CN106500691A - 车辆在公共场所内的实时无源定位跟踪方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种车辆在公共场所内的实时无源定位跟踪方法，包括以下步骤：S1：获取车辆的初始位置，及所述初始位置所在的公共场所的地图；S2：实时获取车辆当前的行驶距离及行驶方向；S3：当车辆行驶时，根据实时获取的行驶距离及行驶方向计算车辆的行驶轨迹；当车辆停止时，停止计算车辆的行驶轨迹；S4：以所述初始位置为起点，将所述行驶轨迹实时加载在所述地图上以进行车辆的实时定位。本发明方法及系统实现了在没有外界参考坐标位置的情况下对车辆进行定位，定位过程不受其他参照物影响，节省系统资源，定位精度较高，实时跟踪性更好。

Description

车辆在公共场所内的实时无源定位跟踪方法及系统

技术领域

本发明涉及车辆定位跟踪技术领域，特别涉及一种车辆在公共场所内的实时无源定位跟踪方法及系统。

背景技术

现有的车辆在公共场所内行驶时的实时跟踪系统和方法分为两大类：1。基于卫星系统定位的，如基于GPS/GNASS/BEIDOU/Galieo的定位；2.基于wireless beacons(诸如蓝牙，WIFI等)。这两种定位方式具有一个共同的特点：都是外部的参照物的参考位置进行计算定位，也就是分别利用卫星的位置、蓝牙和WIFI定位的信标节点的安装位置，将其作为已知参照物。机动车上有相应的接收装置，接受装置接收到来自已知参考位置的卫星/蓝牙/WIFI信号来计算出自己所处的位置，这里把这些需要借助于外在参考位置的系统和方法称为有源系统。

这种根据待定位目标与各参照物的相对关系进行计算求解得到目标的定位位置的方式，如果机动车上的接收装置不能接受到这些有源系统(位置已知的定位参考物)的信号，或者这些信号受到外界干扰，这些方法就会失效。比如说基于卫星的在地下公共场所或者多层停车库内就没有信号。还比如说基于wireless beacons的在周围障碍物较多和较复杂的环境下，收到的信号是多重路径叠加的效果，失真严重，导致误差很大以致不可接受。

发明内容

本发明的目的在于提供一种，以解决现有的

为实现上述目的，本发明提供了一种车辆在公共场所内的实时无源定位跟踪方法，包括以下步骤：

S1：获取车辆的初始位置，及所述初始位置所在的公共场所的地图；

S2：实时获取车辆当前的行驶距离及行驶方向；

S3：当车辆行驶时，根据实时获取的行驶距离及行驶方向计算车辆的行驶轨迹；

S4：以所述初始位置为起点，将所述行驶轨迹实时加载在所述地图上以进行车辆的实时定位。

较佳地，所述步骤S1中，获取车辆的初始位置具体包括：进入公共场所时，车辆的初始位置模块发送触发信号，所述触发信号触发公共场所的初始位置参考模块，所述初始位置参考模块将初始位置及公共场所的地图发送至车辆的初始位置模块；

或通过通信网络将公共场所地图及入口位置发送至所述初始位置模块，由所述初始位置模块选择一入口位置作为初始位置。

较佳地，所述步骤S2进一步包括：通过采集车辆当前的加速度及角速度，或加速度、角速度及磁场矢量实时计算车辆在三维空间中的行驶方向。

较佳地，所述步骤S3中计算行驶轨迹具体包括：

S31：根据所述行驶方向将所述行驶距离转换为车辆在三维空间内行驶的位移矢量；

S32：将实时生成的位移矢量按时间先后进行组合，形成实时的行驶轨迹。

所述步骤S1还包括：将所述地图进行格点化处理，得到由格点组成的数字地图；并根据每个格点的特征赋予其不同的属性。

较佳地，所述S4进一步包括：将所述行驶轨迹实时加载在格点化处理后的数字地图上。

较佳地，在车轮边框上设置检测片及在刹车箍上设置接近式传感器，当接近式传感器在每个检测片转动至传感距离内时发送一次脉冲信号，每接收到一次脉冲信号即根据所述脉冲信号计算行驶距离。

