CN107907897A - 一种基于lifi的智能隧道导航装置及导航系统 - Google Patents

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Abstract

本发明一种基于LIFI的智能隧道导航装置，包括：GPS导航模块，用于在非隧道的道路行驶时，根据当前的GPS定位信号和行车路线进行导航；隧道导航模块，用于在隧道内行驶时，进行导航，包括：若干发送端以及接收端；所述发送端包括LED灯和控制芯片，所述控制芯片用于根据所述位置信号控制所述LED灯发出带有所述位置信号的闪烁频率；所述接收端设置于车辆上，包括光敏传感器和解码器，所述光敏传感器用于检测所述LED灯发出的闪烁频率，并传输到所述解码器，所述解码器用于将所述闪烁频率还原为GPS模拟信号并发送到所述GPS导航模块进行导航。本装置可以使车辆在没有GPS信号的隧道内也可以通过GPS模拟信号进行精准导航。

Description

一种基于LIFI的智能隧道导航装置及导航系统
技术领域
本发明涉及车辆导航领域，尤其是一种基于LIFI的智能隧道导航装置及导航系统。
背景技术
随着社会的进步，人们生活水平进一步提高，汽车的数量也迅速猛增，随之而来的是道路的愈加复杂。这无形中给车辆的行驶带来了极大的不便，GPS车载导航也就随之成为有车一族必不可少的工具。车载GPS导航，导航仪就是能够帮助用户准确定位当前位置,并且根据既定的目的地计算行程,通过地图显示和语音提示两种方式引导用户行至目的地的汽车驾驶辅助设备。使用者在车载GPS导航系统上任意标注两点后，导航系统便会自动根据当前的位置，为车主设计最佳路线。另外，它还有修改功能，假如用户因为不小心错过路口，没有走车载GPS导航系统推荐的最佳线路，车辆位置偏离最佳线路轨迹200米以上，车载GPS导航系统会根据车辆所处的新位置，重新为用户设计一条回到主航线路线，或是为用户设计一条从性位置到终点的最佳线路。
但由于GPS信号的穿透效果差，在进入隧道的路段时，车载导航能接收到的GPS信号很差甚至接收不到。导致车载GPS导航无法提供有效的引导，大大增加而来行车的危险。
发明内容
本发明提供一种基于LIFI的智能隧道导航装置，旨在克服现有车载GPS导航无法再隧道内进行有效导航的现状。
本发明采用了以下技术措施：
一种基于LIFI的智能隧道导航装置，包括：
GPS导航模块，用于在非隧道的道路行驶时，根据当前的GPS定位信号和行车路线进行导航；
隧道导航模块，用于在隧道内行驶时，进行导航，包括：若干发送端以及接收端；若干所述发送端设置于隧道内部各个位置，用于将所述发送端当前所处的位置信号发送给所述接收端，其中，所述位置信号为所述发送端当前所处位置的GPS模拟信号；所述发送端包括LED灯和控制芯片，所述控制芯片用于根据所述位置信号控制所述LED灯发出带有所述位置信号的闪烁频率；所述接收端设置于车辆上，包括光敏传感器和解码器，所述光敏传感器用于检测所述LED灯发出的闪烁频率，并传输到所述解码器，所述解码器用于将所述闪烁频率还原为GPS模拟信号并发送到所述GPS导航模块，所述GPS导航模块进一步用于根据所述GPS模拟信号和所述行车路线进行导航。
作为进一步改进，进一步包括隧道内速度检测模块，用于根据车辆经过相邻的两个发送端的时间间隔和这两个发送端的位置信号，计算当前车速。
作为进一步改进，所述光敏传感器进一步用于检测接收到的所述LED灯发出的闪烁频率的光强，当所述光敏传感器在单位时间内接收到多组所述LED灯发出的闪烁频率时，选取光强最大的一组所述LED灯发出的闪烁频率传输到所述解码器。
作为进一步改进，所述发送端进一步包括射频天线，所述射频天线与所述控制芯片电连接，所述接收端进一步包括RFID标签，当带有所述RFID标签的车辆进入所述射频天线的辐射范围时，所述RFID标签内的启动指令经所述射频天线传输到所述控制芯片，所述控制芯片控制所述LED灯发出带有所述位置信号的闪烁频率。
