定位系统的制作方法

本发明涉及公路车辆定位技术领域，尤其涉及一种定位系统。

背景技术：

公路行驶车辆的实时定位，是实现智能网联汽车及自动驾驶技术的核心与前提。目前在开阔地带，由于有多个卫星导航信号，以及惯性导航等其他导航技术，基本可实现厘米级的高精度实时定位。而在高速公路隧道里，因为无卫星导航信号，如何进行行驶车辆的实时高精度定位，目前全球并无较好的解决方法。

在现有的车辆定位技术中，可选的方法包括：地面站系统、全球导航卫星系统、惯性导航系统、车轮测距仪、二维码定位、射频定位、高精度地图匹配、超宽带技术、视觉定位技术等多种定位技术和手段，而应用在高速公路隧道环境，仍存在不足，例如，对二维码技术来说，隧道内灰尘较大，二维码容易被遮蔽；车载激光定位数据量大，对计算模块的要求较高，大规模应用不合适；对视频定位技术来说，隧道进出口的光线差异较大，摄像机需调整参数，隧道内的弱光环境和较为单调的图像环境不利于准确识别位置；惯性导航技术，需要预先解决初始位置和漂移的问题才可以进行使用；以及在隧道内架设模拟卫星基站，给车辆提供无缝连接的卫星信号，该方案因为隧道内可安装的位置少于开阔地带的环境，难以无缝连接实现精准定位等大量问题。

面对未来智能网联汽车和自动驾驶的应用需求，高速公路隧道内的定位精度要求是车速在80公里/小时的情况下定位误差的范围在0cm～15cm，目前仍未存在有效解决方案。

技术实现要素：

鉴于此，本发明实施例提供了一种定位系统，以改善现有技术中在隧道内对车辆的实时定位不够精确的问题。

本发明的技术方案如下：

本发明提供了一种定位系统，包括：

多个路侧装置，用于安装在隧道内不同纵向位置；每个路侧装置包括光信号发射模块；其中，所述光信号发射模块用于面向行驶的车辆发射光信号；

车载装置，用于安装在车辆上，包括光信号接收模块和计算模块；其中，所述光信号接收模块用于接收各所述光信号发射模块发射的光信号并检测光信号发射方向和横向方向之间的夹角，对接收的不同所述光信号发射模块发射的光信号计次，并将所述光信号转换成电信号；所述计算模块，用于根据接收光信号的次数，获得所述路侧装置的位置，根据预先存储的所述路侧装置的位置和其光信号发射模块的预先设定的光信号发射俯角计算车辆与该路侧装置的纵向距离，并根据所述路侧装置的位置与车载装置的位置之间的距离和其所在直线与横向方向之间的夹角计算得到车辆与路侧装置之间的横向距离，以及通过所述车辆与路侧装置之间的横向距离与所述车辆与路侧装置之间的纵向距离得到车辆与路侧装置的相对位置，根据车辆与路侧装置的相对位置和路侧装置的位置得到车辆的第一定位结果。

在一些实施例中，定位系统还包括：通信装置，用于安装于路侧装置，用于检测路侧装置是否工作正常以及上传定位结果。

在一些实施例中，定位系统还包括：所述计算模块，还用于通过计算两个相邻路侧装置对车辆的定位结果之间的插值，得到车辆位于所述两个相邻路侧装置之间时的定位结果。

在一些实施例中，所述多个路侧装置用于以设定纵向间隔安装于隧道。

在一些实施例中，多个路侧装置用于安装在同一纵向位置的隧道断面内。

在一些实施例中，所述光信号接收模块包括光栅，用于接收各所述光信号发射模块发射的光信号并检测光信号发射方向和横向方向之间的夹角。

在一些实施例中，所述光信号为激光信号。

在一些实施例中，所述光信号为红外光信号。

在一些实施例中，所述光信号为断面型光幕信号或交叉型光幕信号。

在一些实施例中，定位系统还包括：

车载定位装置，用于获得车辆的第二定位结果；

所述计算模块还用于将所述第二定位结果与所述第一定位结果进行对比，并输出所述第二定位结果相对于所述第一定位结果的偏差。

本发明实施例的定位系统，不仅能够在无卫星导航信号的环境下，通过光学定位技术实现车辆高精度定位的系统和方法，还可以用以解决现有技术中高速公路隧道内无卫星导航信号，自动驾驶车辆无法安全可靠行驶的问题。

