一种基于UWB技术的智轨车辆库内定位系统及方法与流程

一种基于uwb技术的智轨车辆库内定位系统及方法
技术领域
1.本发明属于智轨车辆库内定位领域，具体涉及一种基于uwb技术的智轨车辆库内定位系统及方法。


背景技术：

2.智轨电车是一种零排放、无污染、双向行驶、多编组的新型公共交通工具，相对于传统的有轨电车和地铁等轨道交通而言还具有投资成本低、建设周期短、灵活性强等特点，是未来城市公共交通的重要方向。现有的智轨车辆定位方法多是基于gps和图片识别进行定位，但gps信号在屋内会大幅度衰减，图片识别对于人员、设备移动频繁的车库难以寻找可靠的参考点进行定位，因此现有的方法在环境复杂的智轨车库内无法实现准确定位。


技术实现要素：

3.uwb定位技术是一种无线载波定位技术，其工作频段高，一般处于3ghz到10ghz，能够克服多种外界信号的干扰，且uwb信号具有超宽频带，信号距离分辨率可达厘米级，使用uwb定位技术可实现复杂环境的高精度定位。将uwb定位技术运用于智轨车辆库内定位具有广泛的运用前景。
4.针对现有技术以上缺陷或改进需求中的至少一种，本发明提供了一种基于uwb技术的智轨车辆库内定位系统及方法，主要包括uwb定位基站、uwb定位标签、数据传输器和主控机；uwb定位基站和uwb定位标签相互发射和接受uwb信号，实现uwb定位标签到uwb定位基站的距离测量；利用数据传输器将距离信息和各uwb定位基站和uwb定位标签身份信息传输至主控机；主控机利用身份信息和距离信息组合计算各uwb定位标签的位置，从而实现库内智轨车辆的定位。整个系统和方法实现了智轨车辆库内定位的全自动化，有效提高智轨车辆的库内智能化管理程度，降低了管理成本，并能为智轨列车的各种作业提供库内线路规划，提高作业效率，创造更大的经济效益。
5.为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于uwb技术的智轨车辆库内定位系统，其中，包括：
6.安装于智轨车辆库内的若干库内uwb定位基站和对应的数据传输器，安装于智轨车辆的若干车载uwb定位标签，还包括主控机；
7.所述uwb定位基站用于向uwb定位标签发射uwb信号，并接收来自uwb定位标签发射的uwb信号，计算uwb定位标签到uwb定位基站的距离，以及将距离信息传输给数据传输器；
8.所述uwb定位标签用于接收来自uwb定位基站发射的uwb信号，向uwb定位基站发射uwb信号；
9.所述数据传输器用于接收来自uwb定位基站传输的距离信息，将uwb定位基站编号及其距离信息传输至主控机；
10.所述主控机用于接收来自多个数据传输器传输的信息，根据uwb定位基站位置以及距离信息计算每个uwb定位标签位置，并根据车载uwb定位标签的位置确定智轨车辆在库
内的位置。
11.进一步优选地，至少在智轨车辆的四角布置有车载uwb定位标签。
12.为实现上述目的，按照本发明的另一个方面，还提供了一种基于uwb技术的智轨车辆库内定位方法，其中，包括如下步骤：
13.s1、在智轨列车车库内根据uwb定位基站信号覆盖范围布置多个uwb定位基站；
14.s2、将数据传输器安装在uwb定位基站，使其能够无线传输距离信息；
15.s3、根据uwb定位基站，在主控机上设置uwb定位基站的库内位置；
16.s4、开始定位时，uwb定位基站先发射uwb信号；
17.s5、已分布于智轨列车的uwb定位标签接收到uwb定位基站发射的uwb定位信号后，在固定的延时后向uwb定位基站发射的uwb定位信号；
18.s6、uwb定位基站接收到uwb定位基站发射的uwb信号后，计算uwb信号传播时间；
19.s7、uwb定位基站根据uwb信号传播时间计算uwb定位标签到uwb定位基站的距离；
20.s8、uwb定位基站将距离信息传输给数据传输器；
21.s9、数据传输器将距离信息传输给主控机；
22.s10、主控机根据uwb定位基站位置以及uwb定位标签到达uwb定位基站的距离计算uwb定位标签位置；
23.s11、主控机根据车载uwb定位标签的位置确定智轨车辆在库内的位置。
24.进一步优选地，在步骤s1中，使库内所有车辆停车点至少处于3个uwb定位基站的信号范围以内。
