基于UWB的车辆定位预测方法、装置、终端及存储介质与流程

基于uwb的车辆定位预测方法、装置、终端及存储介质
技术领域
1.本发明涉及车辆定位领域，尤其涉及一种基于uwb(ultra wide band，超宽带)的车辆定位预测方法、装置、终端及存储介质。


背景技术：

2.目前，地铁轨道交通系统作为现代大都市的重要交通工具，由于不受恶劣天气、地面拥堵等问题的影响而具有准时、高效、舒适等优点，因此地铁轨道交通已成为各大城市优先发展的方向。但是在地铁施工阶段，需要对轨道车辆进行定位，而目前通常是在车辆端部设置uwb定位标签进行车辆定位。但是由于地铁施工阶段，现场情况复杂，可能会存在上报的uwb定位数据不连续的情况。如，正常情况时延2s内，在通讯网络不稳定，数据上报有3s-5s的时延；在车辆行驶于弯度较大的区域，uwb基站信号被机车、铺轨吊、机具等设备遮挡；uwb网关部署距离不适当，造成覆盖盲区，或信号弱，造成uwb位置定位数据丢失，位置偏移较大。
3.在如上这些情况下，机车以一定速度在轨道内行驶时，只依据uwb定位进行车辆位置展示，会造成车辆的位置移动不连续，显示位置较真实位置偏移较大。
4.因此，如何在uwb定位数据不准确的情况下提升车辆定位的准确度是亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.鉴于上述相关技术的不足，本技术的目的在于提供一种基于uwb的车辆定位预测方法、装置、终端及存储介质，旨在解决目前只依靠uwb进行车辆定位可能导致车辆定位数据不准确的问题。
6.为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种基于uwb的车辆定位预测方法，所述方法包括：
7.获取车辆的当前uwb定位数据；
8.判断所述当前uwb定位数据是否准确，如否，则获取所述当前uwb定位数据对应的当前时刻、所述车辆在第一历史时刻的历史uwb定位数据、历史速度以及预设平均加速度，所述第一历史时刻为所述当前时刻之前、所述车辆的uwb定位数据最近更新的时刻；
9.根据所述当前时刻、所述第一历史时刻、所述历史uwb定位数据、所述历史速度以及所述预设平均加速度，预测所述车辆的当前定位数据。
10.可选的，所述根据所述当前时刻、所述第一历史时刻、所述历史uwb定位数据、所述历史速度以及所述预设平均加速度，预测所述车辆的当前定位数据包括：
11.根据所述当前时刻与所述第一历史时刻计算时间差；
12.根据所述时间差、所述历史速度以及所述预设平均加速度计算所述车辆的偏移数据；
13.根据所述历史uwb定位数据和所述偏移数据，预测所述车辆的所述当前定位数据。
14.可选的，获取所述车辆的历史速度包括：通过从车辆控制器获取所述车辆的所述历史速度。
15.可选的，所述判断所述当前uwb定位数据是否准确包括：
16.判断所述车辆的当前uwb定位信号是否低于第一信号阈值，若是，则判定所述当前uwb定位数据不准确。
17.可选的，所述判断所述当前uwb定位数据是否准确包括：
18.判断所述车辆的当前通讯网络信号是否低于第二信号阈值，若是，则判定所述当前uwb定位数据不准确。
19.可选的，所述判断所述当前uwb定位数据是否准确包括：
20.判断所述车辆的是否处于弯道行驶状态，若是，则判定所述当前uwb定位数据不准确。
21.可选的，所述获取车辆的当前uwb定位数据之前还包括：获取所述车辆在第一历史时刻的历史uwb定位数据，所述第一历史时刻为所述车辆的uwb定位数据最近更新的时刻；
22.所述判断所述当前uwb定位数据是否准确包括：
23.判断所述当前uwb定位数据与所述历史uwb定位数据之间的差值是否大于距离阈值，若是，则判定所述当前uwb定位数据不准确。
24.进一步的，本发明实施例还提供一种基于uwb的车辆定位预测装置，所述装置包括：
25.获取模块，用于获取车辆的当前uwb定位数据；
26.判断模块，用于判断所述当前uwb定位数据是否准确；
27.所述获取模块还用于，在当前uwb定位数据不准确时，获取所述当前uwb定位数据对应的当前时刻、所述车辆在第一历史时刻的历史uwb定位数据、历史速度以及预设平均加速度，所述第一历史时刻为所述当前时刻之前、所述车辆的uwb定位数据最近更新的时刻；
28.计算模块，用于根据所述当前时刻、所述第一历史时刻、所述历史uwb定位数据、所述历史速度以及所述预设平均加速度，预测所述车辆的当前定位数据。
29.进一步的，本发明实施例还提供一种终端，所述终端包括处理器、存储器及通信总线；
30.所述通信总线用于实现处理器和存储器之间的连接通信；
