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一種基于無線射頻的隧道環(huán)境下車輛二維定位方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于無線射頻的隧道環(huán)境下車輛二維定位方法，在城市的隧道環(huán)境中采用射頻識別（RadioFrequencyIdentification，RFID）技術(shù)，結(jié)合射頻識別定位算法以及約束優(yōu)化算法來對車輛進行定位，提高了車輛定位的精度，能夠準確、實時的估算出隧道環(huán)境內(nèi)車輛的二維位置信息，具有定位速度快、精度高、實時性好等顯著優(yōu)點。
【專利說明】一種基于無線射頻的隧道環(huán)境下車輛二維定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于車輛導航定位領(lǐng)域，涉及一種面向隧道環(huán)境的車輛快速二維定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002]伴隨著各項科學技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展和進步，城市交通也已經(jīng)開始逐漸走向了智能化、人性化的道路，從而產(chǎn)生了智能交通系統(tǒng)(IntelligentTraffic System, ITS)的概念，它是將先進的信息技術(shù)、數(shù)據(jù)通訊傳輸技術(shù)、電子控制技術(shù)、傳感器技術(shù)以及計算機處理技術(shù)等各種技術(shù)有效地綜合運用于交通系統(tǒng)中，從而實現(xiàn)對交通系統(tǒng)更加準確，實時，高效地綜合管理和控制，最大限度地實現(xiàn)人、車、路之間的和諧統(tǒng)一。智能交通系統(tǒng)能夠有效的解決城市交通擁堵，交通事故頻發(fā)，交通環(huán)境惡化等交通問題，已成為了城市交通最主要的發(fā)展方向之一。車輛導航定位在智能交通系統(tǒng)中起著重要的作用，如何快速地、實時地、準確地確定車輛的位置成為研究的熱點。
[0003]目前常見的車輛導航定位技術(shù)包括:航位推算(DeadReckoning,DR),慣性導航系統(tǒng)(Inertial Navigation System, INS),數(shù)字地圖匹配(Map Match, MM),衛(wèi)星導航(GlobalNavigation Satellite System, GNSS)以及各種組合導航技術(shù)。
[0004]航位推算(DR)采集車輛運動傳感器信息進行獨立連續(xù)的導航，但由于傳感器和計算誤差隨時間不斷累積，因此，只能保證短時間的定位精度。慣性導航系統(tǒng)(INS)，主要由加速度計和陀螺儀組成，它可以完全依靠設(shè)備自主地完成導航任務(wù)，和外界不發(fā)生任何光電聯(lián)系，隱蔽性好，工作不受天氣條件的限制，但是慣性導航的定位誤差會隨著時間累積，長時間工作會導致定位精度和可靠性下降，而且在使用之前需要長時間的初始對準。地圖匹配(MM)是一種通過純軟件的方法來校正衛(wèi)星或航位推算等定位方法的定位誤差的技術(shù)，是提高定位精度非常有效的手段，但是，地圖匹配的精度取決于數(shù)字地圖的質(zhì)量和地圖匹配算法的精度，當匹配前原始位置信息偏差較大時，很難匹配出正確的位置。在衛(wèi)星導航(GNSS)中，主要有美國的全球定位系統(tǒng)(GPS)，俄羅斯的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)(GL0NASS)以及中國的北斗系統(tǒng)等。
[0005]在各種定位方法中全球定位系統(tǒng)(GPS)得到了最廣泛的應(yīng)用，全球定位系統(tǒng)(GPS)能夠?qū)崟r的為載體提供三維位置、速度、時間等信息，實現(xiàn)全球、全天候、全方位的定位與導航功能，定位精度較高，但GPS容易受到天氣、多路徑效應(yīng)以及信號遮擋的影響，從而導致定位精度下降甚至完全失效，為了彌補GPS定位的不足，各種組合導航技術(shù)應(yīng)運而生。目前常見的組合導航方式有:GPS/DR，GPS/MM，GPS/INS等組合導航，這些技術(shù)能夠一定程度上彌補單一采用GPS定位的不足，例如GPS/DR組合導航方法，當GPS信號短暫丟失時，可以通過航位推算系統(tǒng)DR繼續(xù)定位。但是如果GPS信號長時間受到遮擋(如在隧道環(huán)境中)，航位推算系統(tǒng)的誤差隨時間不斷累積，GPS/DR組合導航就無法保證定位的精度了，因此，這些基于GPS的組合導航方法依然無法滿足隧道環(huán)境下的車輛定位需求。