较佳地，所述S4进一步包括：

通过图像将对车辆进行实时定位的地图进行显示，及/或通过语音将对车辆进行实时定位后的定位位置进行播报。

本发明还提供了一种车辆在公共场所内的实时无源定位跟踪系统，包括：

惯性测量模块，用于获取车辆的行驶方向数据；

初始位置模块，用于获取初始位置及地图；

车距检测模块，用于检测车辆行驶距离数据；

中央数字处理器，用于根据实时的行驶方向数据及行驶距离数据计算车辆的行驶轨迹，以及以所述初始位置为起点，将所述行驶轨迹实时加载在所述地图上以进行车辆的实时定位。

较佳地，所述车距检测模块包括若干个均匀设置于车轮边框上的检测片及设于刹车箍上的接近式传感器，所述接近式传感器在每个检测片转动至传感距离内时发送一次脉冲信号，中央数字处理器根据所述脉冲信号计算行驶距离。

较佳地，所述初始位置模块为无线通信模块、激光红外模块或超声模块，通过无线信号、激光红外信号或超声信号触发公共场所的初始位置参考模块以获取初始位置及公共场所的地图；

或所述初始位置参考模块通过通信网络将公共场所地图及入口位置发送至所述初始位置模块，由所述初始位置模块选择一入口位置作为初始位置。

较佳地，中央数字处理器进一步包括：

地图处理模块，用于将所述地图进行格点化处理，得到由格点组成的数字地图；

地图定位模块，用于将所述行驶轨迹实时加载在格点化处理后的数字地图上。

较佳地，中央数字处理器进一步包括：

距离解析模块，用于根据所述行驶距离数据解算出行驶距离；

方向解析模块，用于根据行驶方向数据解算出行驶方向；

轨迹计算模块，用于根据行驶方向将行驶距离转换为车辆在三维空间内行驶的位移矢量，并将实时生成的位移矢量按时间先后进行组合，形成实时的行驶轨迹。

本发明方法及系统具有以下有益效果：

(1)实现了在没有外界参考坐标位置的情况下对车辆进行定位，定位过程中仅需获得一次初始位置即可实现全程定位；

(2)定位过程不受其他参照物影响，也不受无线通信质量影响；

(3)计算过程简单、易于实现，相对于通过卫星信号解算或者通过无线坐标进行定位解算，设备进行持续的数据计算的计算量较小，节省系统资源；

(4)定位误差范围在几米以内，精度较高，实时跟踪性更好。

附图说明

图1为本发明车辆在公共场所的实时无源定位跟踪方法整体流程图；

图2为本发明优选实施例的计算行驶轨迹的过程流程图；

图3为本发明车辆在公共场所的实时无源定位跟踪系统组成图；

图4为优选实施例的车辆在公共场所的实时无源定位跟踪系统整体组成图。

具体实施方式

为更好地说明本发明，兹以一优选实施例，并配合附图对本发明作详细说明，具体如下：

如图1所示，本实施例提供的车辆在公共场所的实时无源定位跟踪方法，这里的公共场所可以为停车场、可行车的公园、学校、小区等具有地图且定位时的GPS信号或卫星信号等传输收到干扰或限制或无法接收信号的封闭区域，从而造成传统的定位方法无法执行(如地下停车场较难接收到卫星信号)或执行受限或精度较差的场合。

具体地，本实施例提供的方法包括步骤S1～S4：

S1：获取车辆的初始位置，及初始位置所在的公共场所的地图。

其中，获取车辆的初始位置具体包括：进入公共场所时，车辆的初始位置模块发送触发信号，触发信号触发公共场所的初始位置参考模块，初始位置参考模块将初始位置及公共场所的地图发送至车辆的初始位置模块。这里的初始位置可以根据需要预设为公共场所入口处的车道位置，相应地，上述的公共场所的初始位置参考模块设置在该公共场所入口处，当车辆进入公共场所时，即可通过车辆上配置的初始位置模块(其可以为多种实现形式，如一种具有通信能力的通信设备或可通过发送激光、红外、超声波等触发信号的设备)发送相应的触发信号，当车辆接收到相应的初始位置及地图数据后，即可启动方法的正式的定位跟踪部分。

