一种以路为中心的网联参考信标系统的制作方法

1.本发明涉及车路系统自动驾驶领域，特别是涉及一种以路为中心的网联参考信标系统。


背景技术：

2.随着汽车保有量的增加，人们对车辆的要求也逐渐增加，除了对车辆的外观、内饰、安全性能和性能等常规要求以外，目前的汽车还有了多种多样的智能化功能，包括主动安全系统、智能语音助手、领航助手、自动驾驶以及悬挂自适应调节等智能功能，其中自动驾驶尤其受到人们的关注，目前车辆自动驾驶的技术虽已经较为成熟，但还是有小概率出现安全问题，因此如何提高自动驾驶的安全性能成了目前急需解决的问题。车路协同自动驾驶(cavh)系统为缓解交通拥堵、提高交通安全、减少交通污染提供了重要的技术支持。智能路侧系统为车路协同自动驾驶(cavh)系统提供协同感知、协同预测、协同决策和协同车辆控制等功能。而现有的智能路侧系统通常包括高度智能的基础设施组件。(布设成本较高，大规模布设较为困难等问题)，因此急需成本效益高、部署简易的智能路侧设施技术。
3.现有的自动驾驶需通过车路协同技术实现虚拟测试和训练，以提自动驾驶的安全性，车路协同技术是基于车车通信与车路通信技术的智能交通技术。车辆、路侧系统和交通信息管理中心之间能实时地交换车辆与道路状况的信息。因此，如何将接收的车辆和路况信息在车辆、路侧系统和交通管理系统之间快速、准确的传送和处理是目前主要的难题，而本技术就致力于解决其中有关于道路部分的问题及提供一种价格低廉且易于部署的网联参考信标系统。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种以路为中心的网联参考信标系统，以解决上述现有技术存在的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.本发明提供一种以路为中心的网联参考信标系统，包括：
7.网联参考信标系统，所述网联参考信标网络中的网联参考信标提供本地位置参考和/或物体参考以支持车辆识别道路和驾驶环境中物体的地点和位置，并支持车辆检测和识别道路和驾驶环境中的物体；
8.中央运行单元，用于管理和操作网联参考信标crm的本地位置关系表、道路虚拟道路配置信息或行车道中心线关键点的本地位置关系表，以及将所述本地位置关系表和所述虚拟道路配置信息或行车道中心线关键点的本地位置关系表传送给所述crm和车辆；
9.路侧通信系统，用于在所述网联参考信标网络、所述中央运行单元和车辆之间提供通信和信息共享；
10.路侧距离测量单元网络，用于测量所述路侧距离测量单元网络与车辆的距离和实时位置并将距离和实时位置进行存储；
11.所述路侧距离测量单元网络包括路侧距离测量单元，所述路侧距离测量单元用于识别道路上和车辆行驶环境中物体的地点和位置，以及检测和识别道路上和车辆行驶环境中的物体，所述的道路和驾驶环境中的物体包括车辆、自行车、行人、动物、障碍物、建筑、事故、标志、标记或交通信号灯；
12.ii类车载模块obm2，用于从所述路侧距离测量单元接收车辆的实时位置信息，匹配车辆相对于一个或多个所述crm、所述虚拟道路配置信息或行车道中心线关键点的相对位置；还用于接收道路上和车辆行驶环境中物体的实时位置信息和识别信息，匹配车辆相对于网联参考信标(crm)、虚拟道路配置或行车道中心线关键点的相对位置。
13.可选的，所述路侧距离测量单元包括距离测量装置dmd、存储装置、计算模块和通信模块；其中，
14.所述dmd用于测量从车辆到所述dmd的距离；
15.所述存储装置用于存储车道配置信息、网联参考信标crm位置信息和距离测量单元dmu的位置信息；
16.所述计算模块用于将车辆实时位置与距离所述距离测量单元dmu位置和所述网联参考信标网络匹配；
17.所述通信模块用于将车辆实时位置信息传输到车辆、所述距离测量单元网络和所述网联参考信标网络。
18.可选的，所述dmd包括雷达、激光雷达、摄像头、蓝牙组件或蜂窝收发器中的一种或多种，所述雷达包括毫米波雷达、微波雷达、红外线雷达或超声波雷达中的一种或多种。
19.可选的，所述计算模块使用三角位置识别方法来识别车辆相对于距离测量单元dmu的相对位置和虚拟道路配置；
20.所述三角位置识别方法包括用于水平道路的二维位置识别方法和用于上下坡道路的三维位置识别方法。
