基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的車輛定位技術(shù)研究-wenkub.com
2025-06-20 00:51 本頁面
【正文】 除本文的方法外還有基于RSSI檢驗的節(jié)點定位方法[7]，對Zigbee協(xié)議棧體系結(jié)構(gòu)，動態(tài)選取所需定位基站的數(shù)目和定位基站的拓?fù)潢P(guān)系，無線傳感器節(jié)點布局優(yōu)化、交通信息采集問題還有待于進一步研究。4）本定位算法以最小二乘算法為基礎(chǔ)，而最小二乘算法與所設(shè)置基站拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)密切相關(guān)，所以在實際應(yīng)用中需要合理選定基站的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，且需根據(jù)車輛的實際位置對所用定位基站進行實時切換以達(dá)到較高的定位精度。（3） 基于GramSchmidt正交變換的平方根濾波過程 平方根Kalman濾波算法方框圖（4）自動模型轉(zhuǎn)換定位算法流程圖 自動模型轉(zhuǎn)換定位算法流程圖（5）自動模型轉(zhuǎn)換算法性能分析1）自動模型轉(zhuǎn)換定位算法是最小二乘算法和Kalman濾波算法的結(jié)合，若要進一步提高車輛定位精度，需要在最小二乘算法和Kalman濾波算法這兩者之間進行綜合考慮。隨著時間的推進，濾波估計出來的位置,速度，加速度等值都逐漸不依賴于初始值和。設(shè)kalmanv是速度模型濾波后車輛位置估計，measure是最小二乘算法車輛位置估計，errorx是最小二乘算法位置估計誤差的先驗標(biāo)準(zhǔn)差，q是一經(jīng)驗值，則可得如下車輛加速判定公式：abs(kalmanvmeasure)errorx+q（文中q=） (18)（1）定位算法穩(wěn)定性分析及誤差分析對于定常系統(tǒng)，Kalman濾波的穩(wěn)定性可以通過可控性矩陣和可觀測性矩陣的正定性來判斷。在車輛運動的整個過程中，速度模型一直處于濾波狀態(tài)；加速度模型1和加速度模型2處于時間間隔一定的間斷性濾波狀態(tài)，但兩個加速度模型仍可以覆蓋車輛運動的整個過程。（2） 速度模型假定車輛近似勻速運動，設(shè)任意時刻車輛的位置是s，速度是v，j是加速度（j假定為零均值的高斯分布），根據(jù)牛頓運動定律可以得知前后兩時刻的位置、速度存在如下關(guān)系：，其中t是兩個時刻的過渡時間；狀態(tài)向量空間為，s表示位置，v表示速度，于是得到狀態(tài)向量一步轉(zhuǎn)移矩陣和系統(tǒng)噪聲驅(qū)動矩陣，進而可得速度模型的狀態(tài)方程。濾波增益矩陣 (15)一步預(yù)測誤差方差陣 (16)估計誤差方差(17)觀測噪聲非零均值時的濾波過程和基本濾波過程沒有本質(zhì)的變化，只是引入了一個非隨機變量mk，與其相應(yīng)的濾波結(jié)構(gòu)沒有改變。（2）Kalman濾波基本過程 狀態(tài)一步預(yù)測 （8）狀態(tài)估計 （9）濾波增益矩陣 （10）一步預(yù)測誤差方差陣 （11）估計誤差方差（12）由以上Kalman濾波過程可以看出：1）當(dāng)變大時，變小。如果單純依靠增加定位基站數(shù)量來提高定位精度的話，會增加Zigbee定位網(wǎng)絡(luò)中的通信流量。最小二乘法求取車輛位置的過程如下結(jié)論：(1)同時參與定位的ZigBee基站的數(shù)量n越大，說明在最小二乘法計算之前獲得的關(guān)于未知節(jié)點的信息越多，那么定位結(jié)果就會越準(zhǔn)確。由于測距誤差的存在，方程組（1）或許沒有合理的解，因此可以求出在最小二乘算法意義上的最優(yōu)估計值，使上述方程組近似成立。 最小二乘定位算法最小二乘算法[5]是最基本的一種基于距離的定位算法。RFID 電子標(biāo)簽的封裝形態(tài)通常要求識別率高、可靠性高、成本低、便于在車上安裝和拆卸、封裝中應(yīng)避免由于操作原因而產(chǎn)生無法識別的現(xiàn)象，同時還要便于攜帶以及與現(xiàn)有IC卡的有機合成等。高速公路上要對車輛高速識別。關(guān)鍵問題有四個: 其一車輛檢測與信號強度檢測節(jié)點通過監(jiān)聽車載節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)包判斷車輛是否在自己檢測范圍內(nèi)，并測量接收信號強度，估算同目標(biāo)車輛之間的距離。高速公路車輛管理中心是交通管理的通信、調(diào)度、監(jiān)控和協(xié)調(diào)指揮樞紐，可分級分區(qū)設(shè)置。