CN103400506A - Led光地址发射器及车联网系统及电子地图绘制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了LED光地址发射器及车联网系统及电子地图绘制方法。LED光地址发射器包括存储器和LED灯。车联网系统包括LED光地址发射器、LED光地址接收器、车载处理单元和监控中心。电子地图绘制方法包括先描绘基本地图，采集多个机动车的实时地址信号，再根据各机动车的实时地址信号在基本地图的基础上描绘车道信息和实时车辆位置信息。本发明通过使用LED光地址发射器、LED光地址接收器、车载处理单元和监控中心及其连接关系，实现了机动车的精确定位和监控中心的实时、精确监控。本发明可广泛应用于车联网系统。

Description

LED光地址发射器及车联网系统及电子地图绘制方法

技术领域

本发明涉及道路车辆的交通控制系统，尤其涉及LED光地址发射器及车联网系统及电子地图绘制方法。

背景技术

高速公路上常发生车追尾的交通事故，特别是雾霾、下雨或起雾天气，能见度很低，交通事故时有发生。现在流行的解决办法是使用超声波、激光或雷达等测距方法，探测车与车之间的距离，以提前预警甚至起动刹车系统，避免因前面的车紧急刹车而导致交通事故，但这种方法易受天气、机动车车身的震动或前车车尾的反射面好坏情况影响测量精度，特别是在弯车道更是难以测量。所以这种方法发展了很多年没有得到推广应用。

城市堵车越来越严重，已困扰着城市的发展。现有的定时程序化红绿灯管制系统已远不能满足现在交通管理的需求，于是车联网的概念被提出且受到政府及社会的高度重视。车联网还处于初级阶段，具体的办法是在车上贴RFID标签，道路的两侧装置RFID阅读器，当车经过阅读器时，RFID标签内的数据被读出，使用这种方法统计车流量。但这种方法不能真正解决城市堵车的问题，因为它无法确定车在哪个车道行驶，就不能根据具体情况调度。

GPS导航已被广泛使用，但常有错误定位和错误导航的现象发生。因为它是通过接收卫星发射的信号来计算出车的经度纬度，而且每次算的结果都要根据当地地理位置参量进行补偿，属模拟信号的测量，误差大且易受天气、周围电磁场等因素的干扰，所以常有错误定位和错误导航的现象。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种可精确定位车辆实时地址信息的车联网系统、用于车联网系统的LED光地址发射器以及可以精确描绘车道信息和车辆实时地址信息的电子地图绘制方法。

本发明所采用的技术方案是：

LED光地址发射器，其包括：存储器，用于存储地址信息；LED灯，用于根据存储器的地址信息发射光地址信号。

优选的，其还包括用于提高LED光的指向性的光路定向装置。

优选的，所述光路定向装置为抛物面镜和/或凸透镜。

车联网系统，其包括LED光地址发射器，所述LED光地址发射器设置在公路各车道上，用于发射光地址信号；LED光地址接收器，所述LED光地址接收器设置在机动车上，用于接收来自LED光地址发射器的光地址信号；车载处理单元，所述车载处理单元设置在机动车上，用于处理来自LED光地址接收器的地址信息；监控中心，所述监控中心与多个车载处理单元通信连接。

优选的，所述监控中心与多个车载处理单元通过移动互联网连接。

优选的，所述车载处理单元包括车载中央控制器，所述车载中央控制器的输入端与LED光地址接收器的输出端连接，所述车载中央控制器的第一输出端连接有显示装置，所述车载中央控制器的第二输出端连接有报警装置，所述车载中央控制器的第三输出端连接有输出驱动，所述车载中央控制器连接有移动通信模块，所述移动通信模块通过移动互联网与监控中心连接。

优选的，所述的车联网系统还包括：车道识别装置，所述车道识别装置设置在机动车上，与所述车载处理单元连接；车道识别涂料，所述车道识别涂料涂在各车道上。

优选的，所述车道识别装置包括车道识别光发射器和车道识别光接收器，所述车道识别光接收器与车载处理单元连接，所述车道识别涂料为荧光涂料。

电子地图绘制方法，包括步骤：

S1，描绘基本地图，基本地图包括道路信息；

S2，远程采集多个机动车的实时地址信号，所述机动车的实时地址信号是从机动车所在车道上方设置的LED光地址发射器获取的实时地址信号；

S3，根据各机动车的实时地址信号在基本地图的基础上描绘车道信息和实时车辆位置信息。

优选的，在所述步骤S3后还包括步骤：

 S4,当没有接收到机动车的实时地址信号时，根据机动车的速度和/或加速度和/或方向盘的角度和/或指南针的角度确定车的运动轨迹，并在电子地图上描绘运动中的机动车；当接收到机动车的实时地址信号时，根据机动车的实时地址信号在电子地图上描绘实时车辆位置信息。