本发明的附加优点、目的，以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本发明的实践而获知。本发明的目的和其它优点可以通过在书面说明及其权利要求书以及附图中具体指出的结构实现到并获得。

本领域技术人员将会理解的是，能够用本发明实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本发明能够实现的上述和其他目的。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。附图中的部件不是成比例绘制的，而只是为了示出本发明的原理。为了便于示出和描述本发明的一些部分，附图中对应部分可能被放大，即，相对于依据本发明实际制造的示例性装置中的其它部件可能变得更大。在附图中：

图1为本发明一实施例中定位系统的结构示意图；

图2为本发明一实施例中定位系统的一组具体装置的结构示意图；

图3为本发明另一实施例中定位系统装置示意图；

图4为本发明另一实施例中幕墙的安装示意图；

图5为本发明另一实施例中幕墙的三维示意图；

图6为本发明另一实施例中交叉幕墙断面定位的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。

在此，还需要说明的是，如果没有特殊说明，术语“连接”在本文不仅可以指直接连接，也可以表示存在中间物的间接连接。

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。

图1是本发明一实施例中定位系统的结构示意图，如图1所示，该定位系统包括：多个路侧装置10和车载装置20。

多个路侧装置10，用于安装在隧道内不同纵向位置；每个路侧装置包括光信号发射模块；其中，所述光信号发射模块用于面向行驶的车辆发射光信号。

其中，多个路侧装置10中的光信号发射模块发射光幕，车辆行驶到光幕时，接收到光幕中的光信号。并且，该光幕可以为单幕墙、双幕墙、或交叉幕墙。其中，单幕墙是表示光信号发射器在通行截面形成一道扫描幕墙对通行的车辆进行信号发送。双幕墙则是表示光信号发射模块在通行截面形成一前一后平行的两道扫描幕墙对通行车辆进行信号发送。而交叉幕墙是表示每个光信号发射模块使用交叉的两道光幕对车辆进行扫描，一道光幕可以用于扫描行车方向的物体，另一道光幕可以用于以一定角度扫描车辆的通行截面。

在一些实施例中，所述光信号为断面型光幕信号或交叉型光幕信号。

其中，断面型光幕信号可以表示为面向车辆行驶方向发出多个光信号形成一个由高处射向地面的平面光信号。而交叉型光幕信号则可以表示为多个光信号分别向两个方向发出，一道面向车辆行驶方向发出多个光信号形成一个由高处射向地面的平面光信号，另一道则是以一定角度发射多个光信号形成一个由高处射向地面的平面光信号，两道光幕信号形成交叉型光幕信号。

在一些实施例中，所述光信号可以为激光信号、或红外光信号。其中，激光信号具有亮度高、方向性强、单色性好、相干性强等特点，并且还可以传输文字、数据、图像等信息。而红外光信号具有易于安装、无需维护和供电、传输数据能力强以及精准定位等多个优点以便于在实际中应用。并且，激光信号与红外光信号相比，光信号发射模块在使用红外光信号作为发射信号的成本更低。

在一些实施例中，所述多个路侧装置10用于以设定纵向间隔安装于隧道。其中，设定纵向间隔可以表示为与车辆行驶方向相同的方向，并且设定间隔可以为20m、25m、30m等距离间隔。具体设定纵向间隔可以根据隧道的隧道长度、限速以及定位精度等要求进行相应调整。例如，每个路侧装置之间的设定间隔为20米，则在接收到第一个光信号的时候，对应的路侧装置位置为隧道内20米处。

在一些实施例中，多个路侧装置用于安装在同一纵向位置的隧道断面内。在同一纵向位置的隧道断面内可以根据隧道宽度、高度、车道数、以及定位精度等要求对路侧装置的安装数量进行相应的调整。

在一些实施例中，定位系统还包括：通信装置，用于安装于路侧装置，用于检测路侧装置是否工作正常以及上传定位结果。

具体地，在使用过程中，路侧装置会出现信号故障，导致光信号发射模块无法正常接收光信号，进而影响对车辆的精确定位并且无法及时反馈定位数据。因此，需要对路侧装置不断地进行检测以确保在路侧装置产生问题时，对装置进行修理。并且，还可以将定位结果上传至中心平台用于监测车载装置。通信模块可以使用有线网络、无线网络、以及蓝牙进行连接。

图2为本发明一实施例中定位系统的一组具体装置的结构示意图；如图2所示，路侧装置中还可以包括供电装置，用于对路侧装置提供电源。其中，供电模块可以对路侧装置提供电源以确保该装置具备的功能能够正常运转。

