CN112839300B - 一种基于uwb轨迹数据的车辆驾驶行为监控装置 - Google Patents
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Abstract
一种基于UWB轨迹数据的车辆驾驶行为监控装置，该装置包括车载UWB定位终端单元、UWB定位基站单元、基站时间同步单元、位置解算单元、数据存储单元和分析判断单元，能够实时获取车载UWB定位终端位置，绘制轨迹数据，判断车辆行驶状态，行驶状态包括是否在车道范围内行驶，是否存在超速、压线、变道行为。该装置充分发挥了UWB良好的抗多径效应性能，能够在隧道等半封闭场所对行驶车辆进行精确定位并绘制轨迹，对车辆驾驶行为进行监控。
Description
技术领域
本发明涉及智能交通技术和安全驾驶技术领域，特别是一种基于UWB轨迹数据的车辆驾驶行为监控装置。
背景技术
近年来，GPS/北斗导航技术以及视频、雷达监控设备在交通领域的应用范围逐渐扩大，给交通管理和人们的生活带来很大便利。
但是，在隧道等半封闭场合，卫星信号无法完全覆盖，卫星定位几乎无法使用；光线效果不佳，视频应用受到很大限制；无线信号多径效应明显，雷达检测效果不佳。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于UWB轨迹数据的车辆驾驶行为监控装置，可以实时记录存储车辆位置信息，形成轨迹数据，根据轨迹数据对车辆驾驶行为进行监控。
本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明是一种基于UWB轨迹数据的车辆驾驶行为监控装置，该装置包括车载UWB定位终端单元、UWB定位基站单元、基站时间同步单元、位置解算单元、数据存储单元和分析判断单元；
车载UWB定位终端单元，用于安装于车辆上，定时发送脉冲信号；
UWB定位基站单元，安装到固定位置，用于接收车载UWB定位终端单元的脉冲信号，并将接收到脉冲信号的时间上传至位置解算单元；
基站时间同步单元，用于向所有UWB定位基站单元定时广播发送时间同步信号，使所有UWB定位基站单元的计时基准相同；
位置解算单元，用于通过分析各基站接收到脉冲信号的时间差，结合基站的实际物理位置，解算出车载UWB定位终端单元的位置信息，并将位置信息实时发送至数据存储单元；
数据存储单元，用于接收位置解算单元上传的车载UWB定位终端单元的实时位置信息，保存至本地存储介质，并将位置信息集合形成轨迹数据，轨迹数据按照UWB终端编号分别存储；
数据存储单元，用于实时读取数据存储单元的轨迹数据，结合提前设定的车道位置、车道范围和车道分界线坐标信息，判断对应编号的车辆是否在车道范围内行驶，是否存在超速、压线、变道驾驶行为。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的基于UWB轨迹数据的车辆驾驶行为监控装置，每个车载UWB定位终端单元都有唯一的编号。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的基于UWB轨迹数据的车辆驾驶行为监控装置，UWB定位基站单元的数量不小于4个，UWB定位基站单元之间通过基站时间同步单元同步时间。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的基于UWB轨迹数据的车辆驾驶行为监控装置，基站时间同步单元与UWB定位基站单元之间采用有线连接方式或者无线连接方式。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的基于UWB轨迹数据的车辆驾驶行为监控装置，分析判断单元判断车辆行驶状态的具体方法为：
先设定平行于车道方向的距离为纵向，垂直于车道方向的距离为横向；
若轨迹中连续N个采样点的距离超过阈值，判定车辆超速行驶；N为大于等于3的正整数；
若轨迹数据在车道范围以内且距车道分界线横向距离大于阈值，判定车辆在车道范围内行驶；
若轨迹数据在车道范围以外且距车道分界线横向距离大于阈值，判定车辆在车道范围外行驶；
若轨迹数据距车道分界线距离小于阈值，判定车辆存在压线行为；
若轨迹从当前行驶车道偏移至相邻车道，判定车辆存在变道行为。
与现有技术相比，本发明充分发挥了UWB的良好抗多径效应性能，非常适合应用于隧道等封闭场合，在隧道等半封闭场所可以对行驶车辆进行精确定位并绘制轨迹，对车辆驾驶行为进行监控；该装置包括车载UWB定位终端单元、UWB定位基站单元、基站时间同步单元、位置解算单元、数据存储单元、分析判断单元，能够实时获取车载UWB定位终端位置，绘制轨迹数据，判断车辆行驶状态，行驶状态包括是否在车道范围内行驶，是否存在超速、压线、变道行为。
附图说明
图1为本发明的除基站时间同步单元以外的所有子单元组合示意图；