本发明的有益效果是：

LED光地址发射器使用存储器存储当前位置的地址信息，并控制LED灯发射光地址信号，使得机动车的定位不受天气影响；另外，采用光路定向装置使得发射器发射的光信号能够在特定范围内被光地址接收器有效接收。

车联网系统通过使用LED光地址发射器、LED光地址接收器、车载处理单元和监控中心及其连接关系，实现了机动车的精确定位和监控中心的实时、精确监控。

（1）系统不受天气的影响，也不受车之间距离的限制，能准确获知前车、后车、左车和右车的相对位置。

（2）系统靠阅读机动车经过位置处的数字化标准信源，再通过车联网的后台云计算平台转换，得出各机动车的运动轨迹和同一车道上车与车之间的距离，方便地实现对交通实时监控与调度。

（3）克服了现有定时红绿灯不能根据哪条路的车流量多少来灵活调整红绿灯的时间，管制效率低下的问题，用系统的方法提高交通运输效率，可有效解决堵车问题。

电子地图绘制方法通过采集机动车的实时地址信号，可以精确的在电子地图上描绘出车道的位置信息、实时车辆位置信息和运动轨迹。

本发明可广泛应用于车联网系统。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

图1是本发明一种实施例的系统结构示意图；

图2是本发明一种实施例的路面正视结构示意图；

图3是本发明一种实施例的路面俯视结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示,车联网系统，其包括：LED光地址发射器1，用于发射光地址信号；LED光地址接收器2，用于接收来自LED光地址发射器1的光地址信号；车载处理单元，车载处理单元设置在机动车3上，用于处理来自LED光地址接收器2的地址信息；监控中心，监控中心与多个车载处理单元通信连接。

该实施例中，公路6各条车道上方沿途每隔一段距离，如500米，架设LED光地址发射器1。显然，LED光地址发射器1可以设置在公路6上方的专用龙门支架5上，也可以设置在路牌杆上，或者可以设置在路灯杆上等等。LED光地址接收器2设置在机动车3上，最好是设置在机动车3车顶上，不易受到遮挡，接收效果好。当然，LED光地址发射器1也可以设置在公路6的路面上，对应LED光地址接收器2设置在机动车3的车底。车载处理单元设置在机动车3上，用于处理来自LED光地址接收器2的地址信息。该实施例中，车载处理单元包括车载中央控制器的输入端与LED光地址接收器2连接，车载中央控制器的第一输出端连接有显示装置，显示装置可以是液晶显示器、LED指示灯等；车载中央控制器的第二输出端连接有报警装置，报警装置可以是蜂鸣器、语音警报器等；车载中央控制器的第三输出端连接有输出驱动，输出驱动可以连接到刹车装置或安全气囊弹出装置等；车载中央控制器连接有移动通信模块，移动通信模块与移动互联网连接。监控中心通过移动互联网与多个车载处理单元通信连接。

如图2所示，LED光地址发射器1包括：存储器，用于存储地址信息；LED灯，用于根据存储器的地址信息发射光地址信号；光路定向装置，用于提高LED光的指向性。LED光地址发射器1还包括单片机，单片机与存储器连接，并根据存储器的存储的信号控制LED光发射光信号，光信号是按一定周期发射的。存储器内存储有LED光发地址发射器所在位置的经度、纬度和海拔高度等信息，用以重合车载处理单元或监控中心中的电子地图的对应位置点。还可以存储有该位置点离公路6起点的路程、公路6名称、第几车道和指南针等数据。光路定向装置为抛物面镜和/或凸透镜，当然也可以是其它光路定向装置，光路定向装置使得LED光地址发射器1所发出的LED光地址的光路4为小角度光或平行光，具有高指向性，提高了LED光地址接收器2的接收精度，使得车辆的定位更加精确。

优选的，监控中心与多个车载处理单元通过移动互联网连接。监控中心中安装有电子地图。监控中心可运算机动车3运动轨迹。移动互联网包括但不限于2G或3G模式，机动车3上的移动通信模块用于移动通信信号的收发。

优选的，车载处理单元还包括控制模块，所述控制模块的输出端与车载中央控制器的输入端连接。控制模块和显示模块可以是触摸显示屏，也可以是普通的按键和显示屏。车载处理单元中安装有电子地图。车载处理单元可运算车辆运动轨迹。当车经过空中架设的LED光地址发射器1正下方时，只有当车到达LED光地址发射器1正下方，即LED光接收模块处在LED光地址发射源的正下方时，才能完成接收。所以所收到的位置数据就是车的位置。车载处理单元中安装有电子地图，电子地图中具有基本地图信息，也可用GPS定位车辆基本位置。

