CN106908779A - 一种基于光强信号匹配的隧道内光感测距与定位装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于光强信号匹配的隧道内光感测距与定位装置，包括：感光组件以及信号采集组件，感光组件用于感知隧道中光照的周期变化，产生周期变化的电信号；信号采集组件的输入端与感光组件连接，用于接收感光组件生成的电信号并对电信号进行数字采样并输出。本发明避免了车辆在隧道中行驶时由于导航卫星信号被遮蔽而无法定位车辆具体位置的情况。
Description
技术领域
本发明涉及光电探测技术领域，尤其涉及一种基于光强信号匹配的车载或移动平台在隧道行驶环境中依据隧道照明变化进行测距和定位的隧道内光感测距与定位装置。
背景技术
通常的车载测距和定位装置主要基于导航卫星定位技术，接收导航卫星的信号进行测距与定位，并可以将车辆的实时位置标记在电子地图上。但是当车辆处于一些特殊路段时，特别是当车辆驶入隧道后，由于隧道的遮挡，车辆搭载的基于导航卫星的测距和定位装置无法接收到卫星信号，因此无法测距与定位。
目前车辆进入隧道中行驶时，常规的基于导航卫星信号的测距和定位装置通常处于搜索导航卫星信号状态中，行驶距离与位置等信息不再更新，当车辆驶出隧道后，系统重新搜索导航卫星信号，更新位置信息，在电子地图上标注出车辆的最新位置。当隧道较长或者隧道较多时，常规的测距与定位装置通常在一段相对较长的时间内无法搜索到导航卫星信号，会有较长的一段行驶距离无法测量，车辆位置也将无法更新，这导致了定位会出现较大的误差甚至定位错误。当需要车辆在隧道中的具体位置信息时，常规的测距与定位装置将无法提供准确的定位信息。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明突破了现有技术在隧道环境中无法测量车辆行驶距离和定位车辆位置的局限，提供了一种可以在隧道中利用隧道顶灯的照明进行行驶距离测量与定位的光感测距与定位装置，避免了车辆在隧道中行驶时由于导航卫星信号被遮蔽而无法定位车辆具体位置的情况。
(二)技术方案
根据本发明的一个方面，提供了一种基于光强信号匹配的隧道内光感测距与定位装置，包括：
感光组件，用于感知隧道中光照的周期变化，产生周期变化的电信号；以及
信号采集组件，其输入端与感光组件连接，用于接收感光组件生成的电信号并对电信号进行数字采样并输出。
优选的，所述感光组件包括：光电探测器、直流电源、回路开关和回路电阻，所述光电探测器、直流电源、回路开关和回路电阻共同构成感光回路。
优选的，所述光电探测器为光敏电阻器或光电二极管。
优选的，所述光敏电阻器选择使用对可见光波段敏感的光敏电阻。
优选的，所述光敏电阻器采用薄片结构。
优选的，所述光敏电阻器安装在车辆的顶部或者贴合安装于前挡风玻璃的内侧。
优选的，所述信号采集组件为数字采集卡。
优选的，基于光强信号匹配的隧道内光感测距与定位装置还包括：信号处理与控制组件，其与信号采集组件的输出端连接，用于接收数字采样信号并对数字采样信号进行分析处理，生成车辆行驶距离信息，将距离信息与电子地图进行匹配得到定位信息；信号处理与控制组件还与感光组件连接，用于产生控制信号控制感光组件的工作状态。
优选的，所述信号处理与控制组件为计算机，其中，
计算机接收信号采集组件输出的数字采样信号，对其进行分析，提取数字采样信号的周期数、每个周期对应的时间，结合车辆提供的实时速度参数，计算车辆的行驶距离；
计算机与所述回路开关相连，计算机产生控制信号输出至所述回路开关，控制所述回路开关的开/关，进而控制感光回路的工作状态。
优选的，所述电子地图对车辆在隧道中的位置进行标记与定位，通过调整位置信息更新时间进行位置标记点更新。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明的隧道内光感测距与定位装置与现有技术相比较，至少具有以下有益效果其中之一：
(1)使用感光组件作为隧道内光感测距与定位装置的探测单元，将隧道中顶灯照明的明暗变化转化为感光组件电流强度的变化，通过探测电流强度来进行电流信号的周期计数与计时，并结合车辆实时速率来进行测距，充分利用了隧道环境中的光照特点，避免了隧道中因无法搜索到导航卫星信号而导致的无法测距的问题；得到车辆行驶的距离信息后，通过距离信息与电子地图进行匹配，可以得到车辆在隧道中的位置信息，实现对车辆的定位，避免了隧道中由于导航卫星信号不稳定或无导航卫星信号而引起的无法定位的问题；
(2)本发明的隧道内光感测距与定位装置结构简捷紧凑，可实现装置的小型化，便于在车辆或移动平台上安装，感光组件可以安装在车内空间，环境适应性好，可在严苛环境下工作，提高了隧道内光感测距与定位装置的适用性。
附图说明