图2为本发明一实施例中定位系统的一组具体装置的结构示意图；如图2所示，车载装置20，用于安装在车辆上，包括光信号接收模块和计算模块；其中，所述光信号接收模块用于接收各所述光信号发射模块发射的光信号并检测光信号发射方向和横向方向之间的夹角，对接收的不同所述光信号发射模块发射的光信号计次，并将所述光信号转换成电信号；所述计算模块，用于根据接收光信号的次数，获得所述路侧装置的位置，根据预先存储的所述路侧装置的位置和其光信号发射模块的预先设定的光信号发射俯角计算车辆与该路侧装置的纵向距离，并根据所述路侧装置的位置与车载装置的位置之间的距离和其所在直线与横向方向之间的夹角计算得到车辆与路侧装置之间的横向距离，以及通过所述车辆与路侧装置之间的横向距离与所述车辆与路侧装置之间的纵向距离得到车辆与路侧装置的相对位置，根据车辆与路侧装置的相对位置和路侧装置的位置得到车辆的第一定位结果。

其中，光信号接收模块接收到光信号发射模块发射的光信号，并且可以通过光信号发射模块发射，在光信号接收模块将接收到的光信号转换成电信号，然后可以再经过放大处理、滤波处理等数据处理，将处理后的数据发送给计算模块进行相应的计算后输出。

并且，计算模块中通过根据接收到的光信号的次数可以获得车辆到达的路侧装置的个数，例如，若接收到光信号的个数为第一个，路侧装置的设定间隔为20m，即，每20m安装一个路侧装置，则根据接收到光信号的次数以及路侧装置的设定间隔，可以计算出车辆到达隧道内20m处附近，再根据光信号发射模块的预先设定的光信号发射俯角，可以计算出车辆行驶到达的纵向位置。例如，光信号发射模块的预先设定的光信号发射俯角为45°，根据预先设定的发射俯角及路侧装置的位置在隧道内20m处，则可以获得车辆的纵向位置为进入隧道口后14米。计算模块得到车辆与路侧装置的相对位置表示得到的纵向距离是相比于路侧装置而言，对于路侧装置来说，距离该路侧装置的一个相对纵向距离，从而可得知车辆在隧道内行驶的路程；横向距离表示车辆在那条车道上，以及相对于道路边线的横向距离，可通过车载装置与路侧装置的相对距离测量得出。通过车载终端的横向距离和纵向距离测量计算，可以获得车辆相对于道路的纵向距离和横向距离，进而，获得车辆精确定位的坐标值。

并且，在光信号进入车载终端的光信号接收模块后，光信号接收装置根据入射光信号的强度、相位进行测量，并将测量结果发送至计算模块，计算模块可以获得路侧装置的位置与车载装置的位置之间的距离和其所在直线与横向方向之间的夹角，并且计算得到车辆与路侧装置之间的纵向距离和横向距离，从而，得到车辆相对于道路的纵向距离和横向距离。

在一些实施例中，所述光信号接收模块包括光栅，用于接收各所述光信号发射模块发射的光信号并检测光信号发射方向和横向方向之间的夹角。

其中，在光信号接收模块添加光栅，由于光栅本身是由大量等宽等间距的平行狭缝构成的一种光学器件，其形态与百叶窗类似，当光信号射入的时候会产生波形变化，在波形变化中或出现多个波峰，选择波峰最高的那个角度，则是相应的路侧装置的位置与车载装置的位置之间的距离和其所在直线与横向方向之间的夹角。并且，在光栅的角度与光源的位置一致时，光照度最高。

在另一些实施例中，所述光信号接收模块还可以包括其他光信号接收模块，例如，光信号接收模块可以使用相控阵雷达，用于检测所述光信号发射模块发射的光信号，并根据光强、相位和飞行时间等参数计算车载终端与路侧终端的距离、相对角度等数据。基于光栅或者相控阵雷达的定位检测技术是公知技术，本发明不再赘述。

在一些实施例中，定位系统还包括：所述计算模块，还用于通过计算两个相邻路侧装置对车辆的定位结果之间的插值，得到车辆位于所述两个相邻路侧装置之间时的定位结果。

利用两个路侧装置对车辆定位的结果进行插值运算，可以预测该车辆位于该两个路侧装置之间及其他位置的定位结果，以此，可以使用少量的路侧装置实现对车辆的定位。另外，可以利用车辆连续收到的多个路侧装置的光信号的定位结果，以此来对之前的插值结果进行矫正，从而得到更准确的定位结果。

