CN110660218A - 利用毫米波雷达的高精度地图制作方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用毫米波雷达的高精度地图制作方法及系统，属于雷达技术领域。采用了该发明的方法及系统，其通过安装有毫米波雷达的车辆行驶过一路段的过程中，利用毫米波雷达获取道路信息；进而识别道路特征；并根据道路信息、道路特征和车辆信息生成该路段的高精度地图。该方法硬件成本低、误报率低、数据采集精度高、可识别目标多、对于环境要求低，能够应对恶劣天气和低能见度等场景，进一步的还可以通过众包的方式，利用多辆安装有毫米波雷达的车辆驶过同一路段，或多次驶过同一路段，实现多次道路信息采集，从而形成毫米波雷达高精度地图图层，实现地图的及时更新，使所生成的高精度地图满足自动驾驶的需求，有利于大规模商用。
Description
技术领域
本发明涉及雷达技术领域，特别涉及毫米波雷达技术领域，具体是指一种利用毫米波雷达的高精度地图制作方法及系统。
背景技术
高精地图被称为无人驾驶的”眼睛”，是无人驾驶的核心技术之一。精准的高精度地图可以帮助汽车预先感知路面复杂信息，如坡度、曲率、航向等，结合智能路径规划，让汽车做出正确的决策。高精度地图的绘制包含数据收集等步骤，数据收集目前遇到诸多困难点，现有技术的首选方案是激光雷达、高精定位及IMU(惯导)组合的方案。此方案的优点是数据采集精准、细节详尽、对自动驾驶的支持较好，缺点是处理和采集的成本比较高，覆盖有限，更新慢，难以大规模商用。另外一个异军突起的方案是摄像头方案，摄像头方案比较直观，便于大规模商用，但是也有其局限性，例如，光线反差、夜光/炫目、日光直射、雨雪天、雾霾天等情况下，采集效果不佳。因此，如何提供一种数据采集准确、对于环境要求低，且更新及时，适用范围广，有利于大规模商用的高精度地图制作方法成为本领域亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种利用毫米波雷达实现的高精度地图制作方法及系统。其具有硬件成本低、误报率低、能够应对恶劣天气和低能见度等场景，并且采集精度高，检测目标多等优点；而且还可采用众包的方式多次采集，从而形成毫米波雷达高精度地图图层。
为了实现上述的目的，本发明的利用毫米波雷达的高精度地图制作方法包括以下步骤：
(1)安装有毫米波雷达的车辆行驶过一路段，行驶过程中，利用所述的毫米波雷达获取道路信息；
(2)识别所述道路信息中的道路特征；
(3)根据所述的道路信息、道路特征和车辆信息生成所述的路段的高精度地图。
该利用毫米波雷达的高精度地图制作方法中，所述的利用毫米波雷达获取道路信息具体为：
利用毫米波雷达发射毫米波信号并接收回波信号，
根据收发信号的频率变化确定车辆的相对速度；
根据收发信号之间的时间差测得目标的位置数据和相对距离；
根据同一目标反射回的毫米波的相位差监测目标的方位角。
该利用毫米波雷达的高精度地图制作方法中，所述的识别所述道路信息中的道路特征，具体为：
根据目标物的反射强度不同对目标进行分类，识别出道路、车道线、交通标志线、马路牙子、交通指示牌、路边护栏、路边广告牌、限高标识和隧道桥洞。
该利用毫米波雷达的高精度地图制作方法中，所述的根据所述的道路信息、道路特征和车辆信息生成所述的路段的高精度地图，具体为：
根据车辆位置、速度、方向、坡度信息以及道路信息，对所述的道路特征进行定位，生成包含所述道路特征的高精度地图。
该利用毫米波雷达的高精度地图制作方法中，由多辆安装有毫米波雷达的车辆分别驶过所述的路段，并重复执行所述的步骤(1)、(2)、(3)，实现对于该路段的高精度地图的更新，提高所述高精度地图的准确度。
