CN114562997A - 车辆定位系统以及包括该车辆定位系统的封闭区域导航系统 - Google Patents

车辆定位系统以及包括该车辆定位系统的封闭区域导航系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于封闭区域中的行车区域的车辆定位系统，封闭区域包括行车区域和停车位区域，车辆定位系统包括：图像获取单元，该图像获取单元覆盖行车区域，用于获取车辆及其周围环境的实时图像，并基于实时图像计算车辆的第一位置信息；超宽频定位单元，该超宽频定位单元覆盖行车区域，基于超宽频信号计算车辆的第二位置信息；以及处理器，该处理器融合第一位置信息及超第二位置信息，相互校准得到车辆的定位信息。本发明还提供一种封闭区域导航系统。

Description

车辆定位系统以及包括该车辆定位系统的封闭区域导航系统
技术领域
本发明涉及车辆定位技术领域,尤其涉及用于封闭区域中的行车区域的车辆定位系统及包括该车辆定位系统的封闭区域导航系统。
背景技术
随着自动驾驶汽车的发展普及，自动驾驶汽车越来越智能、应用越来越广泛。对于城市而言,室内停车场(封闭区域)的自动泊车是一个重要驾驶场景,如何安全高效地将车辆驶入室内停车场的空闲车位是自动驾驶技术的一个关键问题。室内停车场中，GPS卫星信号通常被屏蔽，传统的基于GPS卫星信号的定位方式无法适用于室内停场的车辆定位，因此需要寻求更多用于封闭区域的车辆定位方法，在自动驾驶车辆从开放区域行驶到封闭区域时，无缝衔接地提供车辆所需的定位信息，由此实现封闭区域的高精度定位。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种用于封闭区域中的行车区域的车辆定位系统，在车辆行驶于封闭区域中的行车区域时，能提供精确到厘米级的定位信息，本发明还提供一种包括该车辆定位系统的封闭区域导航系统，该封闭区域导航系统能基于精确的定位信息进行导航。
根据本发明的一个方面，提供一种用于封闭区域中的行车区域的车辆定位系统，所述封闭区域包括行车区域和停车位区域，其特征在于，所述车辆定位系统包括：图像获取单元，该图像获取单元覆盖所述行车区域，用于获取车辆及其周围环境的实时图像，并基于所述实时图像计算所述车辆的第一位置信息；超宽频定位单元，该超宽频定位单元覆盖所述行车区域，基于超宽频信号计算所述车辆的第二位置信息；以及处理器，该处理器融合所述图像获取单元获取到的所述第一位置信息及所述超宽频定位单元获取到的所述车辆的第二位置信息，相互校准得到所述车辆的定位信息。
优选地，所述处理器还基于所述图像获取单元获取到的所述实时图像，在所述车辆的定位信息中附加所述车辆的行驶方向及车辆轮廓的信息。
优选地，所述处理器包括：定位校正单元，该定位校正单元利用滤波算法融合所述图像获取单元获取到的所述第一位置信息及所述超宽频定位单元获取到的所述第二位置信息，计算出经校正的所述车辆的定位信息；以及信息附加单元，该信息附加单元基于所述图像获取单元的实时图像在经校正的所述车辆的定位信息上附加所述车辆的行驶方向及车辆轮廓的信息。
优选地，所述图像获取单元包括：多个摄像头，该摄像头用于获取车辆及其周围环境的实时图像；以及位置信息计算单元，该位置信息计算单元基于由所述摄像头获取到的实时图像，利用所述摄像头的已知的位置信息计算所述车辆的所述第一位置信息。
优选地，所述超宽频定位单元包括定位标签和至少三个定位基站，所述定位标签设置于所述车辆，至少三个所述定位基站设置于所述封闭区域，所述定位标签向外发送超宽频信号，多个所述定位基站接收该超宽频信号并基于接收到的超宽频信号计算所述车辆的所述第二位置信息。
