CN109920297A - 基于uwb定位系统的辅助驾驶训练系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于UWB定位系统的辅助驾驶训练系统及方法，系统包括UWB定位系统和车内视频显示系统；训练方法包括：定位标签与定位基站通讯，获取测距信息；定位标签打包ID和测距信息；ID和测距信息打包传输至位置解析控制系统；位置解析控制系统确定定位标签位置坐标；车内视频显示系统调取车辆模型；实时显示车辆位置点和运动轨迹；通过人机交互系统定格视频画面或者回放历史轨迹。本发明只需对现有驾校训练系统进行布局简单改造即可实现定位功能；在前期训练过程中，通过科技手段使学员快速建立车辆外部空间距离感，避免因个人接受能力快慢、空间想象力差异而导致的学习训练项目低水平重复。

Description

基于UWB定位系统的辅助驾驶训练系统及方法

技术领域

本发明涉及辅助驾驶训练技术领域，具体涉及一种基于UWB定位系统的辅助驾驶训练系统及方法。

背景技术

伴随着经济文化飞速发展，人们出行条件不断改善，私家汽车已经成为有车一族的第二生活空间，驾驶技能作为人们必备的技能已经得到最大范围普及，然而驾驶实地训练，单调乏味，耗时耗力，尤其对于对机动车了解较少，空间距离感不强的群体，驾驶训练更是苦不堪言，往往要花上短则半年，长则1-2年的时间才能完全通过驾照考试的所有科目。

传统驾驶训练基本上通过以下步骤、方法进行指导训练：首先，驾校统一组织学员进行理论知识学习，驾校教练实地示范讲解，每个驾驶训练环节的技巧和要领；接下来，驾驶学员实地进行训练，在倒桩训练、坡道启停步过程中，学员按照固定车位进行瞄点，操作方向盘，一步一步由生疏到熟练；最后建立学员在倒桩、侧方位停车等场景下的空间位置直观感觉，直到学员通过所有驾照考试科目的考试，整个过程漫长、单调枯燥。

以上传统驾照模拟训练方法，只能通过教练、学员之间的口头传授并在实际过程中逐步体会来进行实地训练，学习训练过程中效率低下，整个驾校学习效率不高，而且会衍生驾照模拟训练过程中的种种索贿、恶意狡诈等负面现象。

发明内容

本发明的目的在于提供一种学习效率高的基于UWB定位系统的辅助驾驶训练系统及方法。

实现本发明目的的技术方案为：一种基于UWB定位系统的辅助驾驶训练系统，包括UWB定位系统和车内视频显示系统；其中UWB定位系统包括定位标签、定位基站和位置解析控制系统，车内视频显示系统包括本地显示模块、通讯模块、训练车辆模型库和人机交互系统；

定位标签设置在训练车辆顶部，定位基站设置在驾校训练现场，位置解析控制系统用于接收来自定位标签与定位基站的实时测距信息，确定训练车辆当前的坐标位置信息；

车内视频显示系统通过调用内部存储的训练车辆模型库获取当前车辆的模型，利用通讯模块接收来自UWB定位系统的坐标位置信息，在车内显示屏上实时给出车辆的实时位置点和运动轨迹，人机交互系统用于学员训练过程中定格视频画面信息和事后训练轨迹回放。

一种基于UWB定位系统的辅助驾驶训练方法，包括以下步骤：

步骤1，定位标签与定位基站通讯，获取测距信息；

步骤2，定位标签打包ID和测距信息；

步骤3，ID和测距信息打包传输至位置解析控制系统；

步骤4，位置解析控制系统确定定位标签位置坐标；

步骤5，车内视频显示系统调取车辆模型；

步骤6，实时显示车辆位置点和运动轨迹；

步骤7，通过人机交互系统定格画面或者回复历史轨迹。

与现有技术相比，本发明的显著优点为：(1)本发明只需对现有驾校训练系统进行布局简单改造即可实现定位功能；(2)本发明能在前期训练过程中，通过科技手段使学员快速建立车辆外部空间距离感，避免因个人接受能力快慢、空间想象力差异而导致的学习训练项目低水平重复；(3)全程教学训练，教练参与大大降低，减轻教练工作量、驾校成本的同时，提升学员训练过程中的乐趣和互动；(4)大部分训练科考过程全自动操控，基本无需人工参与，覆盖管理盲区、规避人工管理弊端。

