车辆跟踪定位方法、信息标记方法、系统及控制终端与流程

本发明涉及智慧交通领域，尤其涉及一种车辆跟踪定位方法、信息标记方法、系统及控制终端。

背景技术：

不停车收费系统(etc，electronictollcollection)是目前世界上最先进的路桥收费方式。在etc车道上使用车辆跟踪定位技术，能有效地防止跟车干扰和旁道干扰。然而，目前etc车道上所使用车辆跟踪定位技术定位得到的车辆位置存在较大的误差，进而导致在多义路径自由流收费系统中存在难以解决的obu“反标”问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中存在的上述缺陷，提供一种车辆跟踪定位方法、信息标记方法、系统及控制终端。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种车辆跟踪定位方法，包括：

分别实时从至少两个相控阵天线获取目标车辆的定位信息，其中，所述至少两个相控阵天线根据所述目标车辆的obu返回的射频信号确定目标车辆的定位信息；

对所获取的至少两个定位信息进行融合计算，并根据计算结果确定目标车辆实时的位置信息。

优选地，还包括：

将所述目标车辆当前时刻所计算的位置信息输入预先构建的预测器，以预测所述目标车辆在下一时刻的位置信息；

对前一时刻所预测的位置信息及当前时刻所计算的位置信息进行处理，以获取所述目标车辆当前时刻最终的位置信息。

优选地，对前一时刻所预测的位置信息及当前时刻所计算的位置信息进行处理，以获取目标车辆当前时刻最终的位置信息，包括：

判断当前时刻所计算的位置信息与前一时刻所预测的位置信息之间的差异是否超过预设值，如是，则将前一时刻所预测的位置信息作为目标车辆当前时刻最终的位置信息，否则将当前时刻所计算的位置信息作为目标车辆当前时刻最终的位置信息。

优选地，所述相控阵天线包括m个收发单元，且每个收发单元包括通过微带线连接的n个振元，其中，m、n分别为大于1的整数。

优选地，对所获取的至少两个定位信息进行融合计算，包括：

通过空间几何交会算法、最大似然ml算法、最小二乘拟合滤波算法或卡尔曼滤波算法，对所获取的至少两个定位信息进行融合计算。

优选地，所述定位信息包括角度信息。

优选地，根据以下公式，通过空间几何交会算法，对从两个相控阵天线获取的角度信息进行融合计算：

xm＝(y2-y1+x1tgβ1-x2tgβ2)/(tgβ1-tgβ2)

ym＝(y2tgβ1-y1tgβ2+x1tgβ1tgβ2-x2tgβ1tgβ2)/(tgβ1-tgβ2)

其中，(xm,ym)为目标车辆的位置坐标，(x1,y1)、(x1,y1)分别为两个相控阵天线的位置坐标，β1、β2分别为两个相控阵定位天线对目标车辆的aoa角度。

优选地，还包括：

预先通过最小二乘拟和算法构建预测器。

本发明还构造一种车辆信息标记方法，包括：

采用以上所述的车辆跟踪定位方法获取所述目标车辆的位置坐标；

判断所述目标车辆的位置坐标是否在预设车道内，若是，则对所述目标车辆进行信息标记。

本发明还构造一种车辆跟踪定位系统的控制终端，包括处理器和存储有计算机程序的存储器，其特征在于，所述处理器在执行所述存储器中存储的计算机程序时实现以上所述的车辆跟踪定位方法的步骤。

本发明还构造一种车辆跟踪定位系统，包括：

至少两个相控阵天线，用于根据目标车辆的obu返回的射频信号确定目标车辆的定位信息；

以上所述的控制终端。

本发明所提供的技术方案，当装有obu的目标车辆经过至少两个相控阵天线的监控区域时，至少两个相控阵天线均可搜索到目标车辆的obu，并通过分别与obu的通信来生成定位信息，然后将生成的定位信息分别发送至控制终端，控制终端将所接收的定位信息进行融合，实现对obu的实时跟踪定位。相比较于现有etc系统中使用单相控阵天线定位车辆的方法，降低了测量误差、环境、安装位置等因素的影响，提高了车辆的定位精度，从而可以有效解决原etc系统中难以解决的多义路径自由流收费系统中存在的obu“反标”问题，并同时可应用在多种其他的应用场景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：

图1是本发明车辆跟踪定位方法实施例一的流程图；

图2是本发明车辆跟踪定位方法实施例二的流程图；

图3是本发明相控阵天线实施例一的结构示意图；

图4是本发明两个相控阵天线在平面直角坐标系中的示意图；

图5是本发明车辆跟踪定位系统实施例一的逻辑结构图；

图6是本发明车辆跟踪定位系统在路径识别自由流中的应用场景图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

现有技术多采用单相控阵天线实现车辆定位的方法，但由于单相控阵天线的各个振元在同一设备中，所以受环境影响较大，而且，位于同一设备中的各个振元的角度变化较小，当利用各个振元接收的obu返回信号来计算车辆位置时，便会出现较大的误差。针对这种技术问题，本申请采用多相控阵天线组网的方式来跟踪定位车辆，从而可提高了车辆的定位精度。