作为进一步改进，当所述射频天线同时接收到的启动指令的数量大于第二阈值时，提醒用户减慢车速。
作为进一步改进，当所述LED灯未完成本次闪烁频率发送，所述射频天线再次接收到启动指令时，所述LED灯完成本次闪烁频率发送后再进行下一次闪烁频率发送。
作为进一步改进，相邻两个所述发送端的间距为100m-300m。
作为进一步改进，在岔路口和弯道前50m-200m范围内，相邻两个所述发送端的间距为50m。
一种使用上述导航装置的导航系统，其还包括：
电子地图模块，用于储存电子地图；
路径规划模块，用于根据用户设置的出发地和目的地规划行车路线；
显示与播报模块，用于显示电子地图和当前车辆的位置，并语音播报进行导航；
道路属性判断模块，用于判断当前行驶道路的道路属性，所述道路属性包括非隧道道路和隧道道路，当判定车辆处于非隧道道路时，启用GPS导航模块；当判定车辆处于隧道道路时，启用隧道导航模块。
作为进一步改进，所述道路属性判断模块，用于根据GPS信号的强度是否低于第一阈值判断当前行驶道路的道路属性。
与现有技术相比较，本发明具有以下优点：
本发明一种基于LIFI的智能隧道导航装置在隧道内各个位置设有若干发送端，发送端包括LED灯和控制芯片，控制芯片内存有发送端当前所在位置的GPS模拟信号。所述控制芯片可以控制LED等发出带有所述位置信号的闪烁频率。车辆上的接收端包括光敏传感器和解码器，光敏传感器可以识别LED发出的特定的闪烁频率并传送给解码器，解码器将闪烁频率还原成GPS模拟信号再传输给GPS导航模块，所述GPS导航模块根据所述GPS模拟信号和所述行车路线进行导航。本装置在隧道内不需要使用GPS定位信号进行定位，直接使用LED灯发出的GPS模拟信号，即使在没有GPS定位信号的隧道内也能实现精准定位导航，大大提高在隧道内的行车安全。
同时，本装置不需在隧道内额外加设大量设备，只需在原有的LED灯上安装控制芯片即可。因为LED灯在正常闪烁时能达到每秒数百万次，使用LIFI技术进行信号传输时，也不会对隧道内的照明造成影响。
附图说明
附图1是本发明一种基于LIFI的智能隧道导航装置的组成示意图。
附图2是本发明一种使用基于LIFI的智能隧道导航装置的导航系统的系统示意图。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
请参考图1，实施例中，一种基于LIFI的智能隧道导航装置，包括：
GPS导航模块，该模块用于在非隧道的道路行驶时，根据当前的GPS定位信号和行车路线进行导航；所述GPS导航模块安装在车辆内部即可，在非隧道的道路时，接收GPS卫星发送的GPS定位信号进行导航。
隧道导航模块，该模块用于在隧道内行驶时，对车辆进行导航，车辆进入隧道后自动启动该模块，隧道导航模块包括：若干发送端以及接收端。
若干所述发送端分别设置于隧道内部各个位置，这些发送端用于将其当前所处的位置信号发送给所述接收端，其中，所述位置信号为所述发送端当前所处位置的GPS模拟信号。接收端接收到GPS模拟信号后将其传输给GPS导航模块，所述GPS导航模块根据所述GPS模拟信号和所述行车路线进行导航。
本实施例中，所述发送端包括LED灯和控制芯片，所述控制芯片内存有其当前所在位置的位置信号，所述控制芯片控制所述LED灯发出带有所述位置信号的闪烁频率。所述接收端包括设置在车辆上的光敏传感器和解码器，所述光敏传感器用于检测所述LED灯发出的闪烁频率，并传输到所述解码器，所述解码器用于将所述闪烁频率还原为GPS模拟信号并发送到所述GPS导航模块。
现有的隧道内部均设有LED灯用于内部照明，实际上LED灯是在一直闪烁的，其闪烁频率能达到每秒数百万次，肉眼是无法分辨的，但光敏传感器却可以识别这种闪烁，控制芯片控制LED灯发出带有所述位置信号的闪烁频率，光敏传感器接收这个频率并通过解码器还原为GPS模拟信号再传输给GPS导航模块，即可完成隧道内的精准导航。