21.可选的，所述车辆使用车辆实时位置信息、虚拟道路配置信息或行车道中心线关键点来实现车道保持功能；
22.所述车辆在虚拟行车网格的虚拟行车单元内使用车辆实时位置信息、虚拟道路配置信息或行车道中心线关键点的本地位置关系表完成车辆的横纵向运动；
23.所述车辆使用车辆实时位置信息影响所述车辆在道路和驾驶环境上行驶的物体的实时位置和虚拟道路配置信息，或行车道中心线关键点的本地位置关系表，在虚拟行车网格的虚拟行车单元内完成车辆的横纵向运动。
24.可选的，所述路侧距离测量单元网络支持路侧智能单元riu和智能路侧工具箱irt系统。
25.可选的，所述路侧距离测量单元网络支持智能道路设施系统iris，所述的以路为中心的网联参考信标系统支持车路协同自动驾驶cavh系统。
26.可选的，通过向自动驾驶系统ads提供一个或多个所述crm和所述ii类车载模块obm2来支持所有天气条件下的所述自动驾驶系统ads。
27.可选的，所述以路为中心的网联参考信标系统支持车路协同自动驾驶系统，当车路协同自动驾驶传感器或智能网联自动驾驶车辆cav传感器不能对道路和道路标记进行光学检测时，通过向所述自动驾驶系统ads提供一个或多个所述crm和所述ii类车载模块obm2
来支持自动驾驶系统ads。
28.本发明公开了以下技术效果：
29.本发明通过网联参考信标网络为车辆识别道路上和驾驶环境中物体的地点和位置，以及为车辆检测和识别道路上和驾驶环境中的物体，提升了物体位置获取和识别的实时性及准确性获取的实时性及准确性，通过中央运行单元管理和操作网联参考信标crm的本地位置关系表、道路虚拟道路配置信息或行车道中心线关键点的本地位置关系表，并将本地位置关系表和虚拟道路配置信息或行车道中心线关键点的本地位置关系表传送给crm和车辆；通过路侧通信系统，在网联参考信标网络、中央运行单元和车辆之间提供通信和信息共享，提升了本系统的信息传输效率并实现了各单元的信息共享；通过路侧距离测量单元网络测量距离车辆的距离和实时位置并存储；通过ii类车载模块obm2从路侧距离测量单元网络接收车辆的实时位置信息，匹配车辆相对于crm、虚拟道路配置信息或行车道中心线关键点的相对位置，本技术的以路为中心的网联参考信标系统(r-crm)可以改进自动驾驶系统(ads)和/或向自动驾驶系统(ads)提供支持，例如，包括正常或极端天气条件下、提供车辆位置信息、提高车辆定位信息的准确性和/或提供准确的车辆位置信息等。该技术能在正常和异常驾驶场景下为智能网联自动驾驶车辆提供、补充和/或增强自动驾驶功能。
附图说明
30.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
31.图1为本发明实施例中的系统结构示意图；
32.图2a为网联参考信标(crm)的设计和配置示意图；
33.图2b为网联参考信标的设计和配置示意图；
34.图3为网联参考信标(crm)系统中各组成部分的示意图；
35.图4为路侧距离测量单元(dmu)的结构及组成元件示意图；
36.图5为路侧距离测量单元(dmu)的布局及信息流示意图；
37.图6为未装载高精地图的ii类车载模块(obm2)组成部分示意图；
38.图7为装载高精地图的ii类车载模块(obm2)组成部分示意图；
39.图8为利用ii类车载模块(obm2)和路侧距离测量单元(dmu)的测距方法流程图；
40.图9为水平道路二维三角位置识别方法的示例图；
41.图10为水平道路上的二维三角位置识别方法流程图；
42.图11显示了上下坡道路的三维三角位置识别方法的示例图；
43.图12为上下坡道路的三维三角位置识别方法流程图；
44.图13为使用以路为中心的网联参考信标(r-crm)系统进行车辆位置识别的示例流程图。
具体实施方式
45.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
46.如图1所示，本发明提供了一种以路为中心的网联参考信标系统r-crm，包括：沿道路安装的网联参考信标网络crm、中央运行单元cou、路侧通信系统、ii类车载模块obm2，以及沿道路安装的距离测量单元dmu网络。
