CN108966135A - 一种基于iBeacon技术的地下互通辅助导航*** - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于iBeacon技术的地下互通辅助导航***。本发明根据地下互通道路85％位车速以及驾驶人总反应时间计算布设间隔距离，以布设间隔距离为间隔在地下互通道路等间隔均匀布设Beacon基站；各地下互通道路中布设的Beacon基站发送广播数据包，行驶车辆通过设备的蓝牙接收广播数据包，并根据接收广播数据包计算行驶车辆位置；将车辆位置输入至行驶车辆导航***中同时对下一导航动作进行语音播报，进行在地下互通道路中导航。本发明实现了在地下互通道路导航的目的，减少了地下互通道路交通事故的发生，保障地下互通道路安全高效运行。

Description

一种基于iBeacon技术的地下互通辅助导航***

技术领域

本发明涉及智能交通技术领域，尤其涉及一种基于iBeacon技术的地下互通辅助导航***。

背景技术

近年来，城市人口膨胀、土地资源稀缺、交通拥堵等问题困扰着城市的建设和发展，地下互通道路的开发已经成为国内外许多大城市关注的热点。目前日本东京、美国波士顿、西班牙马德里、新加坡等国外大城市都成功进行了地下互通道路规划建设。地下城市互通道路建设是国际化的建设趋势，会成为未来国际城市道路建设的主要方向。城市地下互通道路是既有城市路网的组成部分，在改善交通、保护环境、改善环境有显著作用，可解决一系列城市问题。然而由于其特有的地下封闭环境，导致GPS信号弱，现有导航软件在地下环境无法正常使用。这会进一步影响驾驶人的主观判断，导致车辆临时变道现象频发，增加诱发交通事故风险。由于地下环境条件有限，一旦发生交通事故，伤亡人员难以得到及时救治，且拥堵车流难以疏散。因此需要为地下互通道路提供定位导航服务。

目前除GPS定位外的定位措施主要有车辆惯性导航、WiFi定位、基站定位等。惯性导航根据车辆自身的加速度来推算车辆的速度，但精度受限且不易推广；WiFi定位用于室内定位，但其消耗大，不能独立持久使用；基站定位是根据多个信号塔来推算用户位置，误差偏大且适用于室外，在地下环境收效甚微。因此，地下互通道路急需一种新的解决措施，在地下恶劣的环境中能够实现车辆正常导航行驶的目的，以减少事故发生，保障其安全高效运行。

发明内容

针对地下互通道路导航问题，本发明提出了一种基于iBeacon技术的地下互通辅助导航***。

本发明的技术方案为一种基于iBeacon技术的地下互通辅助导航***，其特征在于以下步骤：

步骤1：根据地下互通道85％位车速以及驾驶人总反应时间计算布设间隔距离，以布设间隔距离为间隔在地下互通道路等间隔均匀布设Beacon基站；

步骤2：各地下互通道路中布设的Beacon基站发送广播数据包，行驶车辆通过设备的蓝牙接收广播数据包，并根据接收广播数据包计算行驶车辆位置；

步骤3：将车辆位置输入至行驶车辆导航***中，代替车辆当前的位置坐标同时对下一导航动作进行语音播报，以实现在地下互通道路中导航。

作为优选，布设间隔距离为：

L＝v₈₅×t

t＝t₁+t₂+t₃+t₄

其中，v₈₅为地下互通道路85％位车速，t为驾驶人总反应时间，t₁为驾驶员反应特性驾驶人知觉反应和产生制动效果时间，t₂为语音播报时间，t₃为扫描频率及发射频率，t₄为驾驶人反应时间；

布设Beacon基站的数量为N；

作为优选，步骤2中所述发送广播数据包为：

sdata_i＝{sID_i，sGPS_i，sRSSI_i}i∈[1，N]

其中，sdata_i为第i个发送广播数据包，N为发送广播数据包的数量，sID_i为第i个发送广播数据包中基站标识信息，sGPS_i为第i个发送广播数据包中基站位置信息，sRSSI_i为第i个发送广播数据包中基站信号强度信息；

步骤2中所述接收广播数据包为：

rdata_j＝{rID_j，rGPS_j，rRSSI_j}j∈[1，M]

其中，rdata_j为第j个接收广播数据包，M为接收广播数据包的数量，rID_j为第j个接收广播数据包中基站标识信息，rGPS_j为第j个接收广播数据包中基站位置信息，rRSSI_j为第j个接收广播数据包中基站信号强度信息；