31.所述处理器用于执行存储器中存储的一个或者多个计算机程序，以实现如上所述的基于uwb的车辆定位预测方法的步骤。
32.进一步的，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个计算机程序，所述一个或者多个计算机程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如上所述的基于uwb的车辆定位预测方法的步骤。
33.根据本发明实施例提供的基于uwb的车辆定位预测方法、装置、终端及存储介质，通过在当前uwb定位数据不准确时，获取当前uwb定位数据对应的当前时刻、车辆在第一历史时刻的历史uwb定位数据、历史速度以及预设平均加速度，第一历史时刻为当前时刻之前、车辆的uwb定位数据最近更新的时刻；根据当前时刻、第一历史时刻、历史uwb定位数据、历史速度以及预设平均加速度，预测车辆的当前定位数据，在本发明中，在当前uwb定位数据不准确时，利用历史uwb定位数据以及历史速度预测了当前uwb定位数据，从而改善了仅
基于uwb进行车辆定位，在车辆uwb定位数据不准确时导致车辆定位不准确的问题，从而提升车辆定位准确度。
34.本发明其他特征和相应的有益效果在说明书的后面部分进行阐述说明，且应当理解，至少部分有益效果从本发明说明书中的记载变的显而易见。
附图说明
35.图1为本发明实施例提供的一种基于uwb的车辆定位预测方法的基本流程图；
36.图2为本发明实施例提供的一种预测车辆的当前定位数据的方法的基本流程图；
37.图3为本发明另一实施例提供的一种基于uwb的车辆定位预测装置的结构示意图；
38.图4为本发明另一实施例提供的一种终端的结构示意图。
具体实施方式
39.为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中给出了本技术的较佳实施方式。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本技术的公开内容理解的更加透彻全面。
40.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本技术。
41.相关技术中，仅根据uwb定位数据进行车辆定位，在车辆uwb定位数据不准确时导致车辆定位不准确。
42.基于此，本技术希望提供一种能够解决上述技术问题的方案，其详细内容将在后续实施例中得以阐述。
43.图1为本发明实施例提供的一种基于uwb的车辆定位预测方法的基本流程图，如图1所示，该方法包括：
44.s101：获取车辆的当前uwb定位数据。
45.s102：判断当前uwb定位数据是否准确。
46.s103：如否，则获取当前uwb定位数据对应的当前时刻、车辆在第一历史时刻的历史uwb定位数据、历史速度以及预设平均加速度，第一历史时刻为当前时刻之前、车辆的uwb定位数据最近更新的时刻。
47.s104：根据当前时刻、第一历史时刻、历史uwb定位数据、历史速度以及预设平均加速度，预测车辆的当前定位数据。
48.上述步骤s101中，获取车辆的当前uwb定位数据，在本发明实施例中，可以通过部署uwb定位系统来获取车辆的uwb定位数据。其中，uwb定位系统包括车辆、定位基站、定位服务器以及平台服务器，车辆的一端车头以及二端车头分别设置有第一组uwb定位标签和第二组定位标签，多个定位基站间隔设于轨道沿线，分别接收第一组uwb定位标签和第二组uwb定位标签发射的第一uwb信号和第二uwb信号；定位服务器与定位基站通信连接，获取定位基站根据第一uwb信号和第二uwb信号生成的uwb定位数据，平台服务器与定位服务器通信连接；平台服务器，用于从定位服务器获取uwb定位数据，计算uwb定位数据，并生成车辆
数据，平台服务器还可以包括显示装置，用于根据车辆的uwb定位数据显示车辆轨迹。
49.应当理解的是，uwb技术实质上是以占空比很低的冲击脉冲作为信息载体的无载波扩谱技术，它是通过对具有很陡上升和下降时间的冲击脉冲进行直接调制。典型的uwb直接发射冲击脉冲串，不再具有传统的中频和射频的概念，此时发射的信号既可看成基带信号，也可看成射频信号。冲击脉冲通常采用单周期高斯脉冲，一个信息比特可映射为数百个这样的脉冲。单周期脉冲的宽度在纳秒级，具有很宽的频谱。基于cdma(code division multiple access，码分多址)的uwb脉冲无线收发信机在发送端时钟发生器产生一定重复周期的脉冲序列，用户要传输的信息和表示该用户地址的伪随机码分别或合成后对上述周期脉冲序列进行一定方式的调制，调制后的脉冲序列驱动脉冲产生电路，形成一定脉冲形状和规律的脉冲序列，然后放大到所需功率，再耦合到uwb天线发射出去。在接收端，uwb天线接收的信号经低噪声放大器放大后，送到相关器的一个输入端，相关器的另一个输入端加入一个本地产生的与发端同步的经用户伪随机码调制的脉冲序列，接收端信号与本地同步的伪随机码调制的脉冲序列一起经过相关器中的相乘、积分和取样保持运算，产生一个对用户地址信息经过分离的信号，其中仅含用户传输信息以及其他干扰，然后对该信号进行解调运算。采用uwb技术，很容易将定位与通信合一，实现精准定位。
