CN113009538B - 一种车辆交通定位系统 - Google Patents

一种车辆交通定位系统 Download PDF

Info

Publication number
CN113009538B
CN113009538B CN202110078051.6A CN202110078051A CN113009538B CN 113009538 B CN113009538 B CN 113009538B CN 202110078051 A CN202110078051 A CN 202110078051A CN 113009538 B CN113009538 B CN 113009538B
Authority
CN
China
Prior art keywords
coordinates
vehicle
information
base station
topological
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110078051.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113009538A (zh
Inventor
陈睿
杨彬
王乙婷
孙斯怡
郭婷
龙汶轩
周燕
黄喜元
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xidian University
Original Assignee
Xidian University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xidian University filed Critical Xidian University
Priority to CN202110078051.6A priority Critical patent/CN113009538B/zh
Publication of CN113009538A publication Critical patent/CN113009538A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113009538B publication Critical patent/CN113009538B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/42—Determining position
    • G01S19/45—Determining position by combining measurements of signals from the satellite radio beacon positioning system with a supplementary measurement
    • G01S19/46—Determining position by combining measurements of signals from the satellite radio beacon positioning system with a supplementary measurement the supplementary measurement being of a radio-wave signal type
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/08—Systems for measuring distance only
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13—Receivers
    • G01S19/14—Receivers specially adapted for specific applications
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/06—Position of source determined by co-ordinating a plurality of position lines defined by path-difference measurements
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F9/00—Arrangements for program control, e.g. control units
    • G06F9/06—Arrangements for program control, e.g. control units using stored programs, i.e. using an internal store of processing equipment to receive or retain programs
    • G06F9/46—Multiprogramming arrangements
