CN217213173U - 一种用于机场车辆定位的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于机场车辆定位的装置，属于定位导航领域。所述用于机场车辆定位的装置包括辅助设备，所述辅助设备包括：内置电池、辅助设备控制芯片、通信模组和定位器件；所述通信模组、定位器件分别与辅助设备控制芯片连接；所述内置电池能够为辅助设备控制芯片、通信模组、定位器件供电。通过本实用新型可以将机场车辆的初次定位时间从分钟级缩短到秒级，有效提高了机场车辆位置监管的有效性。

Description

一种用于机场车辆定位的装置

技术领域

本实用新型属于定位导航领域，具体涉及一种用于机场车辆定位的装置，可以快速实现定位并上传数据。

背景技术

对机场车辆进行定位管理，是现代机场智慧化管理的基本需求。

目前常规定位使用的定位方法和装置一般是北斗/GPS高精度定位和卫星定位板卡102，并通过4G/5G或其他通信网络(以下皆以“4G通信模组103”为例进行描述)将数据回传给后台服务器7。

上述常规的定位方法和装置用于机场车辆定位时存在一个显著的不足，即初次定位时间长，原因如下：定位设备随着车辆发动而启动，启动后需要陆续完成搜星、定位、通信入网等操作，通常卫星定位板卡102冷启动并初次定位需要1分钟左右，而4G通信模组103冷启动并入网也需要1分钟左右。而且，如果车辆当时停放在卫星信号阴影区，如航站楼边、廊桥附近、行李分拣区、仓库等处时，初次定位时间会进一步延长。而机场业务特性决定了很多机场车辆往往行驶2-3分钟就到达目的地，过长的初次定位时间导致机场车辆的大部分甚至全部运行轨迹缺少监控，严重影响了定位管理的效果。

另外，为了进行高精度定位和高速通信，常规定位装置的功耗是较大的，不具备在车辆熄火后保持长时间工作的可行性。若由车辆电瓶供电，容易耗尽电瓶导致车辆无法正常工作；若由外接锂电池供电，电池容量必须较大，而大容量的锂电池在机坪高温环境下存在安全风险。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种用于机场车辆定位的装置，帮助机场车辆缩短初次定位时间、实现快速定位。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

本实用新型提供了一种用于机场车辆定位的装置，所述用于机场车辆定位的装置包括辅助设备，所述辅助设备包括：内置电池、辅助设备控制芯片、通信模组和定位器件；

所述通信模组、定位器件分别与辅助设备控制芯片连接；

所述内置电池能够为辅助设备控制芯片、通信模组、定位器件供电。

本实用新型的进一步改进在于：

机场车辆的车载电源能够为所述辅助设备控制芯片、通信模组、定位器件、内置电池供电。

本实用新型的进一步改进在于：

所述通信模组采用低功耗且能够与网络保持长连接的通信模组。

本实用新型的进一步改进在于：

所述定位器件采用不依赖卫星进行定位的定位器件。

优选的，所述通信模组采用NB-IOT通信模组。

优选的，所述定位器件采用惯导器件。

本实用新型的进一步改进在于：

所述用于机场车辆定位的装置进一步包括主设备，所述主设备包括：主设备控制芯片，以及分别与其连接的4G通信模组和卫星定位板卡；

所述辅助设备控制芯片能够与主设备中的卫星定位板卡、主设备控制芯片进行通信。

本实用新型的进一步改进在于：

所述主设备和辅助设备集成在一个电路板上。

本实用新型的进一步改进在于：

所述主设备和辅助设备为两个独立设备，两者之间通过线缆连接。

进一步的，所述辅助设备上设置有独立的卫星定位模组和/或蓝牙、UWB。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