图1为本发明实施例基于光强信号匹配的隧道内光感测距与定位装置的结构示意图。
【主要元件】
11-光电探测器；12-数字采集卡；13-计算机；
21-直流电源；22-回路开关；23-回路电阻。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
在本发明的示例性实施例中，提供了一种基于光强信号匹配的隧道内光感测距与定位装置。本发明的一种基于光强信号匹配的隧道内光感测距与定位装置包括：感光组件、信号采集组件和信号处理与控制组件。感光组件感知隧道中光照的周期变化，产生周期变化的电信号，信号采集组件接收感光组件生成的电信号并对电信号进行数字采样并输出，信号处理与控制组件接收数字采样信号并保存，对数字采样信号进行分析处理，生成车辆行驶距离信息，将距离信息与电子地图进行匹配得到定位信息，信号处理与控制组件也产生控制信号控制感光组件的工作状态。
图1为本发明实施例的结构示意图。如图1所示，所述感光组件包括光电探测器11、直流电源21、回路开关22和回路电阻23。光电探测器11、直流电源21、回路开关22和回路电阻23共同构成了感光回路，直流电源21在光电探测器11的正负极之间施加恒定的电压，当外界光照变化时，光电探测器11的光电流产生变化，光电流的变化引起感光回路中电流强度的变化，回路开关22与直流电源21连接，控制感光回路的通断，回路电阻23与回路开关22连接，回路电阻23起保护与限流作用。当回路开关22闭合，感光回路联通，光电探测器11在车辆于隧道中行驶时，隧道顶灯照明的明暗变化将引起光电探测器11的光电流发生变化，感光回路中的电流值也将随着照明的明暗变化而有规律地变化。
优选地，光电探测器11为高灵敏度光敏电阻器。光敏电阻器的电阻值随外界光照条件变化，引起感光回路中电流强度的变化。当入射至光敏电阻器的光变强时，光敏电阻器的阻值变小，感光回路中的电流变大；当入射至光敏电阻器的光变弱时，光敏电阻器的阻值变大，感光回路中的电流变小。为了感知隧道中顶灯照明的明暗变化，光敏电阻器选择使用对可见光波段敏感的光敏电阻；为了吸收更多的光能，光敏电阻器采用薄片结构，增大感光面，薄片结构的光敏电阻器可安装在车辆的顶部或者贴合安装于前挡风玻璃的内侧，提高装置在环境中的适应性和稳定性。
另外，光电探测器11也可选用高灵敏度光电二极管。光电二极管在受到光照时产生光电流，光电流强度随隧道中光照的明暗而变化，而光电流的变化则引起感光回路中电流大小的变化。当入射至光电二极管的光照变强时，光电二极管产生的光电流变大，感光回路中的电流变大；当入射至光电二极管的光照变弱时，光电二极管产生的光电流变小，感光回路中的电流变小。
信号采集组件为数字采集卡12，数字采集卡12串联在感光回路中的光电探测器11和回路电阻23之间，数字采集卡12探测感光回路中的电流，并对电流信号进行采样，生成数字采样信号，数字采集卡12的输出端与信号处理与控制组件连接，将数字采样信号发送至信号处理与控制组件进行处理。
信号处理与控制组件为计算机13，计算机13分别与数字采集卡12和回路开关22相连，计算机向回路开关22发送控制信号，通过回路开关22控制感光回路的通断，进而控制感光回路的工作状态；计算机13接收数字采集卡12发送的数字采样信号并保存。当车辆在隧道中行驶时，感光回路中的电流强度会以一定的周期变化，计算机13对数字采样信号进行分析处理，根据采样信号强度的周期变化，提取出采样信号中的每个周期、计算每个周期对应的时间、并记录信号周期数。计算机13根据车辆提供的实时速度信息，利用采样信号的周期时间，可以计算得到采样信号中每个周期所对应的车辆行驶路程，即每两个相邻的隧道顶灯之间的距离，连续快速地计算信号中每个周期对应的距离，可以得到车辆在隧道中行驶的距离信息。
计算机13中安装有电子地图，电子地图用于对车辆在隧道中的位置进行标记与定位，利用电子地图中已有的隧道数据和测量计算得到的车辆行驶距离数据进行地图匹配，在电子地图上定位车辆的实时位置。车辆驶入隧道时的位置在电子地图上标记为起始位置，计算机13开始通过电流采样信号计算行驶距离，通过起始位置标记点和行驶距离，即可在电子地图上标记出车辆在隧道中的位置，实现车辆在隧道中行驶时的定位，并且由车辆行驶距离信息与电子地图的匹配可以从电子地图中提取出车辆位置的定位数据，该定位数据也可由计算机13传输至上位机进行使用。
优选地，为了降低装置进行测距定位信息与电子地图匹配的计算量，可以通过调整位置信息更新时间进行位置标记点更新，例如计算机13每计算采样信号10个周期的时间后计算生成一个行驶距离值并发送给电子地图进行位置标记点更新。
对于已知内部照明设施布设的隧道，隧道中相邻顶灯的距离为已知，此时计算机13只需要通过记录电流采样信号的周期数，即可由周期数和相邻顶灯的距离计算出车辆的行驶距离。
