CN111932883B - 一种利用路侧设备广播通信指导无人驾驶的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用路侧设备广播通信指导无人驾驶的方法。本发明利用路侧设备向所有机动车辆广播道路的探测信息，位于目标区域的所有机动车辆共享一个高线束的激光雷达，所有机动车辆都可以利用该激光雷达来替代原本应该安装在机动车辆上的激光雷达，而包含有激光雷达的路侧设备的费用无需机动车辆的用户来承担。采用上述方案后，机动车辆可以仅通过安装一个定位设备来替代原有的激光雷达，从而可以大幅降低车辆改装成本，同时，又可以确保例如运算设备之类的用于实现自动驾驶的设备可以获得准确的数据，实现自动驾驶功能。

Description

一种利用路侧设备广播通信指导无人驾驶的方法
技术领域
本发明涉及一种能够实现对自我车辆及周边障碍物进行定位从而辅助实现无人驾驶的方法。
背景技术
无人驾驶技术依赖于自动驾驶汽车，现有的自动驾驶汽车依靠人工智能、视觉计算、激光雷达、监控装置和全球定位系统协同合作，让电脑可以在没有任何人类主动的操作下，自动安全地操作机动车辆。其中，激光雷达相当于车辆的眼睛，是实现自动驾驶必不可少的硬件设备。激光雷达，是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。其工作原理是向目标发射探测信号(激光束)，然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较，作适当处理后，就可获得点位信息。一个点位代表激光雷达探测到的一个物体，可以是机动车辆，也可以是非机动车辆、行人或者是路面上的障碍物等。而探测到车辆行驶路径上的物体后，就可以利用人工智能、视觉计算等对自动车辆的行驶路线及机动车辆的行驶状态进行提前规划模仿驾驶员对车辆的操作，实现无人驾驶。
由上文可知，在现有技术方案中，自动驾驶汽车所采用的激光雷达的探测距离是实现无人驾驶的一个关键因素，探测距离越长所探测的物体越多，能够帮助人工智能、视觉计算等做出更为有效的行驶路线规划及车辆控制策略。因而现有的自动驾驶汽车通常会选择安装高线束的激光雷达，确保有足够的探测距离。但是激光雷达的线束越高其成本也就越高，将一辆常规的机动车辆改造成自动驾驶汽车的成本也就越高，从而阻碍了无人驾驶技术的发展。
发明内容
本发明的目的是：以较低的车辆改造成本实现自我车辆定位的同时使得自我车辆能够获得长探测距离内的障碍物坐标，从而辅助实现无人驾驶。
为了达到上述，本发明的技术方案是提供了一种利用路侧设备广播通信指导无人驾驶的方法，所述路侧设备包括线束至少达到200的高线束激光雷达设备、与高线束激光雷达设备相连的边缘计算机、与边缘计算机相连的广播通信设备，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1、路侧设备对目标区域内的物体进行探测，探测到的每个物体对应一个点位，则得到目标区域内与所有物体相对应的所有点位，每个点位的点位信息至少包括物体大小及中心点坐标，第i个点位的中心点坐标定义为(xi,yi,zi)；
步骤2、利用目标区域的电子地图，从步骤1得到的所有点位中筛选出仅位于道路上的点位，组成目标区域的道路点位集；
步骤3、将步骤2获得的道路点位集作为广播信息向目标区域内的所有机动车辆广播；
步骤4、机动车辆上的车载设备包括用于接收广播信息的通信设备、用于对机动车辆的当前位置进行定位的定位设备以及运算设备，运算设备通过通信设备获得广播信息，同时，运算设备通过定位设备获得机动车辆当前所处位置的定位信息；
步骤5、机动车辆的运算设备依据点位信息中的物体大小，剔除道路点位集中物体大小不大于体积阈值V的所有点位后所有剩余的点位组成道路车辆点位集，其中，体积阈值V通过统计机动车辆所对应的物体大小的统计值所确定；
