阅读说明：本技术 车道级车辆定位方法、定位系统及智能道钉 (Lane-level vehicle positioning method, positioning system and intelligent spike ) 是由 王�华 全威 陆凯旋 杨骁� 曹罡语 安鹏进 孙鹏程 于 2019-09-05 设计创作，主要内容包括：本公开提供了车道级车辆定位方法、定位系统及智能道钉,方法包括布设定位区域；获取路况信息；依据所述智能道钉的坐标,定位车辆的横向位置和纵向位置。定位系统包括了感知层和算法层；所述感知层,包括接收终端和智能道钉,所述算法层包括路况信息匹配模块,横向定位模块,纵向定位模块,智能道钉包括广播模块、触发模块、和供电模块；本公开将路面车道路宽方向作为道路上定位坐标系横轴方向,将车前后行驶的方向作为纵轴方向。横向定位即确定车辆的行驶车道,纵向定位即确定车辆在其车道上行进方向上的位置。(The disclosure provides a lane-level vehicle positioning method, a positioning system and an intelligent spike, wherein the method comprises the steps of laying a positioning area; acquiring road condition information; and positioning the transverse position and the longitudinal position of the vehicle according to the coordinates of the intelligent spike. The positioning system comprises a perception layer and an algorithm layer; the perception layer comprises a receiving terminal and an intelligent spike, the algorithm layer comprises a road condition information matching module, a transverse positioning module and a longitudinal positioning module, and the intelligent spike comprises a broadcasting module, a triggering module and a power supply module; the road width direction of a road surface lane is taken as the horizontal axis direction of a positioning coordinate system on the road, and the direction of driving in front of and behind the vehicle is taken as the vertical axis direction. Transverse positioning, i.e. the driving lane of the vehicle, and longitudinal positioning, i.e. the position of the vehicle in the direction of travel in its lane.)

车道级车辆定位方法、定位系统及智能道钉

技术领域

本公开涉及一种车辆定位方法及定位系统，尤其涉及一种道级车辆定位方法、定位系统及智能道钉。

背景技术

智能交通系统简称(ITS),它将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子控制技术及计算机处理技术等综合运用于整个交通运输管理体系。其中，先进的交通管理系统中的动态交通流分配、先进的交通信息服务系统中的导航功能、紧急事件管理与救援系统中的事故应急和货运管理系统均离不开车辆定位。即只有在移动车辆实时准确定位前提下，车辆导航、改善交通、保证车辆行驶安全才有可能。因此，从某种意义上来说，车辆定位技术是ITS的核心部分。

现今常用的车辆定位技术大多是基于GPS定位系统，但是在复杂的道路环境下，比如隧道、城市峡谷、高架桥、地下停车场等，卫星信号由于建筑物遮挡、衰减过高等原因，存在丢失或严重干扰问题，导致定位失效或误差较大，容易形成定位盲区。同时GPS定位精度有限，无法满足高精度车辆定位需求，而车辆高精度定位是实现交通智能化、自动化应用的一项必须攻克的关键技术。

伴随智慧城市的快速建设，将会在城市道路上布置大量的无线传感器网络，为实现车辆的无线定位提供传感器网络环境。在城市复杂道路环境中，既可借助城市道路传感器网络进行车辆的单独定位，也可以与GPS配合实现城市道路全区域的车辆定位，解决GPS盲区无法定位问趣。

发明内容

为了解决上述技术问题中的至少一个，本公开提供了一种道级车辆定位方法、定位系统及智能道钉。

本公开的技术方案是这样实现的：

一种车道级车辆定位方法，包括：

布设定位区域：该定位区域为以车辆前后行进方向为Y轴方向，以车道宽度方向为X轴方向的二维坐标系；该定位区域内设有共n行、m列的坐标点，n≥1，m≥1；所述坐标点的横向连线构成与X轴方向平行的定位横向；所述坐标点的纵向连线构成与Y轴方向平行的定位纵向；每个坐标点上安装有智能道钉；所述智能道钉经车辆行驶触发后广播信息；所述智能道钉经触发后周期性的广播信息；