47.网联参考信标crm为本地位置参考和物体参考提供和/或支持检测和识别道路上和车辆驾驶环境中的物体的位置。网联参考信标crm为本地位置参考和物体参考以支持检测和识别道路上和车辆驾驶环境中的物体。道路上和车辆驾驶环境中的示例性物体是影响车辆驾驶的各种物体，例如，其他车辆、自行车、行人、动物、障碍物、建筑、事故、标志、标记和/或交通控制设备。
48.中央运行单元cou管理和操作网联参考信标crm网络的一组本地位置关系表、用于道路的虚拟道路配置信息、和/或一组行车道中心线关键点的本地位置关系表，以路为中心的网联参考信标r-crm系统中的中央运行单元cou将网联参考信标crm网络的本地位置关系表集、道路的虚拟道路配置信息和/或每个行车道中心线关键点的本地位置关系表集传输给网联参考信标crm和车辆。
49.路侧通信系统提供用于网联参考信标crm、距离测量单元dmu、中央运行单元cou和车辆之间的通信和信息共享的手段。路侧通信系统包括有线和/或无线通信技术，其中有线包括以太网、光纤，无线包括802.11、蜂窝和专用短程通信dsrc。
50.距离测量单元dmu包括：
51.(1)距离测量装置dmd，沿道路安装用于测量从车辆到距离测量装置dmd的距离；
52.(2)存储设备，存储车道配置、网联参考信标crm位置信息和距离测量单元dmu位置信息；
53.(3)计算模块，用于将车辆实时位置与一个或多个距离测量单元dmu，例如至少两个距离测量单元dmu和网联参考信标crm网络的位置进行匹配；
54.(4)通信模块，将车辆实时位置信息传输至车辆、距离测量单元dmu网络、网联参考信标crm网络。
55.距离测量设备dmd包括一个或多个以下设备：雷达、激光雷达、摄像头、蓝牙组件和/或蜂窝收发器，其中雷达包括毫米波雷达、微波雷达、红外雷达、超声波雷达。
56.距离测量单元dmu中的计算模块使用三角位置识别方法计算车辆相对于多个距离测量单元dmu、至少两个距离车辆最近的距离测量单元dmu，和/或至少两个最接近车辆的相邻距离测量单元dmu和虚拟道路配置的相对位置，其中三角位置识别方法包括用于水平道路的二维位置识别方法和用于上下坡道路的三维位置识别方法。
57.ii类车载模块obm2从路侧距离测量单元dmu接收车辆的实时位置信息并匹配车辆相对于一个或多个网联参考信标crm，虚拟道路配置，和/或行车道中心线关键点的相对位置。
58.以路为中心的网联参考信标系统的一个或多个子组件是物理子系统。且以路为中心的网联参考信标系统r-crm支持自动驾驶系统ads、支持智能网联交通系统cavh。
59.以路为中心的网联参考信标系统r-crm通过向自动驾驶系统ads提供一个或多个
网联参考信标crm和ii类车载模块obm2来支持自动驾驶系统ads；通过向自动驾驶系统ads提供一个或多个网联参考信标crm和ii类车载模块obm2来支持针对所有天气条件的自动驾驶系统ads；通过向自动驾驶系统ads提供一个或多个网联参考信标crm和ii类车载模块obm2，当道路和道路标记不能被智能网联交通系统cavh传感器或智能网联自动驾驶车辆cav传感器光学检测时，以路为中心的网联参考信标r-crm系统支持自动驾驶系统ads。
60.以路为中心的网联参考信标r-crm系统的距离测量单元dmu支持路侧单元(rsu，也称为riu)系统和/或网络或智能路侧工具箱(irt)系统；dmu支持智能道路设施系统iris，智能道路设施系统iris包括多个距离测量单元dmu。
61.网联参考信标系统crm包括结构组件：网联参考信标crm系统和路侧通信系统。
62.如图2a所示，网联参考信标系统crm的基本配置包括三个模块：电源单元、数据存储模块和通信模块。供电单元转换和调节网联参考信标系统crm的内部组件的功率。数据存储模块存储网联参考信标系统crm的基本信息，如网联参考信标系统crm标识符；定位和/或位置信息，如网联参考信标系统crm的纬度、经度和/或高程。通信模块在网联参考信标系统crm和车辆之间交换信息。如图2b所示，网联参考信标系统crm的另一种配置添加了数据处理模块以改进和增强网联参考信标系统crm功能。数据处理模块可以为网联参考信标系统crm提供处理数据存储模块中的数据的能力。
63.如图3所示，网联参考信标系统crm还可以安装在路侧杆件上。网联参考信标系统crm包括两个组件：供电单元和一个或多个通信组件。电力输送单元包含电池。作为示例，通信组件包括蓝牙组件收发器、超宽频收发器，和/或近场通信芯片。