    • G06F9/50—Allocation of resources, e.g. of the central processing unit [CPU]
    • G06F9/5005—Allocation of resources, e.g. of the central processing unit [CPU] to service a request
    • G06F9/5027—Allocation of resources, e.g. of the central processing unit [CPU] to service a request the resource being a machine, e.g. CPUs, Servers, Terminals
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F9/00—Arrangements for program control, e.g. control units
    • G06F9/06—Arrangements for program control, e.g. control units using stored programs, i.e. using an internal store of processing equipment to receive or retain programs
    • G06F9/46—Multiprogramming arrangements
    • G06F9/50—Allocation of resources, e.g. of the central processing unit [CPU]
    • G06F9/5061—Partitioning or combining of resources
    • G06F9/5072—Grid computing
    • G—PHYSICS
    • G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16Y—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY SPECIALLY ADAPTED FOR THE INTERNET OF THINGS [IoT]
    • G16Y10/00—Economic sectors
    • G16Y10/40—Transportation
    • G—PHYSICS
    • G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16Y—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY SPECIALLY ADAPTED FOR THE INTERNET OF THINGS [IoT]
    • G16Y20/00—Information sensed or collected by the things
    • G16Y20/10—Information sensed or collected by the things relating to the environment, e.g. temperature; relating to location
    • G—PHYSICS
    • G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16Y—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY SPECIALLY ADAPTED FOR THE INTERNET OF THINGS [IoT]
    • G16Y20/00—Information sensed or collected by the things
    • G16Y20/20—Information sensed or collected by the things relating to the thing itself
    • G—PHYSICS
    • G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16Y—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY SPECIALLY ADAPTED FOR THE INTERNET OF THINGS [IoT]
    • G16Y40/00—IoT characterised by the purpose of the information processing
    • G16Y40/60—Positioning; Navigation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L67/00—Network arrangements or protocols for supporting network services or applications