[0006]除了GPS 以外，近年來射頻識別(Radio Frequency Identification, RFID)技術(shù)得到了迅速發(fā)展，射頻識別(RFID)技術(shù)是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，具有快速、準確、實時性好的特點，RFID系統(tǒng)主要由射頻識別讀寫器，射頻識別電子標簽，收發(fā)天線組成。當前國內(nèi)外對射頻識別(RFID)定位技術(shù)的研究主要集中在定位算法和定位方案兩方面，特別是隨著有源主動式射頻識別技術(shù)的成熟，射頻識別(RFID)在室內(nèi)定位中的到了廣泛的應(yīng)用，各種定位算法和定位技術(shù)的研究也取得了很大的進展，隧道環(huán)境類似于室內(nèi)環(huán)境，但這項技術(shù)尚未運用于隧道環(huán)境下的定位。
[0007]綜上所述，現(xiàn)有的導航技術(shù)，特別是基于GPS的各種導航技術(shù)，在GPS信號受到遮擋的隧道環(huán)境中，均存在各種缺點，無法滿足城市交通對于車輛導航定位的要求，而射頻識別(RFID)技術(shù)具有諸多的優(yōu)點，能夠在隧道環(huán)境下實現(xiàn)車輛的高可靠、準確定位。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]技術(shù)問題:本發(fā)明提供一種實現(xiàn)在遮擋環(huán)境下對車輛準確、實時定位，具有定位速度快、精度高、實時性好等顯著優(yōu)點的基于無線射頻的隧道環(huán)境下車輛二維定位方法。
[0009]技術(shù)方案:本發(fā)明的基于無線射頻的隧道環(huán)境下車輛二維定位方法，包括以下步驟:
[0010]步驟I)在車輛頂部布置有源主動式射頻識別標簽，在隧道頂部無遮擋位置沿著縱向等間距依次布置射頻識別讀寫器，以隧道內(nèi)任意一個射頻識別讀寫器所在的位置為原點0，縱向為Ox指向，橫向為Oy指向，建立一個直角坐標系Oxy，確定所有射頻識別讀寫器在Oxy坐標系中的坐標，各個射頻識別讀寫器周期性的發(fā)送射頻信號；
[0011]步驟2)車輛上布置的有源主動式射頻識別標簽接收到射頻識別讀寫器發(fā)送的射頻信號后，識別出射頻識別讀寫器的編號，從而確定當前時刻識別到的射頻識別讀寫器數(shù)量j，以及這j個識別到的射頻識別讀寫器的坐標(Xl，Y1)，(x2, I2), (Xi, Yi),...,(Xj，yp，其中i為射頻識別讀寫器序號，(Xi，yi)為序號為i的射頻識別讀寫器的坐標；
[0012]步驟3)根據(jù)以下條件確定車輛當前時刻的二維坐標(X，y)的范圍:
【權(quán)利要求】
1.一種面向隧道環(huán)境下的車輛二維定位方法，該方法包括以下步驟: 步驟I)在車輛頂部布置有源主動式射頻識別標簽，在隧道頂部無遮擋位置沿著縱向等間距依次布置射頻識別讀寫器，以隧道內(nèi)任意一個射頻識別讀寫器所在的位置為原點O，縱向為Ox指向，橫向為Oy指向，建立一個直角坐標系Oxy,確定所有射頻識別讀寫器在Oxy坐標系中的坐標，各個射頻識別讀寫器周期性的發(fā)送射頻信號； 步驟2)車輛上布置的有源主動式射頻識別標簽接收到射頻識別讀寫器發(fā)送的射頻信號后，識別出射頻識別讀寫器的編號，從而確定當前時刻識別到的射頻識別讀寫器數(shù)量j，以及這j個識別到的射頻識別讀寫器的坐標(X1, Y1)，(x2, J2) , (Xi, Yi) ,..., (Xj, Yj)，其中i為射頻識別讀寫器序號，(Xi，yi)為序號為i的射頻識別讀寫器的坐標； 步驟3)根據(jù)以下條件確定車輛當前時刻的二維坐標(x，y)的范圍:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向隧道環(huán)境下的車輛二維定位方法，其特征在于，所述步驟I)中，兩相鄰的射頻識別讀寫器的間距為5米至20米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的面向隧道環(huán)境下的車輛二維定位方法，其特征在于，所述的步驟4)中求取滿足非線性約束且使目標函數(shù)δ (χ, y)最小的二維坐標(x，y)的具體流程為: 41)將所述步驟3)確定的待定車輛當前時刻的二維坐標(x，y)的范圍作為可行域D，從中任選一點作為迭代初始點(x0，y0)，設(shè)定懲罰函數(shù)的收斂控制誤差^和精度控制誤差ε 2，以及懲罰函數(shù)的懲罰因子rk的縮小系數(shù)C，其中懲罰函數(shù)為:
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的面向隧道環(huán)境下的車輛二維定位方法，其特征在于，所述的步驟4)中，懲罰因子rk的縮小系數(shù)取c = 0.4。
【文檔編號】G01S5/00GK104020441SQ201410270067
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月17日
【發(fā)明者】宋翔, 高懷堃, 徐啟敏, 李旭 申請人:東南大學