64.本发明提供了路侧距离测量单元dmu。如图4所示，路侧距离测量单元dmu的实施例包括：计算模块、通信模块、数据存储模块和距离测量装置dmd。距离测量装置dmd包括雷达、激光雷达、摄像头、蓝牙组件和或无线蜂窝收发器。
65.如图5所示，距离测量单元dmu和网联参考信标crm部署在路侧，并且多个网联参考信标crm安装在两个相邻的路侧距离测量单元，网联参考信标crm和距离测量单元dmu安装在相同位置，第一路侧距离测量单元从车辆先前经过的第二路侧距离测量单元接收车辆的测量距离信息。如果水平道路的第一路侧距离测量单元dmu1识别车辆，则第二路侧距离测量单元dmu2将测量的距离信息发送到网联参考信标crm、车辆和第一路侧距离测量单元dmu1；第一路侧距离测量单元dmu1使用二维三角位置识别方法来识别车辆相对位置，使用两个网联参考信标crm和虚拟道路配置用于水平坡度道路。如果道路为上下坡道路，则第一路侧距离测量单元dmu1识别车辆、第二路侧距离测量单元dmu2和第三路侧距离测量单元dmu3。随后，第二路侧距离测量单元dmu2和第三路侧距离测量单元dmu3将测得的距离信息和发送给车辆的网联参考信标crm和第一路侧距离测量单元dmu1，车辆最近的路侧距离测量单元。然后，第一路侧距离测量单元dmu1使用三维三角位置识别方法，使用三个网联参考信标crm和虚拟道路配置来识别车辆相对位置。
66.如图6所示，本发明提供了为不使用高精地图hdmap的ii类车载模块obm2。ii类车载模块obm2包括以下物理组件中的一个或多个：通信模块，其用于接收网联参考信标crm系统的网联参考信标crm的位置信息、来自cou的虚拟道路配置信息、描述车辆相对于来自路侧距离测量单元dmu的网联参考信标crm的相对位置的信息；计算模块，用于将车辆实时位置与网联参考信标crm网络和虚拟道路配置的位置进行匹配。
67.如图7所示，本发明提供了为使用高精地图hdmap的ii类车载模块obm2。ii类车载模块obm2包括以下物理组件中的一个或多个：通信模块，其用于接收网联参考信标crm系统的网联参考信标crm的位置信息、行车道中心线关键点的本地位置关系表、来自cou虚拟道路配置信息，以及来自路侧距离测量单元dmu的车辆相对于网联参考信标crm的相对位置信息；高精地图包含车道配置和网联参考信标crm位置信息；计算模块，其用于将车辆实时位置与网联参考信标crm网络的位置、行车道中心线的关键点以及虚拟道路配置进行匹配。
68.本发明提供了一种使用ii类车载模块obm2和路侧距离测量单元dmu的测距方法。如图8所示，路侧距离测量单元dmu向车辆发送测距信号。车辆产生反射信号，例如，ii类车载模块obm2发送反射信号和识别ii类车载模块obm2的数字标识符。路侧距离测量单元dmu使用标识ii类车载模块obm2的标识符来标识ii类车载模块obm2。路侧距离测量单元dmu和网联参考信标crm位于同一地点。路侧距离测量单元dmu使用时间间隔和信号速度的乘积的一半计算车辆到距离测量单元dmu/网联参考信标crm的距离，其中，时间间隔等于路侧距离测量单元dmu发送测距信号时的时间戳与路侧距离测量单元dmu接收反射信号时的时间戳之间的时间差。路侧距离测量单元dmu使用毫米波雷达来测量车辆与距离测量单元dmu/网联参考信标crm之间的距离。
69.本发明提供了一种用于水平道路的二维三角位置识别方法。如图9所示，2301是车辆；2302是第一个网联参考信标crm1；2303是第二个网联参考信标crm2。首先，通过在距离和高度方面分析车辆和网联参考信标crm，车辆2301和两个选定的网联参考信标crm2302和2303之间的水平距离被测量为l1和l2。网联参考信标crm2302和网联参考信标crm2303之间的水平距离为l3。网联参考信标crm的二维坐标被确定。然后，使用以下公式计算车辆2301和网联参考信标crm2302之间的横向距离l4。
[0070][0071]
使用以下公式计算车辆2301和网联参考信标crm2302之间的纵向距离l5。
[0072][0073]
