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隧道车辆定位技术研究及在重点营运车辆管控中的应用

隧道车辆定位技术研究及在重点营运车辆管控中的应用

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作者：黄文摄华南理工大学

学位级别：硕士

隧道在缩短通行距离、提高运输能力等方面起到重要的作用。且随着交通建设技术的创新,海底沉管隧道已逐渐成为快速连接隔海地区,加强两地的资源利用整合及促进经济发展的新型交通方式,其修建在非常不容易的路段,具有投资大、工效高、车... 详细信息

隧道在缩短通行距离、提高运输能力等方面起到重要的作用。且随着交通建设技术的创新,海底沉管隧道已逐渐成为快速连接隔海地区,加强两地的资源利用整合及促进经济发展的新型交通方式,其修建在非常不容易的路段,具有投资大、工效高、车道多、距离长、通行环境封闭且水下互通分合流复杂等特点。若隧道内出现重特大事故,管控救援不及时,将造成不可估量的生命财产损失。因而长大隧道内的车辆定位及基于车辆定位的重点营运车辆管控是目前智慧隧道建设及安全运营管理的重要方向。本文研究了隧道内车辆定位关键算法优化及仿真分析、布设方法与融合数据处理。在此基础上,结合作者本人参与的国家某重要跨江通道信息化建设实际项目,研究了隧道定位技术在重点营运车辆管控中的应用,本文主要研究内容如下:1.通过研究GDOP值与卫星仰角方位角分布关系,给出了关键算法之一的北斗与GPS双模组合信号播发改进选星算法,实现了隧道内外连续定位覆盖的选星任务。仿真与测试结果表明,改进的选星算法在计算耗时上明显远远小于传统最小GDOP值方法。2.研究了隧道卫星导航定位技术信号传播及误差组成,给出了关键算法之二的隧道金属环境信号多径效应消弱方法,有效降低了金属环境对定位结果的影响。仿真与测试结果表明,使用该方法的隧道内导航定位有效消弱了多径误差影响。3.分析了隧道导航定位精度需求与信号播发模型精度,给出了隧道内卫星模拟信号网格化播发方法,进行了布设方法设计。根据隧道内高动态车道级车辆定位需求,给出了雷达和视频检测设备布设方法和联合处理。实测结果表明,可实现隧道内外无缝衔接卫星导航定位,精度满足15米以内,雷视检测准确率车辆总数96%以上、车道内车型识别95%以上、车牌识别95%以上。4.在优化关键算法和布设的基础上,通过研究隧道导航定位与雷视车道级车辆识别两种数据关系,给出了融合数据处理设计,实现了隧道内车辆行车位置的车道级定位,可为隧道内事故车道封锁、车道拥堵预报、车辆变道跟踪等车道级应用提供数据支撑。5.基于实际隧道实现了定位技术部署及在重点营运车辆管控中的应用,路段测试结果表明,车辆监控效果良好,可为隧道提供重点营运车辆的车道级管控、预警以及分流等监管服务。

关键词：北斗/GPS导航雷视检测隧道车辆定位重点营运车辆管控

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基于可见光通信的隧道车辆定位系统设计

基于可见光通信的隧道车辆定位系统设计

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作者：董世樑江苏理工学院

学位级别：硕士

随着我国公路建设步伐的进一步加快,特别是山区高速公路的发展,其催生的隧道数量急剧增长。由于隧道具有内部空间狭小、结构复杂、封闭性强等特点,导致GPS系统在隧道内部失去定位功能,给汽车的安全、平稳行驶航带来了一定的阻碍。因此... 详细信息

随着我国公路建设步伐的进一步加快,特别是山区高速公路的发展,其催生的隧道数量急剧增长。由于隧道具有内部空间狭小、结构复杂、封闭性强等特点,导致GPS系统在隧道内部失去定位功能,给汽车的安全、平稳行驶航带来了一定的阻碍。因此需要一种不依靠GPS信号来实现隧道车辆定位的新技术。在现有的以Wi-Fi、蓝牙、ZigBee为代表的等其他短距离无线定位技术精度较低、无线频谱资源消耗严重、工程实施成本高、系统布局复杂的背景下,可见光定位技术作为可见光通信技术主要应用之一,其充分利用现有照明设施的同时,还可以获取较高的定位精度。本课题以实验室项目为依托,主要从隧道可见光通信信道特性研究、通信节点设计、定位算法三个方面对基于可见光通信的隧道车辆定位系统进行研究。首先,从LED的特性入手,分别对LED的发光原理、电气及光学特性和发光辐射模型进行详细的阐述。结合隧道的实际环境分析了可见光通信链路,并利用Matlab对光源布局进行设计仿真,使其光照区域平均亮度达到系统的照明和通信需求。然后,根据系统需求设计了锚节点和移动采集节点硬件电路的设计,锚节点可实现在不影响正常照明的前提下可将数据信息以光的形式发送出去;移动采集节点实现对光信号的采集并通过放大得到RSS信号和通过整形还原出数据信息。同时,基于FPGA开发模块实现了系统的通信,控制单元软件的设计。最后,提出并实现了基于三边定位的可见光定位算法的设计。在离线建模阶段对接收到的RSS信号进行拟合得出“RSS-距离”经验公式;在线定位阶段首先经过评估筛选出3组RSS数据,然后结合“RSS-距离”经验公式和采用最大似然估计的三边定位算法得出最终定位结果。

