一种隧道场景下基于多传感器信息融合的车辆定位系统及方法，通过在隧道入口处的隧道顶部和隧道内部的两侧墙壁布置RFID阅读器，隧道顶部布置LED灯，利用视觉图像处理、射频识别RFID和可见光通信VLC多传感器信息融合实现隧道场景下的车辆定位；在隧道内车辆数目过多时，驾驶员可根据显示模块呈现的信息，及时调整行车路线，有效避免交通拥挤问题；检测到隧道内某车辆长时间位置不更新，则即时报警，提醒工作人员查看该车辆情况；且隧道内车辆的位置信息可以通过无线传输模块传输给云平台的数据处理模块，出现问题时及时将预警信息在车载显示器显示，提醒驾驶员减速，避免发生危险；目的明确，结构简单，硬件设备少，具有精度高、可靠性好、成本低等特点。
1、隧道一般是为了缩短运输距离，穿越山区而建，隧道壁由山体岩壁和钢筋混凝土组成，其天然的性质导致其对无线电信号具有屏蔽作用，卫星信号难以穿透隧道壁到达隧道内部，所以在隧道内采用传统的基于卫星的定位方法很难实现隧道内车辆定位。且隧道内地理环境复杂、空间封闭狭窄、纵贯距离长，隧道内同行车辆过多时容易发生拥挤，堵车甚至交通事故。实现隧道内车辆的准确定位，可以确定事故发生位置，加快事故救援速度，减少伤亡情况。
2、申请号为cn201920089451.5的专利申请提出了一种隧道uwb定位系统，包括安装在人体或设备上的定位标签和安装在隧道隧道内壁上的定位基站，定位标签用于发送脉冲信号并接收定位基站发回的响应信号，定位基站用于接收定位标签发送的脉冲信号并反馈响应信号，定位标签包括第一uwb模块、第一mcu、传感器模块和第一供电模块，第一uwb模块与第一mcu相连以用于收发uwb脉冲信号，传感器模块与第一mcu相连以用于发送姿态信息进行误差补偿；定位基站包括第二uwb模块、第二mcu和第二供电模块，第二uwb模块与第二mcu相连以用于收发uwb脉冲信号；该装置在隧道内等多径环境中能够精确定位，其uwb定位技术精度高，抗干扰能力强，但投资成本高，定位基站安装在隧道内壁上，覆盖范围受限，中间车道的车辆距离uwb定位基站较远，且定位基站可能被遮挡，影响定位效果，不利于规模化推广。
/>技术实现思路
1、为了克服上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种隧道场景下基于多传感器信息融合的车辆定位系统及方法，使用rfid技术和vlc技术共同实现车辆定位；rfid定位技术主要通过rfid阅读器发射的rfid信号采集rfid标签信息，从而对待测rfid标签进行定位；同时采用基于vlc的定位技术解决了rfid信号被遮挡时定位效果较差的问题；vlc技术使用led灯，不用增加太多额外的硬件成本,led灯完成隧道内照明工作的同时作为定位标记，更加节约能源；本专利技术解决了隧道场景下车辆定位困难的技术问题，实现了隧道场景下的车辆准确定位，提高了交通效率并保障交通安全。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
3、一种隧道场景下基于多传感器信息融合的车辆定位系统，包括安装于隧道入口处的隧道监控模块、车辆定位标记、隧道内行驶车辆的车载终端和云平台；所述车辆定位标记包括rfid阅读器和vlc发射器；隧道内行驶车辆的车载终端顶部安装有rfid标签和vlc接收器，与车辆定位标记相配合进行车辆定位；其中，rfid阅读器采集隧道内行驶车辆的车载终端的rfid标签的信息，进行车辆定位；vlc发射器发射信号给隧道内行驶车辆的车载终端中的vlc接收器，进行车辆定位；所述隧道内行驶车辆的车载终端还分别与安装于隧道入口处的隧道监控模块及云平台双向信号连接。
4、所述rfid阅读器布置在隧道入口处各个车道对应的隧道顶部，以及在隧道内部的两侧墙壁等间隔布置；rfid阅读器包括rfid阅读器天线、射频模块、控制模块，rfid阅读器的rfid阅读器天线产生电磁波并向通过射频模块向四周发射，从而形成rfid阅读器的电磁场即识别区域；rfid阅读器的控制模块将自身位置信息和获得rfid标签的接收信号强度信息，进行编解码以及完成信息处理。