如果cosβ≥0，则车辆2301在网联参考信标crm2302后面并且相对纵向距离为l5。如果cosβ《0，则车辆2301在网联参考信标crm2302行驶方向前面并且相对纵向距离为l5。车辆的二维坐标(x,y)可以根据车辆与网联参考信标crm2302之间的横向距离和纵向距离计算得到。
[0074]
如图10所示，本发明提供了一种水平道路的二维三角位置识别方法。测量车辆与两个选定网联参考信标crm之间的水平距离。网联参考信标crm的二维坐标被获取。计算车辆和一个网联参考信标crm之间的横向距离。然后，计算车辆和网联参考信标crm之间的纵向距离。随后，确定车辆与网联参考信标crm之间的位置关系。根据车辆与网联参考信标crm之间的横向距离和纵向距离，可以计算出车辆的二维坐标。
[0075]
如图11所示，本发明还提供了一种用于上下坡道路的三维三角位置识别方法。首先，车辆2501的三维空间坐标被测量为(x,y,z)，并且所选择的网联参考信标crm2502、2503和2504的三维空间坐标被测量为(a0,b0,c0),(a1,b1,c1),and(a2,b2,c2)。然后，l0,l1,l2分别
被确定为从网联参考信标crm2502到车辆2501、网联参考信标crm2503到车辆2501以及网联参考信标crm2504到车辆2501的测量距离。e0,e1,e2是遵循正态分布的测量误差。
[0076]
测量距离使用以下公式确定：
[0077][0078]
车辆的三维坐标(x,y,z)可以通过求解算法(例如空间后方交会的消除法和迭代算法)来求解，可以获得车辆的坐标。
[0079]
如图12所示，本发明为上下坡道路的三维三角位置识别提供了一种方法。测量车辆与三个选定的网联参考信标crm之间的距离。然后，获得三个网联参考信标crm的坐标。接下来，提供公式来计算车辆和每个网联参考信标crm之间的测量距离。随后，通过求解算法(例如空间后方交会的消除法和迭代算法)逐步计算出车辆的实时位置。最终可以得到车辆的三维坐标。
[0080]
本发明提供了一个包含组件和信息流的以路为中心的网联参考信标r-crm系统。以路为中心的网联参考信标r-crm系统包括以下子组件：沿道路安装的网联参考信标crm系统网络、中央运行单元cou、路侧通信系统、车载ii类车载模块obm2和沿道路安装的路侧距离测量单元dmu网络。网联参考信标crm使用路侧通信系统支持的网联参考信标通信信道和中央运行单元通信信道将网联参考信标crm位置信息发送到中央运行单元cou。中央运行单元cou使用路侧通信系统支持的中央运行单元通信信道和网联参考信标通信信道将本地位置关系表和虚拟道路配置的信息发送到网联参考信标crm。网联参考信标crm使用路侧通信系统支持的网联参考信标通信信道和ii类车载模块通信信道将网联参考信标crm的位置信息、本地位置关系表和虚拟道路配置信息发送到ii类车载模块obm2。中央运行单元cou使用路侧通信系统支持中央运行单元通信信道和ii类车载模块通信信道将网联参考信标crm系统网络的网联参考信标crm位置信息、虚拟道路配置信息和/或行车道中心线关键点的本地位置关系表(带或不带高精地图)发送到ii类车载模块obm2。路侧距离测量单元dmu使用由路侧通信系统支持的路侧距离测量单元通信信道和ii类车载模块通信信道将车辆相对于网联参考信标crm的相对位置信息发送到ii类车载模块obm2。具体地，网联参考信标crm提供的信息覆盖局部区域，中央运行单元cou提供的信息覆盖很大的区域。路侧距离测量单元dmu和网联参考信标crm位于同一地点。
[0081]
本发明提供了一种使用以路为中心的网联参考信标r-crm系统识别车辆位置识别的方法。如图13所示，路侧距离测量单元dmu测量车辆与距离测量单元dmu/网联参考信标crm之间的距离。具体地，路侧距离测量单元dmu的计算模块计算车辆相对于距离测量单元dmu/网联参考信标crm的相对位置。路侧距离测量单元dmu的通信模块将车辆实时位置信息传输给车辆。ii类车载模块obm2的计算模块将车辆实时位置与网联参考信标crm网络的位置、行车道中心线关键点(有或没有高精地图)、虚拟道路配置进行匹配。
[0082]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进
都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。