附图说明

图1为基于UWB定位系统的辅助驾驶训练系统主要组成框架图。

图2为基于UWB定位系统的辅助驾驶训练方法流程图。

具体实施方式

如图1所示，一种基于UWB定位系统的辅助驾驶训练系统，包括UWB定位系统和车内视频显示系统；其中UWB定位系统包括定位标签、定位基站和位置解析控制系统，车内视频显示系统包括本地显示模块、通讯模块、训练车辆模型库和人机交互系统；其中定位系统的定位精度为±15cm。

定位标签设置在训练车辆顶部，定位基站设置在驾校训练现场，位置解析控制系统用于接收来自定位标签与定位基站的实时测距信息，确定训练车辆当前的坐标位置点；

车内视频显示系统通过调用内部存储的训练车辆模型库获取当前车辆的模型，利用通讯模块接收来自UWB定位系统的坐标位置信息，在车内显示屏上实时给出车辆的实时位置点和运动轨迹，人机交互系统用于学员训练过程中定格视频画面信息和事后训练轨迹回放。

定位基站设置在驾校训练现场四周。

定位基站数量为三个以上，定位标签与定位基站建立通讯链路，定位标签测定自身与至少3个基站之间的距离。定位标签将自身ID信息以及对应测距基站ID信息，一并传输给位置解析控制系统，位置解析控制系统根据当前测距信息通过内部的位置解析算法引擎获取车辆在训练场的坐标位置信息。

位置解析算法可以采用现有的TOF(Time of Fly，空中飞行时间)、TDOA(TimeDifference Of Arrival，信号到达时间差)等算法。

如图2所示，本发明还提供一种基于UWB定位系统的辅助驾驶训练方法，包括以下步骤：

步骤1，定位标签与定位基站通讯，获取测距信息；

步骤2，定位标签打包ID和测距信息；

步骤3，ID和测距信息打包传输至位置解析控制系统；

步骤4，位置解析控制系统确定定位标签位置坐标；

步骤5，车内视频显示系统调取车辆模型；

步骤6，实时显示车辆位置点和运动轨迹；

步骤7，通过人机交互系统定格画面或者回复历史轨迹。

定位基站设置在驾校训练现场四周，数量为三个以上。定位标签与定位基站建立通讯链路，定位标签测定自身与至少3个基站之间的距离；定位标签将自身ID信息以及对应测距基站ID信息，一并传输给位置解析控制系统，位置解析控制系统根据当前测距信息通过内部的位置解析算法引擎获取车辆在训练场的坐标位置信息；位置解析控制系统将车辆坐标位置信息传输给车内视频显示系统，车内视频显示系统调用预先设定的车辆模型，结合车辆当前位置点坐标信息和训练场内的二维坐标系，在显示屏上给出车辆的实时位置图像信息；将多个位置点画面信息按照时间轴关联为车辆运动轨迹信息。

本发明能使初次接触车辆的学员快速建立从车内视角观察车辆外部的空间距离信息以及方向盘操控与车辆运动轨迹的对应关系，以便学员结合传统教练教授训练关键点，快速掌握驾驶训练技巧，增加驾驶模拟训练过程中的趣味性，大大提升模拟驾驶训练效率，最终提升驾驶科目考试的通过率和实际道路驾驶的技巧，降低驾校培养学员的训练时间和成本，减少机动车排放环境污染的同时极大的降低驾校培养学员的成本、提升驾校运营效率。