5、所述rfid标签由芯片和标签天线组成，标签天线接收和发送无线电波信号，与rfid阅读器进行通信，当rfid标签处于rfid阅读器的识别区域时，rfid标签的芯片会被激活进行数据信息传输，信息通过rfid标签的标签天线传至rfid阅读器，rfid阅读器的控制模块进行编解码以及完成信息处理，获得rfid标签的接收信号强度信息。
6、所述vlc发射器采用加载位置信息以及id信息的led灯，经过ook调制后，携带位置信息和id信息的光信号被发射到环境中，再经过信道传输，最终抵达隧道内行驶车辆的车载终端中的vlc接收器，vlc发射器在隧道顶部等间隔布置。
7、所述隧道内行驶车辆的车载终端还包括车载cpu、惯性导航装置、车载摄像头、车辆数据融合模块、车载显示器以及第二无线传输模块，其中，车载cpu包括信息采集模块、视觉图像处理模块和定位模块；
8、所述车载cpu的信息采集模块分别采集rfid阅读器的自身位置信息和rfid阅读器获得的rfid标签的接收信号强度信息，以及vlc接收器获取的各led灯的接收功率并量化为接收信号强度，并解调出的led灯的位置信息和接收信号强度信息；
9、所述隧道内行驶车辆的车载终端的车载摄像头在车辆行驶的过程中检测车道线，并把信息传输给视觉图像处理模块；视觉图像处理模块基于得到的信息判断车辆的变道状态，确定车辆行驶车道信息，然后，将车辆行驶车道信息传输给车载cpu的定位模块；
10、所述隧道内行驶车辆的车载终端的惯性导航装置测量物体三轴姿态角以及加速度，并计算出车辆初步位置信息，将信息传输给车载cpu的定位模块和车辆数据融合模块；
11、所述车载cpu的定位模块基于接收的来自信息采集模块的rfid和led灯的信息、来自视觉图像处理模块的车辆行驶车道信息及来自惯性导航装置的信息，估计车辆初步位置信息；
12、所述车辆数据融合模块接收来自车载cpu的定位模块的车辆初步位置信息和来自惯性导航装置的信息，采用无迹卡尔曼滤波器融合这些数据得到车辆最终位置信息，将车辆最终位置信息传输至第二无线传输模块及车载显示器。
13、所述隧道监控模块由外部摄像头、信息处理模块、第一无线传输模块、声音警示模块和显示模块组成；外部摄像头在隧道入口处采集车辆图片信息并传输给信息处理模块；信息处理模块处理车辆图片信息获取车辆的车牌信息，将车牌信息和来自隧道内行驶车辆的车载终端的第二无线传输模块的车辆最终位置信息传输给隧道入口处的显示模块，将来自隧道内行驶车辆的车载终端的第二无线传输模块的预警信息传输给声音警示模块；同时，隧道监控模块的第一无线传输模块将车牌信息传输给隧道内行驶车辆的车载终端的第二无线传输模块。
14、所述云平台包括第三无线传输模块、数据处理模块及预警模块，第二无线传输模块接收车辆数据融合模块得到的车辆最终位置信息、隧道监控模块的第一无线传输模块传输的车牌信息以及云平台的第三无线传输模块传输的预警信息；同时第二无线传输模块把车辆最终位置信息和车牌信息传输给云平台的第三无线传输模块；第三无线传输模块将接收到的车辆最终位置信息和车牌信息传送给云平台中的数据处理模块，数据处理模块处理车辆位置信息，检测到隧道内某车辆3-5分钟内位置不更新时，把信息传输给预警模块，提醒工作人员根据车牌信息查看该车辆情况，避免发生交通事故；同时，数据处理模块分析前后两车的位置信息，检测到前后两车之间距离小于100米时，通过第三无线传输模块把预警信息反馈给隧道内行驶车辆本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种隧道场景下基于多传感器信息融合的车辆定位系统，包括安装于隧道入口处的隧道监控模块、车辆定位标记、隧道内行驶车辆的车载终端和云平台；其特征在于：所述车辆定位标记包括RFID阅读器和VLC发射器；隧道内行驶车辆的车载终端顶部安装有RFID标签和VLC接收器，与车辆定位标记相配合进行车辆定位；其中，RFID阅读器采集隧道内行驶车辆的车载终端的RFID标签的信息，进行车辆定位；VLC发射器发射信号给隧道内行驶车辆的车载终端中的VLC接收器，进行车辆定位；所述隧道内行驶车辆的车载终端还分别与安装于隧道入口处的隧道监控模块及云平台双向信号连接。
