CN105717939A - 一种支持汽车无人自动驾驶的道路路面的信息化和网络化实施方法 - Google Patents

一种支持汽车无人自动驾驶的道路路面的信息化和网络化实施方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种支持汽车无人自动驾驶的道路路面的信息化和网络化实施方法，通过对现有道路路面及公共区域，按照车辆安全行驶和停放所需要的一定的长度和宽度，划分成一个个矩形单元并根据用途命名为行驶车位和停车车位，并在每一个行驶车位或停车车位安装车辆探测定位感应器；然后，通过将感应器连接网络，实现道路和公共区域的信息化、网络化，将道路路面及公共区域的动态信息传递给无人自动驾驶汽车，进行准确定位和精密导航，为未来汽车无人自动驾驶汽车提供信息化和网络化基础设施；本发明的优点在于：通过对道路的信息化和网络化处理，能够提供道路动态路况数据并输出给为自动无人驾驶汽车，为无人自动驾驶汽车提供精确位置、精准导航。

Description

一种支持汽车无人自动驾驶的道路路面的信息化和网络化实施方法
技术领域
本发明涉及一种交通信息的方法，具体地说是一种支持汽车无人自动驾驶的道路路面的信息化和网络化实施方法，属于交通信息方法领域。
背景技术
国内道路路面并未开始信息化和网络化，网络对路面的识别定位不是基于路面安装车辆探测定位感应器提供的信号而是通过GPS和地图来识别和定位。道路本身并未加入网络通信，地图上的道路和路面公共区域资源基本上只是笼统的长度和宽度，精度非常低，不能用于汽车无人自动驾驶所要求的高精度导航、精确定位及路面交通的即时动态的软件化管理，即道路路面没有以信息的方式通过网络将数据输入给无人自动驾驶汽车、供智能无人自动驾驶汽车计算编程。
道路路面的信息化网络化，是汽车无人自动驾驶、对行驶路线上的路面资源使用分配和管理监控根本性技术要求，目前的车辆导航系统不能满足这一要求。
无人自动驾驶汽车自身技术已经越来越成熟，但离上路行驶还有很多技术难题，其中一道难题就是，无人自动驾驶汽车的中控电脑需要很多数据输入来决定汽车的行驶路线、转弯、制动、加速、规避行人、遵守交通规则等动作。
目前市面上的导航和定位都是基于GPS和网络地图，路面信息不能上传到网络地图，而无人自动驾驶汽车探测到的行人信息及道路信息都不精确，道路信息以探测到的路面画线为参照物，差异非常大，无法提供给车辆做出车道选择。另外，目前市面上的导航地图只是根据GPS定位在测绘出来的地图上，路线只能精确到某一条道路，不能精确到道路上的某条具体车道以及行驶车位上，精度低，并且对路面占用、预定不能共享信息给无人自动驾驶的车辆。
发明内容
为了解决上述问题，本发明设计了一种支持汽车无人自动驾驶的道路路面的信息化和网络化实施方法，通过对道路的信息化和网络化处理，能够提供道路动态路况数据并输出给为自动无人驾驶汽车，为无人自动驾驶汽车提供精确位置、精准导航。
本发明的技术方案为：
一种支持汽车无人自动驾驶的道路路面的信息化和网络化实施方法，包括以下步骤：
(1)首先，对道路路面进行网格化细分成行驶车位；
(2)然后，在这些行驶车位中植入带唯一ID地址的信息化网络化装置即车辆探测定位感应器；即在每一个行驶车位或停车车位安装车辆探测定位感应器；
(3)通过将上述感应器与网络连接，将车辆的动态精确位置、道路中的行驶车位是否被占用、是否被预订、预定的时间节点及时间段的信息，显示在地图上供精确导航、精准定位以及路面资源服务预定及费用支付使用。
进一步地，所述步骤(1)的具体方法为：利用数字地球原理，根据地球经纬度，对地面上的道路设定坐标值并固化在地图上，对现有道路路面及公共区域，按照车辆安全行驶和停放所需要的一定的长度和宽度，划分成一个个矩形单元并根据用途命名为行驶车位和停车车位；
