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一种基于无线射频的隧道环境下车辆二维定位方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于无线射频的隧道环境下车辆二维定位方法，在城市的隧道环境中采用射频识别（RadioFrequencyIdentification，RFID）技术，结合射频识别定位算法以及约束优化算法来对车辆进行定位，提高了车辆定位的精度，能够准确、实时的估算出隧道环境内车辆的二维位置信息，具有定位速度快、精度高、实时性好等显著优点。
【专利说明】一种基于无线射频的隧道环境下车辆二维定位方法
【技术领域】
[0001]本发明属于车辆导航定位领域，涉及一种面向隧道环境的车辆快速二维定位方法。
【背景技术】
[0002]伴随着各项科学技术和应用技术的不断发展和进步，城市交通也已经开始逐渐走向了智能化、人性化的道路，从而产生了智能交通系统(IntelligentTraffic System, ITS)的概念，它是将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子控制技术、传感器技术以及计算机处理技术等各种技术有效地综合运用于交通系统中，从而实现对交通系统更加准确，实时，高效地综合管理和控制，最大限度地实现人、车、路之间的和谐统一。智能交通系统能够有效的解决城市交通拥堵，交通事故频发，交通环境恶化等交通问题，已成为了城市交通最主要的发展方向之一。车辆导航定位在智能交通系统中起着重要的作用，如何快速地、实时地、准确地确定车辆的位置成为研究的热点。
[0003]目前常见的车辆导航定位技术包括:航位推算(DeadReckoning,DR),惯性导航系统(Inertial Navigation System, INS),数字地图匹配(Map Match, MM),卫星导航(GlobalNavigation Satellite System, GNSS)以及各种组合导航技术。
[0004]航位推算(DR)采集车辆运动传感器信息进行独立连续的导航，但由于传感器和计算误差随时间不断累积，因此，只能保证短时间的定位精度。惯性导航系统(INS)，主要由加速度计和陀螺仪组成，它可以完全依靠设备自主地完成导航任务，和外界不发生任何光电联系，隐蔽性好，工作不受天气条件的限制，但是惯性导航的定位误差会随着时间累积，长时间工作会导致定位精度和可靠性下降，而且在使用之前需要长时间的初始对准。地图匹配(MM)是一种通过纯软件的方法来校正卫星或航位推算等定位方法的定位误差的技术，是提高定位精度非常有效的手段，但是，地图匹配的精度取决于数字地图的质量和地图匹配算法的精度，当匹配前原始位置信息偏差较大时，很难匹配出正确的位置。在卫星导航(GNSS)中，主要有美国的全球定位系统(GPS)，俄罗斯的全球卫星导航系统(GL0NASS)以及中国的北斗系统等。
[0005]在各种定位方法中全球定位系统(GPS)得到了最广泛的应用，全球定位系统(GPS)能够实时的为载体提供三维位置、速度、时间等信息，实现全球、全天候、全方位的定位与导航功能，定位精度较高，但GPS容易受到天气、多路径效应以及信号遮挡的影响，从而导致定位精度下降甚至完全失效，为了弥补GPS定位的不足，各种组合导航技术应运而生。目前常见的组合导航方式有:GPS/DR，GPS/MM，GPS/INS等组合导航，这些技术能够一定程度上弥补单一采用GPS定位的不足，例如GPS/DR组合导航方法，当GPS信号短暂丢失时，可以通过航位推算系统DR继续定位。但是如果GPS信号长时间受到遮挡(如在隧道环境中)，航位推算系统的误差随时间不断累积，GPS/DR组合导航就无法保证定位的精度了，因此，这些基于GPS的组合导航方法依然无法满足隧道环境下的车辆定位需求。