通过本实用新型可以将机场车辆的初次定位时间从分钟级缩短到秒级，有效提高了机场车辆位置监管的有效性。

附图说明

图1本实用新型用于机场车辆定位的装置的组成结构示意图；

图2本实用新型使用方法的步骤框图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述：

本实用新型在机场车辆的常规定位终端(以下简称“主设备1”)的基础上，设置一个由内置电池供电、与通信网络保持长连接、并集成了独立定位器件的辅助设备2，帮助缩短初次定位时间、实现快速定位。

本实用新型通过以下技术方案解决了现有机场车辆定位存在的三个主要问题：

(1)问题1：初次定位时卫星搜星时间长。

本实用新型使用辅助设备2定时从网络获取最新有效的卫星星历10并保存在内存中，在主设备1启动时，辅助设备2将星历10发送给主设备1。主设备1的卫星定位板卡102(例如北斗/GPS定位板卡)支持A-GNSS功能，在得到辅助设备2发来的星历10后，卫星定位板卡102的初次定位搜星时间可缩短到3-5s。

(2)问题2：在卫星信号阴影区，无法完成搜星或者搜星时间延长。

本实用新型辅助设备2中集成了一个独立的定位器件，该定位器件的特点是不依赖卫星即可定位，该定位器件可以采用现有的多种定位器件，优选采用现有的惯导器件。随着定位技术的发展，也可能有其他不依赖卫星的定位器件出现，以后也可以采用新的定位器件。本实施例以惯导器件为例进行描述。

在主设备1完成卫星定位之前，惯导器件通过现有的惯导算法对车辆位置进行估算得到定位数据9，并将定位数据9作为车辆位置回传给后台服务器7。主设备1完成卫星定位后再由主设备回传卫星定位板卡获得的定位数据9。

(3)问题3：通信入网时间长。

本实用新型辅助设备2中集成了一个通信模组，其特点是低功耗、与网络保持长连接，并用内置电池供电使之24小时工作。通信模组可以采用现有的具有这些特点的通信模组，例如使用NB-IOT通信模组(以下实施例均以NB-IOT通信模组为例进行描述)。NB-IOT通信模组能够与网络保持长连接，不通信时保持休眠状态，因此功耗很低，需要通信时可快速发起主动通信，从而规避了入网时间长的问题。在主设备1的4G通信模组103尚未完成通信入网时，辅助设备2通过NB-IOT通信模组先行通过通信基站8向后台服务器7回传定位数据9，等主设备1完成通信入网后，再通过主设备1回传数据。

具体的，本实用新型的结构如图1所示，包括：

主设备1，主设备1是目前机场车辆上已经配置的常规的定位设备，包括4G通信模组103、卫星定位板卡102、主设备控制芯片101。4G通信模组103、卫星定位板卡102分别与主设备控制芯片101连接。卫星定位板卡102将定位数据9发送给主设备控制芯片101，主设备控制芯片101通过4G通信模组103将定位数据9发送给后台服务器7。主设备1集成了高精度北斗/GPS定位、高速4G通信和其他辅助功能，基本满足了机场对于车辆定位和业务管理的需要。

辅助设备2，本实用新型在机场车辆上进一步安装了辅助设备2，所述辅助设备2包括内置电池3、辅助设备控制芯片4、通信模组5和定位器件6。通信模组5、定位器件6分别与辅助设备控制芯片4连接。

优选的，所述通信模组5采用NB-IOT通信模组，定位器件6采用惯导器件。内置电池3同时为辅助设备控制芯片4、通信模组5、定位器件6供电，内置电池3由车载电源12进行充电，车载电源12也能够同时为辅助设备控制芯片4、通信模组5、定位器件6供电。同时，辅助设备控制芯片4与主设备1中的卫星定位板卡102、主设备控制芯片101连接。定位器件6将定位数据9发送给辅助设备控制芯片4，辅助设备控制芯片4通过通信模组5将定位数据9发送给后台服务器7，同时辅助设备控制芯片4通过通信模组5能够从后台服务器7获取星历10，并将星历10发送给主设备1的卫星定位板卡102，而且，卫星定位板卡102能够将定位数据9发送给辅助设备控制芯片4。主设备控制芯片101能够向辅助设备控制芯片4发送指令11。