步骤6、机动车辆的运算设备获取当前机动车辆的高度H，并获取道路车辆点位集中所有点位的点位信息中中心点坐标的Z轴坐标，若Z轴坐标与高度H相匹配，则将Z轴坐标所对应的点位作为候选点位，所有候选点位构成候选点位集；
步骤7、将候选点位集中每个候选点位的中心点坐标与步骤4获得的定位信息进行匹配，则匹配得到的候选点位为当前机动车辆在道路点位集中所对应的点位，从而实现当前机动车辆的自我车辆定位；
步骤8、依据道路点位集中通过步骤7匹配得到的点位的中心点坐标与步骤4中定位信息的对应关系，当前机动车辆的运算设备利用空间坐标转换方法将步骤4中接收到的广播信息的道路点位集所处的路侧设备坐标系转换至当前机动车辆所处坐标系，从而实现对道路点位集中所有点位所对应的物体的定位；
步骤9、当前机动车辆的运算设备利用步骤8得到的定位信息对当前机动车辆的行驶路线进行规划并制定当前机动车辆的车辆控制策略，实现无人驾驶。
优选地，所述广播通信设备每秒向外广播N次广播信息，N≥5。
优选地，所述定位设备为GPS定位终端或者北斗定位终端。
优选地，若所述定位设备为GPS定位终端，则在GPS信号较弱的区域，GPS定位终端通过辅助GPS定位基站实现机动车辆当前位置的精确定位；若所述定位设备为北斗定位终端，则在北斗信号较弱的区域，北斗定位终端通过辅助北斗定位基站实现机动车辆当前位置的精确定位。
优选地，步骤5中，所述物体大小的统计值为预先采样得到的机动车辆所对应的物体大小的均值。
优选地，步骤6中，设道路车辆点位集中第j个点位的Z轴坐标为zj，若|H-2×zj|≤h，则第j个点位为候选点位，式中，h为预先确定的高度差阈值。
优选地，步骤7中，进行候选点位集中第k个候选点位的匹配时，获得第k个候选点位中心点的X轴坐标及Y轴坐标，将中心点的X轴坐标及Y轴坐标及步骤4获得的定位信息获得的定位信息转换至同一平面坐标系下，计算转换后的中心点的X轴坐标及Y轴坐标所对应的坐标点与定位信息所对应的坐标点之间的距离，从计算得到的所有距离中选择最小值所对应的候选点位作为所述匹配得到的候选点位。
本发明利用路侧设备向所有机动车辆广播道路的探测信息，位于目标区域的所有机动车辆共享一个高线束的激光雷达，所有机动车辆都可以利用该激光雷达来替代原本应该安装在机动车辆上的激光雷达，而包含有激光雷达的路侧设备的费用无需机动车辆的用户来承担。采用上述方案后，机动车辆可以仅通过安装一个定位设备来替代原有的激光雷达，从而可以大幅降低车辆改装成本，同时，又可以确保例如运算设备之类的用于实现自动驾驶的设备可以获得准确的数据，实现自动驾驶功能。
附图说明
图1是本发明提供的一种利用路侧设备广播通信指导无人驾驶的方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明提供的一种利用路侧设备广播通信指导无人驾驶的方法基于路侧设备及车载设备。路侧设备包括高线束激光雷达设备，该激光雷达设备的线束可以为200，甚至还可以采用300线束的激光雷达设备，从而可以实现远距离的探测。路侧设备还包括与高线束激光雷达设备相连的边缘计算机、与边缘计算机相连的广播通信设备。广播通信设备可以采用任何现有的技术来实现广播通信，例如可以采用LTE-V技术，也可以采用5G技术。而边缘计算机也是本领域的常规设备，此处不再赘述。
在本实施例中，车载设备包括：通信设备，用于接收路侧设备所发出的广播信号；定位设备，用于实现当前机动车辆的准确定位，获得当前机动车辆的定位信息；运算设备，用于完成一些必要的计算工作。应当注意的是，通信设备、定位设备及运算设备亦是自动驾驶领域的常规设备，此处不再赘述。
基于上述路侧设备及车载设备，本发明提供的一种利用路侧设备广播通信指导无人驾驶的方法包括以下步骤：
步骤1、路侧设备对目标区域内的物体进行探测。探测到的每个物体对应一个点位，则得到目标区域内与所有物体相对应的所有点位。物体可以是机动车辆，也可以是非机动车辆、行人或者是路面上的障碍物等。每个点位的点位信息至少包括物体大小及中心点坐标。将第i个点位的中心点坐标定义为(xi,yi,zi)。
