CN111210618B - 自动网联公交道路系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动网联公交道路系统，为自动驾驶网联车辆提供集成控制和操作，该系统包括：路侧单元网络；交通控制单元和交通控制中心网络；车载单元和车辆接口；交通运营中心；基于云的信息和计算服务平台；所述自动网联公交道路系统由以下一项或多项支持：通过有线和无线进行实时通信；供电网络；网络安全保障体系；所述自动网联公交道路系统用于实现以下一个或多个功能：传感；交通行为预测与管理；规划和决策；车辆控制。本发明适用于公交型车辆运营，还可用于高速公路系统的运营和管理。

Description

自动网联公交道路系统

技术领域

本发明主要为一个综合的系统可以实现智能公交车辆系统的控制。具体而言，系统通过向车辆发送实时的、具体的控制指令实现车辆的寻路、变道、转弯等。

背景技术

公交车辆在有人或无人参与情况下由路侧单元进行检测和巡航的智能公交车辆管理系统正在构建当中。当前，它们还处于实验测试阶段，还没有进行广泛的商业应用。现有的系统和方法大多复杂、昂贵并且不可靠，这使得系统的普遍化执行成为一个重大挑战。

已公开的专利(申请号：201711222257.1)提出了一种代替性的系统和方法，即智能网联交通系统。该发明提供了一个交通管理系统，通过向车辆发送具体的具有时间敏感性的控制指令(如车辆跟驰、换道、路径导航等)，实现所有智能网联车的运行控制。此智能网联交通系统包括以下一种或多种组成：1)一个分层控制网络，包括交通控制中心、局部的交通控制单元；2)一个路侧单元网络(整合了车辆传感器的功能，I2V通信以实现控制指令的传递)；3)车载单元网络，安置于智能网联车内；4)无线通信和安全系统，实现局部和全局通信。此系统提供了一个更加安全、可靠和经济的途径，通过将车辆驾驶任务分布到分层的交通控制网络和路侧单元网络。本发明面向共享汽车服务提供商(SMSP)加强了公开专利(申请号：201711222257.1)提出的系统。该发明为智能公交车辆管理系统提供了系统和方法，用于智能网联交通系统环境下公交车辆的操作和控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种自动网联公交道路系统，用于实现智能网联交通系统中自动驾驶公交车辆的控制与运营，具体通过为公交车辆提供定制/非定制的实时交通信息和发送相应的控制指令，保证车辆完成寻路、变道、转弯等驾驶任务来实现。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种自动网联公交道路系统，为自动驾驶网联车辆(CATV)提供集成控制和操作，该系统包括：

(1)路侧单元(RSU)网络；

(2)交通控制单元(TCU)和交通控制中心(TCC)网络；

(3)车载单元(OBU)和车辆接口；

(4)交通运营中心(TOC)；

(5)基于云的信息和计算服务平台；

所述自动网联公交道路系统由以下一项或多项支持：

(1)通过有线和无线进行实时通信；

(2)供电网络；

(3)网络安全保障体系；

所述自动网联公交道路系统用于实现以下一个或多个功能：

(1)传感；

(2)交通行为预测与管理；

(3)规划和决策；

(4)车辆控制。

该系统应用在公交车道，所述公交车道为城市街道的部分车道或所有车道，以及受控的公路，所述公交车道通过隔离方式与普通车道分隔。

所述隔离方式包括以下类型：

(1)逻辑屏障，公交车道和其他车道通过路面标记分开；

(2)物理屏障，公交车道通过物理隔离方式与其他车道隔开。

所述公交车道包括：非专用车道、自动驾驶网联车辆(CATV)专用车道、自动驾驶网联车辆(CATV)动态专用车道。

所述自动网联公交道路系统配备有公交站，所述公交站包括以下一种或多种：非专用公交站和自动驾驶网联车辆(CATV)专用公交站；

路侧式公交站和港湾式公交站，公交站设置于交叉口上游、交叉口下游或者路段中间。

所述公交站具有以下功能：

(1)确定进站车辆的停靠站台；

(2)检测进站车辆停靠站台是否精确；

(3)检测车门的打开或者关闭状态；

(4)检测乘客是否完成上下客；

(5)协调进站车辆的进站顺序和停靠站点；

(6)对进站车辆的不规范状态进行警告和校正。

所述自动网联公交道路系统基于总体延误与平均车速，对交叉口与汇入/汇出地点进行车辆优先权管理策略。

所述自动驾驶网联车辆(CATV)基于I2V通信技术向路侧单元发送车辆运行状态，车辆运行状态包括乘客状况、车辆位置、车速、延误时间、时刻表、起讫点以及车辆自身状况。