2.根据权利要求1所述的一种隧道场景下基于多传感器信息融合的车辆定位系统，其特征在于：所述RFID阅读器布置在隧道入口处各个车道对应的隧道顶部，以及在隧道内部的两侧墙壁等间隔布置；RFID阅读器包括RFID阅读器天线、射频模块、控制模块，RFID阅读器的RFID阅读器天线产生电磁波并通过射频模块向四周发射，从而形成RFID阅读器的电磁场即识别区域；RFID阅读器的控制模块将自身位置信息和获得RFID标签的接收信号强度信息进行编解码以及完成信息处理。
3.根据权利要求1所述的一种隧道场景下基于多传感器信息融合的车辆定位系统，其特征在于：所述RFID标签由芯片和标签天线组成，标签天线接收和发送无线电波信号，与RFID阅读器进行通信，当RFID标签处于RFID阅读器的识别区域时，RFID标签的芯片会被激活进行数据信息传输，信息通过RFID标签的标签天线传至RFID阅读器，RFID阅读器的控制模块进行编解码以及完成信息处理，获得RFID标签的接收信号强度信息。
4.根据权利要求1所述的一种隧道场景下基于多传感器信息融合的车辆定位系统，其特征在于：所述VLC发射器采用加载位置信息以及ID信息的LED灯，经过OOK调制后，携带位置信息和ID信息的光信号被发射到环境中，再经过信道传输，最终抵达隧道内行驶车辆的车载终端中的VLC接收器，VLC发射器在隧道顶部等间隔布置。
5.根据权利要求1所述的一种隧道场景下基于多传感器信息融合的车辆定位系统，其特征在于：所述隧道内行驶车辆的车载终端还包括车载CPU、惯性导航装置、车载摄像头、车辆数据融合模块、车载显示器以及第二无线传输模块，其中，车载CPU包括信息采集模块、视觉图像处理模块和定位模块；
6.根据权利要求1所述的一种隧道场景下基于多传感器信息融合的车辆定位系统，其特征在于：所述隧道监控模块由外部摄像头、信息处理模块、第一无线传输模块、声音警示模块和显示模块组成；外部摄像头在隧道入口处采集车辆图片信息并传输给信息处理模块；信息处理模块处理车辆图片信息获取车辆的车牌信息，将车牌信息和来自隧道内行驶车辆的车载终端的第二无线传输模块的车辆最终位置信息传输给隧道入口处的显示模块，将来自隧道内行驶车辆的车载终端的第二无线传输模块的预警信息传输给声音警示模块；同时，隧道监控模块的第一无线传输模块将车牌信息传输给隧道内行驶车辆的车载终端的第二无线传输模块。
7.根据权利要求1所述的一种隧道场景下基于多传感器信息融合的车辆定位系统，其特征在于：所述云平台包括第三无线传输模块、数据处理模块及预警模块，第二无线传输模块接收车辆数据融合模块得到的车辆最终位置信息、隧道监控模块的第一无线传输模块传输的车牌信息以及云平台的第三无线传输模块传输的预警信息；同时第二无线传输模块把车辆最终位置信息和车牌信息传输给云平台的第三无线传输模块；第三无线传输模块将接收到的车辆最终位置信息和车牌信息传送给云平台中的数据处理模块，数据处理模块处理车辆位置信息，检测到隧道内某车辆3-5分钟内位置不更新时，把信息传输给预警模块，提醒工作人员根据车牌信息查看该车辆情况，避免发生交通事故；同时，数据处理模块分析前后两车的位置信息，检测到前后两车之间距离小于100米时，通过第三无线传输模块把预警信息反馈给隧道内行驶车辆的车载终端的第二无线传输模块，第二无线传输模块把预警信息传送给车载终端的车载显示器，车载显示器显示预警信息，提醒驾驶员及时发现问题并减速慢行，避免发生危险。
8.一种隧道场景下基于多传感器信息融合的车辆定位方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的一种隧道场景下基于多传感器信息融合的车辆定位方法，其特征在于：所述步骤2的具体方法为：给隧道中各个车道编号，最右侧车道为N0，从右至左车道号依次加一；当车辆进入隧道某车道入口，车辆上的RFID标签进入布置在隧道内一个或多个RFID读写器的识别区域时，读写器的电磁波信号通过天线传送至RFID标签，RFID标签发射蕴含自己信息的信号，通过...
