CN112312307A - 一种基于移动通信传播模型的车辆定位方法 - Google Patents

一种基于移动通信传播模型的车辆定位方法 Download PDF

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Abstract

本发明为实现提高车辆定位效率，提供了一种基于移动通信传播模型的车辆定位方法。包括：判断MR数据是否来自室分基站；不是则判断车载终端上传的MR数据中是否有RTT值；有则根据RTT值计算车辆到主小区的距离d1；并根据RSCP值，依据传播模型计算车辆到各邻区的距离d2；无则根据RSCP值，计算车辆到主小区的距离d1以及车辆到各邻区的距离d2；基于距离d1，计算车载终端到主小区基站天线的弧经纬度列表；基于各距离d2，计算车载终端到各邻区基站天线的弧经纬度列表；计算主小区弧经纬度列表中各点与各邻区弧经纬度列表中个点之间的点间距离值；判断计算出的多个点间距离值中是否存在小于设定阈值的目标点间距离值；基于判断结果进行车载终端的经纬度确定。

Description

一种基于移动通信传播模型的车辆定位方法
技术领域
本发明涉及车辆定位领域，具体是一种基于移动通信传播模型的车辆定位方法。
背景技术
在车联网逐步普及的今天，时时获取车辆位置对于大数据分析、车辆安防、公车管理乃至公安机关追逃等都有起到至关重要的作用。
当前大部分获取位置的方案基本上都是基于GPS模块来实现，但在无GPS或GPS信号弱的情况下，无法准确获取车辆位置。业内曾经提出了基于V2X的车辆位置信息获取方法(如CN109286915A)，原理是通过车辆OBU接收路基RSU中的车牌信息及车辆位置信息，并识别出与其匹配的车牌信息，将车辆位置信息更新为车辆定位信息。通过设置的路基RSU推算车辆位置信息并发送给车辆OBU，使其能够在无GPS或GPS信号弱的情况下获取准确的位置信息。此方法虽然实现了在无GPS或GPS信号弱的情况下获取准确的车辆位置信息，但需要基于路基RSU以及V2X模块。当前路基RSU依赖与智慧城市以及智慧交通的建设，需要政府投入大量人力物力来完善基础建设，且需要在2030年左右才能初步实现路基RSU覆盖。而车载V2X模块则会大幅增加主机厂前装成本，且普及也需要到2025年左右。
发明内容
本发明为实现提高车辆定位效率，提供了一种基于移动通信传播模型的车辆定位方法。
为了解决上述技术问题，本发明专利提供的技术方案为：
本发明实施例提供了一种基于移动通信传播模型的车辆定位方法，包括：
步骤S1，判断车载终端上传的MR数据是否来自室分基站；若不是，进入步骤S2；
步骤S2，判断车载终端上传的MR数据中是否有RTT值；若有，进入步骤S3；若无，进入步骤S4；
步骤S3，根据RTT值计算车辆到主小区的第一传播距离d1；并根据MR数据中的RSCP值，依据Cost-Hata传播模型计算车辆到各邻区的第二传播距离d2；
步骤S4，根据MR数据中的RSCP值，依据Cost-Hata传播模型分别计算车辆到主小区的第一传播距离d1以及车辆到各邻区的第二传播距离d2；
步骤S5，基于计算出的第一传播距离d1，计算车载终端到主小区基站天线的第一弧经纬度列表；以及基于计算出的各第二传播距离d2，计算车载终端到各邻区基站天线的第二弧经纬度列表；
步骤S6，计算第一弧经纬度列表中各点与各第二弧经纬度列表中个点之间的点间距离值；再判断计算出的多个点间距离值中是否存在小于设定阈值的目标点间距离值；
步骤S7，基于步骤S6的判断结果，进行车载终端的经纬度确定。
优选地，步骤S7具体为：
若仅存在1个目标点间距离值，则将目标点间距离值的中心位置对应的经纬度值确定为车载终端的经纬度；
若仅存在2个目标点间距离值，则确定两个目标点间距离值的中间位置所构成的线段，并将所构成的线段的中心位置对应的经纬度值确定为车载终端的经纬度；
若存在3个及以上目标点间距离值，则确定各目标点间距离值的中间位置所构成的多边形，并将所构成的多边形的中心位置对应的经纬度值确定为车载终端的经纬度；