计算机13记录保存数字采样信号、信号周期等参数信息以及车辆行驶距离、位置等信息，可以将全部或者部分信息上传至上位机等其它设备中进行使用或者做进一步的处理。
当隧道中的顶灯间隔距离符合标准间隔距离或者为已知数据时，只需要通过对感光回路中电流信号的周期进行计数，即可得到车辆在隧道中的行驶距离信息，测距与定位的效率将提高。同时对于隧道顶灯的明暗周期变化，通常每个周期值相近，若出现周期值有较大变化或突变的情况，则可以对异常周期进行标记并在距离计算时进行校正。
综上所述，本发明的基于光强信号匹配的隧道内光感测距与定位装置，采用光电探测器作为光电传感装置，并使用直流电源和回路开关构成感光回路。利用隧道中顶灯周期排布的特点和车辆在隧道中行驶时顶灯照明环境明暗变化的现象，使用光电探测器来感知光照变化，将光照变化转化为光电探测器的光电流变化，感光回路中的电流值也将随之有规律地变化，使用数字采集卡接收和采样感光回路中的电流信号，形成数字采样信号并传输至计算机。在计算机中使用数字采样信号计算出车辆行驶距离，并结合计算机中安装的电子地图与车辆行驶距离进行匹配，将车辆位置标记于电子地图上，实现车辆在隧道中的定位，避免了由于隧道中导航卫星信号被遮挡而无法定位车辆位置并计算车辆行驶距离的问题，是对基于导航卫星的车辆定位系统的有效补充，提高了车辆定位系统在不同道路环境中的适用性和定位准确度。
需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。
还需要说明的是，本文可提供包含特定值的参数的示范，但这些参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本发明的保护范围。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
应注意，贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在以下描述中，一些具体实施例仅用于描述目的，而不应该理解为对本发明有任何限制，而只是本发明实施例的示例。在可能导致对本发明的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。应注意，图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本发明实施例的内容。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于光强信号匹配的隧道内光感测距与定位装置，其特征在于，包括：
感光组件，用于感知隧道中光照的周期变化，产生周期变化的电信号；以及
信号采集组件，其输入端与感光组件连接，用于接收感光组件生成的电信号并对电信号进行数字采样并输出。
2.根据权利要求1所述的隧道内光感测距与定位装置，其特征在于，所述感光组件包括：光电探测器、直流电源、回路开关和回路电阻，所述光电探测器、直流电源、回路开关和回路电阻共同构成感光回路。
3.根据权利要求2所述的隧道内光感测距与定位装置，其特征在于，所述光电探测器为光敏电阻器或光电二极管。
4.根据权利要求3所述的隧道内光感测距与定位装置，其特征在于，所述光敏电阻器选择使用对可见光波段敏感的光敏电阻。
5.根据权利要求3所述的隧道内光感测距与定位装置，其特征在于，所述光敏电阻器采用薄片结构。
6.根据权利要求5所述的隧道内光感测距与定位装置，其特征在于，所述光敏电阻器安装在车辆的顶部或者贴合安装于前挡风玻璃的内侧。
7.根据权利要求1所述的隧道内光感测距与定位装置，其特征在于，所述信号采集组件为数字采集卡。
8.根据权利要求2所述的隧道内光感测距与定位装置，其特征在于，还包括：
信号处理与控制组件，其与信号采集组件的输出端连接，用于接收数字采样信号并对数字采样信号进行分析处理，生成车辆行驶距离信息，将距离信息与电子地图进行匹配得到定位信息；信号处理与控制组件还与感光组件连接，用于产生控制信号控制感光组件的工作状态。
9.根据权利要求8所述的隧道内光感测距与定位装置，其特征在于，所述信号处理与控制组件为计算机，其中，
计算机接收信号采集组件输出的数字采样信号，对其进行分析，提取数字采样信号的周期数、每个周期对应的时间，结合车辆提供的实时速度参数，计算车辆的行驶距离；
计算机与所述回路开关相连，计算机产生控制信号输出至所述回路开关，控制所述回路开关的开/关，进而控制感光回路的工作状态。
10.根据权利要求8所述的隧道内光感测距与定位装置，其特征在于，所述电子地图根据车辆在隧道中位置信息的更新进行位置标记点的更新，通过调整车辆位置信息的更新时间进行位置标记点更新。
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