下面详细说明车联网系统工作过程。在公路6车道的上方空间每隔一定距离设置至少一个LED光地址发射器1，机动车3车顶上设置LED光地址接收器2，LED光地址接收器2接收到光地址信号后经车载中央控制器处理后将车的位置显示在车载电子地图上，同时将位置信息，车的速度，加速度，方向盘角度，指南针角度等参数通过无线移动互联网发送到监控中心的后台交通信息管理云平台进行存储、处理和判断，并显示在电子地图上。每辆车都将车的位置信息，运动状态发到后台交通信息管理云平台并且显示在同一张电子地图上；每辆车的动态位置，相对速度，车与车的距离都清楚的在电子地图上显示。交通信息管理云平台再根据这些信息，推算出各车运动轨迹并发送到每辆车的车载系统上。每辆车除显示本车的位置外重点显示与本车同一车道行驶前车和后车的运动轨迹、车的速度和相对距离，还要显示相邻车道上相近的车辆运动状态。通过监控中心构成的网络建立车与车的链接和互动关系。

当车载处理单元通过LED光地址接收器2接收到光地址信号的时候，利用光地址信号对电子地图的车道信息进行补充，对车辆当前位置进行完善修正。同一车道在没有架设LED光地址发射器1的地方，车的位置由车的运动速度，加速度，方向盘的转角等参数计算得出，而车的运动速度，加速度，方向盘的转角等参数可由车内各传感器获得。当车的方向盘转角与电子地图记录的标准转角近似相等时，车与车道标线平行运动，车的纵向速度等于车的速度，车的横向速度为零。如此可以方便而且精确地计算出车辆运动轨迹。当车通过第二点LED光地址发射源时，车的位置信息以LED光地址发射器1的地址信息为准，对运算的数据进行一次校正，可避免累积误差。当方向盘的转角大于或小于电子地图记录的标准转角时，车在纵向，横向的速度可由偏转角，车的身长等参数计算得出。

优选的，车联网系统还包括：车道识别装置，车道识别装置设置在机动车上，与车载处理单元连接；车道识别涂料，车道识别涂料涂在各车道上。车道识别装置包括车道识别光发射器和车道识别光接收器，车道识别光接收器与车载处理单元连接，车道识别涂料为荧光涂料。由于车道上方的LED光地址发射器1的设置不是连续的，在两个LED光地址发射器1中间可通过车道识别装置识别机动车3所在车道。各车道荧光涂料在受到车底的车道识别光发射器发射的光线照射后会发出不同颜色的光，车底的车道识别光接收器接收到荧光材料发射的光传送信号到车载处理单元，判断车道信息并同步到电子地图上。还根据同一车道荧光涂料颜色的变化来区分同一车道中所处的具体区域。车道识别光发射器发射的光线可以是紫外线或红外线。

显然地，也可以在公路上安装其它无线发射装置发射地址信号，如RFID无线收发器等，在机动车上安装车道识别装置，再通过车道上的车道识别涂料，识别机动车所在车道和/或所在车道中的具体位置。多个车道可只采用一个无线发射装置，而由车道识别装置和车道识别涂料结合定位机动车所在车道和/或所在车道中的具体位置。由此可节约成本，实现机动车的精准定位和精确电子地图的描绘。

监控中心对多辆机动车3进行采集并在电子地图上精确描绘出公路6上所有机动车3的实时位置，并将该公路6的实时交通信息同步到每一辆车的电子地图当中，当同在第一车道的两辆机动车3距离太近时，可提醒机动车3驾驶员注意保持距离，防止追尾事故；当某一段公路6交通繁忙时，可通知其它车辆选择绕道，减缓堵车现象。

如图3所示，当同车道的前车紧急刹车，同时把刹车信息传到监控中心，监控中心运算判断后发到后面几辆车，并根据距离、相对速度和天气等参数判断车与车之间的安全距离，并报警提示驾驶员，若接近或超过安全距离时可发送指令起动刹车系统强行刹车，防止追尾事故。

另外，由于移动网络会产生网络延时，对于高速路瞬息万变的交通情况不能及时与机动车3同步。可在机动车3上设置车与车之间的通信模块，如WIFI模块或蓝牙模块等，通信模块与车载中央处理器连接，当车与车之间缩短到一定距离，如100米时，可启用通信模块，建立起车与车之间的通信链路，及时的更新车辆相对位置，产生预警信号，可有效减少雨天或迷雾天气的汽车追尾事故。