下面结合实施例对本发明进行详细说明。

实施例

本发明主要针对驾照训练过程中，初生学员处在轿车内部，由于视角不同的原因，对外部的距离、空间感不强，无法快速掌握常用驾照考试科目的驾驶技巧的问题，提出一种通过UWB高精度定位系统来实现辅助驾驶训练系统，它能够借助自身的高精度定位性能，通过在训练场地部署基本定位基站，机动车顶部署安装定位标签，机动车内部安装辅助显示屏，让学员能实时观察自身驾驶车辆的位置以及移动过程中方向盘操控与车辆运动轨迹的对应关系，快速从车内视角获取车辆外部空间距离和轨迹的直观印象，进一步通过操控方向盘，完成驾驶科目的训练功能，大大提升学员不同驾驶科目的学习效率，提升驾校整体运营效率，规避因为人为教练、辅导人员主观参与衍生的其它舞弊行为。大大降低驾校教练的现场教学负担，为学员提供更为人性化、智能化的驾驶训练环境。

通过在现有驾校训练场地和训练车内部署高精度定位系统，主要针对固定训练场地，诸如：倒桩训练、侧方位停车、坡道启停步等必须科目，提出一套通过高精度定位系统实现的驾驶训练的辅助系统，整个方案全部智能化、自动化操作实现，学员只需在训练过程中间歇性观察车内的车辆定位视频和运动轨迹，即可完成驾驶辅助训练功能。机动车通过车顶中心位置的定位标签、训练场地四周部署的定位基站，车辆进入训练场地即刻开始测距定位，将定位坐标消息传输给车辆内部的显示终端；显示终端，调用内部构建的车辆实际模型，进一步在显示屏上给出车辆整体在训练场地的位置以及移动过程中的轨迹。在整个训练过程中，驾驶学员只需通过间歇性观察车内显示屏上的车辆位置及轨迹，快速建立车内视角下的车辆外部距离空间感，通过操控方向盘完成科目规定的训练项目，使得驾考训练不再枯燥。

本发明基于高精度定位系统的驾考训练系统包括：高精度定位系统、车内视频显示系统。其中高精度定位系统主要由定位标签、定位基站和相应的位置解析控制系统构成；车内视频显示系统主要由本地显示模块、通讯模块、训练车辆模型库和人机交互系统构成。其中高精度定位系统通过在驾校训练现场部署定位基站，训练车辆顶部配置定位标签，从而实现在驾校训练现场学员驾驶模拟训练过程中实现车辆在训练场内的实时精确定位，车内的位置解析控制系统主要用来接收来自定位标签与基站的实时测距信息，进一步调用内部的位置解析系统，给出车辆当前的坐标位置点；车内视频显示系统首先通过调用内部存储的训练车辆模型库获取当前车辆的模型，然后利用通讯模块接收来自定位系统的精确坐标位置信息，在车内显示屏上实时给出车辆的实时位置点和运动轨迹，人机交互系统主要用于学员训练过程中定格特殊场景下画面信息和事后训练轨迹回放。特殊场景主要是指类似倒桩训练、坡道启停步、侧方位停车、绕铁饼训练、S弯、百米加减速等训练场地区域固定，方便在训练场地定位基站，实施辅助训练定位系统，方便初学学员迅速掌握车辆外部空间距离和行驶轨迹等信息，提升训练效率。学员在实际驾驶训练过程中，只需结合实际操控方向盘并观察车辆的运动轨迹，即可快速建立车辆运动轨迹与方向盘操控方向的对应关系，建立倒桩入库、侧方位停车、坡道启停步过程中车辆外部的空间直观印象，快速掌握驾驶技巧，大大提升模拟驾驶训练效率，最终提升驾驶科目考试的通过率和实际道路驾驶的技巧。

当学员驾驶训练车辆进入模拟训练场地时，位于车顶的定位标签，首先与训练场地四周部署的基站建立通讯链路，测定自身与至少3个基站之间的距离；接下来，将自身的ID信息以及对应测距基站ID信息，一并传输车辆内部的定位控制系统，控制系统根据当前测距信息通过内部的位置解析算法引擎获取车辆在训练场的精确坐标位置信息；然后，控制系统将车辆坐标位置信息传输给视频显示系统，视频显示系统调用预先设定的车辆模型，结合车辆当前位置点坐标信息和训练场内的二维坐标系，在显示屏上给出车辆的实时位置图像信息；最后，将多个位置点画面信息按照时间轴关联为车辆运动轨迹信息，为学员在实际驾驶模拟训练过程提供直观的车外的空间距离概念和驾驶体验。