本发明还提供一种利用毫米波雷达的高精度地图制作系统，其包括：毫米波雷达、道路特征识别单元和地图生成单元。
毫米波雷达，安装于车辆上，在该车辆行驶过一路段的过程中，利用所述的毫米波雷达获取道路信息；
道路特征识别单元，用以识别所述道路信息中的道路特征；
地图生成单元，用以根据所述的道路信息、道路特征和车辆信息生成所述路段的高精度地图。
该利用毫米波雷达的高精度地图制作系统中，所述的利用毫米波雷达获取道路信息具体为：
利用毫米波雷达发射毫米波信号并接收回波信号，
根据收发信号的频率变化确定车辆的相对速度；
根据收发信号之间的时间差测得目标的位置数据和相对距离；
根据同一目标反射回的毫米波的相位差监测目标的方位角。
该利用毫米波雷达的高精度地图制作系统中，所述的识别道路信息中的道路特征，具体为：
所述的道路特征识别单元根据目标物的反射强度不同对目标进行分类，识别出道路、车道线、交通标志线、马路牙子、交通指示牌、路边护栏、路边广告牌、限高标识和隧道桥洞。
该利用毫米波雷达的高精度地图制作系统中，所述的根据所述的道路信息、道路特征和车辆信息生成所述的路段的高精度地图，具体为：
所述的地图生成单元根据车辆位置、速度、方向、坡度信息以及道路信息，对所述的道路特征进行定位，生成包含所述道路特征的高精度地图。
该利用毫米波雷达的高精度地图制作系统中，还包括：服务器和多个毫米波雷达。所述的道路特征识别单元和地图生成单元设置于所述的服务器；多个所述的毫米波雷达分别安装于多辆车辆上，各毫米波雷达均通过网络连接所述的服务器，当各所述车辆分别驶过所述的路段，均利用各自的毫米波雷达获取该路段的道路信息并发送至所述服务器，所述的道路特征识别单元识别多次该路段道路信息中的道路特征；所述的地图生成单元，根据多次的道路信息、道路特征和相应车辆信息生成该路段的高精度地图，实现对于该路段的高精度地图的更新，提高所述高精度地图的准确度。
采用了该发明的利用毫米波雷达的高精度地图制作方法及系统，其通过安装有毫米波雷达的车辆行驶过一路段的过程中，利用毫米波雷达获取道路信息；进而识别道路特征；并根据道路信息、道路特征和车辆信息生成该路段的高精度地图。该方法硬件成本低、误报率低、数据采集精度高、可识别目标多、对于环境要求低，能够应对恶劣天气和低能见度等场景，进一步的还可以通过众包的方式，利用多辆安装有毫米波雷达的车辆驶过同一路段，或多次驶过同一路段，实现多次道路信息采集，从而形成毫米波雷达高精度地图图层，实现地图的及时更新，使所生成的高精度地图满足自动驾驶的需求，有利于大规模商用。
附图说明
图1为本发明的利用毫米波雷达的高精度地图制作方法的步骤流程图。
图2为本发明的利用毫米波雷达的高精度地图制作系统的结构示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。
请参阅图1所示，为本发明的利用毫米波雷达的高精度地图制作方法的步骤流程图。
在一种实施方式中，该利用毫米波雷达的高精度地图制作方法包括以下步骤：
(1)安装有毫米波雷达的车辆行驶过一路段，行驶过程中，利用所述的毫米波雷达获取道路信息；
(2)识别所述道路信息中的道路特征；
(3)根据所述的道路信息、道路特征和车辆信息生成所述的路段的高精度地图。
在一种较优选的实施方式中，所述的利用毫米波雷达获取道路信息具体为：
利用毫米波雷达发射毫米波信号并接收回波信号，
根据收发信号的频率变化确定车辆的相对速度；
根据收发信号之间的时间差测得目标的位置数据和相对距离；
根据同一目标反射回的毫米波的相位差监测目标的方位角。
在另一种较优选的实施方式中，所述的识别所述道路信息中的道路特征，具体为：
根据目标物的反射强度不同对目标进行分类，识别出道路、车道线、交通标志线、马路牙子、交通指示牌、路边护栏、路边广告牌、限高标识和隧道桥洞。