所述自动网联公交道路系统能够提供定制服务和非定制服务：

(1)定制服务提供如下机动车服务：定制出行计划，指派自动车辆，根据乘客出行需求提供接送服务；其中，乘客出行需求包括出行起终点和出行时间；

(2)非定制服务提供按照既有时刻表和路线运行的自动驾驶公交车辆服务。

所述路侧单元网络包括以下子模块中的一个或多个；

(1)传感模块，用于驾驶环境检测；

(2)通信模块，用于通过有线或无线媒体与运输车辆，交通控制单元和基于云的信息和计算服务平台进行通信；

(3)数据处理模块，用于处理、融合和计算来自传感模块和通信模块的数据；

(4)接口模块，用于数据处理模块和通信模块之间通信；

(5)自适应电源模块，用于根据具有备用冗余的本地电网条件调整电力输送；

(6)站点管理模块，用于站点监控、乘客行为检测和运输车辆控制。

(7)交叉口管理模块，用于监控行人并根据交叉路口的交通状况控制运输车辆。

所述传感模块为以下的一种或多种：

(1)与视觉传感器一起监控道路环境和车辆属性数据的基于传感器的雷达，为以下一种或多种：激光雷达、微波雷达、超声波雷达、毫米波雷达；

(2)与雷达一起提供道路环境和交通数据的视觉传感器，为以下一种或多种：彩色高清摄像头、适合黑暗环境的红外摄像机、适合黑暗环境的热成像仪、无人机相机；

(3)与惯性导航系统一起支持车辆定位的基于导航系统的卫星，为以下一种或多种：差分全球定位系统、北斗定位系统；

(4)与卫星导航系统配合使用支持车辆定位的惯性导航系统，为惯性基准单元；

(5)车辆检测设备，为以下的一种或多种：射频识别设备、蓝牙、Wifi、蜂窝网络。

所述路侧单元网络的布设方式如下：

(1)沿路的安装位置为以下的一种或多种：路侧、公交站、交叉口、驶入/驶出点、弯道、桥梁、隧道、互通式立交、无人机；

(2)对于特殊场景，增加路侧单元的安装位置，所述特殊场景包括：交通拥堵、交通事故、道路施工、极端天气；

(3)路侧单元间距和布局基于以下因素：道路几何条件、道路环境、行人的运动、公交车站环境和乘客、公交车辆尺寸、公交车辆动态特性、公交车辆盲点；

(4)路侧单元安装方式为以下的一种或多种：单悬臂、双悬臂。

所述交通控制单元(TCU)和交通控制中心(TCC)网络用于实现以下功能：

(1)交通控制中心(TCC)用于实现综合交通运输业务优化，数据处理和记忆功能，并为用户提供操作界面；

(2)交通控制单元(TCU)用于实现基于预先安装的算法高度自动化的实时交通车辆控制和数据处理功能。

所述交通控制单元(TCU)和交通控制中心(TCC)网络包括：

宏观TCC，用于处理来自区域TCC的信息，并为区域TCC提供控制目标；

区域TCC，用于处理来自道路TCC的信息，并为道路TCC提供控制目标；

道路TCC，用于处理来自宏观和分段TCU的信息，并提供分段TCU提供控制目标；

分段TCU，用于处理来自道路/点TOC的信息，并为点TCU提供控制目标；

点TCU，用于处理来分段TCU和RSU的信息并向RSU提供基于车辆的控制指令，其中RSU提供具有定制的交通信息和控制指令的传输，并接收由运输车辆提供的信息；

其中，所述分段TCU和点TCU能够与路侧单元(RSU)集成为一体。

所述交通控制单元(TCU)包括以下模块：

(1)连接和数据交换模块，提供不同的交通控制中心(TCC)之间的数据连接和交换功能，该模块具有如下功能：数据处理，数据格式转换，防火墙，加密和解密；

(2)传输模块，为不同的交通控制中心(TCC)之间的数据交换提供各种通信方式，包括无线和有线硬件和软件，该模块的软件提供云平台内不同传输网络之间的接入功能和数据转换功能；

(3)服务管理模块，为应用层提供数据存储，数据搜索，数据分析，还具有信息安全，隐私保护和网络管理功能；

(4)应用模块，提供对整交通控制中心(TCC)的各种管理和控制，包括车辆和道路的协同控制，监控，紧急服务以及人与设备的交互。

所述交通控制单元(TCU)包括以下模块：

(1)传感器和控制模块，提供传感和控制功能；

(2)通信模块，为自动运输车辆和路侧单元(RSU)之间的数据交换提供各种通信网络功能；

(3)服务管理模块，为应用层提供数据存储，数据搜索，数据分析，具有信息安全，隐私保护和网络管理；

(4)应用模块，提供各种管理和控制方法，包括车辆和道路的本地协同控制，监控和紧急服务。

所述车载单元包括：

(1)通信模块，用于车载单元和路侧单元之间的通信，以及不同公交车辆车载单元之间的通信；

(2)数据采集模块，采集公交车辆所配备的内外部传感器数据，监测公交车辆、乘客和驾驶员的状态；

(3)公交车辆控制模块，执行来自路侧单元的驾驶任务控制指令。

所述车载单元能够辅助路侧单元控制公交车辆，具体为：

(1)车载单元接收来自路侧单元的如下数据：

a.公交车辆控制指令，包括：请求的纵向、横向加速度，请求的车辆方向；

b.出行路线和交通信息，包括：交通状况、交通事故、交叉口、出入口；

c.服务数据，包括：加油站，兴趣点；

(2)车载单元向路侧单元发送如下数据：

a.驾驶员输入数据，包括：旅行的起止点、预期的旅行时间、服务请求、危险品水平；

b.驾驶员状态数据，包括：驾驶员行为、疲劳水平、驾驶员注意力分散度；

c.公交车辆状态数据，包括：车辆ID、类型和由数据收集模块收集的数据；

(3)车载单元收集如下数据：

a.发动机状态；

b.车速；

c.乘客状态；

d.危险品检验；

e.周围物体检测；

f.驾驶员状态；

(4)车载单元在以下特殊情况下对车辆进行控制：

a.恶劣的天气条件；

b.交通事故；

c.通信故障。

所述交通运营中心(TOC)具有交互式GUI，并提供应用程序编程接口(API，Application Programming Interface)，以实现和交通控制中心(TCC)的数据交换控制；包括信息共享接口和车辆控制接口，具体为：

(1)能够从网联和自动驾驶系统共享和获取交通数据的接口；交通数据如公交密度，速度和轨迹；

(2)能够从自动总线系统和其他共享移动系统共享和获取交通事件，极端天气和路面故障的界面；

(3)能够与其他共享移动系统共享和获取乘客需求模式的界面；

(4)能够根据自动公交系统给出的信息动态调整票价的接口；

(5)能够允许特殊部门删除，更改和共享信息的界面；特殊部门如车辆管理处和公安；

(6)允许自动公交系统在某些情况下控制车辆的接口；

(7)当在同一专用/非专用车道上行驶时，允许相关车辆与其他SMSP车辆形成队列运行的接口；

(8)允许特殊机构在重大事故和自然灾害等极端条件下控制车辆的界面；

(9)允许自动交通系统在车辆离开平台时控制其车辆的接口；

(10)允许自动交通系统在车辆进入平台时控制其车辆的接口。

所述基于云的信息和计算服务平台能够支持自动公交车辆的应用服务和大数据处理，包括云平台架构、云操作系统、数据存储和检索模块、深度挖掘模块和大数据关联分析模块。

所述基于云的信息和计算服务平台能够提供信息和计算服务，包括：

(1)存储即服务(STaaS)，以满足额外的存储需求；

(2)控制即服务(CCaaS)，以提供额外的控制能力作为服务；

(3)计算即服务(CaaS)，提供系统实体或实体组，以请求额外的计算资源；

(4)感知即服务(SEaaS)，以提供额外的感知能力。

所述基于云的信息和计算服务平台通过交通状态估计和预测算法，并基于加权数据融合方法来估计交通状态。

所述公交管理系统的传感功能如下：

(1)对于专用道，路侧设备和车载单元监控自动驾驶公交车，搜集信息，进行数据处理、融合，并发送至交通控制单元和基于云的信息和计算服务平台；

(2)对于非专用道，路侧设备监控所有车辆，装有车载单元的自动驾驶车辆运用可视化的感知设备监控车辆周围环境，进行数据搜集、处理、融合，发送至交通控制单元和基于云的信息和计算服务平台；