图1是本发明车辆跟踪定位方法实施例一的流程图，该实施例的车辆跟踪定位方法应用在车辆跟踪定位系统的控制终端中，且该车辆跟踪定位系统还包括有至少两个相控阵天线，控制终端通过将至少两个相控阵定位天线组网来实现定位区域内多个车辆的实时跟踪定位。在该实施例中，车辆跟踪定位方法具体包括以下步骤：

步骤s10.分别实时从至少两个相控阵天线获取目标车辆的定位信息，其中，至少两个相控阵天线根据目标车辆的obu返回的射频信号确定目标车辆的定位信息；

在该步骤中，首先需说明的是，至少两个相控阵天线可按照实际需求安装在龙门架上不同的位置处或不同的侧柱上，当安装好后，可对每个相控阵天线进行校准，以修正由于安装、建站等造成的测量误差，而且，保证至少两个相控阵天线的监控区域均覆盖定位区域。当安装有obu的车辆进入监控区域时，至少两个相控阵天线可同时接收到obu返回的射频信号，并分别根据所述射频信号计算出车辆的定位信息。其中，定位信息可为角度信息，例如为该相控阵天线的目标的aoa角度、俯仰角；定位信息还可为信号场强信息或到达时间信息等。

步骤s20.对所获取的至少两个定位信息进行融合计算，并根据计算结果确定目标车辆实时的位置信息。

在该步骤中，对从至少两个相控阵天线分别获取的定位信息进行联合计算，即对目标车辆的位置进行求解。

通过该实施例的技术方案，当装有obu的目标车辆经过至少两个相控阵天线的监控区域时，至少两个相控阵天线均可搜索到目标车辆的obu，并通过分别与obu的通信来生成定位信息，然后将生成的定位信息分别发送至控制终端，控制终端将所接收的定位信息进行融合，实现对obu的实时跟踪定位。相比较于现有etc系统中使用单相控阵天线定位车辆的方法，降低了测量误差、环境、安装位置等因素的影响，提高了车辆的定位精度。

图2是本发明车辆跟踪定位方法实施例二的流程图，该实施例的车辆跟踪定位方法应用在车辆跟踪定位系统的控制终端中，且该车辆跟踪定位系统还包括有至少两个相控阵天线。在该实施例中，车辆跟踪定位方法具体包括以下步骤：

步骤s10.分别实时从至少两个相控阵天线获取目标车辆的定位信息，其中，至少两个相控阵天线根据目标车辆的obu返回的射频信号确定目标车辆的定位信息；

在该步骤中，首先需说明的是，至少两个相控阵天线可按照实际需求安装在龙门架上不同的位置处或不同的侧柱上，当安装好后，可对每个相控阵天线进行校准，以修正由于安装、建站等造成的测量误差，而且，保证至少两个相控阵天线的监控区域均覆盖定位区域。当安装有obu的车辆进入监控区域时，至少两个相控阵天线可同时接收到obu返回的射频信号，并分别根据所述射频信号计算出车辆的定位信息。其中，定位信息可为角度信息，例如为该相控阵天线的目标的aoa角度、俯仰角；定位信息还可为信号场强信息或到达时间信息等。

步骤s20.对所获取的至少两个定位信息进行融合计算，并根据计算结果确定目标车辆实时的位置信息；

在该步骤中，对从至少两个相控阵天线分别获取的定位信息进行联合计算，即对目标车辆的位置进行求解。优选地，可通过空间几何交会算法、最大似然ml算法、最小二乘拟合滤波算法或卡尔曼滤波算法，对所获取的至少两个定位信息进行融合计算。

步骤s30.将目标车辆当前时刻所计算的位置信息输入预先构建的预测器，以预测目标车辆在下一时刻的位置信息；

在该步骤中，需说明的是，车辆在行驶过程中，由于位置不可能发生突变，因此可预先构建预测器，优选通过最小二乘拟和算法构建预测器。在每次计算出当前时刻的位置信息后，均将其输入至预测器，预测器根据预设时段内的多个位置信息计算出车辆的速度信息和加速度信息，并根据当前时刻所计算的位置信息，再结合速度信息和加速度信息，即可预测出车辆在下一时刻的位置信息。

步骤s40.对前一时刻所预测的位置信息及当前时刻所计算的位置信息进行处理，以获取目标车辆当前时刻最终的位置信息。

在该步骤中，在确定当前时刻最终的位置信息时，可对前一时刻预测的位置信息及当前时刻所计算的位置信息进行综合处理，例如均值处理；也可从前一时刻预测的位置信息及当前时刻所计算的位置信息这两者中选择其中一个作为当前时刻最终的位置信息。

在该实施例中，通过对目标车辆在下一时刻的位置信息进行预测，而且，在确定目标车辆当前时刻最终的位置信息时，综合分析了前一时刻所预测的位置信息及当前时刻所计算的位置信息这两者信息，因此，可实现目标车辆的精确跟踪。