获取车辆所在道路的路况信息：根据车辆接收到的智能道钉信号数量、坐标、信号强度确定车辆所处的路况信息，并根据该路况信息匹配定位场景；

定位车辆横向位置：根据车辆接收的前方临近的定位横向的智能道钉的广播信息，依据所述智能道钉的坐标，定位车辆的横向位置；

定位车辆纵向位置：根据车辆接收的定位纵向的智能道钉的广播信息，依据该智能道钉的坐标，定位车辆的纵向位置。

进一步的，所述智能道钉内置有智能道钉所在地理位置的经纬度信息，所述广播信息包括该经纬度信息。

进一步的，设车辆右前方的智能道钉为第一智能道钉，车辆左前方的智能道钉为第二智能道钉，第二智能道钉左侧相邻的智能道钉为第三智能道钉；所述第一智能道钉、第二智能道钉、第三智能道钉位于同一横向定位轴向；定位车辆纵向位置的方法包括A、B、C、D中的一种：

A：记录车辆接收到第一智能道钉发出的第一个广播信息的时间为T0,第一智能道钉的纵向坐标为S0，车辆的纵向坐标为S1，车辆接收到第一智能道钉发出的后续每一个广播信息的时间记录为T1，车辆行驶速度为V，则S1＝S0+(T1-T0)*V；

B：记录车辆接收到第一智能道钉的第一个广播信息时间、接收第二智能道钉的第一个广播信息时间、以及接收到第三智能道钉的第一个广播信息时间的平均时间为T0；

第一智能道钉的纵向坐标为S0，车辆的纵向坐标为S1；车辆接收到第一智能道钉发出的后续每一个广播信息的时间记录为T1，车辆行驶速度为V，则S1＝S0+(T1-T0)*V；

C：记录车辆接收到第一智能道钉发出的广播信息峰值的时间为T0,第一智能道钉的纵向坐标为S0，车辆的纵向坐标为S1，车辆接收到第一智能道钉发出的后续每一个广播信息的时间记录为T1，车辆行驶速度为V，则S1＝S0+(T1-T0)*V；

D：记录车辆接收到第一智能道钉的广播信息峰值时间、接收第二智能道钉的广播信息峰值时间、以及接收到第三智能道钉的广播信息峰值时间的平均时间为T0；

第一智能道钉的纵向坐标为S0，车辆的纵向坐标为S1；车辆接收到第一智能道钉发出的后续每一个广播信息的时间记录为T1，车辆行驶速度为V，则S1＝S0+(T1-T0)*V。

进一步的，设车辆右前方的智能道钉为第一智能道钉车辆左前方的智能道钉为第二智能道钉，第二智能道钉左侧相邻的智能道钉为第三智能道钉；所述第一智能道钉、第二智能道钉、第三智能道钉位于同一横向定位轴；定位车辆横向位置的方法包括E、F、G其中一种；

E：车辆接收到第一智能道钉和第二智能道钉的广播信息，且未收到第三智能道钉的广播信息时，可定位车辆位于第一智能道钉和第二智能道钉之间的车道；

或者车辆接收到第二智能道钉和第三智能道钉的广播信息，且未收到第一智能道钉的广播信息时，可定位车辆位于第二侄女道钉和第三智能道钉之间的车道；

F：车辆接收到第一智能道钉、第二智能道钉、第三智能道钉的广播信息，设车辆横坐标为x，第一智能道钉的坐标为(x_a，x_a)，第三智能道钉的坐标为(x_b，x_b)，接收到第一智能道钉的强度为Ra，接收到的第一智能道钉的强度为R_b，R_ab＝R_b/R_a；R_ba＝R_a/R_b；

x＝[x_b/R_ab+x_a/R_ba]/[1/R_ba+1/R_ab]；

设车道宽度为d，若|x-x_b|＜d或|x-x_a|＞d，则车辆位于第二智能道钉和第三智能道钉之间的车道，反之则车辆位于第一智能道钉和第二智能道钉之间的车道；

G：车辆首先接收到第二智能道钉和第三智能道钉的广播信息，随着车辆前进接收到的第二智能道钉和第三智能道钉的广播信息强度逐步增强，当车辆接收的第二智能道钉和第三智能道钉的广播信息强度达到或接近峰值时，同时接收到第一智能道钉的广播信息，此时定位车辆位于第一智能道钉和第二智能道钉之间的车道；