图2为本发明的基站时间同步单元与各基站之间的工作示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1，参照图1，一种基于UWB轨迹数据的车辆驾驶行为监控装置，该装置包括车载UWB定位终端单元、UWB定位基站单元、基站时间同步单元、位置解算单元、数据存储单元、分析判断单元，基站时间同步单元与各基站之间的工作关系见图1，基站时间同步单元与各基站之间通过有线或无线连接方式连接，定时向各基站广播发送时间同步信号，使所有UWB定位基站的计时基准相同，进而使得各基站接收到终端脉冲信号的到达时间具有同一基准。
实施例2，参照图2，一种基于UWB轨迹数据的车辆驾驶行为监控装置，包括4个定位基站，定位终端、位置解算单元、数据存储单元、基站时间同步单元、计算分析单元、数据上传单元；为避免图示混乱，基站时间同步单元与各基站之间的工作关系通过图1说明，定位终端与定位基站的UWB定位芯片采用Decawave公司的DW1000型芯片；
终端1广播发送脉冲信息，基站1-4接收到脉冲信息的时间点分别为T1、T2、T3、T4，各基站分别将其时间信息T1、T2、T3、T4发送至位置解算单元；解算单元通过到达时间差定位算法（TDOA），通过解析双曲线和双曲面方程，分析各基站接收到脉冲信号的时间的差值，结合基站的实际物理位置，解算出UWB定位终端的位置信息，并将位置信息实时发送至数据存储单元。
数据存储单元接收位置解算单元上传的UWB定位终端的实时位置信息，保存至本地存储介质，位置信息集合形成轨迹数据，并按照UWB终端编号分别存储；即UWB编号与车辆一一对应。
分析判断单元实时读取数据存储单元的轨迹数据，结合提前设定的车道范围和车道分界线坐标信息，判断对应编号的车辆行驶状态，状态包括是否在车道范围内行驶，是否存在超速、压线、变道驾驶行为；
分析判断单元判断车辆行驶状态的具体方法为：
设平行于车道方向的距离为纵向，垂直于车道方向的距离为横向；
若轨迹中连续N个采样点的距离超过阈值，判定车辆超速行驶，N为大于等于3的正整数；
若轨迹数据在车道范围以内且距车道分界线横向距离大于阈值，判定车辆在车道范围内行驶；
若轨迹数据在车道范围以外且距车道分界线横向距离大于阈值，判定车辆在车道范围外行驶；
若轨迹数据距车道分界线距离小于阈值，判定车辆存在压线行为；
若轨迹从当前行驶车道偏移至相邻车道，判定车辆存在变道行为。
Claims (4)
1.一种基于UWB轨迹数据的车辆驾驶行为监控装置，其特征在于：该装置包括车载UWB定位终端单元、UWB定位基站单元、基站时间同步单元、位置解算单元、数据存储单元和分析判断单元；
车载UWB定位终端单元，用于安装于车辆上，定时发送脉冲信号；
UWB定位基站单元，安装到固定位置，用于接收车载UWB定位终端单元的脉冲信号，并将接收到脉冲信号的时间上传至位置解算单元；
基站时间同步单元，用于向所有UWB定位基站单元定时广播发送时间同步信号，使所有UWB定位基站单元的计时基准相同；
位置解算单元，用于通过分析各基站接收到脉冲信号的时间差，结合基站的实际物理位置，解算出车载UWB定位终端单元的位置信息，并将位置信息实时发送至数据存储单元；
数据存储单元，用于接收位置解算单元上传的车载UWB定位终端单元的实时位置信息，保存至本地存储介质，并将位置信息集合形成轨迹数据，轨迹数据按照UWB终端编号分别存储；
数据存储单元，用于实时读取数据存储单元的轨迹数据，结合提前设定的车道位置、车道范围和车道分界线坐标信息，判断对应编号的车辆是否在车道范围内行驶，是否存在超速、压线、变道驾驶行为；
分析判断单元判断车辆行驶状态的具体方法为：
先设定平行于车道方向的距离为纵向，垂直于车道方向的距离为横向；
若轨迹中连续N个采样点的距离超过阈值，判定车辆超速行驶；N为大于等于3的正整数；
若轨迹数据在车道范围以内且距车道分界线横向距离大于阈值，判定车辆在车道范围内行驶；
若轨迹数据在车道范围以外且距车道分界线横向距离大于阈值，判定车辆在车道范围外行驶；
若轨迹数据距车道分界线距离小于阈值，判定车辆存在压线行为；
若轨迹从当前行驶车道偏移至相邻车道，判定车辆存在变道行为。
2.根据权利要求1所述的基于UWB轨迹数据的车辆驾驶行为监控装置，其特征在于：每个车载UWB定位终端单元都有唯一的编号。
3.根据权利要求1所述的基于UWB轨迹数据的车辆驾驶行为监控装置，其特征在于：UWB定位基站单元的数量不小于4个，UWB定位基站单元之间通过基站时间同步单元同步时间。
4.根据权利要求1所述的基于UWB轨迹数据的车辆驾驶行为监控装置，其特征在于：基站时间同步单元与UWB定位基站单元之间采用有线连接方式或者无线连接方式。
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