CN112595331A - 计算机视频与地图法融合的机动车动态定位与导航系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于仪器仪表工程技术领域内，具体涉及计算机视频与地图法融合的机动车动态定位与导航系统，本技术是用于在城市地下道路中装设在其顶棚或侧壁上的雷达式微波探测器和高清智能摄像机来对行驶中的机动车辆车牌进行实时的视频动态捕捉与定位，将车辆动态位置信息采用无线通信技术传送到地下道路监控中心，同时上传至导航地图运营信息中心云平台，再由云平台将导航地图下行到用户的车载导航仪或手持智能APP手机上，为驾乘人员进行导航并驶入到所预定的地下道路中与之相连接的地下车库内。

Description

计算机视频与地图法融合的机动车动态定位与导航系统
技术领域
本发明涉及仪器仪表技术领域，是计算机视频与地图法融合的机动车动态定位与导航系统。
背景技术
随着我国城市地下空间的整体开发的规模不断扩大，全国各地已建成有大量的或正在兴建的地下隧道、地下环形道路、大中型地下车库，由此而形成的地下车行道路、地下车库及地下车库之间的车行联络通道的交通网络越来越多，其路网结构也越来越复杂，给驾驶者在地下道路行驶中选择行车方向和停车方位的判别带来极大的困惑，亦或会引发地下道路交通拥堵和交通事故。现有的传统地下交通的静态诱导指示系统已经难以满足驾驶者对复杂的地下交通道路路网的行车定位和导航要求。
由于地下路网空间的钢筋混凝土结构对GPS和北斗定位与导航信号产生强大的屏蔽作用，使得机动车辆在行驶中无法利用现有较为成熟的室内慢速移动的动态定位与导航技术。
据目前查阅的地下空间车行动态定位与导航方面的有关技术资料来看，国内外还没有专门应用于城市地下道路机动车辆的动态定位与导航系统技术。但目前室内定位有下列技术，但都不能满足在城市地下道路中行驶的实时动态定位与导航的需求。
1)蓝牙技术：
由若干BLE定位基站+手机移动端组成。定位精度：误差在10m/s左右(理想开阔空间，无障碍物)，主要是信号易受金属屏蔽影响较大。蓝牙定位主要应用于室内外的人员步行方式的慢速定位，如机动车行驶速度达到30km/h级以上，其快速响应性能满足不了要求。但蓝牙可直接借助手机实现，容易和双向数据通信相结合。
2)WIFI技术：
WIFI定位系统由WIFI无线网络、终端(手机)、定位引擎等组成。在终端移动速度低于3km/h时，WIFI定位精度最高可以达到5m/s左右，但是实际应用中，受到信号波动、多径干扰、障碍物遮挡、金属车身吸收信号等因素的影响，误差在10m/s以上。如机动车行驶速度通常可达30km/h级以上，其快速响应性能满足不了要求。但WIFI可直接借助手机实现，容易和双向数据通信相结合。
3)ZigBee技术
ZigBee技术是一种基于IEEE 802.15.4标准的网络协议，是一种低功耗的段距离的无线通讯技术。其特点在于短距离、建议、低功耗、自组织、低数据速率。但信号稳定性较差、易受环境干扰。
4)LED光学定位
通过改造廊道LED照明灯具，使其在照明的同时，发出包含自身位置信息的特定调制光脉冲，脉冲频率较高不会引起人眼不适。用户智能手机用照相机进行摄录，通过软件分析，解析出包含的位置信息。手机无需精确对准LED灯具，只有能够可靠接收到该光脉冲即可。定位精度在米级。缺点是需要改造LED灯具及手机软件和信号传输等问题。
5)惯性导航技术
惯性导航技术主要是依靠航位推算进行导航，主要缺点是存在累积误差；优点是不依赖外部环境。
以上6种或其他定位技术，都存在着一些共性问题，如信号波动、多径干扰等因素致使稳定性差、定位精度差且需在无阻挡的理想环境和慢速运动的状态下进行动态定位，难以实现地下道路机动车辆的精确定位。目前也没有用于城市地下道路机动车辆的动态定位的应用技术。