进一步地，所述步骤(2)的具体方法为：通过将感应器连接网络，实现道路和公共区域的信息化、网络化，将道路路面及公共区域的动态信息传递给无人自动驾驶汽车，进行准确定位和精密导航，为未来汽车无人自动驾驶汽车提供信息化和网络化基础设施。
进一步地，所述步骤(3)的具体方法为：在道路路面上建立若干精确参照、校核坐标位置的装置即感应器，这些装置在探测到车辆之后，会对车辆的坐标按照固化的标准坐标值进行修正，并随时将各车辆的精确位置上传至网络地图，供无人自动驾驶汽车在选择行车路线及车道使用，或者将位置信息发送给道路管理及交警部门，由这些部门对道路进行网络化管理如封道、收费、禁行等。
其中，所述车辆探测定位感应器可以是集成激光探测仪探测车辆、行人以及其他障碍物，并将探测信号通过通信转换模块转换成网络信号供无人自动驾驶汽车的中控电脑计算的输入值调用。
所述车辆探测定位感应器(以下简称探测器)具备以下功能：
(1)感应器本身被进行数字化编码，具有唯一的网络ID地址，一旦安装在某一位置，将被调整校核为与该物理位置(比如地球经纬度坐标值)一致的位置，并显示在精确导航地图上，有效避免GPS定位精度差的问题；
(2)感应器一旦发生故障，道路管理部门和交警部门即能发现位于哪条道路的哪个车道上的哪一个行驶车位上的感应器损坏，快速更换；由于路面安装有多个感应器，某一个损坏，对车辆整体位置精度影响很小；
(3)感应器连接网络并双向通信，将路面信号反馈到网络并将网络指令比如路面大修封路等信息传递到感应器；比如若某道路的某一车道的某一个或几个行驶车位需要封闭，该信息将会通过道路管理部门和交警部门传递到导航地图以及感应器上，感应器将执行相关指令，通知即将到来的车辆，要么变更车道要么强行向车辆发出制动停车指令；
(4)感应器探测到车辆即将到来，发出黄色频闪；车辆经过或停留在感应器上(下)方时发出红色频闪；车辆驶离感应器所在的行驶车位发出绿色灯光；
(5)感应器感应到车辆时将车辆的精确位置发送到网络上，供车辆精确导航使用并供车辆调整位置确保在车道内行驶；
(6)车辆在启动时设定好目的地、通过网络确定好行驶路线并选择行驶车道，预定何时行驶经过哪个行驶车位，行驶路线将通过网络排队，经过所分配的每一个行驶车位；感应器将在车辆到达前将动态信息传递给车辆，通知车辆是否正常行驶或需要变更车道；
(7)感应器也能接受行人需要横过马路的信息，并将信息发送给即将需要经过感应器上(下)方的车辆停车；
(8)感应器能探测到其上(下)方行驶的车辆或行人并将信息传递给即将经过其上(下)方的车辆停车；
(9)感应器能将车辆经过相邻两个感应器之间的时间节点传递给网络，由网络根据时间差计算出车辆的行驶速度，并动态传递回车辆，车辆根据该速度值输入，自行动态调整其制动距离和制动力，动态计算其经过前方行驶车位的时间节点，从而动态调整其行车路线。
车辆探测定位感应器的基本工作原理描述如下：
所述车辆探测定位感应器集成了地磁感应器、变色频闪灯、超声波探测头和通信转换模块；所述地磁感应器是探测当车辆经过时地球磁场磁力线发生切割、磁场出现扰动时将扰动信号传送到通信转换模块，再由通信模块将车辆经过的信号传递到网络；所述频闪灯则是网络指令通过通信转换模块对频闪灯发出不同的电信号，驱动LED灯光在不同的情况下按设定的颜色和频次闪烁；所述超声波探测头则将探测到周边3～5米距离内的物体(比如过马路的行人、滞留于地磁感应器不能感应到的车辆或障碍物等)产生的信号传递到通信转换模块，再由通信转换模块将信号传递到网络。车辆探测定位传感器在探测到车辆、行人、障碍物之后，会将信号传递到网络，由网络通知到车辆和道路管理及交警部门，车辆在接收到这些信息之后会自行修正行驶路线变更车道、减速停车规避行人或障碍物。
本发明的优点在于：通过对道路的信息化和网络化处理，能够提供道路动态路况数据并输出给为自动无人驾驶汽车，为无人自动驾驶汽车提供精确位置、精准导航。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图：