(3)在公交场站，安装在场站内的路侧单元监测乘客的行为和公交车的状态；

(4)在交叉路口，交叉口的各个方向均安装路侧单元，对行人和车辆进行监测；

(5)在自动驾驶专用道的入口处，首先由入口的感应设备探测并记录非无人驾驶车辆，然后由路侧单元进行追踪，临近入口时系统对即将进入专用道的车辆发布提示；

(6)在自动驾驶公交车上，由车载单元检测车辆和乘客的状态，并将其发送给路侧单元。

所述自动网联公交道路系统的交通行为预测和管理的功能如下：

(1)微观层面

a.纵向控制：车辆跟驰，用于确定车辆在不同情况下的跟驰距离；

b.侧向控制：车道保持和换道；

(2)中观层面：

a.事故排查：时刻监控轮胎、制动部件和所有传感器的状态，以确保事故得到控制；

b.天气预报通知：将自动驾驶车辆连接到基于云图分析和机器学习的分钟级天气预报软件上，时时刷新天气情况信息，提高天气预报精度；

c.减速带，提前确定减速带位置，降低行驶速度；

(3)宏观层面：

a.行驶路线规划与导航：根据车辆的出发地和目的地等信息，通过智能网连交通(CAVH)系统为车辆匹配最合适的路线和行驶时间；

b.网络需求管理：基于云存储、云计算技术，实现海量图片及视频数据的快速读取和分析，结合视频监控、交通信息控制系统、诱导系统、交通流量预测系统等方面的综合应用，实现网络需求管理。

所述自动网联公交道路系统的规划和决策功能如下：

(1)微观层面，包括纵向控制(包括：车辆跟驰、加速和减速)和横向控制(包括：车道保持和换道)；

(2)中观层面，包括公交站、交叉口、匝道、互通式立交、特殊事件通告、工作区、减速区、事件检测区、缓冲区和天气预报通告；这一层面的规划确保车辆遵循所有规则(包括永久行规则和暂时性规则)以提高车辆安全和效率；