或车辆首先接收到第一智能道钉和第二智能道钉的广播信息，随着车辆前进接收到的第一智能道钉和第二智能道钉的广播信息强度逐步增强，当车辆接收的第一智能道钉和第二智能道钉的广播信息强度达到或接近峰值时，同时接收到第三智能道钉的广播信息，此时定位车辆位于第二智能道钉和第三智能道钉之间的车道。

一种应用于上述车道级车辆定位方法的定位系统，包括感知层和算法层；

所述感知层，包括接收终端和N个智能道钉，N≥1，N个智能道钉沿车辆前后行进方向间隔布置成n行，每行包括间隔布置的m个智能道钉，n≥1，m≥1；所述智能道钉经车辆行驶触发广播信息；所述接收终端用于接收所述广播信息；

所述算法层包括：

路况信息匹配模块，用于根据终端接收到的智能道钉信号数量、坐标、信号强度确定车辆所处的路况信息，并匹配该路况信息对应的定位场景；

横向定位模块，根据定位场景确定横向定位算法，根据终端接收到的前方的临近定位横向的智能道钉的广播信息，确定车辆的横向定位；

纵向定位模块：根据定位场景确定纵向定位算法，根据车辆接收的定位纵向的智能道钉的广播信息，确定定位的纵向位置。

进一步的，所述智能道钉布设在车道分界线上。

进一步的，所述智能道钉经触发后周期性的广播信息。

一种智能道钉，包括：

广播模块，内置有智能道钉所在地理位置的经纬度信息，所述广播模块经触发后周期性的广播信息；

触发模块，用于触发广播模块工作，与所述广播模块连接；

供电模块，用于向广播模块提供能源，与所述广播模块连接。

进一步的，所述触发模块为地磁传感器，和/或所述广播模块为蓝牙模块，和/或所述供电模块为太阳能供电模块。

进一步的，还包括LED指示灯，所述LED指示灯与所述太阳能供电模块连接。

附图说明

附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。

图1是本公开的定位系统的架构示意图；

图2是本公开的智能道钉的原理框图；

图3是本公开的智能道钉工作流程示意图；

图4是本公开实施例一的模型示意图；

图5是本公开实施例一的智能道钉RSSI玻形图；

图6是本公开实施例二的模型示意图；

图7是本公开实施例二的智能道钉RSSI玻形图；

图8是本公开实施例三的模型示意图；

图9是本公开实施例三的智能道钉RSSI玻形图；

图10是本公开实施例四的模型示意图；

图11是本公开实施例四的智能道钉RSSI玻形图；

图12是本公开实施例五的模型示意图；

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。

参照图1，一种车道级车辆定位系统，包括感知层和算法层；

所述感知层，包括接收终端和N个智能道钉，N≥1，N个智能道钉沿车辆前后行进方向间隔布置成n行，每行包括间隔布置的m个智能道钉，n≥1，m≥1；所述智能道钉经车辆行驶触发广播信息；所述接收终端用于接收所述广播信息；所述智能道钉经触发后周期性的广播信息。

