CN114430303A - 一种用于车路协同的时间同步实现方法及实现系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于车路协同的时间同步实现方法及实现系统，包括：设于车辆上的智能网联车载子系统，设于路侧的单点智能网联路侧子系统，以及设于路侧的将单点智能网联路侧系统互联起来的多点智能网联路侧子系统，设于后台的智能网联中心子系统。所述智能网联车载子系统包括但不限于车载感知设备、车载计算设备和车载通信设备，所述智能网联路侧子系统包括但不限于路侧感知设备、路侧计算设备和路侧通信设备，所述智能网联中心子系统包括但不限于中心计算设备和中心通信设备。根据本发明，保证了车路协同系统在信息融合过程中时间上的对齐，可以为车路协同感知提供时间配准服务，从而提高感知精度。
Description
技术领域
本发明涉及车联网中的智慧交通的技术领域，特别涉及一种用于车路协同的时间同步实现方法及实现系统。
背景技术
车路协同技术是道路行车安全方面的重要支撑技术，也是实现智能交通的基础研究问题。当前，很多汽车厂商都在致力于智能交通系统ITS(Intelligent TransportationSystems)的发展，其中智能车路协同关键技术是ITS研究的热点和前沿技术。目前，世界各国正在积极进行车路协同系统方面的研究与实验，并将其作为改善道路交通安全和效率的重要手段。在国外，欧洲汽车公司早已将车联网技术应用于车队的智能化管理。同时，欧洲的客运公司也在积极推广应用车联网技术。美国的IVHS，日本的VICS等系统也都通过车辆与道路之间建立有效的信息通信，从而实现智能交通的管理和信息服务。这些信息服务虽然侧重点各有不同，但都是以车路协同技术为基础。
车路协同系统由“先进的车”和“智慧的路”来支持，通过通信平台实现车路云一体化建设，满足车路协同的各种应用需求。“先进的车”是指安装有传感设备的智能汽车，但是单车智能的感知精度和感知范围有限，比如受公交车遮挡的行人；而“智慧的路”是通过安装在路侧的各类先进传感器，通过收集和共享道路和交通参与者的实时信息，由于路侧传感器安装位置较高，可以近似提供上帝的视野，从而弥补车端传感设备的盲区；此外，路侧还可以部署边缘云来降低车载端的感知成本。通过车路协同感知，可以大大增加车辆的感知范围和感知能力，进而有利于减少交通事故，保障公路中交通参与者的人身安全和财产安全，并且避免道路拥塞，改善交通运输环境。在开展车路协同感知融合之前，需要先进行车路时间同步。如果没有进行时间同步，将车、路感知到的目标或轨迹进行关联时容易产生误差，影响融合效果。
发明内容
针对现有技术中存在的不足之处，本发明的目的是提供一种用于车路协同的时间同步实现方法及实现系统，保证了车路协同系统在信息融合过程中时间上的对齐，可以为车路协同感知提供时间配准服务，从而提高感知精度。为了实现根据本发明的上述目的和其他优点，提供了一种用于车路协同的时间同步实现系统，包括：
设置于车辆上的智能网联车载子系统、设置于路侧的智能网联路侧子系统及设置于后台的智能网联中心子系统，且智能网联车载子系统、智能网联路侧子系统及智能网联中心子系统分别通过GPS/北斗的秒脉冲信号进行系统间的同步；
将智能网联车载子系统、智能网联路侧子系统和智能网联中心子系统互联起来的车、路、云一体化网络。
优选的，所述智能网联车载子系统包括含有高稳石英晶体的FPGA主控芯片、与FPGA主控芯片信号连接的微秒计时器及与微秒计时器信号连接的车载感知设备、车载计算设备及车载通信设备。
优选的，智能网联路侧子系统包括路侧感知设备、路侧计算设备、路侧通信设备及交换机，所述交换机连接有PTP时间服务器或NTP时间服务器及多个单点路侧子系统。
优选的，智能网联中心子系统包括中心计算设备、中心通信设备及交换机，所述交换机连接有PTP时间服务器、中心计算设备、中心通信设备、NTP时间服务器、云存储平台及云分析平台。
一种用于车路协同的时间同步实现方法，包括以下步骤：