若不存在目标点间距离值，则从第一弧经纬度列表中随机取一点的经纬度确定为车载终端的经纬度。
优选地，步骤S3和S4中，根据车辆的RSCP值，依据Cost-Hata传播模型计算车辆到主小区的第一传播距离d1的步骤具体为：
步骤S101，判断neid字段在工参表中是否存在；若存在，进入步骤S102；
步骤S102，进行城区判断，若为非城区，loss值取值为13 db；若为城区loss值取值为15db；
步骤S103，基于主小区RSPR值和Topower值所处范围，对loss值进行校正；具体为：
若满足RSPR＜-85且Topower＞15，则将loss值的取值在步骤S102的取值基础上增加10db；
若满足RSPR＜-85且10＜Topower≤15，则将loss值的取值在步骤S102的取值基础上增加6db；
若满足RSPR＜-85且5＜Topower≤10，则将loss值的取值在步骤S102的取值基础上增加4db；
若满足RSPR＜-85且0＜Topower≤5，则将loss值的取值在步骤S102的取值基础上增加2db；
步骤S104，利用RSPR计算车载终端到主小区的第一传播距离d1。
优选地，步骤S4中，根据车辆的RSCP值，依据Cost-Hata传播模型计算车辆到邻区的第二传播距离d2的步骤具体为：
步骤S201，判断neid字段在工参表中是否存在；若存在，进入步骤S102；
步骤S202，进行城区判断，若为非城区，loss值取值为13 db；若为城区loss值取值为15db；
步骤S203，基于邻区RSPR值和Topower值所处范围，对loss值进行校正；具体为：
若满足RSPR＜-85且Topower＞15，则将loss值的取值在步骤S102的取值基础上增加10db；
若满足RSPR＜-85且10＜Topower≤15，则将loss值的取值在步骤S102的取值基础上增加6db；
若满足RSPR＜-85且5＜Topower≤10，则将loss值的取值在步骤S102的取值基础上增加4db；
若满足RSPR＜-85且0＜Topower≤5，则将loss值的取值在步骤S102的取值基础上增加2db；
步骤S204，利用RSPR计算车载终端到各邻区的第二传播距离d2。
本发明的有益效果为：
能实现在无GPS或GPS信号弱的情况下，实现对车辆位置的正确判断。即便是在无路基RSU，车辆出厂未搭载V2X设备的情况下也可以实现对车辆位置的正确判断。基于本发明提供的上述方法，可实现低成本、高精度、高效率的车辆定位。
附图说明
图1为本发明实施例中的车辆定位方法的流程图；
图2为本发明实施例中采用焦点逼近定位原理示意图；
图3为本发明实施例中涉及无焦点定位原理示意图。
具体实施方式
本发明实施例中，基于蜂窝小区定位、抵达时间定位、RSCP经纬度定位等技术，由蜂窝小区的属性、RSCP（场强）、RTT（包往返时间）根据传播模型计算传播距离d，并基于Txpower值和RSCP值来矫正传播模型计算处的传播距离d，最后采用交点法进行经纬度定位。
如图1，本发明实施例的基于移动通信传播模型的车辆定位方法，包括：
步骤S1，判断车载终端上传的MR数据是否来自室分基站；若不是，进入步骤S2。
如步骤S1中判断出车载终端上传的MR数据来自室分基站，则以室分天线经纬度为中心，方圆100米内随机取一个点作为当前用户的经纬度。
步骤S2，判断车载终端上传的MR数据中是否有RTT值；若有，进入步骤S3；若无，进入步骤S4。
步骤S3，根据RTT值计算车辆到主小区的第一传播距离d1；并根据MR数据中的RSCP值，依据Cost-Hata传播模型计算车辆到各邻区的第二传播距离d2。
其中，根据RTT值计算车辆到主小区的第一传播距离d1的具体方式为现有技术所公知的技术。
步骤S4，根据MR数据中的RSCP值，依据Cost-Hata传播模型分别计算车辆到主小区的第一传播距离d1以及车辆到各邻区的第二传播距离d2。
