基于无线车联物联网的车辆定位系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无线车联物联网领域，尤其涉及一种基于无线车联物联网的车辆定位 系统。
【背景技术】
[0002] 随着通信技术以及传感器技术的不断发展，物与物之间的通信逐渐得以体现，"物 联网"也成为人们研究的新趋势。伴随着物联网技术的日益成熟，车联物联网逐渐在现代交 通中得以不断普及。
[0003] 在车联物联网中，针对车辆的定位是车联物联网发展的关键技术之一。目前，在车 辆定位中，基于GPS定位或北斗定位或基站定位的方法和系统是当前的主流定位技术。然 而，由于受到建筑物或林木的遮挡影响，GPS定位信号或北斗定位信号较弱，不能很好的发 挥其定位优势，尤其是在建筑物密集的城市环境中。同时，基站定位则依赖于基站布置数量 密集度的影响，一旦基站布置稀疏，则定位效果极差。如何提供一种具有较好的定位性能， 又受建筑物或基站布置密集度影响小的车辆定位系统成为当前车联物联网研究的重要课 题之一。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种既能对车辆当前位置 进行准确定位，又能避免受建筑物或基站布置密集度影响的基于无线车联物联网的车辆定 位系统。
[0005] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：基于无线车联物联网的车辆定位 系统，其特征在于，包括车辆和若干设置在路边的路灯，其中：
[0006] 所述各路灯均包括微处理器以及分别连接微处理器的第一LTE通信模块、存储路 灯地理位置数据的存储器、信号调制器、第一扩频码发生器、扩频调制器、第一光电信号转 换器、LED光源、蓄电模块、光电转换器和太阳能电池；第一LTE通信模块与外网连接；第一 扩频码发生器分别连接信号调制器和扩频调制器，扩频调制器连接第一光电信号转换器； LED光源上均匀地设置若干具有独立编号的方形LED发光晶格；每个LED发光晶格内均设 置有黑光LED、蓝光LED、绿光LED和红光LED，黑光LED、蓝光LED、绿光LED和红光LED分 别连接微处理器；蓄电模块连接光电转换器，LED光源分别连接蓄电模块和太阳能电池；其 中，
[0007] 所述微处理器，读取存储器内保存的路灯地理位置数据，并将路灯地理位置数据 分别转换为光信息和多维彩码信息，并命令LED发光晶格执行发光；
[0008] 所述信号调制器，用以将路灯地理位置数据进行信号调制，得到包含路灯地理位 置信息的调制信号；
[0009] 所述第一扩频码发生器，用以产生扩频码序列，并发送扩频码序列给扩频调制 器；
[0010] 所述扩频调制器，接收扩频码，以扩展包含路灯地理位置信息的调制信号频谱，得 到扩频调制信号；
[0011] 所述第一光电信号转换器，根据微处理器的调制命令，将扩频调制信号由电信号 转换为光信号；
[0012] 所述LED光源，在路灯地理位置数据转换为多维彩码信息后，根据微处理器分别 对黑光LED、蓝光LED、绿光LED和红光LED发光或闭光命令，发出由不同颜色组成的多维彩 码图像；
[0013] 所述车辆上设置有中央处理器以及分别连接中央处理器的第二LTE通信模块、速 度检测器、GPS定位模块、光信号强度检测器、光信号接收器、滤噪器、信号比较器、第二光电 信号转换器、扩频解调器、第二扩频码发生器、信号解调器、摄像头和显示屏；光信号接收器 连接滤噪器，信号比较器连接滤噪器和第二光电信号转换器，扩频解调器分别连接第二光 电信号转换器、第二扩频码发生器和信号解调器；GPS定位模块分别连接第二LTE通信模块 和显示屏；显示屏连接摄像头；其中，
[0014] 所述速度检测器，检测车辆的当前速度，并发送速度数据给中央处理器处理；
[0015] 所述GPS定位模块，获取车辆的当前GPS位置数据和GPS信号强度，并发送获取的 GPS位置数据和GPS信号强度值给中央处理器；
[0016] 所述光信号接收器，接收路灯发出的光信号，并发送给滤噪器处理；
[0017] 所述光信号强度检测器，用以分别检测附近各路灯发送来的光信号强度值，并发 送给中央处理器；
[0018] 所述滤噪器，根据中央处理器的命令，对接收的光信号滤噪，然后发送给信号比较 器作出判断：当光信号强度超过预设阈值时，则将判断结果发送给第二光电信号转换器启 动光电转换；
[0019] 所述第二光电信号转换器，将接收的光信号转换为含有路灯地理位置的电信号， 并发送给中央处理器；