从目前的机动车辆导航技术来看，也还没有地下道路机动车辆导航系统的应用技术。
这主要是由于地下道路路网空间中的的钢筋混凝土结构对GPS和北斗信号产生强大的屏蔽作用和没有动态定位与导航的专用信号通道而造成上传和下发信号传输不畅的弊端，使得机动车辆无法在较高速的行驶中进行动态定位与导航技术。
为了克服上述的弊端，使得机动车辆在地下道路路网空间中较高速地行驶中能够实现机动车辆精确的动态定位与导航，就是本发明所要实现的目的。
发明内容
为了实现上述目的，本发明是提供了计算机视频与地图法等融合的机动车动态定位与导航系统。
本发明的特征是采用高清摄像机的视频识别+车辆动态定位+物联网络+导航地图匹配+惯性导航辅助等技术的相互融合，应用于城市地下道路、地下隧道或城市综合体地下大型停车库间联络道内行驶的机动车辆动态定位与导航系统装置。它是由高清智能摄像机、雷达式微波探测器、信号处理器、通信传输网络、地下道路监控中心平台系统、无线通信传输装置、机动车陀螺仪、导航地图运营中心云平台、生成和下发实时导航地图信息、通信基站、车载导航仪或手机等装置所组成。
本发明的机动车辆动态定位与导航系统，其作用是获取地下道路某机动车辆的实时位置信息，通过地下道路监控中心平台系统转发至导航地图运营信息中心云平台,定位与导航云平台及服务器,接收并处理该车辆所在的地下道路的位置信息数据,并与系统中已收集的地下道路地图信息相匹配生成该机动车辆的导航信息，由导航地图运营信息中心云平台系统下发至地下道路监控中心平台系统和移动信号覆盖系统的传输网络发送至机动车车载导航仪或手机导航APP上,由语音提示和导航地图来对机动车辆进行导航，并通过手机或车载导航仪进行辅助惯性导航。
本发明的车辆动态定位系统是由前端设备、定位传输网络和地下道路管理中心系统组成。前端设备是由高清智能摄像机、雷达式微波探测器与位置处理器、光通信设备、交换机等装置组成；定位传输网络由光纤网络组成；地下道路管理中心系统是由定位及导航地图服务器、数据库服务器、通信服务器、数据库服务器、通信天线和核心交换机组成。
本发明的机动车辆的导航系统是由导航地图运营商中心系统、地下道路管理中心系统、移动通信传输网络系统、机动车车载导航和手机导航APP组成。导航地图运营信息中心系统的云平台设备不含在本发明范围内。地下道路的移动通信传输网络系统是由管理中心的光近端机、隧道光纤传输直放站、漏泄电缆、天线、机动车车载导航和手机导航APP组成。本发明对机动车车载导航仪不作限制，但手机应采用可下载导航地图运营商的导航APP的智能手机。
附图说明
图1为机动车的计算机视频动态定位与导航框图。
图2为机动车的动态定位系统原理示意图。
图3为机动车的导航系统原理示意图。
图4为机动车的动态定位系统信息流程示意图。
图5为机动车的导航系统信息流程示意图。
图6为机动车辅助惯性导航系统信息流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
图1所示为本发明的机动车的计算机视频动态定位与导航框图。
本图具体涉及到一种在城市地下道路交通中采用视频识别和地图法等相关技术进行融合的机动车辆的动态定位与导航系统。它是由高清智能摄像机、雷达式微波探测器、信号与位置处理器、光纤通信传输网络、地下道路监控中心平台、无线通信传输、通信基站、导航地图运营信息中心云平台、无线移动通信及覆盖系统网络、车载导航仪或手机等装置所组成。本发明是用于在城市地下道路在城市地下道路中装设在其顶棚或侧壁的高清智能摄像机来对行驶中的机动车辆的车牌进行实时的视频捕捉与动态定位，采用无线通信技术将车辆动态位置信息通过监控中心传送导航地图运营商，再下行到用户的车载导航仪或手持智能APP手机上，为驾车人员进行导航并驶入到所预定的与地下道路相连接的地下停车库内。