由于移动通信系统中的无线电波是在地形不规则的情况下进行传播的，故首先需要估算路径损耗，且要考虑特定地区的地形因素。预测模型的目标是预测特定点或特定区域的信号强度（RSCP），但在方法复杂性和精确性方面差异很大，因此应针对不同地形特点，选择最合适于该区域的预测模型。准确度与精确度很大程度上依赖于预测模型的详细程度，由于使用实地测试的数据搭建预测模型，在实地测试的数据足够大以及足够准确时，所搭建的预测模型越准确。
本实施例中，在传播模型方面，选择Cost-Hata模型，此模型是一个经验模型，实验和仿真结果都表明其具有较高的可信度。而在市区的Cost-Hata模型的经验公式为：
L(urban) = 46.3 + 33.9logF – 13.82logHb + (44.9 – 6.55logHb)logd – a(Hm)+ Cm
其中，L(urban) 为平坦市区的中指传播损耗(dB)，F为基站频率，Hb为基站天线高度，Hm为移动台天线高度，a(Hm)为移动台修正因子，对于中小城市、郊区Cm取0dB，大城市Cm取3dB，d为传播距离，也是此处后面将要计算的值。
ploss=txpower（30）+gain（15）-loss（13or15）-pilotrscp（mr_rscp）
其中，ploss即为L(urban)；txpower为基站功率；gain为天线增益；loss根据是否城区进行取值。
公式中的loss具体的取值如下表所示：
基础数据字段：是否城区 LOSS取值 Topower取值 Gain取值
是 15 30 15
否 13 30 15
以重庆渝中区为例，loss值统一为15。由neid字段去关联基础数据中小区所属行政区，然后对所属行政区为渝中区的小区，进行loss取值15。由neid字段去关联基础数据中小区是否属于城区，然后再根据是否城区来进行loss值的取值。通过对重庆九龙坡区域的室外、室内的多个点（渝高公园、后勤工程学院、金银湾、恒大名都等）实施测试，对MR数据RSCP和TXPOWER规律进行特征总结如下：
当用户在室内时需校正传播损耗。室内用户与基站的实际距离均小于传播模型计算距离，随着TXPOWER值的增加两者间的差值越大，根据这个规律可校正传播模型的损耗值，使得实际距离与模型距离更加接近，所以引入TXPOWER值进行传播模型中的loss值的修正:
满足条件 传播模型损耗校正值
RSCP<-85且txpower>15db +10db
RSCP<-85且10<txpower≤15 +6db
RSCP<-85且5<txpow≤10 +4db
RSCP<-85且0<txpow≤5 +2db
通过上述步骤，即可计算出车辆到主小区的第一传播距离d1,以及可以计算出车辆到各邻区的第二传播距离d2。
步骤S5，基于计算出的第一传播距离d1，计算车载终端到主小区基站天线的第一弧经纬度列表；以及基于计算出的各第二传播距离d2，计算车载终端到各邻区基站天线的第二弧经纬度列表。
主小区或者邻区的经纬度列表生成方式：以主小区或邻区的基站天线为中心，以计算出来的点到各个基站天线的距离为半径，以基站方位角对其画弧，则为点对应此基站可能的位置。由于距离值往往有较大失真性，在求两弧线交点时会出线未严格相交、过度覆盖等失真情况，因此后面求交点时采用逼近法(简而言之即为求两弧线距离最近的点)，且考虑到性能问题，在弧上仅均等的取140个点，得到这些点的经纬度，构成点到基站的弧经纬度列表。
基站方向角：以正北为0度，以基站波瓣中心线顺时针所画弧的度数为方向角，基站波瓣默认为65度，如果严格均等分波瓣为140个点则为每65/140度一个点，但考虑到实际情况有信号散射，则为每1度一个点。在均等分时，从以前的中心线向两边扩散改为将140度弧按顺时针等分。
步骤S6，计算第一弧经纬度列表中各点与各第二弧经纬度列表中个点之间的点间距离值；再判断计算出的多个点间距离值中是否存在小于设定阈值的目标点间距离值。