(3)宏观层面，包括路径规划及诱导、网络需求管理。

所述自动网联公交道路系统的车辆控制功能包括在极端天气下对自动驾驶网联车辆(CATV)运行和控制，具体为：

(1)不需要基于车辆的传感器，由本地路侧单元提供位置服务，包括车道宽度、车道进近(左/右/右)、坡度(上/下)、弧度和其他几何信息；

(2)路侧单元在交通控制单元(TCU)和交通控制中心(TCC)网络和基于云的信息和计算服务平台支持下，提供特定地点道路天气和路面状况的信息服务；

(3)针对极端天气条件的公交车辆控制服务；

(4)在特定地点的道路天气信息支持下提供公交车辆路线和时间表服务。

所述自动网联公交道路系统在特定道路场景下对智能网联交通系统进行检测、警告和控制，包括：

(1)自动驾驶公交专用道为非定制自动驾驶公交和定制自动驾驶公交共享使用；

(2)分时段自动驾驶公交专用道，路侧单元(OBU)时时检测自动驾驶公交和非自动驾驶公交，通过I2V给自动驾驶公交发送指令；

(3)非自动驾驶公交专用道为自动驾驶公交和人工驾驶车辆共享使用。

所述公交道路系统还具有对关于公交相关紧事件处理的功能，其中，公交相关紧事件包括乘客生病、车辆着火、车辆故障，该功能具体包括：

(1)由车载单元和/或路侧单元检测和识别事件；

(2)将事件信息转发到交通运营中心(TOC)和基于云的信息和计算服务平台；

(3)根据特定地点的道路环境信息，由交通运营中心(TOC)和基于云的信息和计算服务平台分析和评估事件；

(4)行动计划和公交车辆相关控制策略由交通运营中心(TOC)生成并发送到基于云的信息和计算服务平台、交通控制单元(TCU)和交通控制中心(TCC)网络；

(5)用户警告信息由基于云的信息和计算服务平台和/或路侧单元发送给相关的公交用户；

(6)更新调度和派遣计划，并通过基于云的信息和计算服务平台发送给相关的公交车辆；

(7)受影响的公交车辆上的乘客由车载单元和路侧单元引导撤离；

(8)在交通控制单元(TCU)和交通控制中心(TCC)网络和基于云的信息和计算服务平台的支持下，路侧单元控制涉事公交车辆直到安全停止；

(9)车载单元和/或路侧单元监视和跟踪涉事乘客和公交车辆，直到事件结束为止。

所述自动网联公交道路系统还具有对场站控制的功能，包括：

(1)自动驾驶公交车识别；

(2)车辆放行及拦截未经授权的车辆；

(3)车辆检查和养护；

(4)车辆加油和充电；

(5)车辆停放；

(6)私人及第三方车辆的定制维修程序。

所述自动网联公交道路系统还包括以下安全功能：

(1)硬件安全：为系统提供安全的工作环境，包括防盗和防盗，防止信息泄露，电源保护和抗电磁干扰；

(2)网络和数据安全：为整个系统提供通信和数据安全，包括系统自检和监控，数据接口之间的防火墙，传输中的数据加密，数据恢复和多种传输方式；

(3)可靠性和弹性：提供系统恢复和功能冗余，以避免意外的系统故障，包括双启动方式，快速反馈和数据纠错，自动重传。

所述自动网联公交道路系统还具有车辆盲点检测的功能，包括：

(1)对于专用道，由路侧单元、车载单元和其他来源收集数据，由路侧单元执行多源异构数据融合任务以得到完全的道路和货车周围环境信息，从而覆盖所有盲点；

(2)对于非专用道，路侧单元和车载单元检测所有自动驾驶、非自动驾驶和路边移动实体周围的障碍物，通过数据融合得到无任何盲点的的信息，用于控制无人驾驶车辆；

(3)当路侧单元和车载单元所搜集的数据相冲突时，运用各数据源的置信度判断和决策最终的输出；

(4)将道路和车辆状况的数据融合的结果发送至安装在车上的显示屏上，用于帮助驾驶员观察车辆周围各方向。

所述自动网联公交道路系统作为一个开放平台，提供如下功能：

(1)乘客和管理人员获取信息；

(2)定制化的自动驾驶车型服务；

(3)法律法规服务；

(4)协调和救助；

(5)广播；

(6)用户管理。

有益效果：本发明的自动网联公交道路系统，用于实现智能网联交通系统中自动驾驶公交车辆的控制与运营，主要通过向车辆发送具体的具有时间敏感性的控制指令(如车辆跟驰、换道、路径导航等)，实现所有智能网联车的运行控制，其中，控制指令由最高级别的交通控制中心进行优化，逐级传送，并由最低级别的交通控制单元发送给特定的车辆。这些交通控制中心/单元组成了一个分层架构，覆盖了不同级别的控制领域。本发明适用于公交型车辆运营，还可用于高速公路系统的运营和管理。

附图说明

图1为公交站的两种类型；

图2为非专用车道；

图3为CATV专用车道；

图4为高峰时段CATV专用车道；

图5为优先级控制流程；

图6为CATV通过I2V通信发送到道路控制器的内容；

图7为公交站点管理与控制流程图；

图8为驶入驶出自动驾驶公交场站示意图；

图9为驶入控制流程图；

图10为驶出控制流程图；

图11为TCC和TCU的网络架构；

图12为TCC具有的模块以及这些模块之间的关系；

图13为TCU具有的模块和这些模块之间的关系；

图14为非定制公交算法流程图；

图15为定制公交算法流程图；

图16为车载单元结构与数据流；

图17为自动网联公交系统云平台；

图18为公交相关各类紧急事件的管理过程；

图19为智能网联交通系统特定车道的控制检测方法；

图20为自动驾驶定制化出行服务平台示例；

图21为极端天气中公交车辆操作和控制。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

实施例

首先对附图中的附图标记进行以下说明：

101:港湾式公交站

102:路侧式公交站

103:RSU

104:公交专用道

201:非专用车道

202:RSU

301:CATV专用车道

302:非专用车道

303:RSU

401:高峰时段CATV专用车道

402:非专用车道

403:RSU

801:自动驾驶公交专用道

802:RSU

803:场站门禁

804:检测区

805:养护区

806:停车区

807:加油和充电区

808:清洗区

809:发车区

810:公交场站

1601通信模块：可以在RSU和OBU之间传输数据。

1602数据采集模块：可以采集公交车辆的数据。

1603公交车辆控制模块：可以执行来自RSU的控制命令。当公交车辆的控制系统损坏时，可以接管控制并安全停止。

2101：TCU/TCC网络获得的广域天气和交通信息。

2102：综合天气和路面状况数据和车辆控制指令。

2103：公交车辆状态，位置和传感器数据。

2104：极端天气下的公交服务信息。

如图1所示，包含港湾式公交站101和路侧式公交站102。公交站可设置于交叉口上游，交叉口下游以及路段中间。港湾式公交站101可供大巴和小巴使用，而路侧式公交站102仅供小巴使用。而且，其他车辆不能在公交站点和其它施划黄色标线的区域停靠。

图2中仅设置非专用车道201，可为各类车辆使用，包括：小汽车、大巴和小巴。RSU202则用于辨别车辆是否符合本系统车路通信的要求。非专用车道201通常适用于公交线路数较少(一般小于3条)的路段。

图3为仅供CATV车辆使用的CATV专用车道301。CATV专用车道301设置于路段右侧，非专用车道302设置于路段左侧。CATV专用车道301通常适用于公交线路数较多(一般多于5条)的路段。

图4为高峰时段仅供CATV车辆使用的高峰时段CATV专用车道401。非高峰时段，高峰时段CATV专用车道401可以被其他车辆使用。高峰时段为一天中交通量最大的时段，其随着城市、地区和季节的变化而变化，高峰时段一般为7-9am和5-7pm。高峰时段CATV专用车道401设置于路段右侧，非专用车道402设置于路段左侧。

图5显示了在交叉口或者汇入/汇出地点车辆优先权的控制。共有2种类型的优先权。一种是针对多模式CATVs的优先权，另一种是交叉口或汇入/汇出地点的两个方向上的CATVs的优先权。因此，在第一步，控制器需要确定是否是多模式CATVs的优先权问题。如果是多模式CATVs的优先权问题，道路控制器将会收集来自不同模式CATVs的行驶信息。然后这些多模式CATVs的总体延误时间与平均车速将会被计算。然后，将以最小延误为标准进行优先权的确定。当优先权问题是来自交叉口或汇入/汇出地点的两个方向上的CATVs的优先权问题，那么来自这2个方向的CATVs将发送它们的形式信息至道路控制器。然后它们的总体延误与平均车速将会被计算，以此决定最终的优先权。

图6显示的是CATVs通过I2V通信想路测控制器传送的内容。当CATVs行驶在道路上时，它们需要向道路控制器报告它们的驾驶运营状态。CATVs应该想道路控制器发送的内容包括乘客情况、位置、延误、车速、时刻表、起讫点、以及其他所有的运行信息。乘客情况是指车辆内部是否存在紧急事件、乘客是否安全等。位置与车速是指CATVs关于时间的轨迹信息。延误是指CATVs造成的延误时间(如果存在的话)。时刻表是指CATVs的站点信息。起讫点是指CATVs的始发站与终点站。

