一种基于角度测量的obu定位方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于角度测量的OBU定位方法及系统，涉及智能交通【技术领域】，所述方法包括以下步骤：S1：通过获取已知车载单元到路侧单元天线的入射角度和已知车载单元的车道坐标位置，计算出所述入射角度与所述车载单元在车道坐标系中坐标之间的换算公式；S2：获取待定位车载单元到路侧单元天线的当前入射角度；S3：根据获取的当前入射角度与所述换算公式计算所述车载单元在车道坐标系中坐标，以实现所述待定位车载单元的定位。本发明使用车载单元到路侧单元天线的当前入射角度实现定位，降低了对路侧单元天线角度和高度等安装精度要求，方便工程安装，在简化硬件实现基础上，提高了定位精度和稳定性，有效解决邻道干扰问题。
【专利说明】一种基于角度测量的OBU定位方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及智能交通【技术领域】，特别涉及一种基于角度测量的OBU定位方法及系统。
【背景技术】
[0002]电子不停车收费系统(ETC)是一种使用于道路、大桥、隧道、停车场等场所的电子收费系统。该系统具有节省时间，提高收费效率，节约能源，提高环保质量，降低收费管理费用等益处，在我国应用越来越广泛。现有的高速公路ETC系统主要包括下列设备:
[0003](I)车道计算机:负责对车道状态进行控制，并完成信息处理。
[0004](2) ETC路侧单元(RSU，Road Side Unit):由RSU天线和RSU控制器组成，内含消费安全访问模块，对车载单元进行安全认证并完成信息采集，将信息传送给车道计算机。RSU天线一般安装在4、5米高，每个RSU覆盖一个车道。
[0005](3) ETC车载单元(OBU，On Board Unit):车载单元OBU安装在用户车辆上，装载用户身份信息和嵌入式安全模块，在交易时进行安全认证，对用户IC卡进行读写并将信息发送至路侧单元。
[0006]随着用户增多，ETC系统中的缺点逐渐暴露出来，其中邻道干扰最为突出。为较好地解决这一问题，需要使用具有定位功能的ETC系统。
[0007]目前，已经具有基于时间测量和基于场强测量的ETC定位系统。基于时间测量的ETC系统定位精度较高，但要求测量设备精度高，硬件实现非常困难。基于场强测量的ETC系统定位精度较低，且易受干扰，稳定性不足。
【发明内容】
[0008](一)要解决的技术问题
[0009]本发明要解决的技术问题是:在降低硬件实现难度的基础上，提高定位精度和定位稳定性。
[0010](二)技术方案
[0011]为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于角度测量的OBU定位方法，所述方法包括以下步骤:
[0012]S1:通过获取已知车载单元到路侧单元天线的入射角度和已知车载单元的车道坐标位置，计算出所述入射角度与所述车载单元在车道坐标系中坐标之间的换算公式；
[0013]S2:获取待定位车载单元到路侧单元天线的当前入射角度；
[0014]S3:根据获取的当前入射角度与所述换算公式计算所述车载单元在车道坐标系中坐标，以实现所述待定位车载单元的定位。
[0015]其中，步骤SI包括:
[0016]SlOl:根据所述路侧单元天线的位置获取路侧单元天线的安装高度；
[0017]S102:建立所述车道坐标系和以所述路侧单元天线中心点作为坐标原点的天线坐标系;
[0018]S103:在所述车道坐标系中选择至少三个不共直线的标定点，在各标定点分别放置车载单元，记录各标定点上车载单元在所述车道坐标系中坐标，并获取各标定点上车载单元到路侧单元天线的入射角度；
[0019]S104:根据所述安装高度、车道坐标系、天线坐标系、各标定点上车载单元在所述车道坐标系中坐标及各标定点上车载单元到路侧单元天线的入射角度来确定所述换算公式。
[0020]其中，步骤S103中，在所述车道坐标系中选择至少三个不共直线的标定点包括:
[0021]将所述车道沿横跨路面方向分为至少两个区域，在每个区域中选择至少三个不同直线的标定点；
[0022]步骤S104包括:
[0023]根据所述安装高度、车道坐标系、天线坐标系、各标定点上车载单元在所述车道坐标系中坐标及各标定点上车载单元 到路侧单元天线的入射角度来确定各区域的换算公式；
[0024]步骤S104之后还包括:
[0025]将相邻区域分界处的入射角度作为入射角度阈值；
[0026]步骤S3包括:
[0027]S301:将所述当前入射角度与所述入射角度阈值进行比较，以选择所述待定位车载单元在车道坐标系中坐标之间的换算公式；
[0028]S302:根据所选择的换算公式及所述当前入射角度计算所述车载单元在车道坐标系中坐标，以实现所述待定位车载单元的定位。
[0029]其中，所述天线坐标系以所述路侧单元横向天线阵列方向为X轴，以所述路侧单元纵向天线阵列方向为Z轴，以垂直所述路侧单元天线阵列所在平面方向为Y轴；
[0030]所述车道坐标系以横跨路面方向为X轴，来车方向为Y轴，竖直方向为Z轴，并以所述路侧单元天线的中心在地面上的投影点作为坐标原点。
[0031]其中，所述入射角度包括α和β，α为待定位车载单元到路侧单元天线的入射方向与天线坐标系X轴之间的夹角，β为待定位车载单元到路侧单元天线的入射方向与天线坐标系Z轴之间的夹角。
[0032]其中，所述换算公式为:
[0033]
【权利要求】