电子地图绘制方法，包括步骤：

S1，描绘基本地图，基本地图包括道路信息；

S2，远程采集多个机动车3的实时地址信号，所述机动车3的实时地址信号是从机动车所在车道上方设置的LED光地址发射器1获取的实时地址信号；

S3，根据各机动车3的实时地址信号在基本地图的基础上描绘车道信息和实时车辆位置信息。

优选的，在所述步骤S3后还包括步骤：

 S4,当没有接收到机动车的实时地址信号时，根据机动车的速度和/或加速度和/或方向盘的角度和/或指南针的角度计算出车的运动轨迹，并在电子地图上描绘运动中的机动车；当接收到机动车的实时地址信号时，根据机动车的实时地址信号在电子地图上描绘实时车辆位置信息。

另外，也可以是利用装有精准里程表、指南针和经纬度测试仪的标准机动车行驶在公路上，根据里程表、指南针和经纬度测试仪的数据描绘电子地图信息。当标准机动车行驶到LED光地址发射器下方时，标准车将所测的地址数据写入到LED光地址发射器的存储器中，同时也同步到车载电子地图和控制中心的电子地图中，这样LED光地址发射器的位置对应电子地图中的标准点。由于采用了实时位置采集和计算的方法，该电子地图信息可精确到厘米级，可显示车道数。在该电子地图上可看到机动车从某一车道行驶到另一车道，可以更精确地显示机动车在道路中的具体位置。本发明的电子地图的基本地图可以是GPS导航地图，可与GPS互相配合，整合在同一地图中，宏观上可用GPS定位,微观上可用本发明的电子地图精准定位。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.LED光地址发射器，其特征在于，其包括：

存储器，用于存储地址信息；

LED灯，用于根据存储器的地址信息发射光地址信号。

2.根据权利要求1所述的LED光地址发射器，其特征在于，其还包括用于提高LED光的指向性的光路定向装置。

3.根据权利要求2所述的LED光地址发射器，其特征在于，所述光路定向装置为抛物面镜和/或凸透镜。

4.车联网系统，其特征在于，其包括：

权利要求1～3任意一项所述的LED光地址发射器，所述LED光地址发射器设置在公路各车道上，用于发射光地址信号；

LED光地址接收器，所述LED光地址接收器设置在机动车上，用于接收来自LED光地址发射器的光地址信号；

车载处理单元，所述车载处理单元设置在机动车上，用于处理来自LED光地址接收器的地址信息；

监控中心，所述监控中心与多个车载处理单元通信连接。

5.根据权利要求4所述的车联网系统，其特征在于，所述监控中心与多个车载处理单元通过移动互联网连接。

6.根据权利要求5所述的车联网系统，其特征在于，所述车载处理单元包括车载中央控制器，所述车载中央控制器的输入端与LED光地址接收器的输出端连接，所述车载中央控制器的第一输出端连接有显示装置，所述车载中央控制器的第二输出端连接有报警装置，所述车载中央控制器的第三输出端连接有输出驱动，所述车载中央控制器连接有移动通信模块，所述移动通信模块通过移动互联网与监控中心连接。

7.根据权利要求5或6所述的车联网系统，其特征在于，其还包括：

车道识别装置，所述车道识别装置设置在机动车上，与所述车载处理单元连接；

车道识别涂料，所述车道识别涂料涂在各车道上。

8.根据权利要求7所述的车联网系统，其特征在于，所述车道识别装置包括车道识别光发射器和车道识别光接收器，所述车道识别光接收器与车载处理单元连接，所述车道识别涂料为荧光涂料。

9.电子地图绘制方法，其特征在于，包括步骤：

S1，描绘基本地图，基本地图包括道路信息；

S2，远程采集多个机动车的实时地址信号，所述机动车的实时地址信号是从机动车所在车道上方设置的权利要求1～3任意一项所述的LED光地址发射器获取的实时地址信号；

S3，根据各机动车的实时地址信号在基本地图的基础上描绘车道信息和实时车辆位置信息。

10.根据权利要求9所述的一种电子地图绘制方法，其特征在于，在所述步骤S3后还包括步骤：

 S4,当没有接收到机动车的实时地址信号时，根据机动车的速度和/或加速度和/或方向盘的角度和/或指南针的角度确定车的运动轨迹，并在电子地图上描绘运动中的机动车；当接收到机动车的实时地址信号时，根据机动车的实时地址信号在电子地图上描绘实时车辆位置信息。

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