CN112821949B - 基于可见光通信和uwb的隧道内车辆定位系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出基于可见光通信和UWB的隧道内车辆定位系统，包括车辆单元、UWB定位基站、LED隧道灯单元和服务器；其中，车辆单元配置有UWB标签和可见光信号接收装置，UWB标签用于不断发送UWB定位脉冲，可见光信号接收装置用于接收来自LED隧道灯单元的可见光信号；UWB基站设置于隧道内道路两侧，UWB基站测量UWB定位脉冲并将测量结果转换为可见光信号后发送给LED隧道灯单元；LED隧道灯单元接收并解析来自UWB基站的可见光信号，得到测量结果，再将测量结果发送给服务器；服务器根据测量结果计算车辆单元的位置信息，并下发给LED隧道灯单元，LED隧道灯单元将位置信息转换为可见光信号后发送给隧道中的车辆单元。本发明能够在不依靠GPS定位的前提下实现隧道内车辆定位。

Description

基于可见光通信和UWB的隧道内车辆定位系统
技术领域
本发明涉及光通信领域，具体涉及一种基于可见光通信和UWB的隧道内车辆定位系统。
背景技术
隧道内通常是没有GPS信号覆盖的，因此车辆在隧道内行驶时无法通过GPS定位获取自身和其他车辆的位置，完全依靠车辆自带的测距系统和驾驶员基于视野的主观判断保证车辆行驶的安全性。若出现光照条件较差的天气，如雨雪团雾等天气，隧道内能见度较平时要更差，在脱离GPS定位辅助的条件下，驾驶的安全系数下降。
发明内容
发明目的：为克服现有技术的缺陷，本发明提出一种基于可见光通信和UWB的隧道内车辆定位系统，能够在不依靠GPS的前提下实现隧道内车辆位置定位。
技术方案：为实现上述目的，本发明提出的技术方案为：
基于可见光通信和UWB的隧道内车辆定位系统，包括车辆单元、UWB定位基站、LED隧道灯单元和服务器；其中，
车辆单元配置有UWB标签和可见光信号接收装置，UWB标签用于不断发送UWB定位脉冲，可见光信号接收装置用于接收来自LED隧道灯单元的可见光信号；
UWB基站设置于隧道内道路两侧，UWB基站测量UWB定位脉冲并将测量结果通过本端配置的可见光信号发送装置转换为可见光信号后发送给LED隧道灯单元；
LED隧道灯单元接收并解析来自UWB基站的可见光信号，得到测量结果，再将测量结果发送给服务器；服务器根据测量结果计算车辆单元的位置信息，并下发给LED隧道灯单元，LED隧道灯单元将位置信息转换为可见光信号后发送给隧道中的车辆单元。
对于上述基于可见光通信和UWB的隧道内车辆定位系统，以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。
可选的，所述可见光信号接收装置包括解码器和可见光信号接收电路；
可见光信号接收电路用于接收可见光信号并将可见光信号转换为电信号，解码器用于对接收到的电信号进行解码。
可选的，所述可见光信号发送装置包括编码器和可见光信号发送电路；
编码器用于将待发送信息进行编码，可见光信号发送电路用于将编码器生成的编码信号转换为可见光信号发送。
可选的，所述LED隧道灯单元包括LED阵列、LED驱动电路、微处理器、解码器、可见光信号接收电路、编码器；其中，
可见光信号接收电路接收来自UWB基站的可见光信号，并送入解码器解码，解码出的测量结果送入微处理器，微处理器再将测量结果送入服务器进行位置计算；服务器将计算出的位置信息反馈给微处理器，微处理器通过编码器对位置信息进行编码，再基于编码结果生成LED驱动电路的控制信号，以控制LED驱动电路驱动LED阵列发出发出搭载位置信息的可见光信号。
可选的，所述定位脉冲内还包含UWB标签的ID，所述UWB基站测量UWB定位脉冲的测量结果中也包含相应UWB标签的ID，从而使服务器能够根据测量结果中的定位标签ID计算出不同定位标签的位置，服务器反馈给LED隧道灯单元的位置信息中也包含相应定位标签的ID。
可选的，所述服务器采用TOF算法计算车辆单元的定位结果。
可选的，所述服务器还通过互联网连接远程的监控平台，服务器将计算出的车辆单元位置信息上传监控平台，以实现监控平台对隧道内车况的监控。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优势：
本发明利用UWB定位技术，并以隧道灯为载体实现光通信，完成定位所需数据的传输，能够在不依靠GPS定位的前提下实现隧道内车辆定位，以为驾驶人员提供驾驶辅助信息，提高车辆通过隧道的安全性。
附图说明
图1为实施例涉及的基于可见光通信和UWB的隧道内车辆定位系统的整体结构图；
图2为实施例涉及的可见光信号接收装置结构图；
图3为实施例涉及的可见光信号发送装置结构图；
图4为实施例涉及的LED隧道灯单元结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
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。
实施例：
本实施例提出一种基于可见光通信和UWB的隧道内车辆定位系统，其整体结构如图1所示，包括车辆单元、UWB定位基站、LED隧道灯单元、服务器和监控平台；其中，
车辆单元配置有UWB标签和可见光信号接收装置，UWB标签用于不断发送UWB定位脉冲，可见光信号接收装置用于接收来自LED隧道灯单元的可见光信号；