图中：1-道路轮廓线；2-车道分割线；3-行驶车位；4-车辆探测定位感应器。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种支持汽车无人自动驾驶的道路路面的信息化和网络化实施方法，在每一条车道上根据道路轮廓线1和车道分割线2，按顺序，根据车辆长度和宽度，按一定的长度和宽度，划分连续的行驶车位3；在每一个行驶车位四角或中心位置，将车辆探测定位感应器4即感应器钉入地面或安装在路面上方，如图1所示。
具体包括以下步骤：
(1)首先，对道路路面进行网格化细分成行驶车位；
(2)然后，在这些行驶车位中植入带唯一ID地址的信息化网络化装置即车辆探测定位感应器；即在每一个行驶车位或停车车位安装车辆探测定位感应器；
(3)通过将上述感应器与网络连接，将车辆的动态精确位置、道路中的行驶车位是否被占用、是否被预订、预定的时间节点及时间段的信息，显示在地图上供精确导航、精准定位以及路面资源服务预定及费用支付使用。
其中，所述路面车辆探测定位感应器可以是集成激光探测仪探测车辆、行人以及其他障碍物，并将探测信号通过通信转换模块转换成网络信号供无人自动驾驶汽车的中控电脑计算的输入值调用。
所述步骤(1)的具体方法为：利用数字地球原理，根据地球经纬度，对地面上的道路设定坐标值并固化在地图上，对现有道路路面及公共区域，按照车辆安全行驶和停放所需要的一定的长度和宽度，划分成一个个矩形单元并根据用途命名为行驶车位和停车车位；
所述步骤(2)的具体方法为：通过将感应器连接网络，实现道路和公共区域的信息化、网络化，将道路路面及公共区域的动态信息传递给无人自动驾驶汽车，进行准确定位和精密导航，为未来汽车无人自动驾驶汽车提供信息化和网络化基础设施。
所述步骤(3)的具体方法为：在道路路面上建立若干精确参照、校核坐标位置的装置即感应器，这些装置在探测到车辆之后，会对车辆的坐标按照固化的标准坐标值进行修正，并随时将各车辆的精确位置上传至网络地图，供无人自动驾驶汽车在选择行车路线及车道使用，或者将位置信息发送给道路管理及交警部门，由这些部门对道路进行网络化管理如封道、收费、禁行等。
其中，安装在行驶车位的车辆探测定位感应器(以下简称探测器)具备以下功能：
(1)感应器本身被进行数字化编码，具有唯一的网络ID地址，一旦安装在某一位置，将被调整校核为与该物理位置(比如地球经纬度坐标值)一致的位置，并显示在精确导航地图上，有效避免GPS定位精度差的问题；
(2)感应器一旦发生故障，道路管理部门和交警部门即能发现位于哪条道路的哪个车道上的哪一个行驶车位上的感应器损坏，快速更换；由于路面安装有多个感应器，某一个损坏，对车辆整体位置精度影响很小；
(3)感应器连接网络并双向通信，将路面信号反馈到网络并将网络指令比如路面大修封路等信息传递到感应器；比如若某道路的某一车道的某一个或几个行驶车位需要封闭，该信息将会通过道路管理部门和交警部门传递到导航地图以及感应器上，感应器将执行相关指令，通知即将到来的车辆，要么变更车道要么强行向车辆发出制动停车指令；
(4)感应器探测到车辆即将到来，发出黄色频闪；车辆经过或停留在感应器上(下)方时发出红色频闪；车辆驶离感应器所在的行驶车位发出绿色灯光；
(5)感应器感应到车辆时将车辆的精确位置发送到网络上，供车辆精确导航使用并供车辆调整位置确保在车道内行驶；
(6)车辆在启动设定好目的地、通过网络确定好行驶路线并选择行驶车道，预定何时行驶经过哪个行驶车位，行驶路线将通过网络排队，经过所分配的每一个行驶车位；感应器将在车辆到达前将动态信息传递给车辆，通知车辆是否正常行驶或需要变更车道；
(7)感应器也能接受行人需要横过马路的信息，并将信息发送给即将需要经过感应器上(下)方的车辆停车；
(8)感应器能探测到其上(下)方行驶的车辆或行人并将信息传递给即将经过其上(下)方的车辆停车；