S1、所述智能网联车载子系统、智能网联中心子系统和智能网联路侧子系统分别通过GPS/北斗的秒脉冲信号进行系统间的同步；
S2、所述智能网联车载子系统内部通过高稳晶振和GPS/北斗的秒脉冲信号的集成实现硬同步；
S3、所述智能网联中心子系统内部通过NTP/PTP时间服务器实现软同步；
S4、所述多点智能网联路侧子系统通过NTP/PTP时间服务器实现软同步；
S5、所述单点智能网联路侧子系统通过高稳晶振和GPS/北斗的秒脉冲信号的集成实现硬同步或通过NTP/PTP实现软同步。
优选的，所述步骤S1涉及到各个不同的子系统，智能网联车载子系统、智能网联中心子系统和智能网联路侧子系统分别通过GPS/北斗的秒脉冲信号进行系统间的同步。
优选的，所述步骤S2涉及到智能网联车载子系统通过GPS/北斗的秒脉冲信号进行低分辨率的同步之后，再通过高稳晶振和GPS/北斗的秒脉冲信号的集成提供高分辨率同步机制，实现车载子系统所包含的各个硬件系统之间的同步。
优选的，所述步骤S3涉及到智能网联中心子系统通过NTP/PTP时间服务器同步之后，再通过NTP/PTP软同步实现中心子系统所包含的各个硬件系统之间的同步，中心子系统所包含的各个硬件需要与NTP/PTP时间服务器组成局域网，如果硬件支持NTP协议，就采用NTP时间服务器同步；如果硬件支持PTP协议，就采用PTP时间服务器同步。
优选的，所述步骤S5涉及到单点智能网联路侧子系统通过NTP/PTP时间服务器同步之后，再通过高稳晶振和GPS/北斗的秒脉冲信号的集成实现硬同步或通过NTP/PTP时间服务器实现软同步。
优选的，所述步骤S4涉及到多点智能网联路侧子系统通过NTP/PTP时间服务器同步之后，再通过NTP/PTP软同步实现多个单点智能网联路侧子系统之间的同步，多点智能网联路侧子系统所包含的各个硬件系统需要与NTP/PTP时间服务器组成局域网，如果硬件支持NTP协议，就采用NTP时间服务器同步；如果硬件支持PTP协议，就采用PTP时间服务器同步。
本发明与现有技术相比，其有益效果是：针对车路协同对时空同步的需要所设计的，通过时间同步机制，即使针对不同的子系统，如车载子系统或路侧子系统，也能够获取到各个目标物在同一个时刻下的状态，为基于特征点的车路协同创造了有利条件。
通过车、路、云之间的同步机制，可以为车、路、云之间的协同感知提供时间同步，保证了车路协同系统在信息融合过程中时间上的对齐。
可以为车路协同感知提供时间配准服务，从而提高感知精度，必将有利于车路协同系统的发展。
附图说明
图1为根据本发明的用于车路协同的时间同步实现方法及实现系统的架构图；
图2为根据本发明的用于车路协同的时间同步实现方法及实现系统的智能网联车载子系统架构图；
图3为根据本发明的用于车路协同的时间同步实现方法及实现系统的智能网联中心子系统架构图；
图4为根据本发明的用于车路协同的时间同步实现方法及实现系统的多点智能网联路侧子系统架构图；
图5为根据本发明的用于车路协同的时间同步实现方法及实现系统的单点智能网联路侧子系统(一体式)架构图；
图6为根据本发明的用于车路协同的时间同步实现方法及实现系统的单点智能网联路侧子系统(分离式)架构图。
具体实施方式
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。
参照图1-6，一种用于车路协同的时间同步实现系统，包括：设置于车辆上的智能网联车载子系统、设置于路侧的智能网联路侧子系统及设置于后台的智能网联中心子系统，且智能网联车载子系统、智能网联路侧子系统及智能网联中心子系统分别通过GPS/北斗的秒脉冲信号进行系统间的同步；
将智能网联车载子系统、智能网联路侧子系统和智能网联中心子系统互联起来的车、路、云一体化网络。