UWB基站设置于隧道内道路两侧，UWB基站测量UWB定位脉冲并将测量结果通过本端配置的可见光信号发送装置转换为可见光信号后发送给LED隧道灯单元；
LED隧道灯单元接收并解析来自UWB基站的可见光信号，得到测量结果，再将测量结果发送给服务器；服务器根据测量结果计算车辆单元的位置信息，并下发给LED隧道灯单元，LED隧道灯单元将位置信息转换为可见光信号后发送给隧道中的车辆单元；
服务器通过互联网与远程的监控平台连接，服务器把计算出的车辆单元的位置信息上传的监控平台，以便监控人员能够获知隧道内车辆的通行情况。
具体来说，所述可见光信号接收装置的结构如图2所示，包括：解码器和可见光信号接收电路。此处可见光接收电路中，可采用光电二极管(PIN)、雪崩光电二极管(APD)、CCD成像器件中的任意一种构成的外部接收天线实现对可见光信号的有效接收，当然，其他具有与光电二极管(PIN)、雪崩光电二极管(APD)、CCD成像器件类似功能的光电器件也在本发明保护范围之内。可见光接收电路中，接收到的可见光信号通过光电检测电路实现光电转换，将可见光信号转换为调制电信号，最后通过解码器对制电信号进行解调，恢复原始的信息。
具体的，所述可见光信号发送装置如图3所示，包括编码器和可见光信号发送电路；编码器用于将待发送信息进行编码，可见光信号发送电路用于将编码器生成的编码信号转换为可见光信号发送。
具体的，所述LED隧道灯单元如图4所示，包括LED阵列、LED驱动电路、微处理器、解码器、可见光信号接收电路、编码器；其中，
可见光信号接收电路接收来自UWB基站的可见光信号，并送入解码器解码，解码出的测量结果送入微处理器，微处理器再将测量结果送入服务器进行位置计算；服务器将计算出的位置信息反馈给微处理器，微处理器通过编码器对位置信息进行编码，再基于编码结果生成LED驱动电路的控制信号，以控制LED驱动电路驱动LED阵列发出发出搭载位置信息的可见光信号。
为了实现对每个车辆单元进行分别定为，我们在UWB标签中预先设定好唯一的ID，UWB标签在发送定位脉冲时，定位脉冲内包含UWB标签的ID，所述UWB基站测量UWB定位脉冲的测量结果中也包含相应UWB标签的ID，从而使服务器能够根据测量结果中的定位标签ID计算出不同定位标签的位置，服务器反馈给LED隧道灯单元的位置信息中也包含相应定位标签的ID。
具体的，本实施例中，服务器优选采用TOF算法计算车辆单元的定位结果，相应地，每次测距，需要3个UWB定位基站共同完成。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.基于可见光通信和UWB的隧道内车辆定位系统，其特征在于，包括车辆单元、UWB定位基站、LED隧道灯单元和服务器；其中，
车辆单元配置有UWB标签和可见光信号接收装置，UWB标签用于不断发送UWB定位脉冲，可见光信号接收装置用于接收来自LED隧道灯单元的可见光信号；
UWB基站设置于隧道内道路两侧，UWB基站测量UWB定位脉冲并将测量结果通过本端配置的可见光信号发送装置转换为可见光信号后发送给LED隧道灯单元；
LED隧道灯单元接收并解析来自UWB基站的可见光信号，得到测量结果，再将测量结果发送给服务器；服务器根据测量结果计算车辆单元的位置信息，并下发给LED隧道灯单元，LED隧道灯单元将位置信息转换为可见光信号后发送给隧道中的车辆单元。
2.根据权利要求1所述的基于可见光通信和UWB的隧道内车辆定位系统，其特征在于，所述可见光信号接收装置包括解码器和可见光信号接收电路；
可见光信号接收电路用于接收可见光信号并将可见光信号转换为电信号，解码器用于对接收到的电信号进行解码。
3.根据权利要求2所述的基于可见光通信和UWB的隧道内车辆定位系统，其特征在于，所述可见光信号发送装置包括编码器和可见光信号发送电路；
编码器用于将待发送信息进行编码，可见光信号发送电路用于将编码器生成的编码信号转换为可见光信号发送。
4.根据权利要求3所述的基于可见光通信和UWB的隧道内车辆定位系统，其特征在于，所述LED隧道灯单元包括LED阵列、LED驱动电路、微处理器、解码器、可见光信号接收电路、编码器；其中，
可见光信号接收电路接收来自UWB基站的可见光信号，并送入解码器解码，解码出的测量结果送入微处理器，微处理器再将测量结果送入服务器进行位置计算；服务器将计算出的位置信息反馈给微处理器，微处理器通过编码器对位置信息进行编码，再基于编码结果生成LED驱动电路的控制信号，以控制LED驱动电路驱动LED阵列发出搭载位置信息的可见光信号。
5.根据权利要求1所述的基于可见光通信和UWB的隧道内车辆定位系统，其特征在于，所述定位脉冲内还包含UWB标签的ID，所述UWB基站测量UWB定位脉冲的测量结果中也包含相应UWB标签的ID，从而使服务器能够根据测量结果中的定位标签ID计算出不同定位标签的位置，服务器反馈给LED隧道灯单元的位置信息中也包含相应定位标签的ID。
6.根据权利要求1所述的基于可见光通信和UWB的隧道内车辆定位系统，其特征在于，所述服务器采用TOF算法计算车辆单元的定位结果。
7.根据权利要求1所述的基于可见光通信和UWB的隧道内车辆定位系统，其特征在于，所述服务器还通过互联网连接远程的监控平台，服务器将计算出的车辆单元位置信息上传监控平台，以实现监控平台对隧道内车况的监控。
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