通過在需要管理和監(jiān)控的場合設(shè)立基站，利用基站就可通過無線射頻通信方式與安裝在汽車上的車載有源RFID 電子標(biāo)簽進行通信，以獲取車輛牌照等信息，并發(fā)布必要的交通信息給車輛駕駛員。系統(tǒng)可通過無線射頻技術(shù)提供其所在車輛的基本信息，包括車主信息、車輛狀態(tài)等。站點單元和控制中心之間的通信也是無線和有線兩種方式可選擇。通過一定的分析處理后，監(jiān)控中心向每一個站點發(fā)布即將到站的公交車信息。目前，一般的無線收發(fā)模塊的發(fā)送速率為100k~1Mbps，本文數(shù)據(jù)幀為21字節(jié)，時間片的長短要視收發(fā)模塊緩存大小而定，如使用nrf905，可以讓節(jié)點把盡可能多地數(shù)據(jù)在一個時間片內(nèi)把移動節(jié)點的請求都發(fā)送出去，考慮最壞的情況，當(dāng)全部移動節(jié)點都集中到離中轉(zhuǎn)節(jié)點的最遠(yuǎn)的信標(biāo)節(jié)點進行信息的發(fā)送，那么數(shù)據(jù)每個數(shù)據(jù)將經(jīng)過55個節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)，即至少要55=。在公交車輛里的上車門和下車門安裝光敏器件記錄上車和下車的客流量信息，通過車載移動節(jié)點發(fā)送回監(jiān)控臺，監(jiān)控臺通過數(shù)據(jù)分析，來及時對交通進行調(diào)度。 為了闡述數(shù)據(jù)的傳輸過程，截取一段目標(biāo)監(jiān)控區(qū)域，移動節(jié)點A對相鄰的信標(biāo)節(jié)點在自己的時間片發(fā)出請求信號，請求成功后，將定位信息向鄰近節(jié)B發(fā)送，信標(biāo)節(jié)點B接收到了數(shù)據(jù)后，首先對數(shù)據(jù)進行校驗，由于B節(jié)點是第一次轉(zhuǎn)發(fā)此數(shù)據(jù)，因此在路由位1中加入自己的節(jié)點編號，數(shù)據(jù)幀如下：0AH00H12H0B00H00H00H00H0H80H這樣就防止同樣的數(shù)據(jù)地在B點重復(fù)傳輸，B點在自己的時間片下向鄰近節(jié)點C轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，而C節(jié)點在接收到數(shù)據(jù)以后，把自己的節(jié)點編號加入到路由位2，數(shù)據(jù)幀如下：0AH00H12H0B0CH00H00H00H0H80H然后向鄰近的B，D轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，由于前面路由位1的設(shè)置，使得數(shù)據(jù)不能回傳，同樣數(shù)據(jù)到達(dá)D點后由于路由位2的作用也不會回傳，這樣數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至F，空路由位只剩一個，然后下個節(jié)點接收到數(shù)據(jù)后，把路由位2清空（原來為0CH替換位0FH），添加自己的編號，數(shù)據(jù)幀如下：0AH00H12H0B0FH0DH0EH00H0H80H下個節(jié)點在路由位3添加，添加至第四個路由位，下個節(jié)點再替換第二個路由位，如此反復(fù)循環(huán)，這樣就使數(shù)據(jù)減少重復(fù)傳送，提高傳輸效率，直至到達(dá)中轉(zhuǎn)節(jié)點，再由中轉(zhuǎn)節(jié)點傳輸至基站PC。每個時間片對應(yīng)一個號碼，每個節(jié)點（除中轉(zhuǎn)節(jié)點）一個號碼。數(shù)據(jù)幀類型，是區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)幀和確認(rèn)幀或其他功能信號，路由信息是防止數(shù)據(jù)反復(fù)重發(fā)設(shè)置的，發(fā)過同一數(shù)據(jù)的信標(biāo)節(jié)點把自己的編號加入到相應(yīng)的路由位，傳感信息用于公交車輛的位置，時間戳，路況等一些傳感數(shù)據(jù)，或者具體應(yīng)用的擴展。控制中心通過一定的算法，找到每一個站點將要到站的那一班公交車，然后根據(jù)行車平均速度和站點與站點間的平均行車時間等經(jīng)驗數(shù)據(jù)，計算出每一個站點對應(yīng)的那一班公交車將要到站的時間。這里的通信鏈路可以采用
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