1.一种基于角度测量的OBU定位方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤: S1:通过获取已知车载单元到路侧单元天线的入射角度和已知车载单元的车道坐标位置，计算出所述入射角度与所述车载单元在车道坐标系中坐标之间的换算公式； S2:获取待定位车载单元到路侧单元天线的当前入射角度； S3:根据获取的当前入射角度与所述换算公式计算所述车载单元在车道坐标系中坐标，以实现所述待定位车载单元的定位。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤SI包括: 5101:根据所述路侧单元天线的位置获取路侧单元天线的安装高度； 5102:建立所述车道坐标系和以所述路侧单元天线中心点作为坐标原点的天线坐标系; S103:在所述车道坐标系中选择至少三个不共直线的标定点，在各标定点分别放置车载单元,记录各标定点上车载单元在所述车道坐标系中坐标,并获取各标定点上车载单元到路侧单元天线的入射角度； S104:根据所述安装高度、车道坐标系、天线坐标系、各标定点上车载单元在所述车道坐标系中坐标及各标定点上车载单元到路侧单元天线的入射角度来确定所述换算公式。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S103中，在所述车道坐标系中选择至少三个不共直线的标定点包括: 将所述车道沿横跨路面 方向分为至少两个区域，在每个区域中选择至少三个不同直线的标定点； 步骤S104包括: 根据所述安装高度、车道坐标系、天线坐标系、各标定点上车载单元在所述车道坐标系中坐标及各标定点上车载单元到路侧单元天线的入射角度来确定各区域的换算公式； 步骤S104之后还包括: 将相邻区域分界处的入射角度作为入射角度阈值； 步骤S3包括: S301:将所述当前入射角度与所述入射角度阈值进行比较，以选择所述待定位车载单元在车道坐标系中坐标之间的换算公式； S302:根据所选择的换算公式及所述当前入射角度计算所述车载单元在车道坐标系中坐标，以实现所述待定位车载单元的定位。
4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述天线坐标系以所述路侧单元横向天线阵列方向为X轴，以所述路侧单元纵向天线阵列方向为Z轴，以垂直所述路侧单元天线阵列所在平面方向为Y轴； 所述车道坐标系以横跨路面方向为X轴，来车方向为Y轴，竖直方向为Z轴，并以所述路侧单元天线的中心在地面上的投影点作为坐标原点。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述入射角度包括α和β，α为待定位车载单元到路侧单元天线的入射方向与天线坐标系X轴之间的夹角，β为待定位车载单元到路侧单元天线的入射方向与天线坐标系Z轴之间的夹角。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述换算公式为:
P (xp, yp, zp) =P' (xp,，yp>，zp’) *M+Pr (xr, yr, zr)，
7.一种基于角度测量的OBU定位系统，其特征在于，所述系统包括: 换算公式获取模块，用于通过获取已知车载单元到路侧单元天线的入射角度和已知车载单元的车道坐标位置，计算出所述入射角度与所述车载单元在车道坐标系中坐标之间的换算公式； 角度获取模块，用于获取待定位车载单元到路侧单元天线的当前入射角度； 定位模块，用于根据获取的当前入射角度与所述换算公式计算所述车载单元在车道坐标系中坐标，以实现所述待定位车载单元的定位。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述换算公式获取模块包括: 高度获取子模块，用于根据所述路侧单元天线的位置获取路侧单元天线的安装高度；坐标系建立子模块，用于建立所述车道坐标系和以所述路侧单元天线中心点作为坐标原点的天线坐标系； 标定点选择子模块，用于在所述车道坐标系中选择至少三个不共直线的标定点，在各标定点分别放置车载单元，记录各标定点上车载单元在所述车道坐标系中坐标，并获取各标定点上车载单元到路侧单元天线的入射角度； 换算公式确定子模块，用于根据所述安装高度、车道坐标系、天线坐标系、各标定点上车载单元在所述车道坐标系中坐标及各标定点上车载单元到路侧单元天线的入射角度来确定所述换算公式。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述标定点选择子模块在所述车道坐标系中选择至少三个不共直线的标定点包括: 将所述车道沿横跨路面方向分为至少两个区域，在每个区域中选择至少三个不同直线的标定点； 所述换算公式确定子模块，用于根据所述安装高度、车道坐标系、天线坐标系、各标定点上车载单元在所述车道坐标系中坐标及各标定点上车载单元到路侧单元天线的入射角度来确定各区域的换算公式； 所述换算公式获取模块还包括:阈值确定子模块，用于将相邻区域分界处的入射角度作为入射角度阈值； 所述定位模块包括: 阈值比较子模块，用于将所述当前入射角度与所述入射角度阈值进行比较，以选择对应区域的所述入射角度与所述待定位车载单元在车道坐标系中坐标之间的换算公式； 坐标计算子模块，用于根据所选择的换算公式及所述当前入射角度计算所述车载单元在车道坐标系中坐标，以实现所述待定位车载单元的定位。
10.如权利要求8或9所述的系统，其特征在于，所述天线坐标系以所述路侧单元横向天线阵列方向为X轴，以所述路侧单元纵向天线阵列方向为Z轴，以垂直所述路侧单元天线阵列所在平面方向为Y轴； 所述车道坐标系以横跨路面方向为X轴，来车方向为Y轴，竖直方向为Z轴，并以所述路侧单元天线中心在地面上的投影点作为坐标原点。
11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述入射角度包括a和β，a为待定位车载单元到路侧单元天线的入射方向与天线坐标系X轴之间的夹角，β为待定位车载单元到路侧单元天线的入射方向与天线坐标系Z轴之间的夹角。
12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述换算公式为:
【文档编号】G01S5/06GK103698744SQ201410001368
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2014年1月2日 优先权日:2014年1月2日
【发明者】王帮云, 时也, 杨胜姚 申请人:北京万集科技股份有限公司