值得注意的是，本实施例中，控制芯片中储存的位置信号是GPS导航模块可直接使用的GPS模拟信号，而不是简单的坐标信息，这样，解码器只需将闪烁频率一步还原为GPS模拟信号即可，而不需要再将坐标信息转换为GPS模拟信号，提高操作效率，使导航的实时性更佳。
本实施例中，进一步包括隧道内速度检测模块，用于根据车辆经过相邻的两个发送端的时间间隔和这两个发送端的位置信号，计算当前车速。因为隧道内部接收不到卫星发送的GPS导航信号，所以在导航时无法计算车辆的当前速度，这样无疑会加大隧道导航的危险性。本实施例中，通过车辆经过相邻两个发送端的时间间隔和这两个发送端的间距，即可计算出车辆的当前速度。提高隧道导航的安全性。
本实施例中，所述光敏传感器进一步用于检测接收到的所述LED灯发出的闪烁频率的光强，当所述光敏传感器在单位时间内接收到多组所述LED灯发出的闪烁频率时，选取光强最大的一组所述LED灯发出的闪烁频率传输到所述解码器。
因为LED灯的光线是发散性的，若多个发送端的距离较近，光敏传感器会同时或在单位时间内接收到多组LED灯发出的闪烁频率，而实际上要使用的仅为距离车辆最近的一组即可，同时接收到多组闪烁频率就会对系统造成干扰。故本实施例中，当所述光敏传感器在单位时间内接收到多组所述LED灯发出的闪烁频率时，选取光强最大的一组所述LED灯发出的闪烁频率传输到所述解码器。本实施例中，所述单位时间为0.1s-0.3s。
本实施例中也提供一种其他的解决办法来避免多组闪烁频率的互相干扰。具体方案如下：
所述发送端进一步包括射频天线，所述射频天线与所述控制芯片电连接，所述射频天线会向一定范围内发射射频信号。同时，所述接收端进一步包括RFID标签，当带有所述RFID标签的车辆进入所述射频天线的辐射范围时，射频信号会激活所述RFID标签，所述RFID标签内的启动指令就会发送到所述射频天线，所述启动指令经所述射频天线传输到所述控制芯片，所述控制芯片控制所述LED灯发出带有所述位置信号的闪烁频率。这样，只有在车辆进入射频天线的辐射范围后，LED灯才会向所述光敏传感器发送带有所述位置信号的闪烁频率，不会出现同时接收到多组闪烁频率的情况，避免相互干扰。
作为进一步改进，本实施中，当所述射频天线同时接收到的启动指令的数量大于第二阈值时，提醒用户减慢车速。当多辆车同时进入同一射频天线的辐射范围内时，射频天线同时激活多个RFID标签，就会收到多条启动指令，当同时收到的启动指令数量超过第二阈值时，即可判定为该路段车辆过多，为拥挤路面，此时提醒用户减慢车速以免造成危险。
作为进一步改进，本实施中，当所述LED灯未完成本次闪烁频率发送，所述射频天线再次接收到启动指令时，所述LED灯完成本次闪烁频率发送后再进行下一次闪烁频率发送。若短时间内有超过一辆车相继进入射频天线的辐射范围内时，有可能会出现本次的闪烁频率至发送了一半就再次接收到新的启动指定的情况，这种情况下，为保证每一次发送的都是完整有效的闪烁频率，LED灯会完成本次闪烁频率发送后再进行下一次闪烁频率发送。
本实施例中，为使导航效果最好，同时也使发送端的密集率不会因为过大而造成资源的浪费，不用在隧道的每一个LED灯上都安装控制芯片，本实施中，相邻两个所述发送端的间距为100m-300m。
岔路口和弯道为事故多发区域，本实施例中，为提高岔路口和弯道区域的安全性，在岔路口和弯道前50m-200m范围内，相邻两个所述发送端的间距为50m。当车辆快要进入岔路口和弯道区域时提醒用户减慢车速。
请参考图2，本实施中还提供一种使用上述导航装置的导航系统，其还包括：
电子地图模块，用于储存电子地图；
路径规划模块，用于根据用户设置的出发地和目的地规划行车路线；
显示与播报模块，用于显示电子地图和当前车辆的位置，并语音播报进行导航；