Claims (10)

1.一种基于UWB定位系统的辅助驾驶训练系统，其特征在于，包括UWB定位系统和车内视频显示系统；其中UWB定位系统包括定位标签、定位基站和位置解析控制系统，车内视频显示系统包括本地显示模块、通讯模块、训练车辆模型库和人机交互系统；

定位标签设置在训练车辆顶部，定位基站设置在驾校训练现场，位置解析控制系统用于接收来自定位标签与定位基站的实时测距信息，确定训练车辆当前的坐标位置信息；

车内视频显示系统通过调用内部存储的训练车辆模型库获取当前车辆的模型，利用通讯模块接收来自UWB定位系统的坐标位置信息，在车内显示屏上实时给出车辆的实时位置点和运动轨迹，人机交互系统用于学员训练过程中定格视频画面信息和事后训练轨迹回放。

2.根据权利要求1所述的基于UWB定位系统的辅助驾驶训练系统，其特征在于，定位基站设置在驾校训练现场四周。

3.根据权利要求1或2所述的基于UWB定位系统的辅助驾驶训练系统，其特征在于，定位基站数量为三个以上，定位标签与定位基站建立通讯链路，定位标签测定自身与至少3个基站之间的距离。

4.根据权利要求3所述的基于UWB定位系统的辅助驾驶训练系统，其特征在于，定位标签将自身ID信息以及对应测距基站ID信息，一并传输给位置解析控制系统，位置解析控制系统根据当前测距信息通过内部的位置解析算法引擎获取车辆在训练场的坐标位置信息。

5.根据权利要求1所述的基于UWB定位系统的辅助驾驶训练系统，其特征在于，辅助驾驶训练系统还包括供电模块，供电模块从机动车电池系统去电，为定位标签、本地显示模块、通讯模块供电，定位基站由车辆以外的POE路由器或者外部电源适配器供电。

6.根据权利要求1所述的基于UWB定位系统的辅助驾驶训练系统，其特征在于，UWB定位系统定位精度为±15cm。

7.一种基于权利要求1所述基于UWB定位系统的辅助驾驶训练系统的训练方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，定位标签与定位基站通讯，获取测距信息；

步骤2，定位标签打包ID和测距信息；

步骤3，ID和测距信息打包传输至位置解析控制系统；

步骤4，位置解析控制系统确定定位标签的位置坐标信息；

步骤5，车内视频显示系统调取车辆模型；

步骤6，实时显示车辆位置点和运动轨迹；

步骤7，通过人机交互系统定格视频画面或者回放历史轨迹。

8.根据权利要求7所述的基于UWB定位系统的辅助驾驶训练系统的训练方法，其特征在于，定位基站设置在驾校训练现场四周。

9.根据权利要求7所述的基于UWB定位系统的辅助驾驶训练系统的训练方法，其特征在于，定位基站数量为三个以上。

10.根据权利要求9所述的基于UWB定位系统的辅助驾驶训练系统的训练方法，其特征在于，定位标签与定位基站建立通讯链路，定位标签测定自身与至少3个基站之间的距离；定位标签将自身ID信息以及对应测距基站ID信息，一并传输给位置解析控制系统，位置解析控制系统根据当前测距信息通过内部的位置解析算法引擎获取车辆在训练场的坐标位置信息；位置解析控制系统将车辆坐标位置信息传输给车内视频显示系统，车内视频显示系统调用预先设定的车辆模型，结合车辆当前位置点坐标信息和训练场内的二维坐标系，在显示屏上给出车辆的实时位置图像信息；将多个位置点画面信息按照时间轴关联为车辆运动轨迹信息。