具体地，由于路侧装置之间安装的设定间隔为20米，在车速对应为22m/s的情况下，可以说是在每秒对车载装置进行一次位置矫正，那么，就可以通过使用插值法对车载位置进行计算。插值法可以为最近邻插值法、自然邻点插值法、以及现行插值法等多种方法。通过获取相邻的两个路侧装置的位置使用邻插值法对两个路侧装置之间的车载装置的位置进行计算，得到车载装置的具体位置。并且可以保证路侧装置的安装距离越短，则得到的插值精度越高。

在一些实施例中，定位系统还包括：车载定位装置，用于获得车辆的第二定位结果；所述计算模块还用于将所述第二定位结果与所述第一定位结果进行对比，并输出所述第二定位结果相对于所述第一定位结果的偏差。

其中，车载定位装置可以为激光雷达、视频定位、以及微波雷达定位等其他车载定位装置。通过车载定位装置获得一个车载装置的第一定位结果，发送至计算模块；计算模块根据路测装置的位置与车载装置的位置得到第二定位结果。计算模块将第一定位结果与第二定位结果进行比较，若第一定位结果偏离第二计算结果，那么则计算模块将偏差结果输出，使相关人员对车载定位装置根据输出的偏差结果进行相应的调整，以在使用车载定位装置时可以获得精确的定位结果。

车载装置还可以包括计时装置和通信装置，计时装置用于提供时间信息；通信装置用于上传定位结果以及检测结果。

其中，计时装置提供时间信息以便于可以获得的定位结果包括时间信息，进而可以获得实时定位信息。通信装置可以使用有线网络、无线网络以及蓝牙进行连接。

为使本领域技术人员更好地了解本发明，下面将以具体实施例说明本发明的实施方式。

图3为本发明另一实施例中定位系统装置示意图。如图3所示，该系统包括由路侧装置110、车载装置120：路侧装置110安装在隧道内的设定位置，向车道发射预定的光信号；等间距安装在隧道内侧的墙壁上；车载装置120接收路侧装置的光信号，并根据路侧装置110的安装位置和光信号的角度等信息，计算车载装置120的位置，从而根据车载装120置与车辆的相对关系获得车辆的位置信息；车载装置120将位置信息提供给车辆控制系统、通信系统等，为车辆自动驾驶和辅助驾驶服务。

具体地，路侧装置110等间距安装在隧道内侧墙壁的特定位置，车辆行驶到路侧装置110前面时，车载装置120接收到路侧装置110的光信号，根据光信号的入射角、接收时间和路侧装置110的位置，由计算模块计算车的位置，从而确定车辆的实时位置。

其中，路侧装置110由光发射模块、通信模块和供电模块组成，通信模块主要作用是检测装置是否工作正常。图4为本发明另一实施例中幕墙的安装示意图；图5为本发明另一实施例中幕墙的三维示意图；图6为本发明另一实施例中交叉幕墙断面定位的示意图；如图所示，光信号可以是激光信号，也可以红外光信号。光信号的形式可以是断面型，也可以是交叉型。断面型的侧视图如图4所示，三维示意图如图5所示，交叉性的光信号如图6所示。

具体地，车辆行驶到隧道口时，即开始准备接收路侧装置110的光信号，并按照约定的路侧装置110安装间隔计算车辆的实时位置。路侧装置110的位置可以按照接收到的光信号次序计算，也可以介入车辆的轮轴数信息进行矫正。如果等间距安装距离为20米，则接收到第一个光信号的时候，对应的路侧装置110的位置是隧道内20米的顶部。根据路侧装置110的位置和光幕面的俯角，获得车载终端的位置。当车载设备接收到光信号时，纵向位置可根据路侧装置110的安装位置和光幕的俯角计算，假设路侧终端为第一个，俯角45度，则车辆的纵向位置为进入隧道口后14米，横向位置的计算需要计算车载装置120和路侧装置110的纵向偏离角，获得偏离角的方法与激光幕墙定位原理相同，其中一种方法是采用光栅的方法，当光栅的角度与光源的位置一致时，光照度最高。

其中，光幕面的俯角可以是由路侧装置发射出的多道光信号构成的平面，并且该平面的发射方向是面向车辆行驶方向且向地面发射形成的光幕面的俯角，同时，该俯角是预先设定好的，角度可以为45°、60°、或者50°等角度。通过轮轴数对信息对车辆位置进行矫正是根据获得的车辆轮轴在前进的时候转的圈数可以获得车辆前进的路程，进而使用路程对车辆位置进行矫正。

在一些实施例中，所述车载装置120还包括：光信号接收模块、计算模块、计时模块和通信模块。

其中，光信号接收模块用于接收各所述光信号发射模块发射的光信号并检测光信号发射方向和横向方向之间的夹角，对接收的不同所述光信号发射模块发射的光信号计次，并将光信号转换成电信号；计算模块，用于根据接收光信号的次数，获得路侧装置的位置，根据预先存储的路侧装置的位置和其光信号发射模块的预先设定的光信号发射俯角计算车辆与该路侧装置的纵向距离，并根据路侧装置的位置与车载装置的位置之间的距离和其所在直线与横向方向之间的夹角计算得到车辆与路侧装置之间的横向距离，以及通过车辆与路侧装置之间的横向距离与车辆与路侧装置之间的纵向距离得到车辆与路侧装置的相对位置，根据车辆与路侧装置的相对位置和路侧装置的位置得到车辆的定位结果。

在一些实施例中，所述车载装置120通过计算路侧装置120的光源入射角和到达时间，以及路侧装置的位置，计算车车载装置的实时准确位置。

在一些实施例中，所述路侧装置110和车载装置120一起，可作为测试系统，检测其他形式的车辆定位系统的定位精度和定位可靠性等指标。

在一些实施例中，所述路侧装置和车载装置一起，可作为测试系统，并与视频检测记录相互验证，检测其他形式的车辆定位系统的定位精度和定位可靠性等指标。

其中，由于对应的车辆速度是22.22米每秒，一般的车载终端的定时误差可做到毫秒级，20米安装一个路侧装置，相当于没1秒左右进行一次位置校正。相邻两个路侧装置之间的车辆位置，通过插值的方式计算。路侧装置的安装距离越短，插值精度越高。隧道内的路侧装置安装间距可根据隧道宽度、高度、车道数、隧道长度、限速和定位精度要求做相应调整。如果隧道宽度较大或者对横向定位精度要求高，可在同一道路断面安装2台光源。对于成本较高的激光检测和接收器，可以采用红外红外光检测的低成本方案。

综上所述，本发明实施例的定位系统，通过多个路侧装置，用于安装在隧道内不同纵向位置；每个路侧装置包括光信号发射模块；其中，所述光信号发射模块用于面向行驶的车辆发射光信号；车载装置，用于安装在车辆上，包括光信号接收模块和计算模块；其中，所述光信号接收模块用于接收各所述光信号发射模块发射的光信号并检测光信号发射方向和横向方向之间的夹角，对接收的不同所述光信号发射模块发射的光信号计次，并将所述光信号转换成电信号；所述计算模块，用于根据接收光信号的次数，获得所述路侧装置的位置，根据预先存储的所述路侧装置的位置和其光信号发射模块的预先设定的光信号发射俯角计算车辆与该路侧装置的纵向距离，并根据所述路侧装置的位置与车载装置的位置之间的距离和其所在直线与横向方向之间的夹角计算得到车辆与路侧装置之间的横向距离，以及通过所述车辆与路侧装置之间的横向距离与所述车辆与路侧装置之间的纵向距离得到车辆与路侧装置的相对位置，根据车辆与路侧装置的相对位置和路侧装置的位置得到车辆的第一定位结果。综上，用于高速公路和城市道路隧道内无卫星导航信号时的车辆精确定位，还可以作为检测系统，以用于检测其他定位系统的定位精度。

本领域普通技术人员应该可以明白，结合本文中所公开的实施方式描述的各示例性的组成部分、系统和方法，能够以硬件、软件或者二者的结合来实现。具体究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(asic)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、rom、闪存、可擦除rom(erom)、软盘、cd-rom、光盘、硬盘、光纤介质、射频(rf)链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。

还需要说明的是，本发明中提及的示例性实施例，基于一系列的步骤或者装置描述一些方法或系统。但是，本发明不局限于上述步骤的顺序，也就是说，可以按照实施例中提及的顺序执行步骤，也可以不同于实施例中的顺序，或者若干步骤同时执行。

本发明中，针对一个实施方式描述和/或例示的特征，可以在一个或更多个其它实施方式中以相同方式或以类似方式使用，和/或与其他实施方式的特征相结合或代替其他实施方式的特征。

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，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。