CN105783933A - 一种车载终端导航系统及定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车载终端导航系统及定位方法，包括无线传感器网络和车载终端，无线传感器网络是由布撒于监控区域的无线传感器网络节点构成；所述无线传感器网络节点由具有感应、处理、通讯、定位功能的传感单元、处理单元、定位模块、无线模块和第一电源模块组成；所述车载终端，具有移动能力，其上安置有无线定位模块，并置于布置了无线传感器网络的区域中；所述无线定位模块由具有处理、通讯和定位功能的处理单元、定位模块、无线模块和第二电源模块组成，该系统能够代替GPS实现移动车载终端高精度定位和导航。

Description

一种车载终端导航系统及定位方法

技术领域

本发明涉及车载信息服务领域，特别涉及一种车载终端导航系统及定位方法。

背景技术

随着科技的发展，车辆导航系统开始应用于汽车上。车载导航系统越来越成为我国汽车电子市场发展的热点之一，国内不少企业纷纷投入到车载导航系统产品的生产和研发中。车载导航技术可以实现导航、定位、授时等功能。人们对车载导航技术进行了充分的研究，伴随而来的是时下市场上各式各样的车载导航仪。

例如，授权公告号为：CN1786668B的发明专利提出一种车载式自动导航系统及导航方法，包括嵌入式平台、电子地图数据库、显示器、无线通讯模块以及人工输入装置。该技术不仅可以实现显示带有车辆的所在地位置标注的电子地图，还可以通过无线通讯模块接收的远程导航中心发送的路面交通状况信息，对行车路线进行分析，选择最佳路线。

惯性导航是最基本也是最常用的导航方式，它利用车载终端装配的惯性导航器件，计算车载终端航程，从而推知车载终端当前的位置和下一步的目的地。惯性导航的优点是可以提供完全的自主性和完备的导航信息(位置、速度、姿态等)，但最大的缺点是随着车载终端航程的增长，定位的精度就会下降，而且定位误差会随航程的增长无限制地增加。引入外部信息可以限制惯性导航系统INS的固有漂移。目前最理想的外部信息是全球卫星定位系统GPS，GPS/INS组合系统可获得相当高的导航精度。本发明提出了一种不依赖GPS的高精度定位导航系统和方法。

发明内容

本发明的目的在于避免上述现有技术中的不足之处，提供一种基于无线传感反应网络的、不依赖GPS对车载终端进行导航定位的新系统和方法，即一种车载终端导航系统及定位方法。该系统和方法使用无线传感器网络实现移动车载终端的导航定位，并能根据无线传感反应网络提供的实时环境信息对行车路径规划提供决策支持，使车辆在运动时能及时避开危险区域、选择优化路径。

本发明的技术方案是：一种车载终端导航系统及定位方法，包括无线传感器网络和车载终端，其特征在于：无线传感器网络是由布撒于监控区域的无线传感器网络节点构成；无线传感器网络节点由具有感应、处理、通讯、定位功能的传感单元、处理单元、定位模块、无线模块和第一电源模块组成；车载终端具有移动能力，其上安置有无线定位模块，并置于布置了无线传感器网络的区域中；无线定位模块由具有处理、通讯和定位功能的处理单元、定位模块、无线模块和第二电源模块组成。

无线传感器网络节点可以具有温度、湿度、振动、光照、辐照和气体等对所处环境进行监测的传感器；无线传感器网络节点的布撒可以采用事先空投、抛撒和发射等方式，也可以由车载终端边行进边布撒。

无线传感器网络包括至少一个传感器单元和至少一个询问节点，所述询问节点周期性将询问消息发送至所述传感器单元；以及除非所述传感器单元确定已经满足定位状况，否则所述传感器单元在预定时间之后将回复发送至所述询问节点，在满足所述定位状况的情况下，所述传感器单元在所述预定时间结束之前发送所述回复。

车载终端可以是配置无线定位模块的移动车载设备和车辆；无线定位模块，也可以具有传感功能，以检测车载终端的状态及其所处的环境信息，其通讯方式是无线电、声、超声和光等无线传输方式。

无线传感器网络节点和无线定位模块的定位功能可以通过测量跳数、信号强度、到达时间、到达时间差、到达角度等方式实现。

一种车载终端导航系统及定位方法，是一种不依赖GPS对移动车载终端进行导航和定位的方法，该方法同样适用于外星探测车辆、人员和装备的导航与定位。其特征在于是按以下步骤完成的：