关键词：可见光通信隧道车辆定位锚节点移动节点 RSS 三边定位

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面向隧道定位的车道线辅助航向估计方法研究

面向隧道定位的车道线辅助航向估计方法研究

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作者：彭雅慧东南大学

学位级别：硕士

隧道是高速公路网的重要组成部分,准确的车辆定位对预防隧道内交通事故、提供及时救援具有重要应用价值。多源融合技术适用于多种场景下的车辆定位,其核心是将多种传感器的定位信息进行重组和优化。隧道作为车辆定位的典型复杂场景,其... 详细信息

隧道是高速公路网的重要组成部分,准确的车辆定位对预防隧道内交通事故、提供及时救援具有重要应用价值。多源融合技术适用于多种场景下的车辆定位,其核心是将多种传感器的定位信息进行重组和优化。隧道作为车辆定位的典型复杂场景,其结构的特殊性容易造成多种传感器使用受限,已成为当前车辆定位的热点和难点问题。同时也应注意到,隧道具有场景连续、车道变化平缓的特点,如能充分挖掘特征之间的关联性,增加场景信息的可用性,可有效增加对多源融合定位系统的模型约束。为此,本文深入研究面向隧道定位的车道线辅助航向角估计方法。主要研究内容和成果如下:(1)提出了基于图像处理和大地测量的车道线特征衍化方法。从图像处理的角度,使用FLD(Fast Line Detector)算法检测车道线结构特征并计算直线角度,实现高维特征的降维;将车辆位置与车道线地图匹配,采用Vincenty法计算车道线方位角及其与航向角的夹角,实现车道线地图关联车辆位置并转化为方位夹角。在两种设备和场景下的实验分析可知,车道线特征衍化方法具有可行性,车道线直线角度与方位夹角强相关且呈负相关,即车道线角度能有效表达车辆前进方向,可应用于定位。(2)提出了基于BP-GRU的航向角估计方法。利用车道线直线角度与方位夹角的相关性以及车辆对角度变化的感知,以直线角度和车辆速度为输入,使训练好的BP神经网络模型能够预测方位夹角。地图匹配计算的方位角受定位误差影响,为减少其对航向角估计的影响,利用车道线变化连续且平缓的特点,采用门控循环单元(Gated Recurrent Unit,GRU)预测车道线方位角。GRU以5为时间步长预测方位角并反馈计算,将方位角与BP神经网络预测的方位夹角相加以计算航向角,实现不依赖于定位系统的航向角估计。经实测数据验证,该方法可在隧道内自主估计航向角,综合RMSE为0.52°,与测量传感器相比有效提高了航向角测量的精度和独立性。(3)提出了附加航向角约束的隧道内融合定位方法。进入隧道前,采用GNSS/INS组合定位方式获得连续可靠的车辆定位信息,为航向角预测模型提供了高频的训练数据;进入隧道后,采用INS/ODO组合定位方式,增加了车道线航向角约束,扩展了融合系统的量测方程,并采用量测噪声自适应滤波降低了干扰对系统的影响;采用量测组合滤波的方法实现并行系统量测信息同步,降低了组合计算时间滞后造成的定位误差。经全长9.6km的隧道内实测数据验证,相比于无航向角约束的组合定位方式,附加航向角约束的多源融合定位系统在纬度和经度上的定位精度分别提高了50.49%和50.88%。出隧道口时,平面位置精度提升了49.46%。综上所述,本文分别围绕车道线与行驶车辆的动态关联性、隧道场景下辅助车辆定位的信息获取方式、多源融合定位算法等方面开展了深入的研究,设计实现车道线辅助航向估计方法并应用于多源融合定位中。以车辆对角度变化的感知为基础,提出一种独立的场景关联的航向角估计方法,能够有效改善长隧道内多源融合定位精度随时间快速降低的问题,为场景感知在隧道内车辆定位中的应用提供了算法和实践参考。

关键词：隧道车辆定位车道线辅助神经网络航向估计多源融合定位

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