优选地，所述封闭区域设有偶数个所述定位基站，以形成覆盖所述行车区域的矩形网格。
优选地，所述滤波算法包括卡尔曼滤波算法。
根据本发明的另一个方面，提供一种封闭区域导航系统，所述封闭区域包括行车区域和停车位区域，其特征在于，包括：传感器模块，该传感器模块覆盖所述封闭区域的所述停车位区域，用于检测所述停车位区域的障碍物；车辆定位系统，该车辆定位系统为权利要求1至7的任一项所述的用于封闭区域中的行车区域的车辆定位系统，用于在车辆行驶于所述行车区域时，获取所述车辆的定位信息；服务器，该服务器安装于所述封闭区域，在所述车辆进入所述封闭区域时与所述车辆建立连接，根据所述传感器模块检测到的结果及所述车辆定位系统获取到的所述车辆的定位信息确定所述车辆的最优停车位，并进行路径规划，然后将所述车辆的定位信息及规划得到的路径的轨迹点发送给所述车辆；以及车辆端导航模块，该车辆端导航模块安装于所述车辆，从所述服务器接收所述定位信息及所述轨迹点，并使所述车辆基于所述定位信息及所述轨迹点进行行驶。
优选地，所述车辆端导航模块包括：通信单元，该通信单元用于与所述服务器建立连接，从所述服务器接收所述定位信息及所述轨迹点；以及动态控制单元，该动态控制单元基于所述定位信息、所述轨迹点及所述车辆的惯性导航系统控制所述车辆进行行驶。
优选地，所述服务器根据所述车辆定位系统的所述图像获取单元获取到的实时图像获得所述车辆的车牌号，在与所述车辆端导航模块的所述通信单元建立连接时，将所述车牌号与通信地址绑定。
优选地，所述服务器通过ZigBee与所述车辆端导航模块的所述通信单元建立连接。
优选地，所述传感器模块包括：超声波雷达、摄像头、激光雷达、毫米波雷达。
附图说明
图1是本发明第一实施例所涉及的用于封闭区域中的行车区域的车辆定位系统的结构框图。
图2是从封闭区域侧与车辆侧两个部分来示出图1所示的用于封闭区域中的行车区域的车辆定位系统的结构框图。
图3是本发明第二实施例所涉及的包括用于封闭区域中的行车区域的车辆定位系统的封闭区域导航系统的结构框图。
图4是从封闭区域侧与车辆侧两个部分来示出图3所示的封闭区域导航系统的结构框图。
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详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。
本文所使用的术语仅用于描述特定实施例，且不意欲限制本公开。如本文所使用的，单数形式“一个”和“该”也意欲包括复数形式，除非上下文另外清楚指出。还将理解的是，当本说明书中使用术语“包括”和/或“由……制成”时，指定存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其群组。
本文所述实施例可借助本公开的理想示意图而参考平面图和/或截面图进行描述。因此，可根据制造技术和/或容限来修改示例图示。因此，实施例不限于附图中所示的实施例，而是包括基于制造工艺而形成的配置的修改。因此，附图中例示的区具有示意性属性，并且图中所示区的形状例示了元件的区的具体形状，但并不旨在是限制性的。
除非另外限定，否则本文所用的所有术语(包括技术和科学术语)的含义与本领域普通技术人员通常理解的含义相同。还将理解，诸如那些在常用字典中限定的那些术语应当被解释为具有与其在相关技术以及本公开的背景下的含义一致的含义，且将不解释为具有理想化或过度形式上的含义，除非本文明确如此限定。
本发明中将封闭区域(室内停车场)按照功能划分为两个区域：行车区域和停车位区域(可由人工预先划分)。其中，行车区域具有行车道，供车辆进行行驶；停车位区域具有多个停车位，且停车位可能具有障碍物(例如，停放车辆，停车位周边的墙面或承重墙)。