步骤2中所述根据接收广播数据包计算行驶车辆位置为：

若rRSSI_j≥α则rdata_j为有效数据包，否则rdata_j为无效数据包；

有效数据包为：

rdata_f(k)＝{rID_f(k)，rGPS_f(k)，rRSSI_f(k)}k∈[1，K]

其中，rdata_f(k)为第k个有效数据包，rdata_f(k)为M个有效数据包中第f(k)个有效数据包，rID_f(k)为第k个有效数据包中基站标识信息，rGPS_f(k)为第k个有效数据包中基站位置信息，rRSSIf(k)为第k个有效数据包中基站信号强度信息；

rRSSI_f(1)，rRSSI_f(2)，...，rRSSI_f(K)中选择基站信号强度信息最大值rRSSI_f(max)，其对应的基站位置信息rGPS_f(max)为行驶车辆位置；

本发明具有以下优点：

通过将接收到广播数据包的GPS坐标信息代入导航***同时对下一导航动作进行语音播报，引导驾驶人实现对自身位置的感知，以实现在地下互通道路中的定位，使得车辆异常驾驶行为减少，降低地下事故发生概率；

通过L米的间隔来布设Beacon基站，使得驾驶人在驾驶过程进行持续定位，以实现在地下互通道路内的连续导航，降低驾驶人在地下空间的紧张焦躁情绪，降低地下事故发生概率；

综合考虑地下封闭环境中GPS信号微弱等因素，建立一种基于iBeacon技术的地下互通辅助导航***，实现在地下封闭环境的定位导航功能，能够从位置信息补偿的角度减少事故发生，保障地下互通道路安全、高效运行。相较现有地下互通道路导航方法，本方法具备低成本、低功耗、易扩展的优点，对目前国内在地下互通道路导航方面是有力的补充。

附图说明

图1：Beacon基站平面布设示意图；

图2：两车道Beacon基站断面布设示意图；

图3：三车道Beacon基站断面布设示意图；

图4：本发明方法流程示意图。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施示例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施方式中以厦门万石山-钟鼓山地下互通立交为例。通过按L米的间隔布设Beacon基站以实现在地下互通道路内的连续导航，降低驾驶人在地下空间的紧张焦躁情绪。最终实现在地下互通道路中对其位置信息进行补偿的作用，以减少地下互通道路事故的发生。

如图1所示，在隧道内壁布设Beacon基站，按照等间距的布设方式布设从入口到出口整段隧道，地下互通道路85％位车速为v₈₅＝50/3.6m/s，驾驶人总反应时间为t＝3.6s，布设间隔为L＝50m；车辆导航***为高德车辆导航***。

如图2所示，选取Beacon基站在地下互通道路断面处布设，对于两车道道路断面，将Beacon基站布设于隧道顶部。对于三车道断道路面，如图3所示，将Beacon基站布设于隧道两侧以保证作用效果。

下面结合图1至图4介绍本发明的实施方式。本发明实施方式的具体步骤为：

步骤1：根据地下互通道路85％位车速以及驾驶人总反应时间计算布设间隔距离，以布设间隔距离为间隔在地下互通道路等间隔均匀布设Beacon基站；

布设间隔距离为：

L＝v₈₅×t

t＝t₁+t₂+t₃+t₄

其中，v₈₅为地下互通道路85％位车速，t为驾驶人总反应时间，t₁＝0.7s为驾驶员反应特性驾驶人知觉反应和产生制动效果时间，t₂＝1.4s为语音播报时间，t₃＝0.5s为扫描频率及发射频率，t₄＝1.0s为驾驶人反应时间；

布设Beacon基站的数量为N；

步骤2：各地下互通道路中布设的Beacon基站发送广播数据包，行驶车辆通过设备的蓝牙接收广播数据包，并根据接收广播数据包计算行驶车辆位置；

步骤2中所述发送广播数据包为：

sdata_i＝{sID_i，sGPS_i，sRSSI_i}i∈[1，N]

其中，sdata_i为第i个发送广播数据包，N为发送广播数据包的数量，sID_i为第i个发送广播数据包中基站标识信息，sGPS_i为第i个发送广播数据包中基站位置信息，sRSSI_i为第i个发送广播数据包中基站信号强度信息；