    • H04L67/01—Protocols
    • H04L67/10—Protocols in which an application is distributed across nodes in the network
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/02—Services making use of location information
    • H04W4/023—Services making use of location information using mutual or relative location information between multiple location based services [LBS] targets or of distance thresholds
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/30—Services specially adapted for particular environments, situations or purposes
    • H04W4/40—Services specially adapted for particular environments, situations or purposes for vehicles, e.g. vehicle-to-pedestrians [V2P]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2209/00—Indexing scheme relating to G06F9/00
    • G06F2209/50—Indexing scheme relating to G06F9/50
    • G06F2209/502—Proximity

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Economics (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Accounting & Taxation (AREA)
  • Development Economics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • General Business, Economics & Management (AREA)
  • Operations Research (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

本发明公开了一种车辆交通定位系统，包括：基站、移动边缘计算节点以及若干车辆；车辆用于响应于收到基站发送的广播信息，确定其他车辆与自身之间的距离得到测距信息；将卫星定位坐标和测距信息发送至基站；基站用于根据自身的卫星定位坐标对车辆的卫星定位坐标进行修正，得到修正坐标信息；利用测距信息构建距离矩阵；将距离矩阵和修正坐标信息发送至移动边缘计算节点；移动边缘计算节点用于根据距离矩阵计算车辆的拓扑坐标，得到拓扑信息；根据拓扑信息和修正坐标信息，将车辆的拓扑坐标转换为二维空间坐标，并将车辆的二维空间坐标发送至基站；基站，还用于将收到的二维空间坐标分发给对应的车辆。本发明可实现细精度、无盲点的车辆交通定位。

Description

一种车辆交通定位系统
技术领域
本发明属于交通定位技术领域，具体涉及一种车辆交通定位系统。
背景技术
在交通定位技术领域中，大多通过卫星对车辆进行定位。但是，卫星定位仅适用于粗精度的车辆定位，对于车道级的细定位则存在着较大的误差。在无人驾驶逐渐成为趋势的当下，精细距离的定位误差可能导致交通事故，造成重大损失。另外，卫星定位作为一种视距技术，对位于高架下、隧道内的车辆无法实现定位，从而造成了定位盲点。因此，急需一种有效的解决方案，实现细精度、无盲点的车辆交通定位。
发明内容
为了解决现有技术中所存在的上述技术问题，本发明提供了一种车辆交通定位系统。
本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
一种车辆交通定位系统，包括：基站、移动边缘计算节点以及若干车辆；其中，每个所述车辆均配备卫星定位模块、移动通信模块和测距模块；所述移动通信模块用于与所述基站进行通信；
每个所述车辆，用于响应于收到所述基站发送的广播信息，利用自身配备的测距模块确定其他车辆与自身之间的距离，得到测距信息；将自身的卫星定位坐标和得到的测距信息发送至所述基站；
所述基站，用于根据自身的卫星定位坐标对收到的车辆的卫星定位坐标进行修正，得到修正坐标信息；利用收到的测距信息构建距离矩阵；将所述距离矩阵和所述修正坐标信息发送至所述移动边缘计算节点；