在又一种较优选的实施方式中，所述的根据所述的道路信息、道路特征和车辆信息生成所述的路段的高精度地图，具体为：
根据车辆位置、速度、方向、坡度信息以及道路信息，对所述的道路特征进行定位，生成包含所述道路特征的高精度地图。
在更优选的实施方式中，由多辆安装有毫米波雷达的车辆分别驶过所述的路段，并重复执行所述的步骤(1)、(2)、(3)，实现对于该路段的高精度地图的更新，提高所述高精度地图的准确度。
本发明还提供一种利用毫米波雷达的高精度地图制作系统，在一种实施方式中，该系统，如图2所示，包括：毫米波雷达、道路特征识别单元和地图生成单元。
毫米波雷达安装于车辆上，道路特征识别单元和地图生成单元可同样安装于车辆上，或设置于其它位置。道路特征识别单元和地图生成单元可通过网络连接该毫米波雷达。
在安装有毫米波雷达的车辆行驶过一路段的过程中，利用所述的毫米波雷达获取道路信息；道路特征识别单元识别所述道路信息中的道路特征；地图生成单元则根据所述的道路信息、道路特征和车辆信息生成所述路段的高精度地图。
在一种优选的实施方式中，所述的利用毫米波雷达获取道路信息具体为：
利用毫米波雷达发射毫米波信号并接收回波信号，
根据收发信号的频率变化确定车辆的相对速度；
根据收发信号之间的时间差测得目标的位置数据和相对距离；
根据同一目标反射回的毫米波的相位差监测目标的方位角。
在另一种优选的实施方式中，所述的识别道路信息中的道路特征，具体为：
所述的道路特征识别单元根据目标物的反射强度不同对目标进行分类，识别出道路、车道线、交通标志线、马路牙子、交通指示牌、路边护栏、路边广告牌、限高标识和隧道桥洞。
在又一种优选的实施方式中，所述的根据所述的道路信息、道路特征和车辆信息生成所述的路段的高精度地图，具体为：
所述的地图生成单元根据车辆位置、速度、方向、坡度信息以及道路信息，对所述的道路特征进行定位，生成包含所述道路特征的高精度地图。
在更优选的实施方式中，该利用毫米波雷达的高精度地图制作系统如图2所示，还包括：服务器和多个毫米波雷达。道路特征识别单元和地图生成单元设置于所述的服务器；多个毫米波雷达可分别安装于多辆车辆上，且各毫米波雷达均通过网络连接所述的服务器。
当各所述车辆分别驶过所述的路段，或多次驶过该路段，均可利用各自的毫米波雷达获取该路段的道路信息并发送至所述服务器。所述的道路特征识别单元识别多次该路段道路信息中的道路特征；所述的地图生成单元，根据多次的道路信息、道路特征和相应车辆信息生成该路段的高精度地图，实现对于该路段的高精度地图的更新，提高所述高精度地图的准确度。
在实际应用中，本发明的利用毫米波雷达的高精度地图制作方法及系统，利用安装于车辆上的毫米波雷达获取道路信息，进而识别道路特征，并生成该路段的高精度地图。
毫米波雷达获取道路信息具体包括：根据收发信号的频率变化确定车辆的相对速度；根据收发信号之间的时间差测得目标的位置数据和相对距离；根据同一目标反射回的毫米波的相位差监测目标的方位角等等。
毫米波雷达测距原理是毫米波发射出去后，遇到目标，反射回来，然后接收回波。根据收发的时间差测得目标的位置数据和相对距离。根据电磁波的传播速度，可以确定目标的距离公式为：s＝ct/2，其中s为目标距离，t为电磁波从雷达发射出去到接收到目标回波的时间，c为光速。
毫米波雷达测速是基于多普勒效应原理。多普勒效应是，当声音、光和无线电波等振动源与观测者以相对速度v运动时，观测者所收到的振动频率与振动源所发出的频率有不同。也就是说，当发射的电磁波和被探测目标有相对移动，回波的频率会和发射波的频率不同。当目标向雷达天线靠近时，反射信号频率将高于发射信号频率；反之，当目标远离天线而去时，反射信号频率将低于发射信号频率。由多普勒效应所形成的频率变化叫做多普勒频移，它与相对速度v成正比，与振动的频率成反比。如此，通过检测这个频率差，可以测得目标相对于雷达的移动速度，也就是目标与雷达的相对速度。
被监测目标的方位角的探测原理是：通过毫米波雷达的发射天线发射出毫米波后，遇到被监测物体，反射回来，通过毫米波雷达并列的接收天线，通过收到同一监测目标反射回来的毫米波的相位差，就可以计算出被监测目标的方位角。
高精度地图区别于传统地图的一个重要特征就是精度，传统地图只能有米级的精度，对于车辆来说，米级的精度是完全不够的。高精度地图对于确保无人驾驶的安全性至关重要，而毫米波雷达的测距精度很高，可以达到±0.25m，满足高精地图对于精度的要求。
高精度地图的一个重要功能就是自定位，无人驾驶需要知道自身所在地图的位置，首先车辆需要寻找地标，既通过毫米波雷达等传感器获得的信息同高精度地图上已知地标进行比较，来锁定自车在高精地图上的准确位置。
高精度地图，除了自定位的需要外，同时还需要还原真实的世界，不仅仅需要认清可行驶的车道线，也需要识别马路牙子、隧道桥洞、路边护栏、路边广告牌、限高标识等。
毫米波雷达采集道路信息之后，可以判断出哪些点为静止物体，多个毫米波雷达采集到的信息与已经形成的道路特征形成比对，通过最小二乘法对道路左右边沿进行拟合，经拟合后的结果，这就形成了高精度地图图层中道路信息的一部分，其它道路信息的采集也是基于同样的原理。
由于不同目标物的反射强度不同，所以毫米波雷达可以精确地对目标进行分类，并对该位置周边的信息进行准确地描述。而后结合车辆自定位和方位角确定目标的位置，例如确定马路牙子的位置可以画出道路的范围，确定限速标识的位置可以便于识别限速信息，确定路牌的位置，实现对于道路名称的识别等等。
更为重要的是，本发明的高精度地图制作方法可以通过众包的方式实现精度的提升。将毫米波雷达安装在如物流车、专车、出租车上，将多次采集的道路数据进行叠加，从而生成精确的道路信息，即可实现对于高精度地图的更新，同时也可以确保地图数据的精度。
另一方面，毫米波雷达安装在如拖车、卡车、危险品车、大巴车、小汽车等不同的车辆上时，由于车辆类型的不同，其允许驾驶或习惯驾驶的路径并不相同，例如卡车等大型车经常走道路外侧的慢车道，便于识别道路右侧的信息，反之，小汽车则便于识别道路左侧的信息。同时，不同车辆由于不同的驾驶习惯形成的不同驾驶轨迹，可以形成此类车辆的推荐路径，并将该推荐路径作为高精度地图的一部分。例如在一个路口形成小车转弯路径、巴士转弯路径和拖车转弯路径的不同信息，并将这些信息都作为高精度地图的数据。
进而在应用于无人驾驶时，可基于该高精度地图，通过人工智能算法决策做出车道及路径规划，给制动、转向、加速等控制器下达指令，控制车辆开往目的地。
采用了该发明的利用毫米波雷达的高精度地图制作方法及系统，其通过安装有毫米波雷达的车辆行驶过一路段的过程中，利用毫米波雷达获取道路信息；进而识别道路特征；并根据道路信息、道路特征和车辆信息生成该路段的高精度地图。该方法硬件成本低、误报率低、数据采集精度高、可识别目标多、对于环境要求低，能够应对恶劣天气和低能见度等场景，进一步的还可以通过众包的方式，利用多辆安装有毫米波雷达的车辆驶过同一路段，或多次驶过同一路段，实现多次道路信息采集，从而形成毫米波雷达高精度地图图层，实现地图的及时更新，使所生成的高精度地图满足自动驾驶的需求，有利于大规模商用。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
Claims (10)
1.一种利用毫米波雷达的高精度地图制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)安装有毫米波雷达的车辆行驶过一路段，行驶过程中，利用所述的毫米波雷达获取道路信息；
(2)识别所述道路信息中的道路特征；
(3)根据所述的道路信息、道路特征和车辆信息生成所述的路段的高精度地图。
2.根据权利要求1所述的利用毫米波雷达的高精度地图制作方法，其特征在于，所述的利用毫米波雷达获取道路信息具体为：
利用毫米波雷达发射毫米波信号并接收回波信号，
根据收发信号的频率变化确定车辆的相对速度；
根据收发信号之间的时间差测得目标的位置数据和相对距离；
根据同一目标反射回的毫米波的相位差监测目标的方位角。
3.根据权利要求1所述的利用毫米波雷达的高精度地图制作方法，其特征在于，所述的识别所述道路信息中的道路特征，具体为：
根据目标物的反射强度不同对目标进行分类，识别出道路、车道线、交通标志线、马路牙子、交通指示牌、路边护栏、路边广告牌、限高标识和隧道桥洞。
4.根据权利要求1所述的利用毫米波雷达的高精度地图制作方法，其特征在于，所述的根据所述的道路信息、道路特征和车辆信息生成所述的路段的高精度地图，具体为：
根据车辆位置、速度、方向、坡度信息以及道路信息，对所述的道路特征进行定位，生成包含所述道路特征的高精度地图。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的利用毫米波雷达的高精度地图制作方法，其特征在于，由多辆安装有毫米波雷达的车辆分别驶过所述的路段，并重复执行所述的步骤(1)、(2)、(3)，实现对于该路段的高精度地图的更新，提高所述高精度地图的准确度。
6.一种利用毫米波雷达的高精度地图制作系统，其特征在于，包括：
毫米波雷达，安装于车辆上，在该车辆行驶过一路段的过程中，利用所述的毫米波雷达获取道路信息；
道路特征识别单元，用以识别所述道路信息中的道路特征；
地图生成单元，用以根据所述的道路信息、道路特征和车辆信息生成所述路段的高精度地图。
7.根据权利要求6所述的利用毫米波雷达的高精度地图制作系统，其特征在于，所述的利用毫米波雷达获取道路信息具体为：
利用毫米波雷达发射毫米波信号并接收回波信号，
根据收发信号的频率变化确定车辆的相对速度；
根据收发信号之间的时间差测得目标的位置数据和相对距离；
根据同一目标反射回的毫米波的相位差监测目标的方位角。
8.根据权利要求6所述的利用毫米波雷达的高精度地图制作系统，其特征在于，所述的识别道路信息中的道路特征，具体为：
所述的道路特征识别单元根据目标物的反射强度不同对目标进行分类，识别出道路、车道线、交通标志线、马路牙子、交通指示牌、路边护栏、路边广告牌、限高标识和隧道桥洞。
9.根据权利要求6所述的利用毫米波雷达的高精度地图制作系统，其特征在于，所述的根据所述的道路信息、道路特征和车辆信息生成所述的路段的高精度地图，具体为：
所述的地图生成单元根据车辆位置、速度、方向、坡度信息以及道路信息，对所述的道路特征进行定位，生成包含所述道路特征的高精度地图。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的利用毫米波雷达的高精度地图制作系统，其特征在于，还包括：
服务器，所述的道路特征识别单元和地图生成单元设置于所述的服务器；
多个所述的毫米波雷达分别安装于多辆车辆上，各毫米波雷达均通过网络连接所述的服务器，
当各所述车辆分别驶过所述的路段，均利用各自的毫米波雷达获取该路段的道路信息并发送至所述服务器，所述的道路特征识别单元识别多次该路段道路信息中的道路特征；所述的地图生成单元，根据多次的道路信息、道路特征和相应车辆信息生成该路段的高精度地图，实现对于该路段的高精度地图的更新，提高所述高精度地图的准确度。
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