步骤2、利用目标区域的电子地图，从步骤1得到的所有点位中筛选出仅位于道路上的点位，组成目标区域的道路点位集。
由于自动驾驶仅关注位于道路上的物体，因此，对于非道路上的点位实际形成了无用的干扰信息，本发明利用电子地图形成了对这些干扰信息的初步过滤，仅将有效信息进行广播，提高了传输效率。
步骤3、将步骤2获得的道路点位集作为广播信息向目标区域内的所有机动车辆广播。如前文所述，具体的广播方式为本领域技术人员的常识，此处不再赘述。本实施例中，广播通信设备每秒向外广播5、10或15次等多次广播信息。
步骤4、运算设备通过通信设备获得广播信息，同时，运算设备通过定位设备获得机动车辆当前所处位置的定位信息。用于获得定位信息的定位设备可以为GPS定位终端，也可以是北斗定位终端。当机动车辆在城市内行驶时，由于建筑物会GPS信号或者北斗信号造成遮挡。除此之外，在其他一些情况下，GPS信号或者北斗信号也会被遮挡。此时，获得的定位信息并不准确，会对后续的匹配结果造成影响。为了解决该问题，本发明提出的解决方案是：若所述定位设备为GPS定位终端，则在GPS信号较弱的区域，GPS定位终端通过辅助GPS定位基站实现机动车辆当前位置的精确定位；若所述定位设备为北斗定位终端，则在北斗信号较弱的区域，北斗定位终端通过辅助北斗定位基站实现机动车辆当前位置的精确定位。即本发明提高增设辅助定位基站的方式来确保定位信息的准确。
步骤5、机动车辆的运算设备依据点位信息中的物体大小，剔除道路点位集中物体大小不大于体积阈值V的所有点位后所有剩余的点位组成道路车辆点位集。体积阈值V通过统计机动车辆所对应的物体大小的统计值所确定，确定体积阈值V时，可以预先利用路侧设备对不同大小的机动车辆所对应的点位物体大小信息进行采样，然后利用相关的统计学方法来计算得到体积阈值V。
本实施例中，一个比较简单的方式是物体大小的统计值为预先采样得到的机动车辆所对应的物体大小的均值。
由于后续步骤的目的是从所有点位中得到与当前机动车辆对应的点位，因此，先剔除道路点位集中明显不与机动车辆相对应的点位(例如将行人、非机动车、障碍物等过滤掉)，从而可以大幅降低后续算法的计算复杂度。
步骤6、机动车辆的运算设备获取当前机动车辆的高度H，并获取道路车辆点位集中所有点位的点位信息中中心点坐标的Z轴坐标，若Z轴坐标与高度H相匹配，则将Z轴坐标所对应的点位作为候选点位，所有候选点位构成候选点位集。
上述步骤中，挑选候选点位一个较为简单的实施方式是：对于道路车辆点位集中第j个点位而言，设其Z轴坐标为zj，若|H-2×zj|≤h，则第j个点位为候选点位，式中，h为预先确定的高度差阈值。
不同类型的机动车辆具有不同的高度，由于后续步骤中需要从点位中找到与当前机动车辆相对应的点位，因此，可以利用当前机动车辆的高度对点位再进行一次过滤，进一步降低后续步骤的数据处理量。
步骤7、将候选点位集中每个候选点位的中心点坐标与步骤4获得的定位信息进行匹配，则匹配得到的候选点位为当前机动车辆在道路点位集中所对应的点位，从而实现当前机动车辆的自我车辆定位。
本实施例提出的是一种计算较为快速的最小距离匹配方法，具体包括以下内容：
进行候选点位集中第k个候选点位的匹配时，获得第k个候选点位中心点的X轴坐标及Y轴坐标，将中心点的X轴坐标及Y轴坐标及步骤4获得的定位信息获得的定位信息转换至同一平面坐标系下(例如可以统一转换成经纬度坐标)，计算转换后的中心点的X轴坐标及Y轴坐标所对应的坐标点与定位信息所对应的坐标点之间的距离，从计算得到的所有距离中选择最小值所对应的候选点位作为所述匹配得到的候选点位。
步骤8、依据道路点位集中通过步骤7匹配得到的点位的中心点坐标与步骤4中定位信息的对应关系，当前机动车辆的运算设备利用空间坐标转换方法将步骤4中接收到的广播信息的道路点位集所处的路侧设备坐标系转换至当前机动车辆所处坐标系，从而实现对道路点位集中所有点位所对应的物体的定位；