图7展示了自动驾驶公交车辆站点管理控制流程：

1)站台单元RSU提前接收公交车辆进站信息，给即将进站车辆发出停靠位置信息；

2)站台单元RSU确认车辆停靠位置正确后，公交车辆开启上下车门；

3)公交车载单元OBS检测乘客下车结束，且站台单元RSU检测下车乘客距离车门满足安全距离后，公交车辆下客车门关闭；

4)公交车载单元OBS检测乘客上车结束，且乘客距离车门满足安全距离时，公交车辆上客车门关闭；

5)公交车载单元OBS检测车上乘客均到达安全区域，且站台单元RSU检测站台乘客均到达安全区域时，公交车辆启动出站模式，驶离站台。

图8显示了自动驾驶公交如何驶入和驶出自动驾驶公交场站。驶入时，RSU将自动驾驶公交从自动驾驶公交专用道引导至自动驾驶公交场站，门禁系统识别车辆，释放动驾驶公交车并通过RFID技术拦截其他车辆。然后，自动驾驶公交车进入车辆检测区，确定车辆是否需要进行维护、清洁或加油。如果需要，RSU计规划车辆的详细路径，将其引导至适当的区域。在操作过程完成后，RSU将车辆引导到停车区域。如果不需要，RSU将车辆直接引导到停车区域。当驶出时，RSU根据公交时刻表向停车区域内的自动驾驶公交车发送指令，并引导它到等待的发车区域。在离开时，RSU引导自动驾驶公交车从发车区到场站门禁，并且由RFID来识别车辆并释放所需的自动驾驶公交车。

图9展示了自动驾驶公交车驶入自动驾驶公交场站的流程图。RSU将自动驾驶公交车从专用车道引导到动驾驶公交场站。通过RFID技术，门禁控制系统识别车辆，释放自动驾驶公交车并截取其他车辆。然后，自动驾驶公交车进入车辆车辆检测区，确定车辆是否需要进行维护、清洁或加油。如果需要，RSU规划车辆的详细路径，将其引导至适当的区域。在操作过程完成后，RSU将车辆引导到停车区域。如果不必要，RSU将车辆直接引导到停车区域。

图10展示了自动驾驶公交车驶出自动驾驶公交场站的流程图。RSU根据公交时刻表向停车区域中的自动驾驶公交车发送指令，并将其引导至等待的发车区域。在离开时，RSU引导公共汽车从发车区到门禁，由RFID来识别车辆并释放所需的自动驾驶公交车。

图11为TCC和TCU的网络体系架构。从左到右，包括Marco TCC，区域TCC，道路TCC和分段TCC。上级TCC控制其下级TCC，并且在不同级别的TCC之间交换数据。TCC和TCU为分层结构，并与云连接。云连接所有TCC和TCU，提供数据平台和各种软件，并提供集成控制功能。在TCU点下，RSU为运输提供定制的交通信息和控制指令，并从运输车辆接收信息。

图12为TCC的模块以及这些模块之间的关系。共有四个模块，服务管理模块，传输和网络模块，以及数据连接模块。每个模型连接其他三个模块，并在这些模型之间进行数据交换以实现TCC的功能。应用模块的功能包括对运输车辆和道路的协同控制，监控，紧急服务以及人与设备的交互。服务管理的功能包括数据存储，数据搜索和数据分析。传输网络的功能包括4G，5G，互联网和DSRC传输方法。数据连接的功能包括数据纠正，数据格式转换，防火墙，加密和解密。

图13为TCU的模块以及这些模块之间的关系。它们是应用模块，服务管理模块，传输和网络模型，以及硬件模型。在这些模型之间进行数据交换以实现TCU的功能。应用模块的功能包括运输车辆和道路的协同控制，监控，紧急服务。服务管理模块的功能包括数据存储，数据搜索和数据分析。传输网络的功能包括4G，5G，互联网和DSRC传输方法。传感器和控制模块的功能包括雷达，摄像头，RFID，V2I设备和GPS。

图14为非定制公交的算法流程图。通过路口传感器和站点传感器，确定大致的交通量，并根据交通量预测乘客数量，根据乘客数量，选择服务频率并确定车辆规模。最好能提供较高频率的服务，以减少乘客的候车时间，但如果发车间隔过小，发车频率过高，则可能会出现停靠泊位拥堵和降低运营速度的危险。进而确认线路数量。

图15为定制公交算法流程图。通过乘客提交的出行需求，包括乘客数量和发车时间，确定车辆规模，并根据客流情况设计最优线路，随后在定制公交平台上招募乘客、预定座位、在线支付，最终，公交集团将根据约定的时间、地点、方向开行班车。主要考虑公交准时性、出行时间差、出行费用节约效益。

图16展示了车载单元的体系结构，包含通信模块、数据采集模块、公交车辆控制模块，并列示了车载单元、车辆和路侧单元之间的数据流。

图17显示了CAVH云平台的体系结构，其中考虑了定制的出行服务和非定制的出行服务。通过云优化算法，CAVH云平台为基础设施和公交车辆提供信息存储和额外的传感、计算和控制服务。

图18显示了与公交相关各类紧急事件的管理过程。OBU和RSU对事件进行巡检，如果检测到相关事件，则将事件信息发送到交通运营中心和云平台。运营中心和云平台可立即分析和评估事件。行动计划和公交车辆相关的控制策略由交通运营中心生成，并发送至云平台和TCC/TCU网络。警告信息由云平台发送给相关的公交用户，涉事公交车辆由RSU控制，并更新调度计划和调遣计划。涉事公交车辆上的乘客在OBU和RSU引导下进行疏散。在疏散过程中，OBU和/或RSU监视和跟踪涉事乘客和公交车辆。如果检测到事件未结束，则运营中心和云平台继续分析和评估事件，否则，公交相关各类紧急事件的管理过程将结束。

图19显示了三种车道情况下系统检测控制方法。第一种为自动驾驶公交专用道，该车道由自动驾驶定制公交和自动驾驶非定制公交共享使用，路侧单元(RSU)如发现非法驶入专用道车辆即刻发出促使驶离警示，警告后尚未驶离专用道车辆，路侧单元拍照留作违规处罚依据；第二种为分时段自动驾驶公交专用道，车道在专用道时段按照专用道模式检测控制，非专用道时段按照混合车道模式检测控制；第三种是混合车道,系统识别到自动驾驶车辆前方有人类驾驶员操作车辆，路侧单元控制自动驾驶车辆拉大与前车间距，在车流量较大或事故频发路段,系统警示人类驾驶员接管车辆控制,如果警示一定时间后驾驶员没有接管方向盘，路侧单元控制自动驾驶车辆进行安全停靠。