【技术特征摘要】
1.一种隧道场景下基于多传感器信息融合的车辆定位系统，包括安装于隧道入口处的隧道监控模块、车辆定位标记、隧道内行驶车辆的车载终端和云平台；其特征在于：所述车辆定位标记包括rfid阅读器和vlc发射器；隧道内行驶车辆的车载终端顶部安装有rfid标签和vlc接收器，与车辆定位标记相配合进行车辆定位；其中，rfid阅读器采集隧道内行驶车辆的车载终端的rfid标签的信息，进行车辆定位；vlc发射器发射信号给隧道内行驶车辆的车载终端中的vlc接收器，进行车辆定位；所述隧道内行驶车辆的车载终端还分别与安装于隧道入口处的隧道监控模块及云平台双向信号连接。
2.根据权利要求1所述的一种隧道场景下基于多传感器信息融合的车辆定位系统，其特征在于：所述rfid阅读器布置在隧道入口处各个车道对应的隧道顶部，以及在隧道内部的两侧墙壁等间隔布置；rfid阅读器包括rfid阅读器天线、射频模块、控制模块，rfid阅读器的rfid阅读器天线产生电磁波并通过射频模块向四周发射，从而形成rfid阅读器的电磁场即识别区域；rfid阅读器的控制模块将自身位置信息和获得rfid标签的接收信号强度信息进行编解码以及完成信息处理。
3.根据权利要求1所述的一种隧道场景下基于多传感器信息融合的车辆定位系统，其特征在于：所述rfid标签由芯片和标签天线组成，标签天线接收和发送无线电波信号，与rfid阅读器进行通信，当rfid标签处于rfid阅读器的识别区域时，rfid标签的芯片会被激活进行数据信息传输，信息通过rfid标签的标签天线传至rfid阅读器，rfid阅读器的控制模块进行编解码以及完成信息处理，获得rfid标签的接收信号强度信息。
4.根据权利要求1所述的一种隧道场景下基于多传感器信息融合的车辆定位系统，其特征在于：所述vlc发射器采用加载位置信息以及id信息的led灯，经过ook调制后，携带位置信息和id信息的光信号被发射到环境中，再经过信道传输，最终抵达隧道内行驶车辆的车载终端中的vlc接收器，vlc发射器在隧道顶部等间隔布置。
5.根据权利要求1所述的一种隧道场景下基于多传感器信息融合的车辆定位系统，其特征在于：所述隧道内行驶车辆的车载终端还包括车载cpu、惯性导航装置、车载摄像头、车辆数据融合模块、车载显示器以及第二无线传输模块，其中，车载cpu包括信息采集模块、视觉图像处理模块和定位模块；
6.根据权利要求1所述的一种隧道场景下基于多传感器信息融合的车辆定位系统，其特征在于：所述隧道监控模块由外部摄像头、信息处理模块、第一无线传输模块、声音警示模块和显示模块组成；外部摄像头在隧道入口处采集车辆图片信息并传输给信息处理模块；信息处...
【专利技术属性】
技术研发人员：姜苏英，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。