在一个可选实施例中，步骤s40包括：

判断当前时刻所计算的位置信息与前一时刻所预测的位置信息之间的差异是否超过预设值，如是，则将前一时刻所预测的位置信息作为目标车辆当前时刻最终的位置信息，否则将当前时刻所计算的位置信息作为目标车辆当前时刻最终的位置信息。

在该实施例中，首先计算当前时刻所计算的位置信息与前一时刻所预测的位置信息之间的差异，例如，相减获得两者的差值，或者，对两者求取平方差，然后判断差异是否超过预设值，若是，则说明当前时刻所计算的位置信息错误或无效，在判断出当前时刻所计算的位置信息错误或无效情况下，将前一时刻所预测的位置信息作为目标车辆当前时刻最终的位置信息。反之，在判断出当前时刻所计算的位置信息没有错误且没有无效情况下，直接将当前时刻所计算的位置信息作为目标车辆当前时刻最终的位置信息。因此，在对车辆进行跟踪定位时，当由于观测噪声、多径等环境因素导致位置信息错误或失效时，可利用前一时刻预测的位置信息继续对目标车辆进行跟踪定位，稳定性较高。

为了有效地扩大相控阵天线组网的监控区域，还可进一步对相控阵天线内部的振元进行设计优化，如图3所示的相控阵天线，该实施例的相控阵天线包括五个收发单元，即，m＝5，每个收发单元包括四个振元，即，n＝4，且每个收发单元中的四个振元通过微带线连接。该实施例通过增加相控阵天线的各个收发单元的阵元个数，提高相控阵天线的增益，改善其天线旁瓣的性能，有效地扩大了定位监控的区域。应理解，在其它实施例中，m、n的取值也可为其它大于1的整数。

下面以两个相控阵天线为例说明使用空间几何交会算法计算车辆位置信息的方法，结合图4所示的平面直角坐标系中，根据两个相控阵天线分别所计算的与目标车辆的方位角aoa，建立目标车辆和相控阵天线间的直线方程式，即，根据以下公式，计算出目标车辆的位置信息：

xm＝(y2-y1+x1tgβ1-x2tgβ2)/(tgβ1-tgβ2)

ym＝(y2tgβ1-y1tgβ2+x1tgβ1tgβ2-x2tgβ1tgβ2)/(tgβ1-tgβ2)

其中，(xm,ym)为目标车辆的位置坐标，(x1,y1)、(x1,y1)分别为两个相控阵天线的位置坐标，β1、β2分别为两个相控阵定位天线对目标车辆的aoa角度。另外，φ为两相控阵天线对目标车辆观测矢量的夹角。

本发明还构造一种车辆信息标记方法，该车辆信息标记方法包括：

采用以上所述的车辆跟踪定位方法获取所述目标车辆的位置坐标；

判断所述目标车辆的位置坐标是否在预设车道内，若是，则对所述目标车辆进行信息标记。

在该实施例中，将上述的车辆跟踪定位方法应用在路径标识系统中，可有效解决原etc系统中难以解决的多义路径自由流收费系统中存在的obu“反标”问题。

图5是本发明车辆跟踪定位系统实施例一的逻辑结构图，该实施例的车辆跟踪定位系统包括至少两个相控阵天线11、…、1n以及控制终端20，其中，相控阵天线11、…、1n分别用于根据目标车辆的obu返回的射频信号确定目标车辆的定位信息；控制终端20包括处理器和存储有计算机程序的存储器，该处理器在执行该存储器中存储的计算机程序时实现上述车辆跟踪定位方法的步骤。

图6是本发明车辆跟踪定位系统在路径识别自由流中的应用场景图，通过采用多相控阵天线组网的方式来跟踪定位车辆的方法可应用在5.8g路径识别自由流收费系统中，当按照图6所示进行布站时，六个相控阵天线11、12、13、14、15、16分别安装在龙门架同一高度的不同位置处，相控阵天线13、14尽量靠近反向行驶道路。当反向道路行驶的车辆由于多径、路牌反射等环境因素导致该车辆上的obu误唤醒时，相控阵天线由于采用了带有振元阵列的架构，所以可使得整个相控阵天线组网系统监控区域，即接收范围大大增加。如图6所示，车辆a1、a2分别在各自行驶方向的最左侧道路上行驶，即，车辆a1与车辆a2的行驶方向反向，且两者所在的车道为相邻车道。对于相控阵天线13、14，由于其组网后的监控区域的范围大大增加，例如，相控阵天线14的监控区域为区域b，所以可同时收到车辆a1、a2的obu的射频信号，相应地，相控阵天线13也可同时收到车辆a1、a2的obu的射频信号。当相控阵天线13、14分别生成车辆a1、a2的定位信息后，分别将其发送至控制终端。控制终端对相控阵天线13、14分别发送的车辆a1的定位信息进行融合计算后可确定出车辆a1的准确位置，以及，对相控阵天线13、14分别发送的车辆a2的定位信息进行融合计算后可确定出车辆a2的准确位置，进而根据车辆a1、a2的准确位置确定车辆a1、a2分别在哪个车道，从根本上有效解决反向行驶车辆obu反向标识成功的问题。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何纂改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。