(9)感应器能将车辆经过相邻两个感应器之间的时间节点传递给网络，由网络根据时间差计算出车辆的行驶速度，并动态传递回车辆，车辆根据该速度值输入，自行动态调整其制动距离和制动力，动态计算其经过前方行驶车位的时间节点，从而动态调整其行车路线。
由此可知，道路路面信息化网络化，就是在行驶车位安装车辆探测定位感应器，并通过该感应器连接网络从而实现道路路面的信息化和网络化。
车辆探测定位感应器的基本工作原理描述如下：
车辆探测定位感应器集成了地磁感应器、变色频闪灯、超声波探测头和通信转换模块；所述地磁感应器是探测当车辆经过时地球磁场磁力线发生切割、磁场出现扰动时将扰动信号传送到通信转换模块，再由通信模块将车辆经过的信号传递到网络；所述频闪灯则是网络指令通过通信转换模块对频闪灯发出不同的电信号，驱动LED灯光在不同的情况下按设定的颜色和频次闪烁；所述超声波探测头则将探测到周边3～5米距离内的物体(比如过马路的行人、滞留于地磁感应器不能感应到的车辆或障碍物等)产生的信号传递到通信转换模块，再由通信转换模块将信号传递到网络。车辆探测定位传感器在探测到车辆、行人、障碍物之后，会将信号传递到网络，由网络通知到车辆和道路管理及交警部门，车辆在接收到这些信息之后会自行修正行驶路线变更车道、减速停车规避行人或障碍物。
要实现汽车无人自动驾驶上路，必须将人(道路管理者、交通警察等)、车、路三者通过网络紧密快捷联系在一起。无人自动驾驶汽车技术已经日趋成熟，自适应巡航、激光探测感应、车道偏离探测纠正等技术越来成熟并初步开始普及；道路管理者及交警也通过网络对车辆行驶进行更多的干预和指导，并提供地址搜索、道路导航、拥挤路段提示、交通疏导放行等网络或现场即时服务。但道路本身作为关键的一环并未参与到信息化网络中来，也就是说，道路尚未实现与车辆和人的在线交流。举例来说，一条2车道的道路，当其中一个车道因道路损坏或追尾或车辆损坏被占用，另一个车道并不能通知在该条道路上形式的车辆转换到另一条车道，目前的无人自动驾驶的技术方案是通过汽车本身探测到前方是否有障碍物来决定是否更换车道，当道路断裂等无法探测到障碍物时，车辆将继续保持原车道行驶，从而导致事故。另外一个技术障碍就是，目前的道路在汽车导航行驶的地图上，只能显示细分到朝前行驶的一条道路，而对于道路中的每一条车道、车道中前后位置不能进行精确定位，这就使得自动驾驶车辆在导航地图的引导下，遇到路面故障时，只能靠激光探测前方车辆或行人来减速停车，而不能提前获知道路中各车道动态提早预定其他闲置车道。
如果道路本身能够信息化并参与到网络中来，即时将道路车辆占用、路面状态、交通警察或道路管理部门对道路的管制等信息分享给正在行驶或即将行驶在该道路上的车辆，让车辆在获得这些信息输入之后自行选择行驶路线、选择并适时变更行驶车道、规避障碍或高峰路面、规避道路维修路面或管制。这就是道路信息化网络化技术的研发原动力。
道路路面信息化和网络化，其根本实质就是将道路细分为车道并将车道再细分为车辆安全行驶车位，通过在行驶车位上安装车辆探测定位感应器(如附图1所示)，将行驶车位的位置信息、即时动态占用信息、预计未来占用信息动态显示在精确导航地图上，供无人自动驾驶车辆决策路线选择、车道变更选择、减速或加速选择。

Claims (10)

1.一种支持汽车无人自动驾驶的道路路面的信息化和网络化实施方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)首先，对道路路面进行网格化细分成行驶车位；
(2)然后，在这些行驶车位中植入带唯一ID地址的信息化网络化装置即车辆探测定位感应器；即在每一个行驶车位或停车车位安装车辆探测定位感应器；
(3)通过将上述感应器与网络连接，将车辆的动态精确位置、道路中的行驶车位是否被占用、是否被预订、预定的时间节点及时间段的信息，显示在地图上供精确导航、精准定位以及路面资源服务预定及费用支付使用。