25.进一步优选地，在步骤s4中，uwb定位基站发射的uwb信号包含uwb定位基站身份信息。
26.进一步优选地，在步骤s5中，uwb定位标签向uwb定位基站发射的uwb定位信号包含uwb定位标签身份信息。
27.进一步优选地，在步骤s6中，传播时间＝(uwb定位基站接收信号时刻-uwb定位基站发射信号时刻-uw定位标签固定延时时长)/2。
28.进一步优选地，在步骤s7中，uwb定位标签到uwb定位基站的距离＝传播时间
×
信号在空气中的传播速度。
29.进一步优选地，在步骤s8中，uwb定位基站传输给数据传输器的距离信息包含uwb定位基站身份信息和uwb定位标签身份信息。
30.进一步优选地，在步骤s9中，数据传输器传输给主控机的距离信息包含uwb定位基站身份信息和uwb定位标签身份信息。
31.上述优选技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
32.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
33.1、本发明的基于uwb技术的智轨车辆库内定位系统及方法，最大的特点就是实现了智轨车辆库内的高精度定位，可以有效提高智轨车辆的库内智能化管理程度，降低了管理成本，并能为智轨列车的检修作业提供库内线路规划，提高检修效率，创造更大的经济效益。
34.2、本发明的基于uwb技术的智轨车辆库内定位系统及方法，与传统的gps定位相
比，传统的gps定位无法实现室内定位，而本发明提出的定位方法能够实现库内定位；与蓝牙、wifi等定位方法相比，本发明提出的定位方法抗干扰性强、定位精度高，适合智轨列车库内复杂环境的高精度定位。
附图说明
35.图1是本发明实施例的基于uwb技术的智轨车辆库内定位方法的流程示意图；
36.图2是单个uwb定位标签定位原理示意图；
37.图3是多个uwb定位标签定位原理示意图；
38.图4是智轨列车上的uwb定位标签布置示意图。
具体实施方式
39.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面结合具体实施方式对本发明进一步详细说明。
40.作为本发明的一种较佳实施方式，本发明提供一种基于uwb技术的智轨车辆库内定位系统及方法，定位系统设备主要包括安装于智轨车辆库内的若干库内uwb定位基站和对应的数据传输器，安装于智轨车辆的若干车载uwb定位标签，还包括主控机，系统自动化程度高，可有效提高智轨车辆库内管理效率，节约管理时间和经济成本。
41.uwb定位基站主要功能包括：向uwb定位标签发射uwb信号，接收来自uwb定位标签发射的uwb信号，计算uwb定位标签到uwb定位基站的距离，以及将距离信息传输给数据传输器。
42.uwb定位标签主要功能包括：接收来自uwb定位基站发射的uwb信号，向uwb定位基站发射uwb信号。
43.数据传输器主要功能包括：接收来自uwb定位基站传输的距离信息，将uwb定位基站编号及其距离信息转化为无线信号传输至主控机。数据传输器与uwb定位基站通过信号线直接相连接。
44.主控机主要功能包括：接收来自多个数据传输器传输的信息，根据uwb定位基站位置以及距离信息计算uwb定位标签位置，并根据车载uwb定位标签的位置确定智轨车辆在库内的位置。
45.如图1所示，基于uwb技术的智轨车辆库内定位方法的过程部分如下：
46.1.在智轨列车车库内根据uwb定位基站信号覆盖范围布置多个uwb定位基站，使库内所有车辆停车点至少处于3个uwb定位基站的信号范围以内(单个uwb定位基站信号覆盖半径约为60m)；
47.2.并将数据传输器安装在uwb定位基站，使其能够无线传输距离信息；
48.3.根据uwb定位基站，在主控机上设置uwb定位基站的库内位置；
49.4.开始定位时，uwb定位基站会先发射uwb信号(包含uwb定位基站身份信息)；
50.5.智轨列车车内uwb定位标签接收到uwb定位基站发射的uwb定位信号后，会在固定的延时后向uwb定位基站发射的uwb定位信号(包含uwb定位标签身份信息)；