进一步的，所述智能网联车载子系统包括含有高稳石英晶体的FPGA主控芯片、与FPGA主控芯片信号连接的微秒计时器及与微秒计时器信号连接的车载感知设备、车载计算设备及车载通信设备，车载计算设备包括嵌入式控制器与工控机，车载通信设备包括5G/4GCPE、OBU，车载感知设备包括摄像头、激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达，其同步过程为：以FPGA为主控芯片，利用高稳石英晶体为同步控制系统提供工作时钟，高稳石英晶体的输出时钟信号被FPGA中的锁相环捕捉，FPGA将捕捉到的信号进行累加作为系统的参考时钟，同时抓捕GPS/北斗的秒脉冲信号(PPS脉冲上升沿)作为绝对整秒的开始，在连续接收到两个PPS脉冲时，将上一PPS对应时间加一秒进行授时，同时清零FPGA内部累加计数器，并保证FPGA内部秒脉冲与PPS秒脉冲的信号边沿对齐，从而实现高精度的时间基准。然后，利用高稳晶振提供更高分辨率的计时器，产生更小粒度的脉冲信号，以该脉冲信号触发车载子系统内部各个硬件工作，实现硬同步。
进一步的，多点智能网联路侧子系统包括一个以上的单点智能网联路侧子系统、PTP时间服务器或NTP时间服务器及交换机，所述交换机连接有PTP时间服务器、NTP时间服务器及多个单点智能网联路侧子系统，单点智能网联路侧子系统通过网络集成为多点智能网联路侧子系统，为了同步的需要，多点智能网联路侧子系统需要在同一个局域网内，路侧计算设备包括MEC服务器、工控机、电脑，路侧感知设备包括摄像头、激光雷达、毫米波雷达、微波雷达，路侧通信设备包括5G/4G基站、RSU，还包括信号控制器，单点智能网联路侧子系统可以将各种感知设备和计算设备集成在一起成为一体式的，也可以是各个设备分开单独部署成为分离式，其同步过程为系统内部署PTP时间服务器，PTP时间服务器是以GPS/北斗的秒脉冲信号作为多点智能网联路侧子系统的基准时间，系统内各个硬件系统(如各个单点智能网联路侧子系统)需要实现IEEE 1588V2协议以支持PTP同步。PTP时间服务器将会指定子系统内的一个硬件系统作为主时钟，所有子系统通过PTP交换机连接起来之后，将会自动接收主时钟的授时进而调整本地的时间。
单点智能网联路侧子系统(一体式)内部各硬件的时间同步方案如图5，其同步过程为：以FPGA为主控芯片，利用高稳石英晶体为同步控制系统提供工作时钟，高稳石英晶体的输出时钟信号被FPGA中的锁相环捕捉，FPGA将捕捉到的信号进行累加作为系统的参考时钟，同时抓捕GPS/北斗的秒脉冲信号(PPS脉冲上升沿)作为绝对整秒的开始，在连续接收到两个PPS脉冲时，将上一PPS对应时间加一秒进行授时，同时清零FPGA内部累加计数器，并保证FPGA内部秒脉冲与PPS秒脉冲的信号边沿对齐，从而实现高精度的时间基准。然后，利用高稳晶振提供更高分辨率的计时器，产生更小粒度的脉冲信号，以该脉冲信号触发路侧子系统内部各个硬件工作，实现硬同步。
单点智能网联路侧子系统(分离式)内部各硬件的时间同步方案如图6，其同步过程为：系统内各个硬件(如路侧计算设备、感知设备、通信设备等)需要实现IEEE 1588V2协议以支持PTP同步。只要子系统能够通过局域网连接上PTP时间服务器，所有硬件设备通过PTP交换机连接起来之后，将会自动接收主时钟的授时进而调整本地的时间。
进一步的，智能网联中心子系统包括中心计算设备、中心通信设备及交换机，所述交换机连接有PTP时间服务器、中心计算设备、中心通信设备、NTP时间服务器、云存储平台及云分析平台，其同步过程为：系统内部署PTP时间服务器，PTP时间服务器是以GPS/北斗的秒脉冲信号作为中心子系统的基准时间，系统内各个硬件系统(如云计算平台、通信网关等)需要实现IEEE 1588V2协议以支持PTP同步。硬件系统在通过交换机接入中心子系统之后会自动跟PTP时间服务器保持同步。考虑到GPS/北斗的秒脉冲信号会中断，PTP时间服务器需要指定子系统内的一个硬件系统作为主时钟，其它为从时钟，从时钟通过PTP时间服务器与主时钟保持同步。
一种用于车路协同的时间同步实现方法，包括以下步骤：
S1、所述智能网联车载子系统、智能网联中心子系统和智能网联路侧子系统分别通过GPS/北斗的秒脉冲信号进行系统间的同步；