图20显示了定制化公交平台的示例。乘客在平台上发布定制化出行需求订单，包括乘客起止地点，时间窗，乘客数量和其他的要求。定制化自动驾驶公交服务提供者在平台上发布其可行的路线和时间安排。平台分别评估订单和服务提供者。如果订单可行、服务提供者可信赖，则匹配供需双方，并调用优化算法进行线路规划和时间安排。然后平台分别将行程和线路信息推送给乘客和服务提供者。服务提供者按照推荐的信息为乘客服务。每次服务完成之后，服务提供者和乘客向平台反馈服务质量和存在的问题等信息，用于改进和完善平台管理。

图21示出了在极端天气下的公交车辆操作和控制的示例。公交车辆状态、位置和传感器数据实时发送到RSU。一旦TCU/TCC收到恶劣天气信息，它就会将广域天气和交通信息发送到RSU和云平台。一方面，RSU将向公交车辆中安装的OBU发送综合天气和路面状况数据，车辆控制、路线和调度指令。另一方面，云平台将根据极端天气中的公交服务信息发送给相关乘客。

Claims (12)

1.一种自动网联公交道路系统，其特征在于：为自动驾驶网联车辆提供集成控制和操作，该系统包括：

(1)路侧单元网络；

(2)交通控制单元和交通控制中心网络；

(3)车载单元和车辆接口；

(4)交通运营中心；

(5)基于云的信息和计算服务平台；

所述自动网联公交道路系统由以下一项或多项支持：

(1)通过有线和无线进行实时通信；

(2)供电网络；

(3)网络安全保障体系；

所述自动网联公交道路系统用于实现以下一个或多个功能：

(1)传感；

(2)交通行为预测与管理；

(3)规划和决策；

(4)车辆控制；

所述自动网联公交道路系统应用在公交车道，所述公交车道为城市街道的部分车道或所有车道，以及受控的公路，所述公交车道通过隔离方式与普通车道分隔；

所述隔离方式包括以下类型：

(1)逻辑屏障，公交车道和其他车道通过路面标记分开；

(2)物理屏障，公交车道通过物理隔离方式与其他车道隔开；所述公交车道包括：非专用车道、自动驾驶网联车辆专用车道、自动驾驶网联车辆动态专用车道；

所述自动网联公交道路系统配备有公交站，所述公交站包括以下一种或多种：

非专用公交站和自动驾驶网联车辆专用公交站；

路侧式公交站和港湾式公交站，公交站设置于交叉口上游、交叉口下游或者路段中间；

所述公交站具有以下功能：

(1)确定进站车辆的停靠站台；

(2)检测进站车辆停靠站台是否精确；

(3)检测车门的打开或者关闭状态；

(4)检测乘客是否完成上下客；

(5)协调进站车辆的进站顺序和停靠站点；

(6)对进站车辆的不规范状态进行警告和校正；

所述交通控制单元和交通控制中心网络用于实现以下功能：

(1)交通控制中心用于实现综合交通运输业务优化，数据处理和记忆功能，并为用户提供操作界面；

(2)交通控制单元用于实现基于预先安装的算法高度自动化的实时交通车辆控制和数据处理功能；

所述交通控制单元和交通控制中心网络包括：

宏观TCC，用于处理来自区域TCC的信息，并为区域TCC提供控制目标；

区域TCC，用于处理来自道路TCC的信息，并为道路TCC提供控制目标；

道路TCC，用于处理来自宏观和分段TCU的信息，并提供分段TCU提供控制目标；

分段TCU，用于处理来自道路/点TOC的信息，并为点TCU提供控制目标；

点TCU，用于处理来分段TCU和RSU的信息并向RSU提供基于车辆的控制指令，其中RSU提供具有定制的交通信息和控制指令的传输，并接收由运输车辆提供的信息；

其中，所述分段TCU和点TCU能够与路侧单元集成为一体；

所述交通控制单元包括以下模块：

(1)连接和数据交换模块，提供不同的交通控制中心之间的数据连接和交换功能，该模块具有如下功能：数据处理，数据格式转换，防火墙，加密和解密；

(2)传输模块，为不同的交通控制中心之间的数据交换提供各种通信方式，包括无线和有线硬件和软件，该模块的软件提供云平台内不同传输网络之间的接入功能和数据转换功能；

(3)服务管理模块，为应用层提供数据存储，数据搜索，数据分析，还具有信息安全，隐私保护和网络管理功能；

(4)应用模块，提供对整交通控制中心的各种管理和控制，包括车辆和道路的协同控制，监控，紧急服务以及人与设备的交互；

所述交通控制单元包括以下模块：

(1)传感器和控制模块，提供传感和控制功能；

(2)通信模块，为自动运输车辆和路侧单元之间的数据交换提供各种通信网络功能；

(3)服务管理模块，为应用层提供数据存储，数据搜索，数据分析，具有信息安全，隐私保护和网络管理；

(4)应用模块，提供各种管理和控制方法，包括车辆和道路的本地协同控制，监控和紧急服务；

所述自动驾驶网联车辆基于I2V通信技术向路侧单元发送车辆运行状态，车辆运行状态包括乘客状况、车辆位置、车速、延误时间、时刻表、起讫点以及车辆自身状况；

所述路侧单元网络包括以下子模块中的一个或多个；

(1)传感模块，用于驾驶环境检测；

(2)通信模块，用于通过有线或无线媒体与运输车辆，交通控制单元和基于云的信息和计算服务平台进行通信；

(3)数据处理模块，用于处理、融合和计算来自传感模块和通信模块的数据；

(4)接口模块，用于数据处理模块和通信模块之间通信；

(5)自适应电源模块，用于根据具有备用冗余的本地电网条件调整电力输送；

(6)站点管理模块，用于站点监控、乘客行为检测和运输车辆控制；

(7)交叉口管理模块，用于监控行人并根据交叉路口的交通状况控制运输车辆；

所述车载单元包括：

(1)通信模块，用于车载单元和路侧单元之间的通信，以及不同公交车辆车载单元之间的通信；