图1是本发明第一实施例所涉及的用于封闭区域中的行车区域的车辆定位系统10的结构框图。图2是从封闭区域侧与车辆侧两个部分来示出图1所示的用于封闭区域中的行车区域的车辆定位系统10的结构框图。
如图1所示，本实施例所涉及的用于封闭区域中的行车区域的车辆定位系统10包括：图像获取单元11、超宽频定位单元12及处理器13。
其中，图像获取单元11的工作范围覆盖封闭区域的行车区域，用于获取车辆A及其周围环境的实时图像，并基于所述实时图像计算车辆A的第一位置信息。具体而言，图像获取单元11包括：多个设置于行车区域的周边位置的摄像头111，该摄像头111用于获取车辆A及其周围环境的实时图像，其中，每个摄像头111均对应有固定的坐标(经纬度坐标)；以及位置信息计算单元112，该位置信息计算单元112基于多个摄像头111获取到的实时图像以及多个摄像头111的经纬度坐标进行数据处理，从而对图像内所包含的车辆进行定位，获得车辆A的第一位置信息。
超宽频(Ultra Wide Band)定位单元12的工作范围也同样地覆盖行车区域，在车辆A处于行车区域内时基于超宽频信号对车辆A进行定位，计算出车辆A的第二位置信息。
超宽频定位单元12一般包括定位标签121和多个定位基站122(至少三个)，每个定位基站122也均对应有固定坐标。在进行定位时，基于定位标签121和定位基站122之间传输的超宽频信号，从而确定定位标签121与定位基站122之间的距离。在获取到定位标签与至少三个定位基站之间的距离后，基于三点定位原理确定定位标签的坐标，从而获取车辆A的第二位置信息。超宽频定位单元12具有高抗干扰能力、低能耗、收发器体积小、数据处理量小、定位速度快等优点。
并且，本实施例中在封闭区域的行车区域设置偶数个定位基站122，从而形成覆盖行车区域的矩形网格。
此外，本实施例的超宽频定位单元12中由定位基站基于接收到的超宽频信号来计算车辆A的第二位置信息，但也可以单独设置一个计算单元，定位基站在接收到超宽频信号后，将该超宽频信号发送至计算单元，计算单元用于根据接收到的至少三个定位基站发送的超宽频信号计算出车辆的第二位置信息。
处理器13包括定位校正单元131和信息附加单元132。定位校正单元131利用滤波算法融合图像获取单元11获取到的第一位置信息及超宽频定位单元12获取到的第二位置信息，计算出经校正的车辆的定位信息。信息附加单元132基于图像获取单元11的实时图像在定位校正单元131计算出的车辆A的定位信息上附加车辆A的行驶方向及车辆轮廓的信息。
本实施例中利用的滤波算法是卡尔曼滤波算法。卡尔曼滤波模型及其滤波过程均属于本领域的常规技术，此处不进行详细描述。
通过融合两者定位信息，使其相互校准，能达到激光雷达的误差精度且大幅地降低了成本。并且，本实施例中的定位信息附加有车辆A的行驶方向及车辆轮廓的信息，从而在室内停车场这种封闭区域也可以提供厘米级以上的定位信息。
如图2所示，本实施例的车辆定位系统10的多个摄像头111、位置信息计算单元112、至少三个定位基站122、定位校正单元131及信息附加单元132均设置于封闭区域侧(室内停车场侧)，而车辆侧仅需设置定位标签121以配合至少三个定位基站122进行超宽频定位。通过这种设置方式能降低车辆端所需要的信息处理负载，能降低车辆端因自动驾驶芯片高速运转而产生的噪声。
本发明还提供一种包括上述用于封闭区域中的行车区域的车辆定位系统10的封闭区域导航系统1。
图3是本发明第二实施例所涉及的包括用于封闭区域中的行车区域的车辆定位系统10的封闭区域导航系统1的结构框图。图4是从封闭区域侧与车辆侧两个部分来示出图3所示的封闭区域导航系统1的结构框图。
