CN107172584B - 一种基于uwb技术的城市车辆管理方法、定位基站及系统 - Google Patents

一种基于uwb技术的城市车辆管理方法、定位基站及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于UWB技术的城市车辆管理方法，包括，在城市的目标区域设置定位基站组，所述定位基站组包括复数个间隔布设在所述目标区域的UWB定位基站，其中所述目标区域为室内停车场、露天停车场、城市道路或路侧停车区域；当携带有定位标签的目标车辆进入所述目标区域时，定位基站组接收所述定位标签发送的定位帧，从而获得定位数据；所述定位基站组将所述定位数据上传至后台服务器，以使所述后台服务器根据所述定位数据和所述UWB定位基站的位置确定所述目标车辆的位置，并根据所述目标车辆的位置对所述目标车辆进行管理。本系统可以适用于各种城市应用场景，满足城市车辆管理中各种停车收费，车辆识别、车辆定位跟踪的需求。

Description

一种基于UWB技术的城市车辆管理方法、定位基站及系统
技术领域
本申请涉及智能交通领域，特别涉及一种基于UWB技术的城市车辆管理方法、定位基站及系统。
背景技术
目前，应用于停车场收费、路内停车、道路稽查、车辆识别、路径识别、定位跟踪、车辆防盗等车辆管理手段多种多样，且没有一个统一的标准，各管理方采用各自独立的管理方式；
1、在停车场，在车辆通行方面，有采用发卡人工收费、车牌识别、5.8G ETC自动收费等方式；
2、路内停车，现有方式采用地磁检测配合人工缴费的方式；
3、车辆识别，目前大多采用车牌识别，同时也有射频卡识别的方式；
4、路径识别、定位跟踪、车辆防盗，目前大多采用GPS定位。
对以上各种场景的应用，均无法在其他各场景的应用使用，同时，即使是对现有的方案，也无法完全满足安全、高效的管理需求，例如车牌识别，无法解决套牌车辆的问题；GPS在城市中，受限于高楼大厦等，无法准确定位，因此，需要一种新的城市智能车辆管理系统，来满足市场的需求。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于UWB技术的城市车辆管理方法，包括，
在城市的目标区域设置定位基站组，所述定位基站组包括复数个间隔布设在所述目标区域的UWB定位基站，其中所述目标区域为室内停车场、露天停车场、城市道路或路侧停车区域；
当携带有定位标签的目标车辆进入所述目标区域时，定位基站组接收所述定位标签发送的定位帧，从而获得定位数据；
所述定位基站组将所述定位数据上传至后台服务器，以使所述后台服务器根据所述定位数据和所述UWB定位基站的位置确定所述目标车辆的位置，并根据所述目标车辆的位置对所述目标车辆进行管理。
进一步的，所述定位数据包括所述定位基站组中各所述UWB定位基站接收到所述定位帧的时间；
则所述方法还包括：
定位数据校准步骤；
所述定位基站组中包括至少一个主基站和至少一个从基站，其中所述主基站和所述从基站均为所述定位基站组中的UWB定位基站，则所述定位数据校准步骤具体为：
所述主基站以固定周期发送时间同步帧，其中T10时间发送第N个时间同步帧，T11时间发送第N+1个时间同步帧，所述从基站在T20时间收到所述第N个时间同步帧，在T21时间收到所述第N+1个时间同步帧；
所述主基站在T1t时间收到所述定位帧，所述从基站在T2t时间收到所述定位帧，其中所述T1t时间大于T11时间，所述T2t时间大于T21时间；
则校准后所述从基站接收到所述定位帧的时间T2t'为：
T11+(T2t–T21)*(T11-T10)/(T21-T20)+TOF
其中TOF为时间同步帧从所述主基站传输到所述从基站所需的时间。
进一步的，所述TOF通过测量步骤获取，所述测量步骤具体为：
发送基站在T30时间发送第一测试信号；
接收基站在T40时间接收到所述第一测试信号并在T41时间返回响应信号；
所述发送基站在T31时间接收到所述响应信号，并在T32时间发送确认信号；
所述接收基站在T42时间接收到所述确认信号；