本实施例中，分别计算主小区的第一弧经纬度列表各点与各邻区的第二弧经纬度列表各点的距离值，再从计算出的多个点间距离值从中选举距离值小于设定阈值(此版本为100米，即0.001度)的点。
步骤S7，基于步骤S6的判断结果，进行车载终端的经纬度确定。
优选地，如图2和图3，步骤S7具体为：
若仅存在1个目标点间距离值，则将目标点间距离值的中心位置对应的经纬度值确定为车载终端的经纬度；
若仅存在2个目标点间距离值，则确定两个目标点间距离值的中间位置所构成的线段，并将所构成的线段的中心位置对应的经纬度值确定为车载终端的经纬度；
若存在3个及以上目标点间距离值，则确定各目标点间距离值的中间位置所构成的多边形，并将所构成的多边形的中心位置对应的经纬度值确定为车载终端的经纬度；
若不存在目标点间距离值，则从第一弧经纬度列表中随机取一点的经纬度确定为车载终端的经纬度。
本实施例中，若主小区的第一弧经纬度列表各点与邻区的第二弧经纬度列表各点构成的点间距离均没有小于设定阈值，则计算以主小区方向角所在射线为中心线的左右两边120度(左60度、右60度)范围内邻区个数(包括W网的邻区也要计算在内)，以个数多的半边弧随机取点构成交点列表，若相等则在整条弧上随机取点。
优选地，步骤S3和S4中，根据车辆的RSCP值，依据Cost-Hata传播模型计算车辆到主小区的第一传播距离d1的步骤具体为：
步骤S101，判断neid字段在工参表中是否存在；若存在，进入步骤S102；
步骤S102，进行城区判断，若为非城区，loss值取值为13 db；若为城区loss值取值为15db；
步骤S103，基于主小区RSPR值和Topower值所处范围，对loss值进行校正；具体为：
若满足RSPR＜-85且Topower＞15，则将loss值的取值在步骤S102的取值基础上增加10db；
若满足RSPR＜-85且10＜Topower≤15，则将loss值的取值在步骤S102的取值基础上增加6db；
若满足RSPR＜-85且5＜Topower≤10，则将loss值的取值在步骤S102的取值基础上增加4db；
若满足RSPR＜-85且0＜Topower≤5，则将loss值的取值在步骤S102的取值基础上增加2db；
步骤S104，利用RSPR计算车载终端到主小区的第一传播距离d1。
优选地，步骤S4中，根据车辆的RSCP值，依据Cost-Hata传播模型计算车辆到邻区的第二传播距离d2的步骤具体为：
步骤S201，判断neid字段在工参表中是否存在；若存在，进入步骤S102；
步骤S202，进行城区判断，若为非城区，loss值取值为13 db；若为城区loss值取值为15db；
步骤S203，基于邻区RSPR值和Topower值所处范围，对loss值进行校正；具体为：
若满足RSPR＜-85且Topower＞15，则将loss值的取值在步骤S102的取值基础上增加10db；
若满足RSPR＜-85且10＜Topower≤15，则将loss值的取值在步骤S102的取值基础上增加6db；
若满足RSPR＜-85且5＜Topower≤10，则将loss值的取值在步骤S102的取值基础上增加4db；
若满足RSPR＜-85且0＜Topower≤5，则将loss值的取值在步骤S102的取值基础上增加2db；
步骤S204，利用RSPR计算车载终端到各邻区的第二传播距离d2。
本发明上述方法，能实现在无GPS或GPS信号弱的情况下，实现对车辆位置的正确判断。即便是在无路基RSU，车辆出厂未搭载V2X设备的情况下也可以实现对车辆位置的正确判断。基于本发明提供的上述方法，可实现低成本、高精度、高效率的车辆定位。

Claims (4)

1.一种基于移动通信传播模型的车辆定位方法，其特征在于，包括：
步骤S1，判断车载终端上传的MR数据是否来自室分基站；若不是，进入步骤S2；
步骤S2，判断车载终端上传的MR数据中是否有RTT值；若有，进入步骤S3；若无，进入步骤S4；