所述算法层包括：

路况信息匹配模块，用于根据终端接收到的智能道钉信号数量、坐标、信号强度确定车辆所处的路况信息，并匹配该路况信息对应的定位场景；

横向定位模块，根据定位场景确定横向定位算法，根据终端接收到的前方的临近定位横向的智能道钉的广播信息，确定车辆的横向定位；

纵向定位模块：根据定位场景确定纵向定位算法，根据车辆接收的定位纵向的智能道钉的广播信息，确定定位的纵向位置。

本公开所述智能道钉布设在车道分界线上。

参照图2和图3，智能道钉，包括：

广播模块，内置有智能道钉所在地理位置的经纬度和信号强度(RSSI)等信息，所述广播模块经触发后周期性的广播信息；

触发模块，用于触发广播模块工作，与所述广播模块连接；

供电模块，用于向广播模块提供能源，与所述广播模块连接。

作为本公开的优选方案，所述触发模块为地磁传感器，所述地磁传感器设置于车道路面上，当车辆经过地磁传感器时，将会触发广播模块启动；

作为本公开的优选方案，本公开的广播模块采用低功耗蓝牙模块，为了便于给智能道钉提供日常工作所需的能源，节约布线成本等，本公开所述供电模块优选为太阳能供电模块。

本公开的智能道钉还可以包括LED指示灯，所述LED指示灯与所述太阳能供电模块连接。

本公开的智能道钉及其构成的定位系统也可用于车流量、车速、时间占有率等交通参数的采集，并且能够进行车辆路径引导、危险路段警示灯。

本公开提出了一种车道级车辆定位方法，包括：

布设定位区域：该定位区域为以车辆前后行进方向为Y轴方向，以车道宽度方向为X轴方向的二维坐标系；该定位区域内设有共n行、m列的坐标点，n≥1，m≥1；所述坐标点的横向连线构成与X轴方向平行的定位横向；所述坐标点的纵向连线构成与Y轴方向平行的定位纵向；每个坐标点上安装有智能道钉；所述智能道钉经车辆行驶触发后广播信息；所述智能道钉经触发后周期性的广播信息；所述智能道钉内置有智能道钉所在地理位置的经纬度信息，所述广播信息包括该经纬度信息。

获取车辆所在道路的路况信息：根据车辆接收到的智能道钉信号数量、坐标、信号强度确定车辆所处的路况信息，并根据该路况信息匹配定位场景；

定位车辆横向位置：根据车辆接收的前方临近的定位横向的智能道钉的广播信息，依据所述智能道钉的坐标，定位车辆的横向位置；

定位车辆纵向位置：根据车辆接收的定位纵向的智能道钉的广播信息，依据该智能道钉的坐标，定位车辆的纵向位置。

为了更清楚的说明本公开的技术，本公开设车辆右前方的智能道钉为第一智能道钉，车辆左前方的智能道钉为第二智能道钉，第二智能道钉左侧相邻的智能道钉为第三智能道钉；所述第一智能道钉、第二智能道钉、第三智能道钉位于同一横向定位轴向；

定位车辆纵向位置的方法包括A、B、C、D中的一种：

A：记录车辆接收到第一智能道钉发出的第一个广播信息的时间为T0,第一智能道钉的纵向坐标为S0，车辆的纵向坐标为S1，车辆接收到第一智能道钉发出的后续每一个广播信息的时间记录为T1，车辆行驶速度为V，则S1＝S0+(T1-T0)*V；

B：记录车辆接收到第一智能道钉的第一个广播信息时间、接收第二智能道钉的第一个广播信息时间、以及接收到第三智能道钉的第一个广播信息时间的平均时间为T0；

第一智能道钉的纵向坐标为S0，车辆的纵向坐标为S1；车辆接收到第一智能道钉发出的后续每一个广播信息的时间记录为T1，车辆行驶速度为V，则S1＝S0+(T1-T0)*V；

C：记录车辆接收到第一智能道钉发出的广播信息峰值的时间为T0,第一智能道钉的纵向坐标为S0，车辆的纵向坐标为S1，车辆接收到第一智能道钉发出的后续每一个广播信息的时间记录为T1，车辆行驶速度为V，则S1＝S0+(T1-T0)*V；

D：记录车辆接收到第一智能道钉的广播信息峰值时间、接收第二智能道钉的广播信息峰值时间、以及接收到第三智能道钉的广播信息峰值时间的平均时间为T0；

第一智能道钉的纵向坐标为S0，车辆的纵向坐标为S1；车辆接收到第一智能道钉发出的后续每一个广播信息的时间记录为T1，车辆行驶速度为V，则S1＝S0+(T1-T0)*V。