道路属性判断模块，用于判断当前行驶道路的道路属性，所述道路属性包括非隧道道路和隧道道路，当判定车辆处于非隧道道路时，启用GPS导航模块；当判定车辆处于隧道道路时，启用隧道导航模块以辅助GPS导航模块进行导航。
本实施例中，所述道路属性判断模块，是根据所能接收到的GPS信号的强度来判断是否处于隧道内，当GPS信号强度低于第一阈值时，即判定当前为隧道道路，否则为非隧道道路。本实施例中，所述第一阈值为35dB-45dB，进一步的，所述第一阈值为40dB。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种基于LIFI的智能隧道导航装置，其特征在于，包括：
GPS导航模块，用于在非隧道的道路行驶时，根据当前的GPS定位信号和行车路线进行导航；
隧道导航模块，用于在隧道内行驶时，进行导航，包括：若干发送端以及接收端；若干所述发送端设置于隧道内部各个位置，用于将所述发送端当前所处的位置信号发送给所述接收端，其中，所述位置信号为所述发送端当前所处位置的GPS模拟信号；所述发送端包括LED灯和控制芯片，所述控制芯片用于根据所述位置信号控制所述LED灯发出带有所述位置信号的闪烁频率；所述接收端设置于车辆上，包括光敏传感器和解码器，所述光敏传感器用于检测所述LED灯发出的闪烁频率，并传输到所述解码器，所述解码器用于将所述闪烁频率还原为GPS模拟信号并发送到所述GPS导航模块，所述GPS导航模块进一步用于根据所述GPS模拟信号和所述行车路线进行导航。
2.根据权利要求1所述的基于LIFI的智能隧道导航装置，其特征在于，进一步包括隧道内速度检测模块，用于根据车辆经过相邻的两个发送端的时间间隔和这两个发送端的位置信号，计算当前车速。
3.根据权利要求1所述的基于LIFI的智能隧道导航装置，其特征在于，所述光敏传感器进一步用于检测接收到的所述LED灯发出的闪烁频率的光强，当所述光敏传感器在单位时间内接收到多组所述LED灯发出的闪烁频率时，选取光强最大的一组所述LED灯发出的闪烁频率传输到所述解码器。
4.根据权利要求1所述的基于LIFI的智能隧道导航装置，其特征在于，所述发送端进一步包括射频天线，所述射频天线与所述控制芯片电连接，所述接收端进一步包括RFID标签，当带有所述RFID标签的车辆进入所述射频天线的辐射范围时，所述RFID标签内的启动指令经所述射频天线传输到所述控制芯片，所述控制芯片控制所述LED灯发出带有所述位置信号的闪烁频率。
5.根据权利要求4所述的基于LIFI的智能隧道导航装置，其特征在于，当所述射频天线同时接收到的启动指令的数量大于第二阈值时，提醒用户减慢车速。
6.根据权利要求4所述的基于LIFI的智能隧道导航装置，其特征在于，当所述LED灯未完成本次闪烁频率发送，所述射频天线再次接收到启动指令时，所述LED灯完成本次闪烁频率发送后再进行下一次闪烁频率发送。
7.根据权利要求1所述的基于LIFI的智能隧道导航装置，其特征在于，相邻两个所述发送端的间距为100m-300m。
8.根据权利要求7所述的基于LIFI的智能隧道导航装置，其特征在于，在岔路口和弯道前50m-200m范围内，相邻两个所述发送端的间距为50m。
9.一种使用权利要求1所述的基于LIFI的智能隧道导航装置的导航系统，其特征在于，其还包括：
电子地图模块，用于储存电子地图；
路径规划模块，用于根据用户设置的出发地和目的地规划行车路线；
显示与播报模块，用于显示电子地图和当前车辆的位置，并语音播报进行导航；
道路属性判断模块，用于判断当前行驶道路的道路属性，所述道路属性包括非隧道道路和隧道道路，当判定车辆处于非隧道道路时，启用GPS导航模块；当判定车辆处于隧道道路时，启用隧道导航模块。
10.根据权利要求9所述的导航系统，其特征在于，所述道路属性判断模块，用于根据GPS信号的强度是否低于第一阈值判断当前行驶道路的道路属性。
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