步骤S3，根据RTT值计算车辆到主小区的第一传播距离d1；并根据MR数据中的RSCP值，依据Cost-Hata传播模型计算车辆到各邻区的第二传播距离d2；
步骤S4，根据MR数据中的RSCP值，依据Cost-Hata传播模型分别计算车辆到主小区的第一传播距离d1以及车辆到各邻区的第二传播距离d2；
步骤S5，基于计算出的第一传播距离d1，计算车载终端到主小区基站天线的第一弧经纬度列表；以及基于计算出的各第二传播距离d2，计算车载终端到各邻区基站天线的第二弧经纬度列表；
步骤S6，计算第一弧经纬度列表中各点与各第二弧经纬度列表中个点之间的点间距离值；再判断计算出的多个点间距离值中是否存在小于设定阈值的目标点间距离值；
步骤S7，基于步骤S6的判断结果，进行车载终端的经纬度确定。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，步骤S7具体为：
若仅存在1个目标点间距离值，则将目标点间距离值的中心位置对应的经纬度值确定为车载终端的经纬度；
若仅存在2个目标点间距离值，则确定两个目标点间距离值的中间位置所构成的线段，并将所构成的线段的中心位置对应的经纬度值确定为车载终端的经纬度；
若存在3个及以上目标点间距离值，则确定各目标点间距离值的中间位置所构成的多边形，并将所构成的多边形的中心位置对应的经纬度值确定为车载终端的经纬度；
若不存在目标点间距离值，则从第一弧经纬度列表中随机取一点的经纬度确定为车载终端的经纬度。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，步骤S3和S4中，根据车辆的RSCP值，依据Cost-Hata传播模型计算车辆到主小区的第一传播距离d1的步骤具体为：
步骤S101，判断neid字段在工参表中是否存在；若存在，进入步骤S102；
步骤S102，进行城区判断，若为非城区，loss值取值为13 db；若为城区loss值取值为15db；
步骤S103，基于主小区RSPR值和Topower值所处范围，对loss值进行校正；具体为：
若满足RSPR＜-85且Topower＞15，则将loss值的取值在步骤S102的取值基础上增加10db；
若满足RSPR＜-85且10＜Topower≤15，则将loss值的取值在步骤S102的取值基础上增加6db；
若满足RSPR＜-85且5＜Topower≤10，则将loss值的取值在步骤S102的取值基础上增加4db；
若满足RSPR＜-85且0＜Topower≤5，则将loss值的取值在步骤S102的取值基础上增加2db；
步骤S104，利用RSPR计算车载终端到主小区的第一传播距离d1。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于，步骤S4中，根据车辆的RSCP值，依据Cost-Hata传播模型计算车辆到邻区的第二传播距离d2的步骤具体为：
步骤S201，判断neid字段在工参表中是否存在；若存在，进入步骤S102；
步骤S202，进行城区判断，若为非城区，loss值取值为13 db；若为城区loss值取值为15db；
步骤S203，基于邻区RSPR值和Topower值所处范围，对loss值进行校正；具体为：
若满足RSPR＜-85且Topower＞15，则将loss值的取值在步骤S102的取值基础上增加10db；
若满足RSPR＜-85且10＜Topower≤15，则将loss值的取值在步骤S102的取值基础上增加6db；
若满足RSPR＜-85且5＜Topower≤10，则将loss值的取值在步骤S102的取值基础上增加4db；
若满足RSPR＜-85且0＜Topower≤5，则将loss值的取值在步骤S102的取值基础上增加2db；
步骤S204，利用RSPR计算车载终端到各邻区的第二传播距离d2。
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