步骤9、当前机动车辆的运算设备利用步骤8得到的定位信息对当前机动车辆的行驶路线进行规划并制定当前机动车辆的车辆控制策略，实现无人驾驶。

Claims (5)

1.一种利用路侧设备广播通信指导无人驾驶的方法，所述路侧设备包括线束至少达到200的高线束激光雷达设备、与高线束激光雷达设备相连的边缘计算机、与边缘计算机相连的广播通信设备，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1、路侧设备对目标区域内的物体进行探测，探测到的每个物体对应一个点位，则得到目标区域内与所有物体相对应的所有点位，每个点位的点位信息至少包括物体大小及中心点坐标，第i个点位的中心点坐标定义为(xi,yi,zi)；
步骤2、利用目标区域的电子地图，从步骤1得到的所有点位中筛选出仅位于道路上的点位，组成目标区域的道路点位集；
步骤3、将步骤2获得的道路点位集作为广播信息向目标区域内的所有机动车辆广播；
步骤4、机动车辆上的车载设备包括用于接收广播信息的通信设备、用于对机动车辆的当前位置进行定位的定位设备以及运算设备，运算设备通过通信设备获得广播信息，同时，运算设备通过定位设备获得机动车辆当前所处位置的定位信息；
步骤5、机动车辆的运算设备依据点位信息中的物体大小，剔除道路点位集中物体大小不大于体积阈值V的所有点位后所有剩余的点位组成道路车辆点位集，其中，体积阈值V通过统计机动车辆所对应的物体大小的统计值所确定；
步骤6、机动车辆的运算设备获取当前机动车辆的高度H，并获取道路车辆点位集中所有点位的点位信息中中心点坐标的Z轴坐标，若Z轴坐标与高度H相匹配，则将Z轴坐标所对应的点位作为候选点位，所有候选点位构成候选点位集；设道路车辆点位集中第j个点位的Z轴坐标为zj，若|H-2×zj|≤h，则第j个点位为候选点位，式中，h为预先确定的高度差阈值；
步骤7、将候选点位集中每个候选点位的中心点坐标与步骤4获得的定位信息进行匹配，则匹配得到的候选点位为当前机动车辆在道路点位集中所对应的点位，从而实现当前机动车辆的自我车辆定位；
进行候选点位集中第k个候选点位的匹配时，获得第k个候选点位中心点的X轴坐标及Y轴坐标，将中心点的X轴坐标及Y轴坐标及步骤4获得的定位信息获得的定位信息转换至同一平面坐标系下，计算转换后的中心点的X轴坐标及Y 轴坐标所对应的坐标点与定位信息所对应的坐标点之间的距离，从计算得到的所有距离中选择最小值所对应的候选点位作为所述匹配得到的候选点位；
步骤8、依据道路点位集中通过步骤7匹配得到的点位的中心点坐标与步骤4中定位信息的对应关系，当前机动车辆的运算设备利用空间坐标转换方法将步骤4中接收到的广播信息的道路点位集所处的路侧设备坐标系转换至当前机动车辆所处坐标系，从而实现对道路点位集中所有点位所对应的物体的定位；
步骤9、当前机动车辆的运算设备利用步骤8得到的定位信息对当前机动车辆的行驶路线进行规划并制定当前机动车辆的车辆控制策略，实现无人驾驶。
2.如权利要求1所述的一种利用路侧设备广播通信指导无人驾驶的方法，其特征在于，所述广播通信设备每秒向外广播N次广播信息，N≥5。
3.如权利要求1所述的一种利用路侧设备广播通信指导无人驾驶的方法，其特征在于，所述定位设备为GPS定位终端或者北斗定位终端。
4.如权利要求3所述的一种利用路侧设备广播通信指导无人驾驶的方法，其特征在于，若所述定位设备为GPS定位终端，则在GPS信号较弱的区域，GPS定位终端通过辅助GPS定位基站实现机动车辆当前位置的精确定位；若所述定位设备为北斗定位终端，则在北斗信号较弱的区域，北斗定位终端通过辅助北斗定位基站实现机动车辆当前位置的精确定位。
5.如权利要求1所述的一种利用路侧设备广播通信指导无人驾驶的方法，其特征在于，步骤5中，所述物体大小的统计值为预先采样得到的机动车辆所对应的物体大小的均值。
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