其中当所述发送基站为主基站时，所述接收基站为从基站；当所述发送基站为从基站时，所述接收基站为主基站；T40时间到T41时间为所述接收基站处理信号所用时间，T32时间到T31时间为发送基站处理信号所用时间，则所述TOF为：
[(T31-T30)-(T41-T40)+(T42-T41)-(T32-T31)]/4。
进一步的，所述定位基站组还包括至少一个转发基站，所述主基站发送的时间同步帧包括发送的时间，则：
所述转发基站接收到所述主基站发送的时间同步帧后；
所述转发基站转发所述时间同步帧时附加所述转发基站自身的转发时间，以使和所述转发基站相连的其他转发基站或从基站根据所述时间同步帧校准。
进一步的，在城市的目标区域设置定位基站组，所述定位基站组包括复数个间隔布设在所述目标区域的UWB定位基站步骤具体为：
在城市的目标区间隔布设复数个UWB定位基站，所述UWB定位基站通过自组网技术以有线或无线的方式信号相连。
进一步的，根据所述目标车辆的位置对所述目标车辆进行管理步骤具体为：
为目标车辆选择停车场提供参考；和/或，
为目标车辆在停车场内提供停车引导；和/或，
根据目标车辆的位置进行拥堵收费管理；和/或，
对目标车辆进行路内停车管理。
再一方面，本发明还提供了一种用于的城市车辆管理的UWB定位基站，所述UWB定位基站被设置在目标区域，其中所述目标区域为室内停车场、露天停车场、城市道路或路侧停车区域，包括：
接收模块，用于当携带有定位标签的目标车辆进入所述目标区域时，接收所述定位标签发送的定位帧，从而获得定位数据；
发送模块，用于将所述定位数据上传至后台服务器，以使所述后台服务器根据所述定位数据和所述UWB定位基站的位置确定所述目标车辆的位置，并根据所述目标车辆的位置对所述目标车辆进行管理。
还包括：
同步发送模块，用于以固定周期发送时间同步帧；
同步接收模块，用于接收时间同步帧；
校准模块，用于根据接收到的时间同步帧对接收到所述定位帧的时间进行校准。
时间差计算模块，用于计算时间同步帧从发出，到被所述UWB定位基站接收到时所经历的时间。
再一方面，本发明还提供了一种基于UWB技术的城市车辆管理系统，包括复数个间隔在目标停车区域的如上所述的UWB定位基站，和所述UWB 定位基站相连的后台服务器。
与现有技术相比，本申请的有益效果为：
本系统可以适用于各种城市应用场景，满足城市车辆管理中各种停车收费，车辆识别、车辆定位跟踪的需求。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请提供的一种基于UWB技术的城市车辆管理方法的流程图；
图2是本申请提供的一种主从同步方法的示意图；
图3是本申请提供的一种计算时间同步帧从主基站传输到从基站时间的方法示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
实施例一，本发明提供的一种基于UWB技术的城市车辆管理方法包括：
如图1所示：在城市的目标区域设置定位基站组，所述定位基站组包括复数个间隔布设在所述目标区域的UWB定位基站，其中所述目标区域为室内停车场、露天停车场、城市道路或路侧停车区域；
当携带有定位标签的目标车辆进入所述目标区域时，定位基站组接收所述定位标签发送的定位帧，从而获得定位数据；
可以理解的，定位标签也为UWB标签，其通过UWB技术和UWB定位基站交互，并发送定位帧以使系统对定位标签进行定位，由于定位标签是安装在车辆上的，因此定位标签的位置也就是车辆的位置。定位标签除了被用于定位外，还可以发送携带自身或车辆的信息的身份帧，该身份帧和定位帧可以为同一帧数据，也可以是不同的帧数据，在此不做限定。
所述定位基站组将所述定位数据上传至后台服务器，以使所述后台服务器根据所述定位数据和所述UWB定位基站的位置确定所述目标车辆的位置，并根据所述目标车辆的位置对所述目标车辆进行管理。
本实施例中，定位方式采用基于TDOA(到达时间差)定位的方式对所述定位标签进行定位，后台服务器接收到定位基站组发送的其中各UWB定位基站接收到定位帧的时间，根据该时间和发送该时间对应的UWB定位基站的位置计算出定位标签的位置，其中向后台发送自身接收到定位帧时间的 UWB定位基站不少于3个。容易理解的，在其他实施例中，也可以是由任一个UWB定位基站计算出定位标签的位置后，将定位标签的位置发送给后台服务器。