图1描述了“道路现场定位(车辆信息)”、“管理中心(定位信息处理)”和“车辆导航(语音提示及地图显示)”之间的逻辑关系。车辆在地下道路现场的定位信息经过地下道路管理中心处理后，通过移动通讯网上传至导航地图运营信息中心云平台，导航云平台通过地图算法匹配，生成实时车辆导航地图信息并下发至的驾车人员的车载导航仪和手机。
图2所示为本发明的机动车辆动态定位系统原理示意图。
本图描述了一种基于高清智能摄像机视频技术的机动车动态定位系统。本图所示为高清智能摄像机装在地下道路或车行联络道的顶部或侧壁。高清智能摄像机具有图像实时捕捉功能的内置数字化图像信息压缩控制器、网络传输处理模块和基于WEB的操作系统以及车牌识别模块和定位模块的智能网络摄像机，其车牌识别模块是内嵌车牌识别算法软件对行驶中的机动车辆车牌进行有效地捕捉与识别；其定位模块是内嵌新型定位算法软件对行驶中的机动车辆位置进行跟踪并与导航地图实时地进行精确定位。
本图所示的雷达式微波探测器是装设在地下道路或车行联络道的顶部或侧壁。在其所探测的有效的范围内通过间歇性电磁波发射与接收，并根据时间差来算出行驶车辆机动车的速度和与其安装位置的位移，将其信息传输给高清智能摄像机，以触发高清智能摄像机进行车牌拍摄工作；采用雷达式微波探测器作用是避免因智能摄像机连续工作而使得图像数据量大和处理时间长的弊端。
高清智能摄像机将拍摄到的该车辆位置信息经过内嵌车牌识别模块和定位模块处理后，通过光纤通信连接至地下道路管理中心，其系统平台通过核心交换机和各类服务器对车辆信息进行处理，具有接收摄像机视频上传的车辆位置信息的计算、处理、储存、上传、收发等功能，通过物联网4G/5G无线通信方式将车辆的定位信息上传至导航地图运营商信息中心云平台。
图3所示为本发明的机动车的导航系统原理示意图。
本图描述的导航地图运营商的信息中心通过信号采集车将新建地下道路的地图录入到云平台，并接收地下道路信息中心上传来的车辆定位信息，其中心云平台采用导航地图匹配等技术，生成新建地下道路的车辆导航信息地图。
本图所示为本发明通过物联网+无线移动通信技术下发到地下道路信息中心平台。其平台采用无线移动通信覆盖技术，即所示的光纤传输直放站和光远端机及综合分合路器组成，安置在地下道路的顶部或侧壁的无线通信机箱中。所示的漏泄电缆为1 5/8”同轴电缆，设置在隧道顶部。所示的天线设置于地下道路洞口安装，与通信基站进行信号传输。
本图所示为导航地图运营商中心云平台系统通过物联网+无线通信技术下发至地下道路信息中心，平台系统再通过传输网络和无线移动信号覆盖系统发送到机动车车载导航仪或手机导航APP上,由语音提示和地图显示来对机动车辆进行导航。本发明对所示的导航地图运营商中心云平台系统设备和机动车车载导航仪不作限制，仅手机需采用可下载导航地图运营商的导航APP的智能手机。
图4所示为本发明的机动车辆的动态定位系统信息流程图。
本图描述了车辆的动态定位信息生成的流程，通过高清智能摄像机收集到车辆行驶数据后，运用定位算法和机动车号牌识别算法，初算出机动车的定位信息，结合道路地图信息对机动车的定位信息做出实时修正，并将修正后的机动车定位信息反馈至流程开始，完成定位信息流程的闭环。
图5所示为本发明的机动车辆的导航系统信息流程示意图。