2.根据权利要求1所述的一种支持汽车无人自动驾驶的道路路面的信息化和网络化实施方法，其特征在于：所述车辆探测定位感应器集成地磁感应器、变色频闪灯、超声波探测头和通信转换模块；所述地磁感应器是探测当车辆经过时地球磁场磁力线发生切割、磁场出现扰动时将扰动信号传送到通信转换模块，再由通信模块将车辆经过的信号传递到网络；所述频闪灯则是网络指令通过通信转换模块对频闪灯发出不同的电信号，驱动LED灯光在不同的情况下按设定的颜色和频次闪烁；所述超声波探测头则将探测到周边3～5米距离内的物体产生的信号传递到通信转换模块，再由通信转换模块将信号传递到网络。
3.根据权利要求1所述的一种支持汽车无人自动驾驶的道路路面的信息化和网络化实施方法，其特征在于，所述步骤(1)的具体方法为：利用数字地球原理，根据地球经纬度，对地面上的道路设定坐标值并固化在地图上，对现有道路路面及公共区域，按照车辆安全行驶和停放所需要的一定的长度和宽度，划分成一个个矩形单元并根据用途命名为行驶车位和停车车位。
4.根据权利要求1所述的一种支持汽车无人自动驾驶的道路路面的信息化和网络化实施方法，其特征在于，所述步骤(2)的具体方法为：通过将感应器连接网络，实现道路和公共区域的信息化、网络化，将道路路面及公共区域的动态信息传递给无人自动驾驶汽车，进行准确定位和精密导航，为未来汽车无人自动驾驶汽车提供信息化和网络化基础设施。
5.根据权利要求1所述的一种支持汽车无人自动驾驶的道路路面的信息化和网络化实施方法，其特征在于，所述步骤(3)的具体方法为：在道路路面上建立若干精确参照、校核坐标位置的装置即感应器，这些装置在探测到车辆之后，会对车辆的坐标按照固化的标准坐标值进行修正，并随时将各车辆的精确位置上传至网络地图，供无人自动驾驶汽车在选择行车路线及车道使用，或者将位置信息发送给道路管理及交警部门，由这些部门对道路进行网络化管理。
6.根据权利要求1所述的一种支持汽车无人自动驾驶的道路路面的信息化和网络化实施方法，其特征在于：所述感应器本身被进行数字化编码，具有唯一的网络ID地址，一旦安装在某一位置，将被调整校核为与该物理位置一致的位置，并显示在精确导航地图上。
7.根据权利要求1所述的一种支持汽车无人自动驾驶的道路路面的信息化和网络化实施方法，其特征在于：所述感应器连接网络并双向通信，将路面信号反馈到网络并将网络指令信息传递到感应器。
8.根据权利要求1所述的一种支持汽车无人自动驾驶的道路路面的信息化和网络化实施方法，其特征在于：所述感应器探测到车辆即将到来，发出黄色频闪；车辆经过或停留在感应器上或下方时发出红色频闪；车辆驶离感应器所在的行驶车位发出绿色灯光。
9.根据权利要求1所述的一种支持汽车无人自动驾驶的道路路面的信息化和网络化实施方法，其特征在于：所述感应器感应到车辆时将车辆的精确位置发送到网络上，供车辆精确导航使用并供车辆调整位置确保在车道内行驶；车辆在启动时设定好目的地、通过网络确定好行驶路线并选择行驶车道，预定何时行驶经过哪个行驶车位，行驶路线将通过网络排队，经过所分配的每一个行驶车位；感应器将在车辆到达前将动态信息传递给车辆，通知车辆是否正常行驶或需要变更车道。
10.根据权利要求1所述的一种支持汽车无人自动驾驶的道路路面的信息化和网络化实施方法，其特征在于：所述感应器能接受行人需要横过马路的信息，并将信息发送给即将需要经过感情器上或下方的车辆停车；所述感应器能探测到其上方行驶的车辆或行人并将信息传递给即将经过其上或下方的车辆停车；所述感应器能将车辆经过相邻两个感应器之间的时间节点传递给网络，由网络根据时间差计算出车辆的行驶速度，并动态传递回车辆，车辆根据该速度值输入，自行动态调整其制动距离和制动力，动态计算其经过前方行驶车位的时间节点，从而动态调整其行车路线。
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