S2：实时获取车辆当前的行驶距离及行驶方向。

其中，通过采集车辆当前的加速度及角速度，或加速度、角速度及磁场矢量实时计算车辆在三维空间中的行驶方向。通过设置于车辆上的传感设备检测汽车的行驶距离。

S3：当车辆行驶时，根据实时获取的行驶距离及行驶方向计算车辆的行驶轨迹。

这里通过在车轮边框上设置检测片及在刹车箍上设置接近式传感器，当接近式传感器在每个检测片转动至传感距离内时发送一次脉冲信号，每接收到一次脉冲信号即根据所述脉冲信号计算行驶距离。这里根据是否收到脉冲信号来更新计算行驶距离，进而实时计算行驶轨迹。这种根据车辆的是否接收到新的脉冲信号判断是否更新轨迹的方式跟踪精度更好。

S4：以初始位置为起点，将行驶轨迹实时加载在地图上以进行车辆的实时定位。

具体地，实时定位的过程中，还可通过图像将对车辆进行实时定位的地图进行显示，及/或通过语音将对车辆进行实时定位后的定位位置进行播报，以通过图像及/或语音的方式实时提醒车辆驾驶人员当前的位置信息，当然也可根据是否需要导航，进行相应的导航提示。

其中，步骤S2中的加速度矢量和角速度矢量是必需同时具备的，加速度矢量中含有在惯性参考系下对重力加速度矢量的测量。如果该惯性参考系相对平面非惯性参考系有倾斜，重力加速度矢量在此惯性参考系下的测量值能够反映出该倾斜角。角速度矢量也是在该惯性参考系下测量得到的，在通过一定的现有算法补偿倾斜角后，即可推算出在平面非惯性参考系下的角速度矢量，通过对在平面非惯性参考系下平行于重力矢量为轴的方向进行角速度积分，可以得到围绕在平面非惯性参考系下平行于重力矢量为轴的方向角，这样该载物相对平面非惯性参考系下的三维方向角可以全面得到。但是这里有另个问题：1、角速度积分有累计积分误差；2、积分初始角没有固定参考源，只是相对角度。此时，通过磁场矢量在该惯性参考系的测量可以完善以上方案。原理如下：在该惯性参考系下相对平面非惯性参考系同时测到两个物理矢量(地球重力矢量和地球磁场矢量)，空间任何两个不平行的矢量在不同参考系下的测量可以毫无争议的唯一的决定两个参考系的相对空间姿态(转角)。这里地球重力矢量和地球磁场矢量在平面非惯性参考系下的方向是众所周知的。因为在惯性参考系下短期测量的重力加速度矢量和磁场矢量会有很大的干扰源，也就是说误差比较大，但是长期来看是稳定没有漂移的。这时候惯性陀螺仪测出的角速度矢量可以互补，短期内很准确，积分误差小，但是长期效果积分累计误差大，所以三个传感器都用效果最佳，但是单独的磁场传感器不是必须的。此处惯性参考系为载有传感器的物体所在的本身参考系，随物体本身转动。平面非惯性参考系为物体所在的地球表面为参考系，不随物体本身转动，而且以地球重力方向为Z轴，地球磁场在以垂直于地球重力的平面内的分量方向为X轴或者Y轴。

进一步地，如图2所示，上述的步骤S3中计算行驶轨迹的过程具体包括以下两个步骤：

S31：根据行驶方向将行驶距离转换为车辆在三维空间内行驶的位移矢量。

其中，本实施例中步骤S2中获取的行驶距离为距离标量，需将该距离标量转换为车辆在3维地图上行驶的位移矢量。

S32：将实时生成的位移矢量按时间先后进行组合，形成实时的行驶轨迹。

具体地，本实施例中通过若干个均匀设置于车轮边框上的检测片及设于刹车箍上的接近式传感器，接近式传感器在每个检测片转动至传感距离内时发送一次脉冲信号进行测距的。这种情况下，由于从上一个脉冲到这个脉冲车轮经过的距离是恒定的，也就是基本移动距离，每得到一个脉冲，就可以在前一次位移的基础上累加这次基本移动距离在相对应时间内估算的空间方向得到的单位位移，就得出新的位移基础以供下次脉冲到来时使用相同的累加方法，各基本移动距离配合每次的行驶方向即可得到行驶轨迹。