同时，定位基站组还会转发根据身份帧获取定位标签的身份信息，身份信息可以包含对应车辆的车牌等信息以方便后台服务器进行车辆跟踪、扣费、身份识别等管理。可以理解的，该后台服务器可以是以城市为单位统一管理的，也可以是分布式的，即在每个目标定位区域分别设置的，然后再统一管理的，在此不做限定。本系统可以适用于各种城市应用场景，满足城市车辆管理中各种停车收费，车辆识别、车辆定位跟踪的需求。
实施例二，本发明的定位方式采用基于TDOA(到达时间差)定位的方式，这就要求UWB定位基站的时间必须保持高度一致，基站间时间同步精度决定了定位精度，通常时间同步需到达纳秒级别。为保证基站时间的时间同步，需采用时间同步帧的方式。
因此本方法还包括定位数据校准步骤；
所述定位基站组中包括至少一个主基站和至少一个从基站，其中所述主基站和所述从基站均为所述定位基站组中的UWB定位基站，多个从基站收到主基站的时间同步帧后，根据时间同步帧中的时间，再加上时间同步帧传输的时间，即可将从基站的时间设置成主基站一致，当然，由于基站硬件之间的差别，必然存在基站之间的基准时间存在一定的误差，这就需要将时间同步帧以一定的频率来发送，确保基站之间的时间同步。时间同步帧的传输可采用有线或无线的方式。
如图2所示：以一个主基站和一个从基站为例，所述定位数据校准步骤具体为：
所述主基站以固定周期发送时间同步帧，其中T10时间发送第N个时间同步帧，T11时间发送第N+1个时间同步帧，所述从基站在T20时间收到所述第N个时间同步帧，在T21时间收到所述第N+1个时间同步帧；
所述主基站在T1t时间收到所述定位帧，所述从基站在T2t时间收到所述定位帧，其中所述T1t时间大于T11时间，所述T2t时间大于T21时间；
可以理解的：以主基站时钟为参考，主基站在T10时刻发送第N个时间同步帧，T11时刻发送第N+1个时间同步帧，其中T11-T10＝Tc；Tc为固定周期，收到定位标签的定位帧时间为T1t
以从基站时钟为参考，从基站在T20时刻收到第N个时间同步帧，在 T21时刻收到第N+1个时间同步帧，T2t时刻收到定位标签的定位帧，理论上，T21-T20＝Tc，但由于基站之间的硬件差别，基站定时器会存在误差，所以T21-T20＝Tc并不成立；
因此为了计算定位标签帧到达主基站和从基站之间的时间差，需将T2t 时间转换为以主基站时间为参考的时间，转换后的时间可根据如下公式计算：
也就是校准后所述从基站接收到所述定位帧的时间T2t'为：
T11+(T2t–T21)*(T11-T10)/(T21-T20)+TOF
其中TOF为时间同步帧从所述主基站传输到所述从基站所需的时间。
在本实施例中，
主基站和从基站之间的时间同步帧传输时间，可根据主基站和从基站之间的距离除以射频信号的传输速度得出，但在施工以及测量的过程中，或多或少的会存在一些误差，同时，也不排除基站之间存在一些引起射频信号传输速度降低的障碍物，这会导致TOF存在一些不必要的误差，为此，可采用自动测量TOF的方式。
如图3所示，自动测量TOF量步骤具体为：
发送基站在T30时间发送第一测试信号；
接收基站在T40时间接收到所述第一测试信号并在T41时间返回响应信号；
所述发送基站在T31时间接收到所述响应信号，并在T32时间发送确认信号；
所述接收基站在T42时间接收到所述确认信号；
其中当所述发送基站为主基站时，所述接收基站为从基站；当所述发送基站为从基站时，所述接收基站为主基站；T40时间到T41时间为所述接收基站处理信号所用时间，T32时间到T31时间为发送基站处理信号所用时间，则所述TOF为：
[(T31-T30)-(T41-T40)+(T42-T41)-(T32-T31)]/4。
该自动测量TOF量步骤可以由基站不定时的发起，从而调整TOF值。
可以理解的，在其他实施例中，可以按上述方式以其他数量的传输次数进行调整，并不局限于4次。
再一个实施例中，所述定位基站组还包括至少一个转发基站，所述主基站发送的时间同步帧包括发送的时间，则：
所述转发基站接收到所述主基站发送的时间同步帧后；