将无线传感器网络节点布撒于监控区域；

已布撒的无线传感器网络节点根据设定的网络结构，自动组网构建无线传感器网络；

无线传感器网络使用定位模块给各无线传感器网络节点初步定位；

无线传感器网络获取各无线传感器网络节点收集的环境信息；

无线传感器网络使用一些簇头节点来对环境信息筛选和融合；

无线传感器网络结合融合后的环境信息有温度、湿度、坡度给各无线传感器网络节点二次定位；

无线传感器网络将筛选和融合后的各无线传感器网络节点的环境信息和位置信息传给车载终端；

车载终端对接收到的无线传感器网络的环境信息进行置信度判断，误差校正；

车载终端根据校正后的环境信息进行环境建模；

车载终端根据无线传感器网络的信息及自己的环境模型进行定位、路径规划和导航；

网络结构和环境发生变化时，进行网络维护，并重新环境建模、车载终端定位、路径规划和导航。

网络结构和环境不发生变化时，随着车载终端的移动，重新进行车载终端的定位，并根据先前的规划进行导航。

具体实施方式

无线传感器网络节点被大量随机抛撒于监控区域，通过自组网，形成无线传感器网络；车载终端处于无线传感器网络中；无线传感器网络将各无线传感器网络节点的位置信息及其收集的环境信息做一定的筛选与融合后传给车载终端；车载终端通过无线定位模块和无线传感器网络通讯，并根据无线传感器网络的信息实现环境建模、定位、路径规划和导航。

这种车载终端定位导航，首先在监控的区域布撒无线传感器网络节点，布撒的无线传感器网络节点和附近的其他节点通讯，根据协议规定的网络拓扑结构进行自组网，构建无线传感器网络，无线传感器网络中的各节点根据节点定位模块提供的定位算法初步确定自身的位置，无线传感器网络中的各节点通过自身携带的传感器获取环境信息，并通过无线传感器网络的一些簇头节点来对获取的环境信息进行初步的筛选和融合，根据融合后的环境信息如温度、湿度、坡度等对无线传感器网络二次定位，无线传感器网络将筛选融合后的各节点的位置信息和环境信息传给车载终端，车载终端对接收到的无线传感器网络的环境信息进行置信度判断、误差校正，车载终端根据校正后的环境信息，进行环境建模，车载终端根据其和网络节点的位置关系及以建立的环境模型，进行自身定位，车载终端根据环境模型、当前位置和目标进行路径规划和导航，系统自动检查网络结构和环境是否发生变化，当检查到网络和环境发生变化时，自动进行网络维护，并重新进行环境信息置信度判断以及环境建模，否则继续进行车载终端导航定位。

Claims (4)

1.一种车载终端导航系统，包括无线传感器网络和车载终端，其特征在于：所述无线传感器网络是由布撒于监控区域的无线传感器网络节点构成；所述无线传感器网络节点由具有感应、处理、通讯、定位功能的传感单元、处理单元、定位模块、无线模块和第一电源模块组成；所述车载终端，具有移动能力，其上安置有无线定位模块，并置于布置了无线传感器网络的区域中；所述无线定位模块由具有处理、通讯和定位功能的处理单元、定位模块、无线模块和第二电源模块组成，该系统能够代替GPS实现移动车载终端高精度定位和导航。

2.根据权利要求1所述的一种车载终端导航系统，其特征在于：所述无线传感器网络节点具有温度、湿度、振动、光照、辐照和气体对所处环境进行监测的传感器；且无线传感器网络节点的布撒采用事先空投、抛撒和发射方式，或由车载终端边行进边布撒。

3.根据权利要求1所述的一种车载终端导航系统，其特征在于，所述无线传感器网络包括至少一个传感器单元和至少一个询问节点，所述方法包括：所述询问节点周期性将询问消息发送至所述传感器单元；以及除非所述传感器单元确定已经满足定位状况，否则所述传感器单元在预定时间之后将回复发送至所述询问节点，在满足所述定位状况的情况下，所述传感器单元在所述预定时间结束之前发送所述回复。

4.一种车载终端导航定位方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

将无线传感器网络节点布撒于监控区域；已布撒的无线传感器网络节点根据设定的网络结构，自动组网构建无线传感器网络；无线传感器网络使用定位模块给各无线传感器网络节点初步定位；无线传感器网络获取各无线传感器网络节点收集的环境信息；无线传感器网络使用一些簇头节点来对环境信息筛选和融合；无线传感器网络结合融合后的环境信息有温度、湿度、坡度给各无线传感器网络节点二次定位；无线传感器网络将筛选和融合后的各无线传感器网络节点的环境信息和位置信息传给车载终端；车载终端对接收到的无线传感器网络的环境信息进行置信度判断，误差校正；车载终端根据校正后的环境信息进行环境建模；车载终端根据无线传感器网络的信息及自己的环境模型进行车载终端定位、路径规划和导航；网络结构和环境发生变化时，进行网络维护，并重新环境建模、车载终端定位、路径规划和导航；网络结构和环境不发生变化时，随着车载终端的移动，重新进行车载终端的定位，并根据先前的规划进行导航。