信号连接，信息处理模块330还分别与定位基站100的隧道无线通信模块110及目标车辆的车辆无线通信模块310双向信号连接，对定位基站100发送的超宽带信号进行处理。
[0010]所述惯性导航模块400固定在目标车辆内部重心的位置。
[0011]所述信息处理模块330采用基于ARIMA滤波器的空间交替期望最大化SAGE算法估计信道参数，得到包括直射路径和强反射路径的时延、到达角、离开角信息；估算路径的信息、定位基站100的位置信息及周围车辆的位置信息，得到目标车辆的位置信息。
[0012]一种隧道车辆定位方法，具体包括以下步骤：
[0013]1)定位基站100将其位置信息传输至交换机200及目标车辆；另外，定位基站100实时发送超宽带信号；目标车辆上的车辆无线通信模块310接收定位基站100发送的超宽带信号和定位基站位置信息；
[0014]2)惯性导航模块400测量目标车辆的速度及姿态信息，并将信息传输给信息处理模块330；目标车辆上的天线模块320接收定位基站100发送的超宽带信号，并将信号传输至信息处理模块330；
[0015]3)信息处理模块330进行数据分析处理，进行目标车辆定位；
[0016]4)目标车辆上的车辆无线通信模块310将步骤3)得到的目标车辆的位置信息、速度信息、姿态信息及车牌号、车身尺寸及驾驶员信息发送至定位基站100；定位基站100将目标车辆的位置信息、速度信息、姿态信息、车牌号、车身尺寸、驾驶员信息等发送给交换机200；交换机200将接收到的所有信息发送给综合管理平台500；综合管理平台500根据收集到的信息，估算隧道内车辆的数量，并预估可能出现的交通拥堵情况，及时做好分流引导，避免隧道内的交通拥堵；当隧道内车辆的速度长时间不变时，发出预警，提醒工作人员查看隧道内信息，判断是否有交通事故发生。
[0017]所述步骤3)具体方法包括：
[0018]3.1)信息处理模块330根据定位基站100的位置，确定虚拟基站的位置，以定位基站100关于两条隧道壁的对称点为两个虚拟基站的位置；
[0019]3.2)信息处理模块330采用基于ARIMA滤波器的SAGE算法估计直射路径和强反射路径的时延、到达角、离开角信息；
[0020]3.3)信息处理模块330根据步骤3.1)得到的定位基站100位置信息、虚拟基站的位置信息与步骤3.2)得到的路径的信息及周围车辆位置信息估计目标车辆的位置。
[0021]所述步骤3.3)信息处理模块330采用基于ARIMA滤波器的SAGE算法得到直射路径和强反射路径的时延、到达角、离开角信息，分以下两种情况对目标车辆定位：
[0022]a.在测目标车辆与定位基站100之间为可视距，存在直射路径；求得在测目标车辆定位：
[0023]a1在测目标车辆接收到的来自隧道壁的反射路径的长度，与虚拟基站到在测目标车辆的距离相等；反射路径1的时延乘以光速可得到反射路径1的长度；同理，反射路径2的时延乘以光速可得到反射路径2的长度；同理还可以得到直射路径的长度；
[0024]a2以虚拟基站A为圆心，以反射路径1的长度为半径画圆，该圆为在测目标车辆的所有可能的位置；
[0025]a3以虚拟基站B为圆心，以反射路径2的长度为半径画圆，该圆也为在测目标车辆的所有可能的位置；
[0026]a4以定位基站100为圆心，以直射路径的长度为半径画圆，该圆也为在测目标车辆的所有可能的位置；
[0027]a5采用基于AOA/AOD/TOA的扩展卡尔曼滤波算法估计在测目标车辆的实际位置；
[0028]b.在测目标车辆与定位基站100之间有障碍物时，在测目标车辆与定位基站100之间不存在直射路径；其他目标车辆与定位基站100之间为可视距,求得在测目标车辆定位：
[0029]b1当在测目标车辆与定位基站100之间有其他障碍物，在测目标车辆与定位基站之间不存在直射路径I，当在测目标车辆能够本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种隧道车辆定位系统，包括贯穿整个隧道内间隔设置的定位基站(100)、隧道入口处的交换机(200)，设置于目标车辆内的定位标签系统(300)、惯性导航模块(400)及交通管理部门设置的综合管理平台(500)；其特征在于：所述定位基站(100)与隧道入口处的交换机(200)双向信号连接，交换机(200)与综合管理平台(500)双向信号连接；惯性导航模块(400)与定位标签系统(300)双向信号连接，定位标签系统(300)与定位基站(100)双向信号连接。2.根据权利要求1所述的一种隧道车辆定位系统，其特征在于：所述定位基站(100)等距间隔设置，定位基站(100)中设有隧道无线通信模块(110)；定位标签系统(300)包括车辆无线通信模块(310)、天线模块(320)及信息处理模块(330)，隧道无线通信模块(110)与车辆无线通信模块(310)双向信号连接，实时无线通信。3.根据权利要求2所述的一种隧道车辆定位系统，其特征在于：所述天线模块320与定位基站100双向信号连接，天线模块320接收定位基站100发送的超宽带信号和定位基站位置信息。4.根据权利要求2所述的一种隧道车辆定位系统，其特征在于：所述信息处理模块(330)通过天线模块(320)与定位基站(100)双向信号连接，信息处理模块(330)还分别与定位基站(100)的隧道无线通信模块(110)及目标车辆的车辆无线通信模块(310)双向信号连接，对定位基站(100)发送的超宽带信号进行处理。5.根据权利要求1所述的一种隧道车辆定位系统，其特征在于：所述惯性导航模块(400)固定在目标车辆内部重心的位置。6.根据权利要求1所述的一种隧道车辆定位系统，其特征在于：所述信息处理模块(400)采用基于ARIMA滤波器的空间交替期望最大化SAGE算法估计信道参数，得到包括直射路径和强反射路径的时延、到达角、离开角信息；估算路径的信息、定位基站(100)的位置信息及周围车辆的位置信息，得到目标车辆的位置信息。7.一种隧道车辆定位方法，其特征在于：具体包括以下步骤：1)定位基站100将其位置信息传输至交换机200及目标车辆；另外，定位基站100实时发送超宽带信号；目标车辆上的车辆无线通信模块310接收定位基站100发送的超宽带信号和定位基站位置信息；2)惯性导航模块400测量目标车辆的速度及姿态信息，并将信息传输给信息处理模块330；目标车辆上的天线模块320接收定位基站100发送的超宽带信号，并将信号传输至信息处理模块330；3)信息处理模块(330)进行数据分析处理，进行目标车辆定位；4)目标车辆上的车辆无线通信模块(310)将步骤3)得到的目标车辆的位置信息、速度信息、姿态信息及车牌号、车身尺寸及驾驶员信息发送至定位基站(100)；定位基站(100)将目标车辆的位置信息、速度信息、姿态信息、车牌号、车身尺寸、驾驶员信息等发送给交换机(200)；交换机(200)将接收到的所有信...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜苏英，王利，
申请(专利权)人：宝鸡文理学院，
类型：发明
国别省市：