所述移动边缘计算节点，用于根据所述距离矩阵计算各个所述车辆的拓扑坐标，得到拓扑信息；根据所述拓扑信息和所述修正坐标信息，将各个所述车辆的拓扑坐标转换为二维空间坐标，并将各个所述车辆的二维空间坐标发送至所述基站；其中，所述拓扑信息用于刻画所有所述车辆的交通拓扑关系；
所述基站，还用于将收到的二维空间坐标分发给对应的车辆。
可选地，所述测距模块包括：雷达测距模块和/或UWB测距模块。
可选地，所述移动边缘计算节点根据所述距离矩阵计算各个所述车辆的拓扑坐标，得到拓扑信息，包括：
根据所述距离矩阵，利用MDS-MAP算法，MDS-MAP(P)算法或MDS-MAP(P,R)算法计算各个所述车辆的拓扑坐标，得到拓扑信息。
可选地，所述移动边缘计算节点根据所述拓扑信息和所述修正坐标信息，将各个所述车辆的拓扑坐标转换为二维空间坐标，包括：
根据所述拓扑信息和所述修正坐标信息，利用最小二乘法计算坐标旋转因子，并根据所述坐标旋转因子和所述拓扑信息计算坐标平移因子；
利用所述坐标旋转因子对每个所述车辆的拓扑坐标进行旋转，得到该车辆的旋转后的坐标；
利用所述坐标平移因子对每个所述车辆的旋转后的坐标进行平移，得到该车辆的二维空间坐标。
可选地，所述基站根据自身的卫星定位坐标对收到的车辆的卫星定位坐标进行修正，得到修正坐标信息，包括：
获取参考误差；
根据所述参考误差对收到的车辆的卫星定位坐标进行修正，得到修正坐标信息。
可选地，所述基站获取参考误差，包括：
从卫星获取自身的卫星定位坐标；
将获取的卫星定位坐标与预设的自身标准坐标做差，得到参考误差。
可选地，任一所述车辆配备的卫星定位模块和移动通信模块为与该车辆绑定的智能移动终端中集成的模块。
可选地，所述卫星定位模块包括：GPS定位模块或北斗定位模块，
本发明提供的车辆交通定位系统中，通过测试两两车辆之间的距离获得距离矩阵，并根据该距离矩阵计算出能够刻画所有车辆间的交通拓扑关系的拓扑信息；然后，根据该拓扑信息和修正后的卫星定位坐标，将每个车辆的拓扑坐标转换为精确的二维空间坐标，实现了车辆的协同定位。其中，由于测距模块的测量精度可精确到1米以下，故本发明中的车辆交通定位的定位精度较高，且定位精度对测距误差不敏感。并且，本发明中运算量大的任务由移动边缘计算节点承担，边缘计算大大缩短了数据上传和下载的时间，避免了拥堵，同时缩短了计算时间，为车辆定位所需的超高可靠、超低时延通信提供了保证，使得本发明能够适用于大规模交通场景。
另外，本发明的硬件实现简单，无需部署路测单元，系统实现成本较低。
以下将结合附图及对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种车辆交通定位系统的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的车辆交通定位系统中各部分交互工作的示意图；
图3对比性地示出了现有GPS定位、本发明实施例两者的定位误差与GPS配比α的关系的箱型图；
图4对比性地示出了现有GPS定位、本发明实施例两者的定位误差与GPS误差3σp的关系的箱型图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
为了实现细精度、无盲点的车辆交通定位，本发明实施例提供了一种车辆交通定位系统，如图1所示，包括：基站、移动边缘计算节点以及若干车辆；其中，每个车辆均配备有卫星定位模块、移动通信模块和测距模块；该移动通信模块用于与基站进行通信。
其中，卫星定位模块可以包括GPS定位模块或北斗定位模块。移动通信模块可以包括：3G移动通信模块、4G移动通信模块或5G移动通信模块等等；测距模块可以包括雷达测距模块和/或UWB(Ultra Wide Band，超宽带)测距模块。在实际应用中，任一车辆配备的卫星定位模块和移动通信模块可以为与该车辆绑定的智能移动终端中集成的模块；当然，对于有些车辆而言，其自身原本就可以搭载卫星定位模块和移动通信模块；也就是说，本发明实施例对车辆的卫星定位模块、移动通信模块以及测距模块的具体配备方式不做限定。
该车辆交通定位系统中，每个车辆用于响应于收到基站发送的广播信息，利用自身配备的测距模块确定其他车辆与自身之间的距离，得到测距信息；将自身的卫星定位坐标和得到的测距信息发送至基站。
具体而言，基站会定期向车辆发送广播信息，位于通信范围内的车辆都可以收到该广播信息；另一方面，卫星会给车辆的卫星定位模块发送卫星定位信号，故车辆可以获得自身的卫星定位坐标。当车辆收到广播信息时，便可以通过配备的测距模块来测量与其他车辆之间的距离，并确定自身当前的卫星定位坐标；然后，将自身的卫星定位坐标和得到的测距信息发送至基站。
基站用于根据自身的卫星定位坐标对收到的车辆的卫星定位坐标进行修正，得到修正坐标信息；利用收到的测距信息构建距离矩阵；将距离矩阵和修正坐标信息发送至移动边缘计算节点。
可以理解的是，该距离矩阵中的元素是两两车辆之间的距离。
在实际应用中，卫星同样会给基站发送基站的卫星定位坐标，故基站可以根据自身的卫星定位坐标对每个通信的车辆的卫星定位坐标进行修正，从而得到各个车辆修正后的卫星定位坐标，作为上述的修正坐标信息。
移动边缘计算节点，用于根据距离矩阵计算各个车辆的拓扑坐标，得到拓扑信息；根据拓扑信息和修正坐标信息，将各个车辆的拓扑坐标转换为二维空间坐标，并将各个车辆的二维空间坐标发送至基站；其中，拓扑信息用于刻画所有车辆的交通拓扑关系。