定位车辆横向位置的方法包括E、F、G其中一种；

E：车辆接收到第一智能道钉和第二智能道钉的广播信息，且未收到第三智能道钉的广播信息时，可定位车辆位于第一智能道钉和第二智能道钉之间的车道；

或者车辆接收到第二智能道钉和第三智能道钉的广播信息，且未收到第一智能道钉的广播信息时，可定位车辆位于第二侄女道钉和第三智能道钉之间的车道；

F：车辆接收到第一智能道钉、第二智能道钉、第三智能道钉的广播信息，设车辆横坐标为x，第一智能道钉的坐标为(x_a，x_a)，第三智能道钉的坐标为(x_b，x_b)，接收到第一智能道钉的强度为Ra，接收到的第一智能道钉的强度为R_b，R_ab＝R_b/R_a；R_ba＝R_a/R_b；

x＝[x_b/R_ab+x_a/R_ba]/[1/R_ba+1/R_ab]；

设车道宽度为d，若|x-x_b|＜d或|x-x_a|＞d，则车辆位于第二智能道钉和第三智能道钉之间的车道，反之则车辆位于第一智能道钉和第二智能道钉之间的车道；

G：车辆首先接收到第二智能道钉和第三智能道钉的广播信息，随着车辆前进接收到的第二智能道钉和第三智能道钉的广播信息强度逐步增强，当车辆接收的第二智能道钉和第三智能道钉的广播信息强度达到或接近峰值时，同时接收到第一智能道钉的广播信息，此时定位车辆位于第一智能道钉和第二智能道钉之间的车道；

或车辆首先接收到第一智能道钉和第二智能道钉的广播信息，随着车辆前进接收到的第一智能道钉和第二智能道钉的广播信息强度逐步增强，当车辆接收的第一智能道钉和第二智能道钉的广播信息强度达到或接近峰值时，同时接收到第三智能道钉的广播信息，此时定位车辆位于第二智能道钉和第三智能道钉之间的车道。

为了更好的说明本公开，本公开举例以下实施例给予说明：

实施例一

参照图4，将双车道分为四个区域，分别为：

一区，为待定位车辆所在区域；

二区，为一区左侧区域；

三区，为二区前方区域；

四区，为一区前方区域；

所述智能道钉分别布设在四个区域的四周上，分别为1号智能道钉、2号智能道钉、3号智能道钉、4号智能道钉、5号智能道钉、6号智能道钉、7号智能道钉、8号智能道钉和9号智能道钉；

在本实施例中，第一智能道钉即为6号智能道钉；第二智能道钉即为5号智能道钉；第三智能道钉即为4号智能道钉；

本实施例中，仅在一区内有待定位车辆，此时，待定位车辆正在从一区向四区行驶；终端仅接收到5号和6号智能道钉的广播信息，此时触发的智能道钉RSSI波形图如图5所示；匹配该场景的定位方法如下：

定位车辆横向位置的方法：采用E方法，车辆经所在车道有一区进入区域四区时触发5号和6号智能道钉广播，此时4号智能道钉无广播，因此通过判断被触发的道钉所在位置即可得出待定位车辆行驶车道，实现横向定位。

定位车辆纵向位置的方法：采用A方法，当车辆触发6号智能道钉时，从地磁感应车辆到蓝牙发出广播的时间很短，可忽略不计，所以车辆收到第一个广播信息时可近似认为车头正好到达6号智能道钉的横断面上，并以该时间作为零时刻，记为T0，6号智能道钉的纵向坐标S0，待定位车辆的纵向坐标为S1，记录以后每次接收收到6号智能道钉广播的时间为T1，车辆前进的距离便可通过车速与时间的乘积获得。S1＝S0+(T1-T0)×V。当车辆到达9号智能道钉时，该时刻便是下一个零时刻，车辆在纵向方向上的坐标也同步为9号智能道钉的纵坐标，从而在下一个定位单元内进行定位。

实施例二

参照图6，本实施例采用实施例一的车道模型和智能道钉布置模型，不同在于，待定位车辆在一区，二区存在社会车辆；终端接收到4号、5号和6号智能道钉的广播信息，此时触发的智能道钉RSSI波形图如图7所示；匹配该场景的定位方法如下：

定位车辆横向位置的方法：采用F方法；

由于4～6号智能道钉均被触发，无法直接通过判断触发道钉的位置进行横向定位，所以采用基于RSSI的加权质心算法求出车辆的横坐标。设带定位车辆横坐标为x，6号智能道钉的坐标为(x_a，x_a)，4号智能道钉的坐标为(x_b，x_b)，接收到6号智能道钉的强度为Ra，接收到的6号智能道钉的强度为R_b，R_ab＝R_b/R_a；R_ba＝R_a/R_b；

x＝[x_b/R_ab+x_a/R_ba]/[1/R_ba+1/R_ab]；

设车道宽度为d，若|x-x_b|＜d或|x-x_a|＞d，则车辆位于4号智能道钉和5智能道钉之间的车道，反之则车辆位于5智能道钉和6智能道钉之间的车道；

定位车辆纵向位置的方法：采用B方法；

记录车辆接收到6号智能道钉的第一个广播信息时间、接收5号智能道钉的第一个广播信息时间、以及接收到4号智能道钉的第一个广播信息时间的平均时间为T0；

6号智能道钉的纵向坐标为S0，车辆的纵向坐标为S1；车辆接收到6号智能道钉发出的后续每一个广播信息的时间记录为T1，车辆行驶速度为V，则S1＝S0+(T1-T0)*V；

实施例三：

参照图8，本实施例采用实施例一的车道模型和智能道钉布置模型，不同在于，待定位车辆在一区，三区存在社会车辆；终端接收到4号、5号和6号智能道钉的广播信息，此时触发的智能道钉RSSI波形图如图9所示；匹配该场景的定位方法如下：

定位车辆横向位置的方法：采用G方法，由于三区存在社会车辆，4号和5号智能道钉已经被触发广播，定位车辆未驶入四区之前能接收到4号和5号智能道钉广播，并且信号强度不断增强；当定位车辆到达四区时，4号和5号智能道钉广播信息强度达到峰值同时接收到6号智能道钉广播，即可判断出定位车辆在5号和6号智能道钉之间的车道。

定位车辆纵向位置的方法：和实施例一方法相同，即采用A方法。

实施例四：

参照图10，本实施例采用实施例一的车道模型和智能道钉布置模型，不同在于，待定位车辆在一区，四区存在社会车辆；终端接收到5号和6号智能道钉的广播信息，此时触发的智能道钉RSSI波形图如图11所示；匹配该场景的定位方法如下：

定位车辆横向位置的方法：由于一区和三区内无车，因此待定位车辆只会接收到5号和6号智能道钉广播信息，采用E方法，可以根据智能道钉位置直接实现横向位置的定位；

定位车辆纵向位置的方法：由于5号和6号智能道钉已经被四区的社会车辆触发开始广播了，待定位车辆无法接收到5号和6号智能道钉的初始广播信息；

采用C方法，记录车辆接收到6号智能道钉的广播信息峰值时间、接收5号智能道钉的广播信息峰值时间、以及接收到4号智能道钉的广播信息峰值时间的平均时间为T0；

6号智能道钉的纵向坐标为S0，车辆的纵向坐标为S1；车辆接收到6号智能道钉发出的后续每一个广播信息的时间记录为T1，车辆行驶速度为V，则S1＝S0+(T1-T0)*V。

实施例五

参照图12，本实施例采用实施例一的车道模型和智能道钉布置模型，不同在于，待定位车辆在一区，二区和三区存在社会车、或二区和四区存在社会车辆、或三区和四区存在社会车、或者二区、三区、四区均存在社会车辆；在以上四种情况下，由于待定位车辆到达4～6号智能道钉的横断面时，4～6号智能道钉均被触发，

定位车辆横向位置的方法，均采用F方法，即基于RSSI加权定位算法进行横坐标计算，根据得出的位置坐标进行横向定位。即与实施例二的定位车辆横向位置的方法相同：

定位车辆纵向位置的方法：采用D方法，记录车辆接收到6号智能道钉的广播信息峰值时间、接收5号智能道钉的广播信息峰值时间、以及接收到4号智能道钉的广播信息峰值时间的平均时间为T0；

6号智能道钉的纵向坐标为S0，车辆的纵向坐标为S1；车辆接收到6号智能道钉发出的后续每一个广播信息的时间记录为T1，车辆行驶速度为V，则S1＝S0+(T1-T0)*V。

本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。