步骤2中所述接收广播数据包为：

rdata_j＝{rID_j，rGPS_j，rRSSI_j}j∈[1，M]

其中，rdata_j为第j个接收广播数据包，M为接收广播数据包的数量，rID_j为第j个接收广播数据包中基站标识信息，rGPS_j为第j个接收广播数据包中基站位置信息，rRSSI_j为第j个接收广播数据包中基站信号强度信息；

步骤2中所述根据接收广播数据包计算行驶车辆位置为：

若rRSSI_j≥α则rdata_j为有效数据包，否则rdata_j为无效数据包；

有效数据包为：

rdata_f(f(k)＝{rID_f(k)，rGPS_f(k)，rRSSI_f(k)}k∈[1，K]

其中，rdata_f(k)为第k个有效数据包，rdata_f(k)为M个有效数据包中第f(k)个有效数据包，rID_f(k)为第k个有效数据包中基站标识信息，rGPS_f(k)为第k个有效数据包中基站位置信息，rRSSI_f(k)为第k个有效数据包中基站信号强度信息；

rRSSI_f(1)，rRSSI_f(2)，...，rRSSI_f(K)中选择基站信号强度信息最大值rRSSI_f(max)，其对应的基站位置信息rGPS_f(max)为行驶车辆位置；

步骤3：将车辆位置输入至行驶车辆导航***中，代替车辆当前的位置坐标，同时对下一导航动作进行语音播报，如“前方100米右转”，以实现在地下互通道路中导航。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (3)

1.一种基于iBeacon技术的地下互通辅助导航***，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：根据地下互通道85％位车速以及驾驶人总反应时间计算布设间隔距离，以布设间隔距离为间隔在地下互通道路等间隔均匀布设Beacon基站；

步骤2：各地下互通道路中布设的Beacon基站发送广播数据包，行驶车辆通过设备的蓝牙接收广播数据包，并根据接收广播数据包计算行驶车辆位置；

步骤3：将车辆位置输入至行驶车辆导航***中，代替车辆当前的位置坐标同时对下一导航动作进行语音播报，以实现在地下互通道路中导航。

2.根据权利要求1所述的基于iBeacon技术的地下互通辅助导航***，其特征在于：布设间隔距离为：

L＝v₈₅×t

t＝t₁+t₂+t₃+t₄

其中，v₈₅为地下互通道路85％位车速，t为驾驶人总反应时间，t₁为驾驶员反应特性驾驶人知觉反应和产生制动效果时间，t₂为语音播报时间，t₃为扫描频率及发射频率，t₄为驾驶人反应时间；

布设Beacon基站的数量为N。

3.根据权利要求1所述的基于iBeacon技术的地下互通辅助导航***，其特征在于：步骤2中所述发送广播数据包为：

sdata_i＝{sID_i,sGPS_i,sRSSI_i}i∈[1,N]

其中，sdata_i为第i个发送广播数据包，N为发送广播数据包的数量，sID_i为第i个发送广播数据包中基站标识信息，sGPS_i为第i个发送广播数据包中基站位置信息，sRSSI_i为第i个发送广播数据包中基站信号强度信息；

步骤2中所述接收广播数据包为：

rdata_j＝{rID_j,rGPS_j,rRSSI_j}j∈[1,M]

其中，rdata_j为第j个接收广播数据包，M为接收广播数据包的数量，rID_j为第j个接收广播数据包中基站标识信息，rGPS_j为第j个接收广播数据包中基站位置信息，rRSSI_j为第j个接收广播数据包中基站信号强度信息；

步骤2中所述根据接收广播数据包计算行驶车辆位置为：

若rRSSI_j≥α则rdata_j为有效数据包，否则rdata_j为无效数据包；

有效数据包为：

rdata_f(k)＝{rID_f(k),rGPS_f(k),rRSSI_f(k)}k∈[1,K]

其中，rdata_f(k)为第k个有效数据包，rdata_f(k)为M个有效数据包中第f(k)个有效数据包，rID_f(k)为第k个有效数据包中基站标识信息，rGPS_f(k)为第k个有效数据包中基站位置信息，rRSSI_f(k)为第k个有效数据包中基站信号强度信息；

rRSSI_f(1),rRSSI_f(2),…,rRSSI_f(K)中选择基站信号强度信息最大值rRSSI_f(max)，其对应的基站位置信息rGPS_f(max)为行驶车辆位置。