50.在本实施例中，uwb定位技术是一种基于无线脉冲到达时差的测距定位技术，通过三角定位原理来确定目标对象的精确坐标，通过在需要定位的区域安装定位基站，车辆安装定位标签，实现对车辆的uwb定位。
51.uwb测距使用tof(time of flight，飞行时间发法)测距方法，tof测距方法属于双向测距技术，它主要利用信号在两个异步收发机之间飞行时间来测量节点间的距离。因为在视距视线环境下，基于tof测距方法是随距离呈线性关系，所以结果会更加精准。将发送端发出的数据包和接收回应的时间间记为t
tot
，接收端收到数据包和发出回应的时间间隔记为t
tat
，那么数据包在空中单向飞行的时间t
tof
可以计算为：t
tof
＝(t
tot-t
tat
)/2。然后根据t
tof
与电磁波传播速度的乘积便可计算出两点间的距离d＝c
x
*t
tof
，cx为电磁波传播速度。
52.在本实施例中，基于uwb技术，通过在轨道沿线设置定位基站，定位基站的坐标是已知的；同时，在车辆设置定位标签，在定位基站与定位标签之间匹配设定频率的脉冲信息，定位标签发送该脉冲信息，定位基站接收该脉冲信息，进而对携带该定位标签的待定位目标进行定位。对于设置多个定位标签的情况，可以对最终获取的多个定位坐标加权平均，从而获取最终的定位坐标。
53.在本示例中，定位基站包括第一天线以及第二天线，第一天线以及第二天线平行于轨道的延伸方向，第一天线以及第二天线的坐标已知，使用上述uwb测距方法，来测量第一天线与定位标签的距离并记作第一距离，第二天线与定位标签的距离记作第二距离，第一天线与第二天线的距离记作第三距离，根据第一距离、第二距离、第三距离和第一天线以及第二天线的坐标，来获取定位标签的坐标，即获取携带定位标签的车辆的位置信息。
54.在本发明实施例中，上述步骤102中判断当前uwb定位数据是否准确，可以包括：判断车辆的当前uwb定位信号是否低于第一信号阈值，若是，则判定当前uwb定位数据不准确。应当理解的是，当车辆的uwb定位信号过低的情况下会导致车辆的uwb定位信号丢失，因此，uwb定位数据会存在不准确的状况。
55.在本发明另一种实施方式中，上述步骤102中判断当前uwb定位数据是否准确，可
以包括：判断车辆的当前通讯网络信号是否低于第二信号阈值，若是，则判定当前uwb定位数据不准确。应当理解的是，通常uwb定位数据的上报是存在延时的，但是，正常情况时延2s内，在当前通讯网络信号低于第二信号阈值的情况，即通讯网络不稳定时，数据上报有3s-5s的时延，则会影响uwb定位数据的实时准确性。
56.在本发明另一种实施方式中，上述步骤102中判断当前uwb定位数据是否准确，可以包括：判断车辆的是否处于弯道行驶状态，若是，则判定当前uwb定位数据不准确。应当理解的是，在弯度较大的区域，uwb基站信号被机车、铺轨吊、机具等设备遮挡，则会影响uwb定位数据的准确性。
57.在本发明另一种实施方式中，上述步骤102中判断当前uwb定位数据是否准确，可以包括：获取车辆在第一历史时刻的历史uwb定位数据，第一历史时刻为车辆的uwb定位数据最近更新的时刻；判断当前uwb定位数据是否准确包括：判断当前uwb定位数据与历史uwb定位数据之间的差值是否大于距离阈值，若是，则判定当前uwb定位数据不准确。应当理解的是，车辆的速度控制在一定的范围内，因此，当前时刻的车辆位置信息与上一时刻的车辆位置信息的距离差值也应当在一定范围内，即应当小于距离阈值。因此，当当前uwb定位数据与历史uwb定位数据之间的差值大于距离阈值，则说明前uwb定位数据与实际车辆定位信息偏移较远，因此判定当前uwb定位数据不准确。