[0006]除了GPS 以外，近年来射频识别(Radio Frequency Identification, RFID)技术得到了迅速发展，射频识别(RFID)技术是一种非接触式的自动识别技术，具有快速、准确、实时性好的特点，RFID系统主要由射频识别读写器，射频识别电子标签，收发天线组成。当前国内外对射频识别(RFID)定位技术的研究主要集中在定位算法和定位方案两方面，特别是随着有源主动式射频识别技术的成熟，射频识别(RFID)在室内定位中的到了广泛的应用，各种定位算法和定位技术的研究也取得了很大的进展，隧道环境类似于室内环境，但这项技术尚未运用于隧道环境下的定位。
[0007]综上所述，现有的导航技术，特别是基于GPS的各种导航技术，在GPS信号受到遮挡的隧道环境中，均存在各种缺点，无法满足城市交通对于车辆导航定位的要求，而射频识别(RFID)技术具有诸多的优点，能够在隧道环境下实现车辆的高可靠、准确定位。

【发明内容】

[0008]技术问题:本发明提供一种实现在遮挡环境下对车辆准确、实时定位，具有定位速度快、精度高、实时性好等显著优点的基于无线射频的隧道环境下车辆二维定位方法。
[0009]技术方案:本发明的基于无线射频的隧道环境下车辆二维定位方法，包括以下步骤:
[0010]步骤I)在车辆顶部布置有源主动式射频识别标签，在隧道顶部无遮挡位置沿着纵向等间距依次布置射频识别读写器，以隧道内任意一个射频识别读写器所在的位置为原点0，纵向为Ox指向，横向为Oy指向，建立一个直角坐标系Oxy，确定所有射频识别读写器在Oxy坐标系中的坐标，各个射频识别读写器周期性的发送射频信号；
[0011]步骤2)车辆上布置的有源主动式射频识别标签接收到射频识别读写器发送的射频信号后，识别出射频识别读写器的编号，从而确定当前时刻识别到的射频识别读写器数量j，以及这j个识别到的射频识别读写器的坐标(Xl，Y1)，(x2, I2), (Xi, Yi),...,(Xj，yp，其中i为射频识别读写器序号，(Xi，yi)为序号为i的射频识别读写器的坐标；
[0012]步骤3)根据以下条件确定车辆当前时刻的二维坐标(X，y)的范围:
【权利要求】
1.一种面向隧道环境下的车辆二维定位方法，该方法包括以下步骤: 步骤I)在车辆顶部布置有源主动式射频识别标签，在隧道顶部无遮挡位置沿着纵向等间距依次布置射频识别读写器，以隧道内任意一个射频识别读写器所在的位置为原点O，纵向为Ox指向，横向为Oy指向，建立一个直角坐标系Oxy,确定所有射频识别读写器在Oxy坐标系中的坐标，各个射频识别读写器周期性的发送射频信号； 步骤2)车辆上布置的有源主动式射频识别标签接收到射频识别读写器发送的射频信号后，识别出射频识别读写器的编号，从而确定当前时刻识别到的射频识别读写器数量j，以及这j个识别到的射频识别读写器的坐标(X1, Y1)，(x2, J2) , (Xi, Yi) ,..., (Xj, Yj)，其中i为射频识别读写器序号，(Xi，yi)为序号为i的射频识别读写器的坐标； 步骤3)根据以下条件确定车辆当前时刻的二维坐标(x，y)的范围:
2.根据权利要求1所述的面向隧道环境下的车辆二维定位方法，其特征在于，所述步骤I)中，两相邻的射频识别读写器的间距为5米至20米。
3.根据权利要求1或2所述的面向隧道环境下的车辆二维定位方法，其特征在于，所述的步骤4)中求取满足非线性约束且使目标函数δ (χ, y)最小的二维坐标(x，y)的具体流程为: 41)将所述步骤3)确定的待定车辆当前时刻的二维坐标(x，y)的范围作为可行域D，从中任选一点作为迭代初始点(x0，y0)，设定惩罚函数的收敛控制误差^和精度控制误差ε 2，以及惩罚函数的惩罚因子rk的缩小系数C，其中惩罚函数为:
4.根据权利要求3所述的面向隧道环境下的车辆二维定位方法，其特征在于，所述的步骤4)中，惩罚因子rk的缩小系数取c = 0.4。
【文档编号】G01S5/00GK104020441SQ201410270067
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年6月17日 优先权日:2014年6月17日
【发明者】宋翔, 高怀堃, 徐启敏, 李旭 申请人:东南大学