[0020] 所述摄像头，读取路灯发出的多维彩码图像，并由中央处理器提取多维彩码图像 中的路灯地理位置信息；
[0021] 所述中央处理器，根据接收的车辆速度数据、GPS位置数据、GPS信号强度值以及 第二光电信号转换器发送的电信号进行融合计算，以获取车辆当前的定位数据；其中，中央 处理器获取车辆当前的定位数据的过程依此包括如下步骤：
[0022] (1)设获取的GPS定位数据为（xGPS，yGPS，zGPS)，GPS信号强度值为pGPS，GPS信号强 度预设阈值为P(；PS_dciOT;各路灯分别为Li、L2、L3、L4、. . .、LN，LpL2、L3、L4、...、、的坐标分 别为（Xi，yi，Zi)、（x2,y2,z2)、（x3,y3,z3)、（x4,y4,z4)、…、（xN,yN,zN)，在时间段T内接收到 的光信号强度值分别为Pn,Ρ12,Ρ13,...，PlM;P21，Ρ22,p23,· · ·，Ρ2Μ;Ρ31，p32,p33,· · ·，Ρ3Μ;·· ·; Pm，ProPf?，. . .，PNm;车辆在t时刻的速度为vt，车辆的定位数据为（xR,yR,zR)，N彡4，M彡1， 且MeN+;
[0023] (2)当GPS信号强度值pGPS高于GPS信号强度预设阈值pGPS_dcOT时，则以获取的GPS 定位数据为车辆最终的定位数据；否则，执行步骤（3);
[0024] (3)根据车辆的当前速度vt，判断当前速度^低于预设速度阈值ν'时，则以获取 的GPS定位数据（X' y'z'J为车辆最终的定位数据；否则，执行步骤⑷；
[0025] (4)根据在时间段T内接收到的各路灯的光信号强度值，计算每个路灯发出的光 信号强度值的信号强度均方根值ρ1:
[0027] 其中，Pi表不路灯L;发出的光信号强度值的均方根值，p表不路灯L;发出的某一 个光信号强度值；
[0028] (5)根据接收到的各路灯的光信号强度均方根值的降序序列Pl、p2、p3、p4.....pN， 选取光信号强度均方根值大小位于前四位的值Pi、P2、P；3和P4;
[0029] (6)根据接收的各路灯的光信号强度均方根值Pl、p2、p#P p4，分别获取路灯Li、L2、 1<3和L4到车辆的距离dpd2、(13和d4:
[0032] 其中，Pl为路灯、发出的光信号强度均方根值，η是路径损耗指数，ξ为满足高斯 分布的随机数，山为路灯Ljlj车辆的距离，d。为参考距离，ρ。为距离车辆d。处的光信号强
[0033] (7)根据路灯1^1、1^、1<3和1^4的坐标（叉1，71，21)、（叉2,72,22)、（叉3,73,23)和（叉4,74,24)， 以及获取的距离山、d2、(13和d4，计算车辆最终的定位数据（X，y,z):
[0034] (7-1)以三个为一组，对路灯Q、L2、LjPL4进行分组，获得四组路灯组合： Li(xi,Yi,Zj)nL2 (x2,Y2)^2)L3 (x3,y3,z3),Lj(x1;y1;Zj)nL2 (x2,Y2>^2)L4 (x4,y4,z4), Li(Xi,yi,z!)、L3 (x3,y3,z3)和L4 (x4,y4,z4)，L2 (x2,y2,z2)、L3 (x3,y3,z3)和L4 (x4,y4,z4);
[0035] (7-2)根据路灯Ι^α2、Ι^ΡΙL4的坐标（x!，y!，z!)、（x2,y2,z2)、（x3,y3,z3)、（x4,y4,z4) 及距离山、d2、(13和d4，分别计算车辆的第一坐标（x'，y'，z'）、第二坐标（x"，y"，z"）、第三 坐标（x"'，y"'，z"'）和第四坐标（x""，y""，z""）以及各距离对应的权重系数％、ω2、 ?3和ω4，其中，
[0041] (7-3)根据分别获取的车辆的第一坐标（x'，y'，z'）、第二坐标（x"，y"，z"）、第三 坐标（X"'，y"'，z"'）和第四坐标（X""，y""，z""）、以及各距离对应的权重系数，计算车辆 最终的定位数据（x，y，z);其中，
[0043] 与现有技术相比，本发明的优点在于：路灯地理位置经第一光电转换器由电信号 转为光信号，并由微处理器命令LED发光晶格内的黑光LED、蓝光LED、绿光LED和红光LED 发光，以照射出含有路灯地理位置的多维彩码；车辆接收到路灯发送的光信号后，则将光信 号转换为电信号，并提取其中的地理位置，而摄像头则获取多维彩码中的路灯地理位置，并 由显示屏显示粗略位置；车辆中的中央处理器则根据GPS定位模块获取的GPS定位信号以