本实施例的封闭区域导航系统1包括：传感器模块20、第一实施例所述的车辆定位系统10、服务器30以及车辆端导航模块40。
其中，传感器模块20覆盖封闭区域的停车位区域，用于检测停车位区域的障碍物，其中，该传感器模块20可以包括超声波雷达、摄像头、激光雷达及毫米波雷达。
第一实施例所述的车辆定位系统10如上所述那样用于在车辆A行驶于行车区域时获取车辆A的定位信息。
服务器30在车辆A进入封闭区域时该服务器30与车辆A建立连接，根据传感器模块20检测到的数据计算出障碍物类别，从车辆定位系统10获取车辆A的定位信息，并生成车辆A的移动轨迹，并确定车辆A的最优停车位以及进行路径规划，然后将车辆A的定位信息及规划得到的路径的轨迹点发送给车辆A。
关于服务器30与车辆A建立连接，具体而言，服务器30例如根据车辆定位系统10的图像获取单元11获取到的实时图像获得车辆A的车牌号，通过ZigBee与车辆端导航模块40所设置的通信单元41建立连接，将车辆A的车牌号与通信地址绑定，从而能精确地将车辆A的定位信息及路径的轨迹点发送给车辆A，确保不会将其他车辆的定位信息及路径的轨迹点误传给车辆A。
如图4所示，车辆端导航模块40安装于车辆A侧，包括：通信单元41和动态控制单元42。该通信单元41用于与服务器30建立连接，从服务器30接收定位信息及轨迹点。该动态控制单元42基于定位信息、轨迹点并结合车辆A的惯性导航系统控制车辆A进行行驶。
如图4所示，本实施例的封闭区域导航系统1中，车辆定位系统10的多个摄像头111、位置信息计算单元112、至少三个定位基站122、定位校正单元131及信息附加单元132均设置于封闭区域侧(室内停车场侧)，传感器模块20也设置于封闭区域侧，而车辆侧仅需设置：定位标签121，以配合至少三个定位基站122进行超宽频定位；通信单元41，用于与服务器建立通信连接；以及动态控制单元42，用于控制车辆A进行行驶。并且最优停车位以及路径规划均由服务器30执行，由此能降低车辆端所需要的信息处理负载，能降低车辆端因自动驾驶芯片高速运转而产生的噪声。
需要说明的是，本实施例中的服务器30可设置于云端(如图4所示)或设置于封闭区域侧(未图示)。
此外，该封闭区域导航系统1在室内停车场这种封闭区域也可以提供厘米级以上的定位信息，优化了多车辆交互的封闭区域的交通管理。
上述实施例中，使用卡尔曼滤波模型融合第一位置信息及第二位置信息，但本发明并不限于此，也可以使用其他的滤波算法。
上述实施例中，利用ZigBee在服务器与车辆之间建立连接，但本发明并不限于此，也可以通过其他通信方式在服务器与车辆之间建立连接。
本发明也可以仅仅将根据图像获取单元的实时图像计算出的第一位置信息与超宽频定位单元计算得到的第二位置信息进行融合，互相校正得到定位信息，而不在定位信息上附加车辆的行驶方向及车辆轮廓的信息。
虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，本发明中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本发明中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行相互替换而形成的技术方案。

Claims (12)

1.一种用于封闭区域中的行车区域的车辆定位系统，所述封闭区域包括行车区域和停车位区域，其特征在于，所述车辆定位系统包括：
图像获取单元，该图像获取单元覆盖所述行车区域，用于获取车辆及其周围环境的实时图像，并基于所述实时图像计算所述车辆的第一位置信息；
