一种室内车辆的精确定位导航系统及其方法

摘要

一种室内车辆的精确定位导航系统，由WSN定位子系统、RFID定位子系统和车辆轨迹定位子系统三者组合，实现对室内车辆的精确定位导航。WSN定位子系统包括控制中心、网关节点、锚节点和移动节点，网关节点、锚节点和移动节点组成无线传感器网络；RFID定位子系统包括RFID读写器、RFID天线和无源RFID标签，无源RFID标签沿室内通道等间距排列，RFID读写器和RFID天线安装在车辆上；车辆轨迹定位子系统包括电子罗盘、光电码盘和转角传感器，当车辆行驶在无源RFID标签的定位盲区时，实时测量车辆行进的方向、车轮的转动距离和转动角度，进行轨迹计算确定车辆的精确位置，并将该精确位置由WSN定位子系统的移动节点传给控制中心，通过车载导航显示模块实时显示当前位置和导航路径。

主权项

一种室内车辆的精确定位导航系统，包括WSN和RFID定位子系统和增设的车辆轨迹定位子系统，WSN定位子系统、RFID定位子系统和车辆轨迹定位子系统三者组合运用，实现对室内车辆的精确定位导航；其中：WSN定位子系统包括控制中心、网关节点、锚节点和移动节点，其中，网关节点、锚节点和移动节点组成无线传感器网络，其通信范围覆盖室内所有区域；控制中心设有PC机，控制中心与网关节点以有线方式进行通信，实现数据分析、数据查询、实时监控及指令下发；网关节点进行无线网络控制、数据汇聚和通信中继；锚节点是固定节点，按照网状分布在室内；移动节点安装在室内车辆上，利用固定的锚节点对其进行无线测距确定车辆所处的位置，并将位置信息通过无线传感器网络传给控制中心；RFID定位子系统采用无源结构，包括RFID读写器、RFID天线和无源RFID标签，无源RFID标签作为精确定位校准点，沿室内通道路线等间距排列；RFID读写器和RFID天线安装在室内车辆上，在车辆行驶过程中通过读取室内通道路线上的无源RFID标签，能够确定车辆所经过的具体校准点位置并对车辆进行定位校准；车辆轨迹定位子系统包括电子罗盘、光电码盘和转角传感器，电子罗盘用于测量车辆行进的方向，光电码盘用于测量车轮的转动距离，转角传感器用于测量车轮的转动角度，当车辆行驶在两个无源RFID标签之间的定位盲区内时，通过实时测量车辆行进的方向、车轮的转动距离和转动角度进行轨迹计算能够确定车辆的精确位置，并将该精确位置信息由WSN定位子系统的移动节点通过无线传感器网络传给控制中心；上述WSN定位子系统中的移动节点、RFID定位子系统中的RFID读写器和RFID天线、车辆轨迹定位子系统以及导航显示模块组成车载定位导航装置，导航显示模块设有显示屏，与移动节点相连接，能够实时显示当前位置和导航路径信息；所说WSN定位子系统中的移动节点包括微控制器模块和无线模块，微控制器模块用于控制WSN定位子系统、RFID定位子系统和车辆轨迹定位子系统进行组合定位导航，并对定位信息进行分析处理，将车辆的当前位置和导航路径信息在导航显示模块上显示，无线模块能够将车辆的当前位置信息通过无线传感器网络传给控制中心，也能够接收控制中心发送的指令信息；所说RFID定位子系统中的RFID读写器为UHF RFID读写器；无源RFID标签为UHF RFID无源电子标签，其中写入用于定位校准的标签信息和位置信息；RFID天线为定向天线，其方向指向通道路线上贴有无源RFID标签的方向；其特征在于：运用WSN定位子系统对室内车辆进行区域定位，运用RFID定位子系统对室内车辆进行定位校准，在两个无源RFID标签之间的定位盲区内运用车辆轨迹定位子系统进行定位，通过三个定位子系统的交叉使用进行组合定位导航，包括以下步骤：步骤1，WSN定位子系统中的网关节点和锚节点组成无线传感器网络，启动WSN定位子系统，当室内车辆处于室内有无线传感器网络信号覆盖的区域即导航区域时，车辆上的移动节点将加入无线传感器网络，移动节点加入无线传感器网络后再启动RFID定位子系统，使车辆上的RFID读写器进行无源RFID标签读取扫描；步骤2，如果RFID读写器未读到无源RFID标签并且车辆轨迹定位子系统未启动，则说明车辆在空旷区域即导航区域中没有布置无源RFID标签的区域，并未进入通道区域即导航区域中布置无源RFID标签的区域，车辆上的移动节点将利用固定的锚节点对其进行无线测距，确定车辆所处的位置，同时在导航显示模块上进行实时位置显示和导航，并将位置信息传至控制中心，随后重复进行步骤2；如果RFID读写器未读到无源RFID标签并且车辆轨迹定位子系统已经启动：则说明车辆在通道区域中两个无源RFID标签之间的定位盲区内，车辆将继续进行轨迹定位，进行步骤5；如果RFID读写器读到某一无源RFID标签，则进行步骤3；步骤3：当车辆上的RFID读写器读到某一无源RFID标签时，通过标签内的位置信息确定该标签所在的具体位置，立即对车辆进行定位校准，进行步骤4；步骤4：RFID读写器读到某一无源RFID标签时，如果车辆轨迹定位子系统未启动，则说明车辆刚进入通道区域，立即启动轨迹定位子系统开始轨迹定位，进行步骤5；RFID读写器读到某一无源RFID标签时，如果车辆轨迹定位子系统已经启动，则说明车辆已经处于通道区域内，车辆继续进行轨迹定位，进行步骤5；步骤5：车辆轨迹定位子系统实时测量车辆行进的方向、车轮的转动距离和转动角度，测量信号由移动节点的微控制器进行分析处理，并通过已知的轨迹计算确定车辆所处的精确位置，通过已知的路径规划对车辆进行导航显示和控制，而移动节点的无线模块将车辆的精确位置及行驶路线信息通过无线传感器网络传给控制中心；如果通过轨迹定位判断出车辆驶出了通道区域，则关闭车辆轨迹定位子系统，并重复进行步骤2；如果通过轨迹定位判断出车辆未驶出通道区域，则直接重复进行步骤2。