可以理解的是，移动边缘计算节点可利用无线接入网络就近提供计算服务，从而提供高性能、低延迟与高带宽的计算服务，为车辆定位所需的超高可靠、超低时延通信提供保证。
其中，移动边缘计算节点具体可以根据距离矩阵，利用多维尺度分析算法计算各个车辆的拓扑坐标。这里，多维尺度分析算法如经典MDS(Multiple Dimensional Scaling)算法、MDS-MAP算法，MDS-MAP(P)算法以及MDS-MAP(P,R)算法等等；其中，MDS-MAP算法，MDS-MAP(P)算法以及MDS-MAP(P,R)算法均属于经典MDS算法的改进算法，三者的改进之处在于：无需测量到所有车辆两两之间的距离。
可以理解的是，在得到刻画有所有车辆的交通拓扑关系的拓扑信息后，移动边缘计算节点结合修正坐标信息，便可以将该拓扑信息所包含的各个拓扑坐标转换为兼顾车辆协同的精确的二维空间坐标。其中，需要说明的是，该修正坐标信息中无需包含有基站通信范围内的全部车辆的修正后的卫星定位坐标；这是因为，在拓扑信息已能够刻画出所有车辆的交通拓扑关系的前提下，部分车辆的修正后的卫星定位坐标已提供了足够的参考。结合实际来说，即使部分车辆的卫星定位功能不可用，该拓扑信息也能够对这些车辆实现拓扑定位。
另外，上述基站还用于将收到的二维空间坐标分发给对应的车辆。
本发明提供的车辆交通定位系统中，通过测试两两车辆之间的距离获得距离矩阵，并根据该距离矩阵计算出能够刻画所有车辆间的交通拓扑关系的拓扑信息；然后，根据该拓扑信息和修正后的卫星定位坐标，将车辆的拓扑坐标转换为精确的二维空间坐标，实现了车辆的协同定位。其中，由于测距模块的测量精度可精确到1米以下，故本发明中的车辆交通定位的定位精度较高，且定位精度对测距误差不敏感。并且，本发明中运算量大的任务由移动边缘计算节点承担，边缘计算大大缩短了数据上传和下载的时间，避免了拥堵，同时缩短了计算时间，为车辆定位所需的超高可靠、超低时延通信提供了保证，使得本发明能够适用于大规模交通场景。
并且，本发明的硬件实现简单，无需部署路测单元，系统实现成本较低。
可选地，在一种实现方式中，基站根据自身的卫星定位坐标对所有车辆的卫星定位坐标进行修正，得到修正坐标信息，包括：
获取参考误差；
根据该参考误差对所有车辆的卫星定位坐标进行修正，得到修正坐标信息。
其中，基站获取参考误差的方式可以是直接获取预先设定好的参考误差，或者，基站也可以先从卫星获取自身的卫星定位坐标；然后将获取的卫星定位坐标与预设的自身标准坐标做差，得到实时获取的参考误差。
在一个实施例中，移动边缘计算节点根据拓扑信息和修正坐标信息，将每个车辆的拓扑坐标转换为二维空间坐标，可以包括：
(1)根据拓扑信息和修正坐标信息，利用最小二乘法计算坐标旋转因子，并根据坐标旋转因子和拓扑信息计算坐标平移因子。
(2)利用坐标旋转因子对每个车辆的拓扑坐标进行旋转，得到该车辆的旋转后的坐标；
(3)利用坐标平移因子对每个车辆的旋转后的坐标进行平移，得到该车辆的二维空间坐标。
该实现方式中，使用最小二乘法计算坐标旋转因子，能够使得最终变换得到的二维空间坐标与基站修正后的卫星定位坐标的差的平方和最小。
为了方案更为清楚，下面以一个具体的实施例为例，对本发明实施例提供的车辆交通定位系统进行详细的举例说明。该实施例中，假设车辆的数量为N，每个车辆均可测量到另外N-1个车辆与其自身之间的距离；另外，卫星定位采用的是GPS定位。
具体而言，参见图2所示，本发明实施例提供的车辆交通定位系统的工作流程可以参见如下：
(1)车辆从卫星获取GPS定位信号。
这里，用gi表示第i辆车的GPS定位坐标，i＝1,2,…,N，则所有N个车辆的GPS定位坐标可以表示为G＝{gi}。
(2)基站从卫星获取GPS定位坐标。
这里，基站的GPS定位坐标可以用g0来表示。
(3)基站向所有车辆发送广播信息。
(4)收到基站广播信息的车辆向基站发送应答信息，并向基站发送自身的GPS定位坐标和测距信息。
具体的，当车辆收到基站广播信息，则可以向基站发送应答信息以建立车辆与基站之间的通信链路。然后，车辆通过雷达测距模块和/或UWB测距模块测量自身与其他车辆间的距离，得到测距信息；接着，车辆将该测距信息连同自身的GPS定位坐标一起发送给基站。
这里，可以用dij表示为第i辆车与第j辆车之间的距离，j＝1,2,…,N；可以理解的是，假设测距模块所发送的无线电信号传播所用的时间为τ，速度为c，则第i辆车与第j辆车之间的距离dij可以表示为：dij＝cτ。
(5)基站对收到的车辆的GPS定位坐标进行修正，得到修正坐标信息；以及，利用接收的测距信息构建距离矩阵，并将修正坐标信息和距离矩阵发送给移动边缘计算节点。
具体的，基站在选址建设时就有精确的自身标准坐标g，基站首先计算参考误差ε＝g-g0，然后利用计算出的系统误差ε对车辆的GPS定位坐标G进行修正，最后得到修正后的GPS定位坐标P＝{pi}，其中pi＝gi+ε。另外，基站构建的距离矩阵D可以表示为：
其中，dii＝0，djj＝0，dij＝dji。
(6)移动边缘计算节点根据距离矩阵计算所有车辆的拓扑坐标，得到拓扑信息；再根据拓扑信息和修正坐标信息，将所有车辆的拓扑坐标转换为二维空间坐标返回给基站。