超宽频定位单元，该超宽频定位单元覆盖所述行车区域，基于超宽频信号计算所述车辆的第二位置信息；以及
处理器，该处理器融合所述图像获取单元获取到的所述第一位置信息及所述超宽频定位单元获取到的所述车辆的第二位置信息，相互校准得到所述车辆的定位信息。
2.如权利要求1所述的车辆定位系统，其特征在于，
所述处理器还基于所述图像获取单元获取到的所述实时图像，在所述车辆的定位信息中附加所述车辆的行驶方向及车辆轮廓的信息。
3.如权利要求2所述的车辆定位系统，其特征在于，
所述处理器包括：
定位校正单元，该定位校正单元利用滤波算法融合所述图像获取单元获取到的所述第一位置信息及所述超宽频定位单元获取到的所述第二位置信息，计算出经校正的所述车辆的定位信息；以及
信息附加单元，该信息附加单元基于所述图像获取单元的实时图像在经校正的所述车辆的定位信息上附加所述车辆的行驶方向及车辆轮廓的信息。
4.如权利要求1或2所述的车辆定位系统，其特征在于，
所述图像获取单元包括：
多个摄像头，该摄像头用于获取车辆及其周围环境的实时图像；以及
位置信息计算单元，该位置信息计算单元基于由所述摄像头获取到的实时图像，利用所述摄像头的已知的位置信息计算所述车辆的所述第一位置信息。
5.如权利要求1或2所述的车辆定位系统，其特征在于，
所述超宽频定位单元包括定位标签和至少三个定位基站，
所述定位标签设置于所述车辆，
至少三个所述定位基站设置于所述封闭区域，
所述定位标签向外发送超宽频信号，多个所述定位基站接收该超宽频信号并基于接收到的超宽频信号计算所述车辆的所述第二位置信息。
6.如权利要求5所述的车辆定位系统，其特征在于，
所述封闭区域设有偶数个所述定位基站，以形成覆盖所述行车区域的矩形网格。
7.如权利要求3所述的车辆定位系统，其特征在于，
所述滤波算法包括卡尔曼滤波算法。
8.一种封闭区域导航系统，所述封闭区域包括行车区域和停车位区域，其特征在于，包括：
传感器模块，该传感器模块覆盖所述封闭区域的所述停车位区域，用于检测所述停车位区域的障碍物；
车辆定位系统，该车辆定位系统为权利要求1至7的任一项所述的用于封闭区域中的行车区域的车辆定位系统，用于在车辆行驶于所述行车区域时，获取所述车辆的定位信息；
服务器，该服务器安装于所述封闭区域，在所述车辆进入所述封闭区域时与所述车辆建立连接，根据所述传感器模块检测到的结果及所述车辆定位系统获取到的所述车辆的定位信息确定所述车辆的最优停车位，并进行路径规划，然后将所述车辆的定位信息及规划得到的路径的轨迹点发送给所述车辆；以及
车辆端导航模块，该车辆端导航模块安装于所述车辆，从所述服务器接收所述定位信息及所述轨迹点，并使所述车辆基于所述定位信息及所述轨迹点进行行驶。
9.如权利要求8所述的封闭区域导航系统，其特征在于，
所述车辆端导航模块包括：
通信单元，该通信单元用于与所述服务器建立连接，从所述服务器接收所述定位信息及所述轨迹点；以及
动态控制单元，该动态控制单元基于所述定位信息、所述轨迹点及所述车辆的惯性导航系统控制所述车辆进行行驶。
10.如权利要求9所述的封闭区域导航系统，其特征在于，
所述服务器根据所述车辆定位系统的所述图像获取单元获取到的实时图像获得所述车辆的车牌号，在与所述车辆端导航模块的所述通信单元建立连接时，将所述车牌号与通信地址绑定。
11.如权利要求8或9所述的封闭区域导航系统，其特征在于，
所述服务器通过ZigBee与所述车辆端导航模块的所述通信单元建立连接。
12.如权利要求8或9所述的封闭区域导航系统，其特征在于，
所述传感器模块包括：超声波雷达、摄像头、激光雷达、毫米波雷达。
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