图1中的辅助设备2是实现快速定位的核心设备。其核心特点是使用了一个低功耗、与网络保持长连接的通信模组5。通过该通信模组5，在机场车辆熄火时，能够定期从后台服务器7获取星历10，同时在主设备1的4G通信模组103尚未完成通信入网时，能够通过通信基站8向后台服务器7发送定位数据9。

辅助设备2的工作原理如下：

(1)车辆启动后，辅助设备2使用车载电源12供电，并给内置电池3充电；车辆熄火后，辅助设备使用内置电池3供电，保证辅助设备24小时工作。

(2)辅助设备2初次启动(“初次启动”是指辅助设备第一次接通电源或者因各种原因重新启动的时候。)时，NB-IOT通信模组入网；不需要通信时保持休眠，需要通信时唤醒工作(这是现有通信模块已经具有的功能，在此不再赘述)。

(3)辅助设备2通过通信模组5定时从后台服务器7获取最新的星历10，并将星历10发送给辅助设备控制芯片4，辅助设备控制芯片4对星历10进行存储；一般来说星历的有效期为2小时，因此可以每隔1小时获取一次星历，确保星历的有效性。

(4)辅助设备2中的辅助设备控制芯片4持续检测车载电源12的供电情况，当检测到车载电源12被接通时，即主设备1正在启动，则向主设备1的卫星定位板卡102发送星历10，帮助主设备1的卫星定位板卡102快速搜星定位。

(5)若主设备的通信模组尚未完成入网，则辅助设备2使用通信模组5将定位数据9回传给后台服务器7。

定位数据9的来源有两个：若主设备1的卫星定位板卡102搜星定位成功，则使用卫星定位板卡102的定位数据9(常规的卫星定位板卡102均有多个数据输出接口，主设备控制芯片101和辅助设备控制芯片4可以同时从卫星定位板卡102上接收到定位数据9。)，此时辅助设备控制芯片4将卫星定位板卡102发送来的定位数据9通过通信模组5发送给后台服务器7；若主设备1的卫星定位板卡102未能搜星定位，则辅助设备2使用定位器件6给出的定位数据9(例如惯导利用惯导推算算法获得的定位数据9)，此时定位器件6将定位数据9发送给辅助设备控制芯片4，辅助设备控制芯片4再通过通信模组5将定位数据9发送给后台服务器7。

惯导需要使用一个初始坐标和车辆朝向来推算定位数据9，初始坐标和车辆朝向可以采用上次熄火前车辆的位置和朝向。由于NB-IOT通信模组是始终在线的，无需重新入网，可以随时向后台服务器7发送数据，因此车辆一启动，后台服务器7即可接收到车辆的定位数据9。

(6)主设备1启动成功后，定位数据9通过主设备1回传(具体的，卫星定位板卡102获取定位数据9，并将其发送给主设备控制芯片101，主设备控制芯片101将定位数据9通过4G通信模组103发送给后台服务器7)。同时主设备控制芯片101向辅助设备控制芯片4发送指令11，辅助设备控制芯片4收到指令11后，辅助设备2的通信模组5不再发送定位数据9，仅定时获取星历10并向辅助设备控制芯片4发送星历10。此时，辅助设备2的通信模组5不再代替主设备1发送数据，车载电源12保持接通时，辅助设备控制芯片4持续接收卫星定位板卡102发送来的卫星定位数据9，并根据定位数据9记录车辆的位置和朝向，直到车载电源12关闭，最后记录的车辆位置和朝向可以作为下次惯导的初始坐标和车辆朝向。

辅助设备2的工作流程如图2所示，包括：

(1)初次上电；

(2)NB-IOT通信模组入网，获取最新的星历并保存；

(3)根据车载电源状态分别执行不同的操作，具体如下：

如果车载电源由断开变接通，则转入步骤(4)，如果车载电源由接通变断开，则转入步骤(10)，如果车载电源保持接通，则转入步骤(11)，如果车载电源保持断开，则转入步骤(12)；