具体的，由于该实施例中可以测量到所有车辆两两之间的距离，故移动边缘计算节点可以根据该距离矩阵D，采用经典MDS算法计算所有车辆的拓扑坐标。具体计算过程可以参见如下：
(a)基于距离矩阵D计算内积矩阵B＝{bij}，bij为内积矩阵B中第i行第j列的元素，bij可通过如下公式计算：
(b)对内积矩阵B进行特征分解：
B＝UΛUT；
其中，Λ＝diag(λ1,λ2,…,λi,…,λN)为内积矩阵B的特征值构成的对角矩阵，λ1≥λ2≥…≥λi≥…≥λN，U为特征值对应的特征向量构成的特征向量矩阵，(·)T表示矩阵的转置。
(c)用内积矩阵B最大的前两个的特征值构成对角矩阵Λ′＝diag(λ1,λ2)，并用这两个最大特征值对应的特征向量构成特征向量矩阵U′，则所有车辆的拓扑坐标可表示为：
另外，移动边缘计算节点根据拓扑信息和修正坐标信息，将所有车辆的拓扑坐标转换为二维空间坐标的过程可以参见如下步骤：
(d)对修正坐标信息P和所有车辆的拓扑坐标C进行去均值操作：
其中，为P进行去均值操作后的坐标矩阵，/>为C进行去均值操作后的坐标矩阵，为C的平均值，ci为第i个车辆的拓扑坐标，/>为P的平均值，pi为第i个车辆的修正后的GPS定位坐标，1N＝[1,1,…,1]T为N个1组成的列向量，(·)T表示矩阵的转置。
(e)将和/>相乘，并对该相乘结果/>进行奇异值分解：
其中，U为左奇异矩阵，V为右奇异矩阵，(·)T表示矩阵的转置，∑＝diag(σ1,σ2)为矩阵的奇异值构成的对角矩阵。
(f)用奇异值分解结果计算坐标旋转因子R＝UVT。
(h)使用坐标旋转因子R对所有车辆的拓扑坐标C进行旋转，得到所有车辆旋转后的坐标C′＝RC。
(i)计算旋转后的坐标C′的平均值μc′，并用该平均值μc′计算坐标平移因子t：
t＝μp-μc′；
其中，ci′为对第i个车辆的拓扑坐标进行旋转后得到的坐标。
(j)使用坐标平移因子t将所有车辆的旋转后的坐标C′进行平移，得到所有车辆的二维空间坐标X：
其中，1N＝[1,1,…,1]T为N个1组成的列向量。
(7)基站将收到的所有车辆的二维空间坐标X分发给对应的车辆，使得所有车辆都获得了更为准确的定位信息。
本发明实施例的有益效果还可以通过以下仿真结果进行说明。仿真条件包括：在大小为100m×100m×100m的空间内部署30个车辆，并随机生成他们的位置坐标作为他们各自的卫星定位坐标；车辆两两之间可以测距，若距离小于或等于100m，则使用雷达进行测距，若距离大于100m，则使用UWB进行测距。
在实际衡量系统所使用的算法的性能时，希望不光能展现定位的平均误差，还能展现定位的上下界。因此，我们采用了箱型图来展现定位性能。在箱型图中，填充有颜色的矩形上端表示在10000次蒙特卡洛仿真中的25％处的定位误差，下端表示在75％处的定位误差，矩形中间的线表示定位误差的中位数；矩形上方延伸的虚线的顶端表示算法在10000次蒙特卡洛仿真中的最大定位误差，矩形下方延伸的虚线的底端表示最小定位误差。
仿真1，设修正后的GPS定位坐标在经度和维度上的误差都不超过1m，车辆之间采用雷达测距的测距误差不超过0.1m，采用UWB测距的测距误差不超过1m，分别采用现有的GPS定位和本发明实施例对车辆进行定位，定位效果参见图3所示；图3对比性地示出了现有GPS定位、本发明实施例两者的定位误差与GPS配比α的关系的箱型图；其中，标记为GPS的箱型图对应现有的GPS定位，标记为经典MDS和改进MDS的箱型图分别对应本发明实施例的两种不同实现方式，α为能够收到GPS定位信息的车辆数占车辆总数的百分比。
从图3中可以看到，本发明实施例的定位坐标与车辆的真实坐标非常接近，而现有的GPS定位坐标与车辆的真实坐标存在一定的偏差。
仿真2，设修正后的GPS定位坐标在经度和维度上的误差都不超过1m，设车辆之间采用雷达测距的测距误差不超过0.1m，采用UWB测距的测距误差不超过1m；基于此设定,分别采用现有的GPS定位和本发明实施例对车辆进行定位，定位效果参见图4所示；图4对比性的示出了现有GPS定位、本发明实施例两者的定位误差与GPS误差3σp的关系的箱型图。其中，标记为GPS的箱型图对应现有的GPS定位，标记为经典MDS和改进MDS的箱型图分别对应本发明实施例的两种不同实现方式，σp为GPS误差的标准差，这里假定GPS的误差服从均值为0，标准差为σp的高斯分布。
从图4中可以看到，本发明实施例的定位坐标随修正后GPS定位坐标的误差的增大而增大；修正后GPS定位坐标的误差越小，改进MDS算法在经典MDS算法上的性能提升越大，当修正后GPS定位坐标的误差不超过0.5m时，改进MDS算法可以实现对车辆的厘米级的定位。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
尽管在此结合各实施例对本申请进行了描述，然而，在实施所要求保护的本申请过程中，本领域技术人员通过查看所述附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现所述公开实施例的其他变化。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种车辆交通定位系统，其特征在于，包括：基站、移动边缘计算节点以及若干车辆；其中，每个所述车辆均配备卫星定位模块、移动通信模块和测距模块；所述移动通信模块用于与所述基站进行通信；