在一优选实施例中，上述的步骤S1还包括：将获取的地图进行格点化处理，得到由格点组成的数字地图。其中，对数字地图，还可以根据每个格点的特征赋予其不同的属性。该些属性本领域技术人员可根据需要自由设置，例如，双向车道，单向车道，停车位，十字路口，三叉路口，圆环，非机动车行驶区域(比如草坪，建筑物等)。供地图使用者更清楚周围环境使用。则相应地，步骤S4进一步包括：将步骤S3计算得到的行驶轨迹实时加载在格点化处理后的数字地图上。

例如，这里的每个格点的特征可以根据需要设为格点的颜色。例如接收到的地图通过不同的颜色表征地图中不同区域，进而设置不同颜色对应的格点的属性与该些区域向对应，而这里的地图在需要显示时，及根据这种属性设置进行相应区域的显示及区分。

当然，在另一种优选实施例中，还可根据需要设置为在车辆即将到达公共场所时，通过互联网将公共场所地图及入口位置发送至初始位置模块，由初始位置模块选择一入口位置作为初始位置。此时，车辆通过互联网可直接获得地图信息，而无需在公共场所设置对应的发送地图的设备。

如图3所示，本实施例还提供了一种车辆在公共场所内的实时无源定位跟踪系统，该系统包括：

惯性测量模块31，用于获取车辆的行驶方向数据；

初始位置模块32，用于获取初始位置及地图；

车距检测模块33，用于检测车辆行驶距离数据；

中央数字处理器34，用于根据实时的行驶方向数据及行驶距离数据计算车辆的行驶轨迹，以及以初始位置为起点，将行驶轨迹实时加载在地图上以进行车辆的实时定位。

这里的中央数字处理器34具体为一台计算机设备，且其附有多种与不同的设备连接的通信接口(可为有线或无线接口)，可与上述的惯性测量模块31、初始位置模块32及车距检测模块33通信并进行数据处理，该中央数字处理器34可根据需要内置于车辆驾驶台内或设置于车辆驾驶台外。同时，该中央数字处理器具有一通信模块，通过该通信模块与网络服务器相通信，可以将实时定位的结果发送给网络服务器，如此可便于实现位置共享、通过网络实时跟踪车辆等的其他功能。这里的通信模块可以根据需要设置为通过2G/3G/4G等的移动通信网络将实时定位的相关数据传送给云端服务器或与互联网连接的中央服务器。

具体地，本实施例中的车距检测模块33包括若干个均匀设置于车轮边框上的检测片及设于刹车箍上的接近式传感器，接近式传感器在每个检测片转动至传感距离内时发送一次脉冲信号，中央数字处理器根据接收的脉冲信号的数量计算行驶距离。这种测距的原理是车轮的刹车箍在车轮转动的时候是固定位置，不会随车轮转动的。所以当车轮转动一圈，车轮边框上等距安装的检测片们都会经过接近感应器一次。例如，假设有10个检测片，车轮周长是2.416454米，接近感应器从上一次检测到下一次检测车轮需要转动0.2416454米，换句话说接近感应器会每0.2416454米输出一个脉冲，中央数字处理器根据接收的脉冲信号的数量即可直接计算得到行驶距离。其中，上述的接近感应器可以为下面几类型中的任意一种，如：电容式的，电容位移式的，多普勒效应式的，涡流式的，感应式的，激光测距式的，磁式的，声纳式的，光式的，热红外式的，雷达式的，超音速式的，等等。