58.在上述s103中，获取当前uwb定位数据对应的当前时刻、车辆在第一历史时刻的历史uwb定位数据、历史速度以及预设平均加速度，第一历史时刻为当前时刻之前、车辆的uwb定位数据最近更新的时刻。应当理解的是，车辆设置有车辆控制器，即车辆内的vcu(vehicle control unit，整车控制器)。具体的，可以通过modbus通讯协议将vcu与数据处理平台通信连接以将采集的车辆行驶速度信息实时传输给数据处理平台，因此数据处理平台记录了车辆的速度信息及其相对应的时间信息。而在车辆的uwb定位数据不准确的情况下，车辆的速度信息是准确的。同时可以理解为车辆作匀加速运动，在获取车辆的历史uwb定位数据后，车辆通常可以估计为保持在-1m/s2～-0.3m/s2的加速度作减速运动，以此保证车辆的位置的估计不会太偏离，因此预设加速度可根据实际情况进行设置，可以预设加速度可以选-1m/s2～-0.3m/s2中的任一加速度，例如-0.5m/s2、-0.4m/s2、-0.3m/s2或其他加速度。
59.图2为本发明实施例提供的预测车辆的当前定位数据的基本流程图，如图2所示，上述步骤104中，根据当前时刻、第一历史时刻、历史uwb定位数据、历史速度以及预设平均加速度，预测车辆的当前定位数据具体包括：
60.s1041：根据当前时刻与第一历史时刻计算时间差。
61.s1042：根据时间差、历史速度以及预设平均加速度计算车辆的偏移数据。
62.s1043：根据历史uwb定位数据和偏移数据，预测车辆的当前定位数据。
63.下面以平均加速度为-0.5m/s2说明如何预测车辆的当前定位数据。
64.车辆通常每500ms上报一次uwb定位的位置数据以及速度数据，如表一所示，tn代表数据上报时刻，ln代表数据上报时刻的uwb定位数据，vn代表数据上报时刻的车辆速度。
[0065][0066]
表一
[0067]
在本发明实施例中，平台通常每2s设置一次图标位移，即车辆的位置更新通常每2更新一次，每隔2s才会产生车辆的偏移数据。应当理解的是，在施工阶段车辆通常速度控制在10m/s以内，通常尽可能的以更小的偏移量来估计车辆的偏移数据。如表二所示，表二为平均加速度a为-0.5m/s2时，速度v与偏移数据w的对应关系，其中w＝vt+0.5a*t2：
[0068]
速度v(m/s)偏移数据w(m)速度《2m/s04m/s》速度》＝2m/s35m/s》速度》＝4m/s76m/s》速度》＝5m/s97m/s》速度》＝6m/s11速度》＝7m/s13
[0069]
表二
[0070]
如表三所示，车辆运动时刻为tn，车辆数据偏移为w，车辆起始位置为2l(n-1)-l(n-2)-w(n-2)+w(n-1)，车辆终点位置为2ln-l(n-1)-w(n-1)+wn，车辆的运行时间为tn-t(n-1)：
[0071][0072]
表三
[0073]
本发明实施例中，根据历史uwb定位数据和偏移数据，预测车辆的当前定位数据包
括：车辆的当前定位数据为上一时刻历史uwb定位数据加上偏移数据。因此，在tn时刻车辆起始位置ln＝l(n-1)+w(n-1)。
[0074]
将ln＝l(n-1)+w(n-1)带入上述表三中tn时刻，车辆终点位置2ln-l(n-1)-w(n-1)+wn可以得到：
[0075]
2ln-l(n-1)-w(n-1)+wn
[0076]
＝2(l(n-1)+w(n-1))-l(n-1)-w(n-1)+wn
[0077]
＝l(n-1)+w(n-1)+wn
[0078]
＝ln+wn
[0079]
因此，车辆在tn时刻的终点位置等于车辆起始位置ln加上数据偏移wn。
[0080]
本发明实施例提供的基于uwb的车辆定位预测方法，通过在当前uwb定位数据不准确时，获取当前uwb定位数据对应的当前时刻、车辆在第一历史时刻的历史uwb定位数据、历史速度以及预设平均加速度，第一历史时刻为当前时刻之前、车辆的uwb定位数据最近更新的时刻；根据当前时刻、第一历史时刻、历史uwb定位数据、历史速度以及预设平均加速度，预测车辆的当前定位数据，在本发明中，在当前uwb定位数据不准确时，利用历史uwb定位数据以及历史速度预测了当前uwb定位数据，从而改善了仅基于uwb进行车辆定位，在车辆uwb定位数据不准确时导致车辆定位不准确的问题，从而提升车辆定位准确度。
[0081]
本发明另一可选实施例还提供了一种基于uwb的车辆定位预测装置，用于实现上述基于uwb的车辆定位预测方法的步骤，装置20包括：
[0082]
获取模块21，用于获取车辆的当前uwb定位数据；
[0083]
判断模块22，用于判断当前uwb定位数据是否准确；
[0084]
获取模块21还用于，在当前uwb定位数据不准确时，获取当前uwb定位数据对应的当前时刻、车辆在第一历史时刻的历史uwb定位数据、历史速度以及预设平均加速度，第一历史时刻为当前时刻之前、车辆的uwb定位数据最近更新的时刻；
[0085]
计算模块23，用于根据当前时刻、第一历史时刻、历史uwb定位数据、历史速度以及预设平均加速度，预测车辆的当前定位数据。
[0086]