每个所述车辆，用于响应于收到所述基站发送的广播信息，利用自身配备的测距模块确定其他车辆与自身之间的距离，得到测距信息；将自身的卫星定位坐标和得到的测距信息发送至所述基站；
所述基站，用于根据自身的卫星定位坐标对收到的车辆的卫星定位坐标进行修正，得到修正坐标信息；利用收到的测距信息构建距离矩阵；将所述距离矩阵和所述修正坐标信息发送至所述移动边缘计算节点；
所述移动边缘计算节点，用于根据所述距离矩阵计算各个所述车辆的拓扑坐标，得到拓扑信息；根据所述拓扑信息和所述修正坐标信息，将各个所述车辆的拓扑坐标转换为二维空间坐标，并将各个所述车辆的二维空间坐标发送至所述基站；其中，所述拓扑信息用于刻画所有所述车辆的交通拓扑关系；
所述基站，还用于将收到的二维空间坐标分发给对应的车辆；
所述移动边缘计算节点根据所述距离矩阵计算各个所述车辆的拓扑坐标，得到拓扑信息，包括：根据所述距离矩阵，利用MDS-MAP算法，MDS-MAP(P)算法或MDS-MAP(P,R)算法计算各个所述车辆的拓扑坐标，得到拓扑信息；
所述移动边缘计算节点根据所述拓扑信息和所述修正坐标信息，将各个所述车辆的拓扑坐标转换为二维空间坐标，包括：根据所述拓扑信息和所述修正坐标信息，利用最小二乘法计算坐标旋转因子，并根据所述坐标旋转因子和所述拓扑信息计算坐标平移因子；利用所述坐标旋转因子对每个所述车辆的拓扑坐标进行旋转，得到该车辆的旋转后的坐标；利用所述坐标平移因子对每个所述车辆的旋转后的坐标进行平移，得到该车辆的二维空间坐标。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述测距模块包括：雷达测距模块和/或UWB测距模块。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述基站根据自身的卫星定位坐标对收到的车辆的卫星定位坐标进行修正，得到修正坐标信息，包括：
获取参考误差；
根据所述参考误差对收到的车辆的卫星定位坐标进行修正，得到修正坐标信息。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述基站获取参考误差，包括：
从卫星获取自身的卫星定位坐标；
将获取的卫星定位坐标与预设的自身标准坐标做差，得到参考误差。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，任一所述车辆配备的卫星定位模块和移动通信模块为与该车辆绑定的智能移动终端中集成的模块。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述卫星定位模块包括：GPS定位模块或北斗定位模块。
CN202110078051.6A 2021-01-20 2021-01-20 一种车辆交通定位系统 Active CN113009538B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110078051.6A CN113009538B (zh) 2021-01-20 2021-01-20 一种车辆交通定位系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110078051.6A CN113009538B (zh) 2021-01-20 2021-01-20 一种车辆交通定位系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113009538A CN113009538A (zh) 2021-06-22
CN113009538B true CN113009538B (zh) 2024-03-29

Family

ID=76384544

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110078051.6A Active CN113009538B (zh) 2021-01-20 2021-01-20 一种车辆交通定位系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113009538B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114520990B (zh) * 2022-01-24 2023-05-26 重庆邮电大学 一种基于星地云协作的移动边缘计算任务卸载方法
CN114698099A (zh) * 2022-05-31 2022-07-01 广东师大维智信息科技有限公司 一种uwb可移动基站快速自标定方法、系统、介质及设备

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050011419A (ko) * 2003-07-23 2005-01-29 엘지전자 주식회사 디에스알씨 및 디지피에스 방식을 이용하여교통정보제공시스템에서 차량의 평균주행속도를 계산하는방법 및 시스템