(2)数据采集模块，采集公交车辆所配备的内外部传感器数据，监测公交车辆、乘客和驾驶员的状态；

(3)公交车辆控制模块，执行来自路侧单元的驾驶任务控制指令；

所述车载单元能够辅助路侧单元控制公交车辆，具体为：

(1)车载单元接收来自路侧单元的如下数据：

a.公交车辆控制指令，包括：请求的纵向、横向加速度，请求的车辆方向；

b.出行路线和交通信息，包括：交通状况、交通事故、交叉口、出入口；

c.服务数据，包括：加油站，兴趣点；

(2)车载单元向路侧单元发送如下数据：

a.驾驶员输入数据，包括：旅行的起止点、预期的旅行时间、服务请求、危险品水平；

b.驾驶员状态数据，包括：驾驶员行为、疲劳水平、驾驶员注意力分散度；

c.公交车辆状态数据，包括：车辆ID、类型和由数据收集模块收集的数据；

(3)车载单元收集如下数据：

a.发动机状态；

b.车速；

c.乘客状态；

d.危险品检验；

e.周围物体检测；

f.驾驶员状态；

(4)车载单元在以下特殊情况下对车辆进行控制：

a.恶劣的天气条件；

b.交通事故；

c.通信故障；

所述交通运营中心具有交互式GUI，并提供应用程序编程接口，以实现和交通控制中心的数据交换控制；包括信息共享接口和车辆控制接口，具体为：

(1)能够从网联和自动驾驶系统共享和获取交通数据的接口；交通数据如公交密度，速度和轨迹；

(2)能够从自动总线系统和其他共享移动系统共享和获取交通事件，极端天气和路面故障的界面；

(3)能够与其他共享移动系统共享和获取乘客需求模式的界面；

(4)能够根据自动公交系统给出的信息动态调整票价的接口；

(5)能够允许特殊部门删除，更改和共享信息的界面；特殊部门如车辆管理处和公安；

(6)允许自动公交系统在某些情况下控制车辆的接口；

(7)当在同一专用/非专用车道上行驶时，允许相关车辆与其他SMSP车辆形成队列运行的接口；

(8)允许特殊机构在重大事故和自然灾害等极端条件下控制车辆的界面；

(9)允许自动交通系统在车辆离开平台时控制其车辆的接口；

(10)允许自动交通系统在车辆进入平台时控制其车辆的接口；

所述自动网联公交道路系统的车辆控制功能包括在极端天气下对自动驾驶网联车辆运行和控制，具体为：

(1)不需要基于车辆的传感器，由本地路侧单元提供位置服务，包括车道宽度、车道进近、坡度、弧度和其他几何信息；

(2)路侧单元在交通控制单元和交通控制中心网络和基于云的信息和计算服务平台支持下，提供特定地点道路天气和路面状况的信息服务；

(3)针对极端天气条件的公交车辆控制服务；

(4)在特定地点的道路天气信息支持下提供公交车辆路线和时间表服务；

所述自动网联公交道路系统在特定道路场景下对智能网联交通系统进行检测、警告和控制，包括：

(1)自动驾驶公交专用道为非定制自动驾驶公交和定制自动驾驶公交共享使用；

(2)分时段自动驾驶公交专用道，路侧单元时时检测自动驾驶公交和非自动驾驶公交，通过I2V给自动驾驶公交发送指令；

(3)非自动驾驶公交专用道为自动驾驶公交和人工驾驶车辆共享使用；

所述公交道路系统还具有对关于公交相关紧事件处理的功能，其中，公交相关紧事件包括乘客生病、车辆着火、车辆故障，该功能具体包括：

(1)由车载单元和/或路侧单元检测和识别事件；

(2)将事件信息转发到交通运营中心和基于云的信息和计算服务平台；

(3)根据特定地点的道路环境信息，由交通运营中心和基于云的信息和计算服务平台分析和评估事件；

(4)行动计划和公交车辆相关控制策略由交通运营中心生成并发送到基于云的信息和计算服务平台、交通控制单元和交通控制中心网络；

(5)用户警告信息由基于云的信息和计算服务平台和/或路侧单元发送给相关的公交用户；

(6)更新调度和派遣计划，并通过基于云的信息和计算服务平台发送给相关的公交车辆；

(7)受影响的公交车辆上的乘客由车载单元和路侧单元引导撤离；

(8)在交通控制单元和交通控制中心网络和基于云的信息和计算服务平台的支持下，路侧单元控制涉事公交车辆直到安全停止；

(9)车载单元和/或路侧单元监视和跟踪涉事乘客和公交车辆，直到事件结束为止；

所述自动网联公交道路系统还具有对场站控制的功能，包括：

(1)自动驾驶公交车识别；

(2)车辆放行及拦截未经授权的车辆；

(3)车辆检查和养护；

(4)车辆加油和充电；

(5)车辆停放；

(6)私人及第三方车辆的定制维修程序；

所述基于云的信息和计算服务平台能够支持自动公交车辆的应用服务和大数据处理，包括云平台架构、云操作系统、数据存储和检索模块、深度挖掘模块和大数据关联分析模块；

所述基于云的信息和计算服务平台能够提供信息和计算服务，包括：

(1)存储即服务，以满足额外的存储需求；

(2)控制即服务，以提供额外的控制能力作为服务；

(3)计算即服务，提供系统实体或实体组，以请求额外的计算资源；

(4)感知即服务，以提供额外的感知能力；

所述基于云的信息和计算服务平台通过交通状态估计和预测算法，并基于加权数据融合方法来估计交通状态。

2.根据权利要求1所述的自动网联公交道路系统，其特征在于：所述自动网联公交道路系统基于总体延误与平均车速，对交叉口与汇入/汇出地点进行车辆优先权管理策略。

3.根据权利要求1所述的自动网联公交道路系统，其特征在于：所述自动驾驶网联车辆基于I2V通信技术向路侧单元发送车辆运行状态，车辆运行状态包括乘客状况、车辆位置、车速、延误时间、时刻表、起讫点以及车辆自身状况。

4.根据权利要求1所述的自动网联公交道路系统，其特征在于：所述自动网联公交道路系统能够提供定制服务和非定制服务：

(1)定制服务提供如下机动车服务：定制出行计划，指派自动车辆，根据乘客出行需求提供接送服务；其中，乘客出行需求包括出行起终点和出行时间；

(2)非定制服务提供按照既有时刻表和路线运行的自动驾驶公交车辆服务。

5.根据权利要求1所述的自动网联公交道路系统，其特征在于：所述传感模块为以下的一种或多种：

(1)与视觉传感器一起监控道路环境和车辆属性数据的基于传感器的雷达，为以下一种或多种：激光雷达、微波雷达、超声波雷达、毫米波雷达；

(2)与雷达一起提供道路环境和交通数据的视觉传感器，为以下一种或多种：彩色高清摄像头、适合黑暗环境的红外摄像机、适合黑暗环境的热成像仪、无人机相机；

(3)与惯性导航系统一起支持车辆定位的基于导航系统的卫星，为以下一种或多种：差分全球定位系统、北斗定位系统；

(4)与卫星导航系统配合使用支持车辆定位的惯性导航系统，为惯性基准单元；

(5)车辆检测设备，为以下的一种或多种：射频识别设备、蓝牙、Wifi、蜂窝网络。

6.根据权利要求1所述的自动网联公交道路系统，其特征在于：所述路侧单元网络的布设方式如下：

(1)沿路的安装位置为以下的一种或多种：路侧、公交站、交叉口、驶入/驶出点、弯道、桥梁、隧道、互通式立交、无人机；

(2)对于特殊场景，增加路侧单元的安装位置，所述特殊场景包括：交通拥堵、交通事故、道路施工、极端天气；

(3)路侧单元间距和布局基于以下因素：道路几何条件、道路环境、行人的运动、公交车站环境和乘客、公交车辆尺寸、公交车辆动态特性、公交车辆盲点；

(4)路侧单元安装方式为以下的一种或多种：单悬臂、双悬臂。

7.根据权利要求1所述的自动网联公交道路系统，其特征在于：所述自动网联公交道路系统的传感功能如下：

(1)对于专用道，路侧设备和车载单元监控自动驾驶公交车，搜集信息，进行数据处理、融合，并发送至交通控制单元和基于云的信息和计算服务平台；

(2)对于非专用道，路侧设备监控所有车辆，装有车载单元的自动驾驶车辆运用可视化的感知设备监控车辆周围环境，进行数据搜集、处理、融合，发送至交通控制单元和基于云的信息和计算服务平台；

(3)在公交场站，安装在场站内的路侧单元监测乘客的行为和公交车的状态；

(4)在交叉路口，交叉口的各个方向均安装路侧单元，对行人和车辆进行监测；

(5)在自动驾驶专用道的入口处，首先由入口的感应设备探测并记录非无人驾驶车辆，然后由路侧单元进行追踪，临近入口时系统对即将进入专用道的车辆发布提示；

(6)在自动驾驶公交车上，由车载单元检测车辆和乘客的状态，并将其发送给路侧单元。

8.根据权利要求1所述的自动网联公交道路系统，其特征在于：所述自动网联公交道路系统的交通行为预测和管理的功能如下：

(1)微观层面

a.纵向控制：车辆跟驰，用于确定车辆在不同情况下的跟驰距离；

b.侧向控制：车道保持和换道；

(2)中观层面：

a.事故排查：时刻监控轮胎、制动部件和所有传感器的状态，以确保事故得到控制；

b.天气预报通知：将自动驾驶车辆连接到基于云图分析和机器学习的分钟级天气预报软件上，时时刷新天气情况信息，提高天气预报精度；

c.减速带，提前确定减速带位置，降低行驶速度；

(3)宏观层面：

a.行驶路线规划与导航：根据车辆的出发地和目的地等信息，通过智能网连交通系统为车辆匹配最合适的路线和行驶时间；

b.网络需求管理：基于云存储、云计算技术，实现海量图片及视频数据的快速读取和分析，结合视频监控、交通信息控制系统、诱导系统、交通流量预测系统等方面的综合应用，实现网络需求管理。

9.根据权利要求1所述的自动网联公交道路系统，其特征在于：所述自动网联公交道路系统的规划和决策功能如下：

(1)微观层面，包括纵向控制和横向控制；

(2)中观层面，包括公交站、交叉口、匝道、互通式立交、特殊事件通告、工作区、减速区、事件检测区、缓冲区和天气预报通告；这一层面的规划确保车辆遵循所有规则以提高车辆安全和效率；

(3)宏观层面，包括路径规划及诱导、网络需求管理。

10.根据权利要求1所述的自动网联公交道路系统，其特征在于：所述自动网联公交道路系统还包括以下安全功能：

(1)硬件安全：为系统提供安全的工作环境，包括防盗和防盗，防止信息泄露，电源保护和抗电磁干扰；

(2)网络和数据安全：为整个系统提供通信和数据安全，包括系统自检和监控，数据接口之间的防火墙，传输中的数据加密，数据恢复和多种传输方式；

(3)可靠性和弹性：提供系统恢复和功能冗余，以避免意外的系统故障，包括双启动方式，快速反馈和数据纠错，自动重传。

11.根据权利要求1所述的自动网联公交道路系统，其特征在于：所述自动网联公交道路系统还具有车辆盲点检测的功能，包括：

(1)对于专用道，由路侧单元、车载单元和其他来源收集数据，由路侧单元执行多源异构数据融合任务以得到完全的道路和货车周围环境信息，从而覆盖所有盲点；

(2)对于非专用道，路侧单元和车载单元检测所有自动驾驶、非自动驾驶和路边移动实体周围的障碍物，通过数据融合得到无任何盲点的的信息，用于控制无人驾驶车辆；

(3)当路侧单元和车载单元所搜集的数据相冲突时，运用各数据源的置信度判断和决策最终的输出；

(4)将道路和车辆状况的数据融合的结果发送至安装在车上的显示屏上，用于帮助驾驶员观察车辆周围各方向。

12.根据权利要求1所述的自动网联公交道路系统，其特征在于：所述自动网联公交道路系统作为一个开放平台，提供如下功能：

(1)乘客和管理人员获取信息；

(2)定制化的自动驾驶车型服务；

(3)法律法规服务；

(4)协调和救助；

(5)广播；

(6)用户管理。

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