其中，上述的初始位置模块为无线通信模块、激光红外模块或超声模块，通过无线信号、激光红外信号或超声信号触发公共场所的初始位置参考模块以获取初始位置及公共场所的地图。本实施例以蓝牙通信模块进行详细说明：在公共场所入口处安装一个蓝牙灯标，该蓝牙灯标发射的信号包含特定的公共场所的身份信息，此身份信息和数字地图在车辆到达公共场所入口之前经由互联网预先发给车辆。这样收到此信号的车辆经过此公共场所入口的时候，车内的相应的蓝牙接受模块就可以把接收到的信息送给中央数字处理器34。中央数字处理器34解析信息起到初始位置设定，启动跟踪定位算法程序。把蓝牙灯标设置发射功率只能覆盖附近几米，这样可以起到误差小。定向天线也可以帮助缩小误差。发射时间周期为1秒左右，以致单个电池寿命可达2年左右。以上方式假设蓝牙灯标是每天24小时总是不间断的发射。为更精确起见，可以根据需要再安装或者替换为一个激光红外或者超声波距离检测仪用来启动蓝牙灯标。蓝牙灯标在这种工作方式下只在收到激光红外或者超声波距离检测仪发来的信号下启动10秒左右然后关闭，发射间隔可以短一点比如100毫秒一次。10秒内可发射100次信号。激光红外或者超声波距离检测仪可以设定一两个阈值，旨在指定的距离范围内发送蓝牙灯标启动信号。当然，在其他优选实施例中，公共场所的初始位置参考模块50(参见图4)不限于上述的蓝牙灯标，可以为任意一种能够接收上述的触发信号后，并将车辆当前的初始位置及公共场所地图发送至初始位置模块的设备。

在另一优选实施例中，设置于公共场所的初始位置参考模块50通过通信网络(如移动通信网络、互联网等)将停车场地图及入口位置发送至初始位置模块，由初始位置模块选择一入口位置(当具有多个入口位置时根据需要进行人工选择，如仅有一个入口位置，则选择该唯一的入口位置)作为初始位置。

进一步优选地，参见图4，中央数字处理器34进一步包括：

地图处理模块401，用于将所述地图进行格点化处理，得到由格点组成的数字地图；

地图定位模块402，用于将所述行驶轨迹实时加载在格点化处理后的数字地图上。

当然，其他优选实施例中，中央数字处理器34还包括距离解析模块403、方向解析模块404及轨迹计算模块405，其中，距离解析模块403用于根据所述行驶距离数据解算出行驶距离，方向解析模块404用于根据行驶方向数据解算出行驶方向，轨迹计算模块405用于根据行驶方向将行驶距离转换为车辆在三维空间内行驶的位移矢量，并将实时生成的位移矢量按时间先后进行组合，形成实时的行驶轨迹。这里的行驶距离数据具体为上述的脉冲信号，距离解析模块403根据脉冲信号的数量，及系统预存的每个脉冲信号对应的单位距离计算出行驶距离。这里的行驶方向数据具体为上述的加速度、角速度或磁场矢量，基于该些数据，计算得到行驶方向。

而上述的惯性测量模块31可以为分别包括各自独立设置的加速度传感器、角速度传感器、磁场矢量检测传感器的模块，也可直接采用集成有加速度传感器、角速度传感器、磁场矢量检测传感器的集成电路，如Invensense公司的MPU9250电子集成电路(IC)模块，输出为标准化的SPI或I2C方式，方便集成配置在中央数字处理器34上。

此外，上述的定位方法及系统除可应用于封闭的区域内外，还可应用于开放区域，如街道，此时初始位置由任意一个区域的初始位置参考模块提供即可，本发明不限制其具体应用场合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，对本发明所做的变形或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述的权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种车辆在公共场所内的实时无源定位跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：获取车辆的初始位置，及所述初始位置所在的公共场所的地图；

S2：实时获取车辆当前的行驶距离及行驶方向；

S3：当车辆行驶时，根据实时获取的行驶距离及行驶方向计算车辆的行驶轨迹；

S4：以所述初始位置为起点，将所述行驶轨迹实时加载在所述地图上以进行车辆的实时定位。

2.根据权利要求1所述的车辆在公共场所内的实时无源定位跟踪方法，其特征在于，所述步骤S1中，获取车辆的初始位置具体包括：进入公共场所时，车辆的初始位置模块发送触发信号，所述触发信号触发公共场所的初始位置参考模块，所述初始位置参考模块将初始位置及公共场所的地图发送至车辆的初始位置模块；

或通过通信网络将公共场所地图及入口位置发送至所述初始位置模块，由所述初始位置模块选择一入口位置作为初始位置。

3.根据权利要求1所述的车辆在公共场所内的实时无源定位跟踪方法，其特征在于，所述步骤S2进一步包括：通过采集车辆当前的加速度及角速度，或加速度、角速度及磁场矢量实时计算车辆在三维空间中的行驶方向。

4.根据权利要求1所述的车辆在公共场所内的实时无源定位跟踪方法，其特征在于，所述步骤S3中计算行驶轨迹具体包括：

S31：根据所述行驶方向将所述行驶距离转换为车辆在三维空间内行驶的位移矢量；

S32：将实时生成的位移矢量按时间先后进行组合，形成实时的行驶轨迹。

5.根据权利要求1所述的车辆在公共场所内的实时无源定位跟踪方法，其特征在于，所述步骤S1还包括：将所述地图进行格点化处理，得到由格点组成的数字地图；并根据每个格点的特征赋予其不同的属性。

6.根据权利要求5所述的车辆在公共场所内的实时无源定位跟踪方法，其特征在于，所述S4进一步包括：将所述行驶轨迹实时加载在格点化处理后的数字地图上。

7.根据权利要求1所述的车辆在公共场所内的实时无源定位跟踪方法，其特征在于，在车轮边框上设置检测片及在刹车箍上设置接近式传感器，当接近式传感器在每个检测片转动至传感距离内时发送一次脉冲信号，每接收到一次脉冲信号即根据所述脉冲信号计算行驶距离。

8.根据权利要求1所述的车辆在公共场所内的实时无源定位跟踪方法，其特征在于，所述S4进一步包括：

通过图像将对车辆进行实时定位的地图进行显示，及/或通过语音将对车辆进行实时定位后的定位位置进行播报。

9.一种车辆在公共场所内的实时无源定位跟踪系统，其特征在于，包括：惯性测量模块，用于获取车辆的行驶方向数据；

初始位置模块，用于获取初始位置及地图；

车距检测模块，用于检测车辆行驶距离数据；

中央数字处理器，用于根据实时的行驶方向数据及行驶距离数据计算车辆的行驶轨迹，以及以所述初始位置为起点，将所述行驶轨迹实时加载在所述地图上以进行车辆的实时定位。

10.根据权利要求9所述的车辆在公共场所内的实时无源定位跟踪系统，其特征在于，所述车距检测模块包括若干个均匀设置于车轮边框上的检测片及设于刹车箍上的接近式传感器，所述接近式传感器在每个检测片转动至传感距离内时发送一次脉冲信号，中央数字处理器根据所述脉冲信号计算行驶距离。

11.根据权利要求9所述的车辆在公共场所内的实时无源定位跟踪系统，其特征在于，所述初始位置模块为无线通信模块、激光红外模块或超声模块，通过无线信号、激光红外信号或超声信号触发公共场所的初始位置参考模块以获取初始位置及公共场所的地图；

或所述初始位置参考模块通过通信网络将公共场所地图及入口位置发送至所述初始位置模块，由所述初始位置模块选择一入口位置作为初始位置。

12.根据权利要求9所述的车辆在公共场所内的实时无源定位跟踪系统，其特征在于，中央数字处理器进一步包括：

地图处理模块，用于将所述地图进行格点化处理，得到由格点组成的数字地图；

地图定位模块，用于将所述行驶轨迹实时加载在格点化处理后的数字地图上。

13.根据权利要求9或12所述的车辆在公共场所内的实时无源定位跟踪系统，其特征在于，中央数字处理器进一步包括：

距离解析模块，用于根据所述行驶距离数据解算出行驶距离；

方向解析模块，用于根据行驶方向数据解算出行驶方向；

轨迹计算模块，用于根据行驶方向将行驶距离转换为车辆在三维空间内行驶的位移矢量，并将实时生成的位移矢量按时间先后进行组合，形成实时的行驶轨迹。