获取模块21具体用于通过部署uwb定位系统来获取车辆的uwb定位数据。
[0087]
判断模块22具体用于，判断车辆的当前通讯网络信号是否低于第二信号阈值，若是，则判定当前uwb定位数据不准确；或判断车辆的是否处于弯道行驶状态，若是，则判定当前uwb定位数据不准确；或判断车辆的是否处于弯道行驶状态，若是，则判定当前uwb定位数据不准确；或在获取车辆在第一历史时刻的历史uwb定位数据，第一历史时刻为车辆的uwb定位数据最近更新的时刻之后，判断当前uwb定位数据与历史uwb定位数据之间的差值是否大于距离阈值，若是，则判定当前uwb定位数据不准确。
[0088]
计算模块23具体用于，根据当前时刻与第一历史时刻计算时间差；根据时间差、历史速度以及预设平均加速度计算车辆的偏移数据；根据历史uwb定位数据和偏移数据，预测车辆的当前定位数据。车辆的当前定位数据为上一时刻的历史uwb定位数据加上偏移数据。
[0089]
本发明实施例提供的基于uwb的车辆定位预测装置，包括获取模块，用于获取车辆的当前uwb定位数据、在当前uwb定位数据不准确时，获取当前uwb定位数据对应的当前时刻、车辆在第一历史时刻的历史uwb定位数据、历史速度以及预设平均加速度，第一历史时刻为当前时刻之前、车辆的uwb定位数据最近更新的时刻；判断模块用于判断当前uwb定位
数据是否准确；计算模块，用于根据当前时刻、第一历史时刻、历史uwb定位数据、历史速度以及预设平均加速度，预测车辆的当前定位数据，在本发明中，在当前uwb定位数据不准确时，利用历史uwb定位数据以及历史速度预测了当前uwb定位数据，从而改善了仅基于uwb进行车辆定位，在车辆uwb定位数据不准确时导致车辆定位不准确的问题，从而提升车辆定位准确度。
[0090]
本发明另一可选实施例还提供了一种终端30，该终端30参见图4所示，包括处理器31、存储器32以及存储在存储器32上并可在处理器31上运行的程序(图中未示出)，及通信总线33；通信总线33用于实现处理器31和存储器32之间的连接通信。处理器31用于执行存储器32中存储的程序，以实现以下步骤：
[0091]
获取车辆的当前uwb定位数据；
[0092]
判断当前uwb定位数据是否准确，如否，则获取当前uwb定位数据对应的当前时刻、车辆在第一历史时刻的历史uwb定位数据、历史速度以及预设平均加速度，第一历史时刻为当前时刻之前、车辆的uwb定位数据最近更新的时刻；
[0093]
根据当前时刻、第一历史时刻、历史uwb定位数据、历史速度以及预设平均加速度，预测车辆的当前定位数据。
[0094]
本实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、计算机程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性或非易失性、可移除或不可移除的介质。计算机可读存储介质包括但不限于ram(random access memory，随机存取存储器),rom(read-only memory，只读存储器),eeprom(electrically erasable programmable read only memory，带电可擦可编程只读存储器)、闪存或其他存储器技术、cd-rom(compact disc read-only memory，光盘只读存储器)，数字多功能盘(dvd)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。
[0095]
本实施例中的计算机可读存储介质可用于存储一个或者多个计算机程序，其存储的一个或者多个计算机程序可被处理器执行，以实现上述终端所执行的至少一个步骤。
[0096]
可见，本领域的技术人员应该明白，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件(可以用计算装置可执行的计算机程序代码来实现)、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。
[0097]
此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、计算机程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。所以，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
[0098]
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。