所述转发基站转发所述时间同步帧时附加所述转发基站自身的转发时间，以使和所述转发基站相连的其他转发基站或从基站根据所述时间同步帧校准。
进一步的，在城市的目标区域设置定位基站组，所述定位基站组包括复数个间隔布设在所述目标区域的UWB定位基站步骤具体为：
在城市的目标区间隔布设复数个UWB定位基站，所述UWB定位基站通过自组网技术以有线或无线的方式信号相连。可以理解的基站之间的组网方式，包括但不限于有线连接、WIFI、Zigbee等方式，同时，定位基站组和后台服务器的连接，根据需求，可通过基站内的3G/4G模块，也可通过有线的方式。自组网过程中，定位基站组在确定主基站后，可以根据连接关系自行决定是从基站还是转发基站，可以理解的，转发基站包括从基站的所有功能，进一步的，主基站，从基站和转发基站都可以完成对定位标签的定位功能。
在定位基站组搭建完成后，后台服务器根据对定位标签的定位及身份信息可以对目标车辆进行管理，包括但不限于：
为目标车辆选择停车场提供参考；和/或，
为目标车辆在停车场内提供停车引导；和/或，
根据目标车辆的位置进行拥堵收费管理；和/或，
对目标车辆进行路内停车管理。
具体的：
当目标车辆进入停车场出入口区域时，可通过UWB的精确定位以及 UWB信号中的车辆信息，通过车道机以及后台的自动扣费，完成车辆的进入/离开停车场；
通过在停车场内安装定位基站组，目标车辆进入停车场区域后，定位基站组定位出目标车辆的精确位置，并将位置信息传送给后台服务器，当需查找目标车辆时，通过后台服务器即可查到车辆所在位置。
通过在道路区域布设定位基站组，采集经过此区域的车辆信息，由于定位精度高，精确识别车辆通行情况，车辆漏检的概率极低，能够提升对通行车辆的识别成功率，同时，还可根据不同的路段区域，设置不同的收费规则。
通过UWB的精确定位，可对停入路边泊位的目标车辆，进行收费，同时，能够记录车辆进入泊位以及驶出泊位的轨迹，确保收费有迹可循。
另一方面，本发明还提供了一种用于的城市车辆管理的UWB定位基站，所述UWB定位基站被设置在目标区域，其中所述目标区域为室内停车场、露天停车场、城市道路或路侧停车区域，包括：
接收模块，用于当携带有定位标签的目标车辆进入所述目标区域时，接收所述定位标签发送的定位帧，从而获得定位数据；
发送模块，用于将所述定位数据上传至后台服务器，以使所述后台服务器根据所述定位数据和所述UWB定位基站的位置确定所述目标车辆的位置，并根据所述目标车辆的位置对所述目标车辆进行管理。
进一步的，还包括：
同步发送模块，用于以固定周期发送时间同步帧；
同步接收模块，用于接收时间同步帧；
校准模块，用于根据接收到的时间同步帧对接收到所述定位帧的时间进行校准。
时间差计算模块，用于计算时间同步帧从发出，到被所述UWB定位基站接收到时所经历的时间。
转发模块，用于转发接收到的时间同步帧及对应的时间。
再一方面，本发明还提供了一种基于UWB技术的城市车辆管理系统，，包括复数个间隔在目标停车区域的如上一实施例所述的UWB定位基站，和所述UWB定位基站相连的后台服务器。其中所述后台服务器包括用于为目标车辆选择停车场提供参考的引导模块；用于为目标车辆在停车场内提供停车引导的指引模块；用于根据目标车辆的位置进行拥堵收费管理的拥堵收费处理模块和用于对目标车辆进行路内停车管理的路内停车管理模块。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明 。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明 的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。

Claims (6)

1.一种基于UWB技术的城市车辆管理方法，其特征在于：包括，
在城市的目标区域设置定位基站组，所述定位基站组包括复数个间隔布设在所述目标区域的UWB定位基站，其中所述目标区域为室内停车场、露天停车场、城市道路或路侧停车区域；
当携带有定位标签的目标车辆进入所述目标区域时，定位基站组接收所述定位标签发送的定位帧，从而获得定位数据；
所述定位基站组将所述定位数据上传至后台服务器，以使所述后台服务器根据所述定位数据和所述UWB定位基站的位置确定所述目标车辆的位置，并根据所述目标车辆的位置对所述目标车辆进行管理；
所述定位数据包括所述定位基站组中各所述UWB定位基站接收到所述定位帧的时间；
则所述方法还包括：
定位数据校准步骤；
所述定位基站组中包括至少一个主基站和至少一个从基站，则所述定位数据校准步骤具体为：
所述主基站以固定周期发送时间同步帧，其中T10时间发送第N个时间同步帧，T11时间发送第N+1个时间同步帧，所述从基站在T20时间收到所述第N个时间同步帧，在T21时间收到所述第N+1个时间同步帧；
所述主基站在T1t时间收到所述定位帧，所述从基站在T2t时间收到所述定位帧，其中所述T1t时间大于T11时间；
则校准后所述从基站接收到所述定位帧的时间T2t'为：
T11+(T2t–T21)*(T11-T10)/(T21-T20)+TOF
其中TOF为时间同步帧从所述主基站传输到所述从基站所需的时间；
所述TOF通过测量步骤获取，所述测量步骤具体为：
发送基站在T30时间发送第一测试信号；
接收基站在T40时间接收到所述第一测试信号并在T41时间返回响应信号；
所述发送基站在T31时间接收到所述响应信号，并在T32时间发送确认信号；
所述接收基站在T42时间接收到所述确认信号；
其中当所述发送基站为主基站时，所述接收基站为从基站；当所述发送基站为从基站时，所述接收基站为主基站；T40时间到T41时间为所述接收基站处理信号所用时间，T32时间到T31时间为发送基站处理信号所用时间，则所述TOF为：
[(T31-T30)-(T41-T40)+(T42-T41)-(T32-T31)]/4。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述定位基站组还包括至少一个转发基站，所述主基站发送的时间同步帧包括发送的时间，则：
所述转发基站接收到所述主基站发送的时间同步帧后；
所述转发基站转发所述时间同步帧时附加所述转发基站自身的转发时间，以使和所述转发基站相连的其他转发基站或从基站根据所述时间同步帧校准。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在城市的目标区域设置定位基站组，所述定位基站组包括复数个间隔布设在所述目标区域的UWB定位基站步骤具体为：
在城市的目标区间隔布设复数个UWB定位基站，所述UWB定位基站通过自组网技术以有线或无线的方式信号相连。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述目标车辆的位置对所述目标车辆进行管理步骤具体为：
为目标车辆选择停车场提供参考；和/或，
为目标车辆在停车场内提供停车引导；和/或，
根据目标车辆的位置进行拥堵收费管理；和/或，
对目标车辆进行路内停车管理。
5.一种用于的城市车辆管理的UWB定位基站，其特征在于，所述UWB定位基站采用权利要求1-4任一项所述基于UWB技术的城市车辆管理方法，所述UWB定位基站被设置在目标区域，其中所述目标区域为室内停车场、露天停车场、城市道路或路侧停车区域，包括：
接收模块，用于当携带有定位标签的目标车辆进入所述目标区域时，接收所述定位标签发送的定位帧，从而获得定位数据；
发送模块，用于将所述定位数据上传至后台服务器，以使所述后台服务器根据所述定位数据和所述UWB定位基站的位置确定所述目标车辆的位置，并根据所述目标车辆的位置对所述目标车辆进行管理；
还包括：
同步发送模块，用于以固定周期发送时间同步帧；
同步接收模块，用于接收时间同步帧；
校准模块，用于根据接收到的时间同步帧对接收到所述定位帧的时间进行校准；
还包括：
时间差计算模块，用于计算时间同步帧从发出到被所述UWB定位基站接收到时所经历的时间。
6.一种基于UWB技术的城市车辆管理系统，其特征在于，包括复数个间隔在目标停车区域的如权利要求5所述的UWB定位基站，和所述UWB定位基站相连的后台服务器。
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