51.6.uwb定位基站会接收到uwb定位基站发射的uwb信号后，计算uwb信号传播时间，传播时间＝(uwb定位基站接收信号时刻-uwb定位基站发射信号时刻-uw定位标签固定延时时长)/2；
52.7.uwb定位基站根据uwb信号传播时间计算uwb定位标签到uwb定位基站的距离，距离＝传播时间
×
信号在空气中的传播速度(恒定)；
53.8.uwb定位基站将距离信息(包含uwb定位基站身份信息和uwb定位标签身份信息)传输给数据传输器；
54.9.数据传输器将距离信息(包含uwb定位基站身份信息和uwb定位标签身份信息)传输给主控机；
55.10.主控机根据uwb定位基站位置以及uwb定位标签到达uwb定位基站的距离计算uwb定位标签位置；
56.11.主控机根据车载uwb定位标签的位置确定智轨车辆在库内的位置。
57.主控机计算uwb定位标签位置方法如下：
58.1.当uwb定位基站位置以及距离信息可以以uwb定位基站为中心，以距离信息中的距离为半径画圆，uwb定位标签的位置就处于该圆上；
59.2.当3个及以上uwb定位基站对同一uwb定位标签进行定位时，则能够确定uwb定位标签的位置如图2；
60.3.利用距离信息上的uwb定位基站身份信息和uwb定位标签身份信息，可以分辨不同uwb定位基站和不同uwb定位标签的距离，从而实现多目标同时定位，如图3所示。
61.至少在智轨车辆四角布置uwb定位标签如图4所示(图中尺寸单位为mm)，还可以在车辆中部、首尾等其他位置布置uwb定位标签，在智轨列车车库内按前述要求布置uwb定位基站，便能够实现多智轨车辆的库内同时定位，从而提高智轨车辆管理效率，降低管理成本。
62.综上所述，与现有技术相比，本发明的方案具有如下显著优势：
63.本发明的基于uwb技术的智轨车辆库内定位系统及方法，最大的特点就是实现了智轨车辆库内的高精度定位，可以有效提高智轨车辆的库内智能化管理程度，降低了管理成本，并能为智轨列车的检修作业提供库内线路规划，提高检修效率，创造更大的经济效益。
64.本发明的基于uwb技术的智轨车辆库内定位系统及方法，与传统的gps定位相比，传统的gps定位无法实现室内定位，而本发明提出的定位方法能够实现库内定位；与蓝牙、wifi等定位方法相比，本发明提出的定位方法抗干扰性强、定位精度高，适合智轨列车库内复杂环境的高精度定位。
65.可以理解的是，以上所描述的系统的实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，既可以位于一个地方，或者也可以分布到不同网络单元上。可以根据实际需要选择其中的部分或全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
66.另外，本领域内的技术人员应当理解的是，在本发明实施例的申请文件中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或
者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
67.本发明实施例的说明书中，说明了大量具体细节。然而应当理解的是，本发明实施例的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。类似地，应当理解，为了精简本发明实施例公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明实施例的示例性实施例的描述中，本发明实施例的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。
68.然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明实施例要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明实施例的单独实施例。
69.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例各实施例技术方案的精神和范围。