本图所示为本发明的机动车的导航系统信息流程图。本图描述了机动车的导航信息生成的流程。在接收到机动车的定位数据和道路地图信息的基础上，导航地图运营商服务器计算出机动车的导航数据，通过地下道路无线通信覆盖网络将导航信息下发至车辆的驾车人员的车载导航仪和手机导航APP，结合道路地图信息对行车车辆的导航信息进行修正，修正后的实时机动车导航信息反馈至车辆定位数据，完成导航信息流程的闭环。
图6所示为本发明的机动车辅助惯性导航系统信息流程图。
本图所示为机动车的辅助惯性导航系统信息流程图。本图描述了驾乘人员的手机或车载导航仪的自主导航信息生成的流程。驾乘人员的手机或车载导航仪内嵌的陀螺仪(角速度传感器)对车辆位置进行推测车辆的航向或直线运动位移，结合道路地图信息对行车车辆的进行自主导航及偏航信息进行修正和控制，实时控制车辆并完成在短距离内自主导航信息流程的闭环。
本发明提供了一种在城市地下道路环境下采用视频识别定位和导航地图+惯导等技术融合的车辆动态定位与导航的系统装置，将会在地下道路、隧道、大型车库的联络道路和交通枢纽中的公交车站(场)、出租车站(场)、交通客运汽车站以及大、中型的地下社会停车库(场)等场合达到广泛的应用，这会极大的方便驾乘人员能够通过车载导航仪或手机导航APP在城市地下道路路网复杂的环境中能够实现机动车辆的自主动态定位与导航。
本发明有效地提高了人们的出行效率和节省时间成本，将会提高地下道路交通工程中的智能化建设与装备水平，也将会有力地推动地下道路路网复杂的环境中机动车辆的定位与导航技术需求和产业化进程，具有极高的实用价值和应用前景。

Claims (8)

1.计算机视频与地图法融合的机动车动态定位与导航系统，其特征在于：提供一种利用计算机视频技术用于对在城市地下道路、地下隧道或地下综合体内大型停车库间的车行联络道行驶中的机动车辆进行捕捉和动态定位与导航系统技术。
2.根据权利要求1所述的计算机视频与地图法融合的机动车动态定位与导航系统，其特征在于：动态定位是基于地图法，采用计算机视频的车牌识别技术结合道路地图的匹配技术；采用高清智能摄像机作为拍摄车牌的装置。
3.根据权利要求1所述的计算机视频与地图法融合的机动车动态定位与导航系统，其特征在于：计算机视频车牌识别技术，利用计算机视频图像离散处理技术、图像虚拟位置标定技术和车牌识别的融合技术。
4.根据权利要求1所述的计算机视频与地图法融合的机动车动态定位与导航系统，其特征在于：车牌识别技术，采用信息传输最短时延技术，以缩短并提高机动车牌的识别时间；采用雷达式微波探测器作为触发摄像机拍摄车牌的装置。
5.根据权利要求1所述的计算机视频与地图法融合的机动车动态定位与导航系统，其特征在于：道路地图匹配技术，采用新建的地下道路或车行联络道移植到导航地图作为车辆的动态定位。
6.根据权利要求1所述的计算机视频与地图法融合的机动车动态定位与导航系统，其特征在于：地下道路或车行联络道的顶部或侧壁安装有高清智能摄像机和雷达式微波探测器。
7.根据权利要求1所述的计算机视频与地图法融合的机动车动态定位与导航系统，其特征在于：地下道路信息中心，其系统平台通过核心交换机和各类服务器对车辆信息进行处理，具有接收高清智能摄像机上传的车辆位置信息的计算、处理、储存、上传、收发等功能，并通过物联网无线通信及移动覆盖技术将在地下道路行驶中的车辆动态位置上传到导航地图运营信息中心云平台。
8.基于权利要求1所述的计算机视频与地图法融合的机动车动态定位与导航系统的导航地图运营中心云平台系统，其特征在于：所述导航地图运营中心云平台系统通过物联网无线通信技术下发至地下道路信息中心，平台系统通过传输网络和无线移动信号覆盖系统发送到车辆车载导航仪或手机导航APP上,由语音提示和地图显示来对行驶在地下道路中机动车辆进行导航。
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