CN107197439A (zh) * 2017-06-01 2017-09-22 南京邮电大学 基于矩阵补全的无线传感器网络定位方法
CN108375782A (zh) * 2018-01-18 2018-08-07 西北工业大学 基于卫星导航定位系统的因子图协同定位方法
CN111123341A (zh) * 2019-11-15 2020-05-08 西安电子科技大学 无人机群三维协同定位方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050011419A (ko) * 2003-07-23 2005-01-29 엘지전자 주식회사 디에스알씨 및 디지피에스 방식을 이용하여교통정보제공시스템에서 차량의 평균주행속도를 계산하는방법 및 시스템
CN107197439A (zh) * 2017-06-01 2017-09-22 南京邮电大学 基于矩阵补全的无线传感器网络定位方法
CN108375782A (zh) * 2018-01-18 2018-08-07 西北工业大学 基于卫星导航定位系统的因子图协同定位方法
CN111123341A (zh) * 2019-11-15 2020-05-08 西安电子科技大学 无人机群三维协同定位方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
改进的距离重构三维定位算法;张亚杰;段渭军;王福豹;高昂;;传感技术学报(第12期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113009538A (zh) 2021-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107466043B (zh) 一种确定基站天线的方位角的方法和设备
US6728545B1 (en) System and method for computing the location of a mobile terminal in a wireless communications network
CN113009538B (zh) 一种车辆交通定位系统
JP4111951B2 (ja) モバイルユニットの速度および位置を決定するための方法及びシステム
US6243648B1 (en) Fast acquisition position reporting system
CN103404189B (zh) 无线站的自定位
US20100007552A1 (en) Positioning system, positioning method, and positioning program
KR100704793B1 (ko) 전파도달 시간차를 이용한 위치측정시스템 및 위치측정방법
US11906638B2 (en) High-accuracy satellite positioning method, positioning terminal, and positioning system
JP2003527797A (ja) 無線位置決めネットワークをシミュレートおよび計画立案する方法および装置
CN114152185B (zh) 一种gnss形变监测系统及其工作方法
CN107861131A (zh) 一种斜路径电离层延迟的获取方法及系统
CN107907043A (zh) 一种基于中长基线gnss监测网的特大型桥梁变形监测方法
CN103890604A (zh) 基于抵达时间的无线定位系统
CN114442128B (zh) 一种基于天地一体化的广域高精度定位系统及方法
CN106231552B (zh) 一种基于混合方式的非合作目标定位方法
CN113110589B (zh) 面向无人机集群紧密编队构型的分布式相对定位方法及系统
US20200145790A1 (en) Positioning correction method and apparatus
CN109116385A (zh) 一种基于bp神经网络的长距离网络rtk对流层延迟估计方法
Hanci et al. Mobile radio propagation measurements and tuning the path loss model in urban areas at GSM-900 band in Istanbul-Turkey
CN109541661B (zh) 一种定位方法和装置
CN1182408C (zh) 一种用于卫星导航系统中电离层折射时延改正的方法
CN115840190A (zh) 一种基于蓝牙aoa与深度学习融合的高精度定位方法
CN113727434B (zh) 一种基于边缘计算网关的车路协同辅助定位系统及方法
CN105319566A (zh) 一种协同定位方法及装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant