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CN113311387A - 一种车辆位置定位方法及装置 - Google Patents

一种车辆位置定位方法及装置 Download PDF

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CN113311387A
CN113311387A CN202110596293.4A CN202110596293A CN113311387A CN 113311387 A CN113311387 A CN 113311387A CN 202110596293 A CN202110596293 A CN 202110596293A CN 113311387 A CN113311387 A CN 113311387A
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China
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vehicle
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distance
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曾一峰
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Chongqing Changan New Energy Automobile Technology Co Ltd
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Chongqing Changan New Energy Automobile Technology Co Ltd
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Abstract

本文提出一种车辆位置定位方法及装置，以用于解决无线传感器网络因温度变化和时间不同步而导致的定位误差的问题。该车辆位置定位方法，包括：获取各监测装置中的无线传感器分别对外发射超声波与射频信号的起始时间点和待测车辆接收到各超声波与射频信号的接收时间点；并获取各监测装置中的温度传感器分别采集到的实时温度；基于部分或全部监测装置中的无线传感器对外发射超声波与射频信号对应的起始时间点、待测车辆接收到各超声波与射频信号的接收时间点和对应的温度传感器所采集到的实时温度，计算各监测装置和待测车辆之间的距离；基于各监测装置和待测车辆之间的距离，确定待测车辆的位置坐标。

Description

一种车辆位置定位方法及装置
技术领域
本发明涉及无线传感器网络定位领域，尤其涉及一种车辆位置定位方法及装置。
背景技术
GPS定位消耗能量较高，定位误差较大，而且在障碍物较多的地方定位信号比较差，不适合用于在复杂城市道路环境中大规模的采集车辆位置信息，所以采用无线传感器网络定位方法用于智能交通系统的车辆位置信息采集，可以实时监测车辆的位置信息。通过在监测区域布置具有传感器的监测装置与被测车辆构成无线传感器网络，实时获取被测车辆的位置信息。由于采用超声波直接测距方法求解被测车辆的位置信息，温度的变化会改变超声波在空气中的传播速度，从而导致测距产生误差，同时无线传感器网络中的各监测装置与被测车辆很难保持时间同步，导致超声波信号传播的时间产生误差，严重降低了定位精度。
发明内容
本文提出一种车辆位置定位方法及装置，以用于解决无线传感器网络因温度变化和时间不同步而导致的定位误差的问题。
本发明的技术方案为：
本发明实施例提供了一种车辆位置定位方法，包括：
步骤S1，获取各监测装置中的无线传感器分别对外发射超声波与射频信号的起始时间点和待测车辆接收到各超声波与射频信号的接收时间点；并获取各监测装置中的温度传感器分别采集到的实时温度；
步骤S2，基于部分或全部监测装置中的无线传感器对外发射超声波与射频信号对应的起始时间点、待测车辆接收到各超声波与射频信号的接收时间点和对应的温度传感器所采集到的实时温度，计算各监测装置和待测车辆之间的距离；
步骤S3，基于各监测装置和待测车辆之间的距离，确定待测车辆的位置坐标。
优选地，步骤S2中计算各监测装置和待测车辆之间的距离的步骤包括：
通过公式：
Figure BDA0003091264150000021
计算第i个监测装置和待测车辆之间的距离di；其中，V为超声波信号在空气中的传播速度；C为射频信号的传播速度，C为已知值；
Tci为待测车辆采集到的第i个监测装置中的无线传感器发射的超声波信号的接收时间点，Tdi为待测车辆采集到的第i个监测装置中的无线传感器发射的射频信号的接收时间点，Tai为第i个监测装置中的无线传感器发射的超声波信号的起始时间点，Tbi为第i个监测装置中的无线传感器发射的射频信号的起始时间点；i＝1、2、3…m；
超声波信号在空气中的传播速度通过公式：
V＝V0+0.607*Ti
计算获得，V0为超声波信号在0℃时空气环境下的传播速度，Ti为第i个监测装置中装配的温度传感器采集到的实时温度。
优选地，步骤S3中基于各监测装置和待测车辆之间的距离，确定待测车辆的位置坐标的步骤包括：
通过公式：
Figure BDA0003091264150000022
计算待测车辆的位置坐标(x,y)，其中，(xa,ya),(xb,yb),(xc,yc)为m个监测装置中的任意不相同的三个监测装置的位置坐标,且各监测装置的位置坐标为已知值；da为第a个监测装置和待测车辆之间的距离，db为第b个监测装置和待测车辆之间的距离，dc为第c个监测装置和待测车辆之间的距离。
本发明实施例还提供了一种车辆位置坐标定位装置，包括：
获取模块，用于获取各监测装置中的无线传感器对外发射超声波与射频信号的起始时间点和待测车辆接收到各超声波与射频信号的接收时间点；并获取各监测装置中的温度传感器所采集到的实时温度；
计算模块，用于基于部分或全部监测装置中的无线传感器对外发射超声波与射频信号对应的起始时间点、待测车辆接收到各超声波与射频信号的接收时间点和对应的温度传感器所采集到的实时温度，计算各监测装置和待测车辆之间的距离；
确定模块，用于基于各监测装置和待测车辆之间的距离，确定待测车辆的位置坐标。
本发明的有益效果为：
本发明的上述方案，能够降低因温度变化和时间不同步对无线传感器定位精度的影响，从而得到精确的被测车辆位置信息。
附图说明
图1为总体方案流程图；
图2为智能交通系统无线传感器网络模型示意图；
图3为超声波直接测距示意图；
图4为到达时间差定位方法计算被测车辆位置示意图；
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
参照图1，本发明实施例提供了一种利用无线传感器对车辆进行位置定位方法，该方法包括：
步骤S1，获取各监测装置中的无线传感器分别对外发射超声波与射频信号的起始时间点和待测车辆接收到各超声波与射频信号的接收时间点；并获取各监测装置中的温度传感器分别采集到的实时温度。
步骤S2，基于部分或全部监测装置中的无线传感器对外发射超声波与射频信号对应的起始时间点、待测车辆接收到各超声波与射频信号的接收时间点和对应的温度传感器所采集到的实时温度，计算各监测装置和待测车辆之间的距离。
步骤S3，基于各监测装置和待测车辆之间的距离，确定待测车辆的位置坐标。
优选地，步骤S2中，计算各监测装置和待测车辆之间的距离的步骤包括：
通过公式：
Figure BDA0003091264150000041
计算第i个监测装置和待测车辆之间的距离di；其中，V为超声波信号在空气中的传播速度；C为射频信号的传播速度，C为已知值Tci为待测车辆采集到的第i个监测装置中的无线传感器发射的超声波信号的接收时间点，Tdi为待测车辆采集到的第i个监测装置中的无线传感器发射的射频信号的接收时间点，Tai为第i个监测装置中的无线传感器发射的超声波信号的起始时间点，Tbi为第i个监测装置中的无线传感器发射的射频信号的起始时间点；i＝1、2、3…m；
超声波信号在空气中的传播速度通过公式：
V＝V0+0.607*Ti
计算获得，V0为超声波信号在0℃时空气环境下的传播速度，Ti为第i个监测装置中装配的温度传感器采集到的实时温度。
优选地，步骤S3中，基于各监测装置和待测车辆之间的距离，确定待测车辆的位置坐标的步骤包括：
通过公式：
Figure BDA0003091264150000042
计算待测车辆的位置坐标(x,y)，其中，(xa,ya),(xb,yb),(xc,yc)为m个监控装置中的任意不相同的三个监控装置的位置坐标,且各监控装置的位置坐标为已知值；da为第a个监测装置和待测车辆之间的距离，db为第b个监测装置和待测车辆之间的距离，dc为第c个监测装置和待测车辆之间的距离。
下面，将结合附图对本发明上述方法进行描述，具体来说，其实施步骤如下：
Step1：如图2所示，建立智能交通系统无线传感器网络模型。
整个智能交通系统无线传感器网络由装有传感器的M个监测装置和N个被测车辆组成。其中，第m个监测装置的位置可以表示为θm＝(xm,ym),1≤m≤M，第n个被测车辆的位置可以表示为β＝(xn,yn)。
以智能交通系统的十字路口为例，在监测区域内相应的位置部署4个监测装置，分别为监测装置A、B、C、D，监测装置的位置信息已知，分别为θ1(x1,y1),θ2(x2,y2),θ3(x3,y3),θ4(x4,y4)，其通信半径能够覆盖现有的监测区域，针对某特定的待测车辆对应的位置坐标记作β(x,y)。
Step2：如图3所示，利用超声波直接测距方法求解被测车辆的位置坐标。
已知监测装置A、B、D的位置信息分别为θ1(x1,y1),θ2(x2,y2),θ4(x4,y4)，待测车辆的位置坐标为β(x,y)。第i个监测装置通过无线传感器发射超声波测距信号，时间记作Tai，超声波信号经过无线传感器网络的传输，其速度已知记作V，待测车辆接收对应信号的时间记作Tci。
所以计算第i个监测装置与待测车辆之间的距离di以及超声波信号传播所用的时间ΔT:
di＝V*(Tci-Tai) (1)
ΔTi＝Tci-Tai (2)
监测装置A、B、D到待测车辆之间的距离分别记为d1,d2,d4，超声波信号传播所用的时间分别记为T1,T2,T4，可得如下关系式：
Figure BDA0003091264150000051
化简可得：
Figure BDA0003091264150000052
由公式(1)可计算求得d1,d2,d4：
Figure BDA0003091264150000061
Step3：利用温度传感器降低超声波直接测距引起的误差。
由于超声波在空气中的传播速度与空气密度有关，而空气密度容易受到温度的影响而发生变化，所以导致超声波的传播速度不是一个恒定的值，因此通过在监测装置安装温度传感器，随着信号的发射频率实时更新温度，从而降低超声波直接测距因温度变化而产生的误差，可得超声波速度与温度的关系如下式：
V＝V0+0.607*Ti (6)
上式中，V0为零摄氏度时的超声波速度332m/s，Ti为第i个监控装置中的温度传感器采集到的实际温度，单位为摄氏度。
Step4：如图4所示，采用到达时间差定位方法计算被测车辆的位置。
由于智能交通系统无线传感器网络中含有大量的监测装置和被测车辆，其自带的时钟不能保证所有的节点都时间同步，所以会导致计算超声波传播所用的时间产生误差，因此通过到达时间差定位方法来抑制因系统产生的误差。其具体方法如下，监测装置通过发射两种不同传播速度的超声波信号和射频信号，时间记作T0,T1，被测车接收到两种信号的时间分别记作TV,TC。根据超声波信号和射频信号由监测装置传播到被测车辆所用的时间之差Δt，计算监测装置到达被测车辆的距离d，然后计算出被测车辆的位置β(x,y)。超声波信号的传播速度为V,射频信号的传播速度为光速C。
因此可得下式：
Figure BDA0003091264150000062
可以计算得出：
Figure BDA0003091264150000063
最后可计算求得d1,d2,d4的值，将其代入公式(4)可求得待测车辆的位置信息。
本发明的上述方案，能够降低因温度变化和时间不同步对无线传感器定位精度的影响，从而得到精确的被测车辆位置信息。
本发明实施例还提供了一种车辆位置坐标定位装置，包括：
获取模块，用于获取各监测装置中的无线传感器对外发射超声波与射频信号的起始时间点和待测车辆接收到各超声波与射频信号的接收时间点；并获取各监测装置中的温度传感器所采集到的实时温度；
计算模块，用于基于部分或全部监测装置中的无线传感器对外发射超声波与射频信号对应的起始时间点、待测车辆接收到各超声波与射频信号的接收时间点和对应的温度传感器所采集到的实时温度，计算各监测装置和待测车辆之间的距离；
确定模块，用于基于各监测装置和待测车辆之间的距离，确定待测车辆的位置坐标。
以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种车辆位置定位方法，其特征在于，包括：
步骤S1，获取各监测装置中的无线传感器分别对外发射超声波与射频信号的起始时间点和待测车辆接收到各超声波与射频信号的接收时间点；并获取各监测装置中的温度传感器分别采集到的实时温度；
步骤S2，基于部分或全部监测装置中的无线传感器对外发射超声波与射频信号对应的起始时间点、待测车辆接收到各超声波与射频信号的接收时间点和对应的温度传感器所采集到的实时温度，计算各监测装置和待测车辆之间的距离；
步骤S3，基于各监测装置和待测车辆之间的距离，确定待测车辆的位置坐标。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中计算各监测装置和待测车辆之间的距离的步骤包括：
通过公式：
Figure FDA0003091264140000011
计算第i个监测装置和待测车辆之间的距离di；其中，V为超声波信号在空气中的传播速度；C为射频信号的传播速度，C为已知值；Tci为待测车辆采集到的第i个监控装置中的无线传感器发射的超声波信号的接收时间点，Tdi为待测车辆采集到的第i个监控装置中的无线传感器发射的射频信号的接收时间点，Tai为第i个监控装置中的无线传感器发射的超声波信号的起始时间点，Tbi为第i个监控装置中的无线传感器发射的射频信号的起始时间点；i＝1、2、3…m；
超声波信号在空气中的传播速度通过公式：
V＝V0+0.607*Ti
计算获得，V0为超声波信号在0℃时空气环境下的传播速度，Ti为第i个监测装置中装配的温度传感器采集到的实时温度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中基于各监测装置和待测车辆之间的距离，确定待测车辆的位置坐标的步骤包括：
通过公式：
Figure FDA0003091264140000021
计算待测车辆的位置坐标(x,y)，其中，(xa,ya),(xb,yb),(xc,yc)为m个监测装置中的任意不相同的三个监测装置的位置坐标,且各监测装置的位置坐标为已知值；da为第a个监测装置和待测车辆之间的距离，db为第b个监测装置和待测车辆之间的距离，dc为第c个监测装置和待测车辆之间的距离。
4.车辆位置定位装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取各监测装置中的无线传感器对外发射超声波与射频信号的起始时间点和待测车辆接收到各超声波与射频信号的接收时间点；并获取各监测装置中的温度传感器所采集到的实时温度；
计算模块，用于基于部分或全部监测装置中的无线传感器对外发射超声波与射频信号对应的起始时间点、待测车辆接收到各超声波与射频信号的接收时间点和对应的温度传感器所采集到的实时温度，计算各监测装置和待测车辆之间的距离；
确定模块，用于基于各监测装置和待测车辆之间的距离，确定待测车辆的位置坐标。
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