(4)等待卫星定位板卡启动；

(5)辅助设备控制芯片将星历发给卫星定位板卡；

(6)进行多源融合定位；

(7)使用NB-IOT通信模组将定位数据回传给后台服务器；

(8)判断主设备是否完成通信入网和卫星定位，如果是，则主设备控制芯片向辅助设备控制芯片发送指令，然后转入步骤(9)，如果否，则返回(6)；

(9)辅助设备控制芯片收到指令后，停止NB-IOT通信模组向后台服务器回传数据，然后返回步骤(3)；

(10)辅助设备休眠，并返回步骤(3)；

(11)监控并保存机场车辆的当前位置和朝向(标准的卫星定位数据包括位置、朝向、速度等信息)，然后返回步骤(3)；

(12)判断是否达到定时间隔(预先设定的时间间隔)，如果是，则转入步骤(13)，如果否，则转入步骤(14)；

(13)NB-IOT通信模组获取星历；

(14)辅助设备休眠，并返回步骤(3)；

上述步骤(10)和步骤(14)中的辅助设备休眠是指辅助设备中的通信模组、定位器件均休眠，只有辅助设备控制芯片内部的定时器在工作，达到定时间隔后，退出休眠、通信模组获取星历，即定时获取星历。

上述步骤中(6)中的多源融合定位是指：在主设备上的卫星定位板卡尚未完成定位时，使用辅助设备上的定位器件获得定位数据；在主设备上的卫星定位板卡完成定位后，使用卫星定位数据和辅助设备上的定位器件的定位数据共同计算出定位数据。本实施例中具体指利用辅助设备的惯导的定位数据和主设备的卫星定位板卡的卫星定位数据共同计算出定位数据，惯导+卫星组合定位是现有成熟算法，比仅使用惯导的定位精度更高。因此主设备的卫星定位板卡尚未定位成功时，使用多源融合定位仍可以解算出有效的定位数据，使车辆一启动即可以将有效定位数据进行回传。

使用惯导进行定位时，需要一个初始的位置和朝向，这个初始的位置和朝向来自上述步骤(11)中保存的数据。

上述步骤(11)中，机场车辆的当前位置和朝向来自于定位数据，定位数据可以是主设备的定位数据，也可以是多源融合定位获得的定位数据，使用哪种定位数据不影响本实用新型的效果，但优选使用主设备的定位数据，因为主设备通常使用高等级的元器件，定位精度通常更高，因此，优选的，辅助设备控制芯片从主设备的卫星定位板卡持续接收卫星定位数据，并保存机场车辆的当前位置和朝向。

辅助设备判断车载电源是接通还是断开，可以使用现有的各种用于判断接通断开的电路设计，不影响本实用新型的效果。

辅助设备控制芯片4用于与主设备控制芯片进行通信，并传递和保存星历、定位数据，以及控制通信模组、定位器件的休眠。辅助设备控制芯片4可以选用任何能够即时启动的MCU芯片，如主流的stm32系列，不影响本实用新型的效果。但不可选用启动时间较长的芯片，如各种使用嵌入式Linux和安卓的芯片，因为此类芯片启动时间可长达数十秒甚至超过1分钟，无法满足本实用新型希望实现的效果。

另外，辅助设备控制芯片4也可与通信模组5、定位器件6中的控制芯片复用，即将辅助设备控制芯片4与通信模组5、定位器件6中的控制芯片集成为一个控制芯片。辅助设备控制芯片4的通信、保存、控制功能均采用芯片相应的程序实现即可，不需要对方法进行任何改进。

优选的，辅助设备2使用NB-IOT通信模组作为通信手段。随着通信技术的发展，可能有其他通信技术(如eMTC、LTE Cat1等)，也能够满足低功耗、长连接、即时恢复上行通信的要求，则也可以用于本实用新型。

主设备1在4G通信模组103入网完毕且卫星板卡定位成功后向辅助设备控制芯片4发送指令11，该指令采用通用的发送指令的程序进行发送即可。

主设备1和辅助设备2可以有多种集成方式，如集成在一个电路板上，如做成两个独立设备、中间通过线缆连接，多种连接方式均不影响本实用新型的效果。

进一步的，为了满足某些具体场景的需要，辅助设备2可以集成独立的卫星定位模组和其他定位手段，例如蓝牙、UWB。例如，具体场景可能要求机场车辆熄火时定期更新车辆位置，则可以在辅助设备2中集成独立的卫星定位模组(但是由于辅助设备是一个低功耗设备，导致无法使用高精度的卫星定位板卡102(因为其功耗较高)，因此熄火后的定位精度是较低的。车辆点火后仍需要使用主设备的高精度卫星定位板卡进行定位)。蓝牙、UWB等其他定位手段则可以让机场车辆停放在室内时进行定位。这些均不影响本实用新型的效果。

综上所述，本实用新型使用电池供电的NB-IOT等低功耗、长连接的通信模组，在车辆熄火时定期获取星历，从而在车辆启动后利用星历快速完成搜星和定位。当常规的4G等通信模组尚未完成入网时，可向后台服务器发送定位数据，使得车辆一启动即可向后台服务器7发送数据。

本实用新型使用定位器件，在卫星定位板卡因处于卫星阴影区等原因暂时无法定位时，可推算出定位数据，使得车辆一启动即可得到有效的定位数据，并可将有效的定位数据上传到后台服务器。

本实用新型使用一个24小时在线的辅助设备，通过提供星历、进行惯导定位、进行临时通信的手段，大幅减少了车载定位设备初次定位时间，使车辆一启动即可向服务器发送定位数据。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。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实用新型中的具体含义。

最后应说明的是，上述技术方案只是本实用新型的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本实用新型公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本实用新型上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。

Claims (10)

1.一种用于机场车辆定位的装置，其特征在于：所述用于机场车辆定位的装置包括辅助设备，所述辅助设备包括：内置电池、辅助设备控制芯片、通信模组和定位器件；

所述通信模组、定位器件分别与辅助设备控制芯片连接；

所述内置电池能够为辅助设备控制芯片、通信模组、定位器件供电。

2.根据权利要求1所述的用于机场车辆定位的装置，其特征在于：机场车辆的车载电源能够为所述辅助设备控制芯片、通信模组、定位器件、内置电池供电。

3.根据权利要求1所述的用于机场车辆定位的装置，其特征在于：所述通信模组采用低功耗且能够与网络保持长连接的通信模组。

4.根据权利要求3所述的用于机场车辆定位的装置，其特征在于：所述通信模组采用NB-IOT通信模组。

5.根据权利要求1所述的用于机场车辆定位的装置，其特征在于：所述定位器件采用不依赖卫星进行定位的定位器件。

6.根据权利要求5所述的用于机场车辆定位的装置，其特征在于：所述定位器件采用惯导器件。

7.根据权利要求1所述的用于机场车辆定位的装置，其特征在于：所述用于机场车辆定位的装置进一步包括主设备，所述主设备包括：主设备控制芯片，以及分别与其连接的4G通信模组和卫星定位板卡；

所述辅助设备控制芯片能够与主设备中的卫星定位板卡、主设备控制芯片进行通信。

8.根据权利要求7所述的用于机场车辆定位的装置，其特征在于：所述主设备和辅助设备集成在一个电路板上。

9.根据权利要求7所述的用于机场车辆定位的装置，其特征在于：所述主设备和辅助设备为两个独立设备，两者之间通过线缆连接。

10.根据权利要求1所述的用于机场车辆定位的装置，其特征在于：所述辅助设备上设置有独立的卫星定位模组和/或蓝牙、UWB。

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