S2、所述智能网联车载子系统内部通过高稳晶振和GPS/北斗的秒脉冲信号的集成实现硬同步；
S3、所述智能网联中心子系统内部通过NTP/PTP时间服务器实现软同步；
S4、所述多点智能网联路侧子系统通过NTP/PTP时间服务器实现软同步；
S5、所述单点智能网联路侧子系统通过高稳晶振和GPS/北斗的秒脉冲信号的集成实现硬同步或通过NTP/PTP时间服务器实现软同步。
进一步的，所述步骤S1涉及到各个不同的子系统，智能网联车载子系统、智能网联中心子系统和智能网联路侧子系统分别通过GPS/北斗的秒脉冲信号进行系统间的同步，所述步骤S1中各个子系统分别通过GPS/北斗的秒脉冲信号进行同步，是指各个子系统都能够分别接收GPS/北斗的秒脉冲信号，基于该信号可进行高精度的低分辨率的时间同步。
进一步的，所述步骤S2涉及到智能网联车载子系统通过GPS/北斗的秒脉冲信号进行低分辨率的同步之后，再通过高稳晶振和GPS/北斗的秒脉冲信号的集成提供高分辨率同步机制，实现车载子系统所包含的各个硬件系统之间的同步，所述步骤S2中智能网联车载子系统需要将高稳晶振和GPS/北斗的秒脉冲信号集成起来，其同步方式是以GPS/北斗的秒脉冲信号为参考信号，考虑到该参考信号的计时分辨率太低，需要通过信号追踪环路校正补偿高稳晶振的频率偏移，进一步利用高稳晶振提供更高分辨率的计时器，产生更小粒度的脉冲信号，以该脉冲信号触发车载子系统内部各个硬件工作，实现硬同步。
进一步的，所述步骤S3涉及到智能网联中心子系统通过NTP/PTP时间服务器同步之后，再通过NTP/PTP软同步实现中心子系统所包含的各个硬件系统之间的同步，中心子系统所包含的各个硬件需要与NTP/PTP时间服务器组成局域网，如果硬件支持NTP协议，就采用NTP时间服务器同步；如果硬件支持PTP协议，就采用PTP时间服务器同步，所述步骤S3中智能网联中心子系统通过NTP/PTP实现软同步，其同步方式是以GPS/北斗的秒脉冲信号作为中心子系统的基准时间，中心子系统内部的各个硬件系统如果支持PTP同步协议IEEE1588V2，则可以采用PTP时间服务器，硬件系统在通过交换机接入中心子系统之后会自动跟PTP时间服务器保持同步。如果硬件系统不支持PTP同步协议，可以采用NTP时间服务器，硬件系统将通过交换机与NTP时间服务器保持同步。
进一步的，所述步骤S5涉及到单点智能网联路侧子系统通过NTP/PTP时间服务器同步之后，再通过高稳晶振和GPS/北斗的秒脉冲信号的集成实现硬同步或通过NTP/PTP时间服务器实现软同步。
所述步骤S5中单点智能网联路侧子系统有两种同步实现方式：
S51、如果所述路侧子系统是一体式的，该子系统可以通过高稳晶振和GPS/北斗的秒脉冲信号的集成实现硬同步，其同步方式同步骤S2。
S52、如果所述路侧子系统是分离式的，该子系统可以通过NTP/PTP实现软同步，其同步方式同步骤S4。
进一步的，所述步骤S4涉及到多点智能网联路侧子系统通过NTP/PTP时间服务器同步之后，再通过NTP/PTP软同步实现多个单点智能网联路侧子系统之间的同步，多点智能网联路侧子系统所包含的各个硬件系统需要与NTP/PTP时间服务器组成局域网，如果硬件支持NTP协议，就采用NTP时间服务器同步；如果硬件支持PTP协议，就采用PTP时间服务器同步，所述步骤S4中多点智能网联路侧子系统通过NTP/PTP实现软同步，是指多点智能网联路侧子系统由多个单点智能网联路侧子系统组成，每个单点子系统有一个从时钟，而整个多点子系统有一个主时钟，主时钟以GPS/北斗的秒脉冲信号为基准时间，每个从时钟通过NTP/PTP时间服务器与该主时钟保持同步。
所述步骤S3、S4、S5中涉及通过NTP/PTP实现软同步，该系统内所有设备系统需要在同一个局域网内，如果系统中存在NTP/PTP混用的情况，建议将PTP时间服务器作为NTP的上一级的同步信号，所述步骤S1、S2、S3、S4、S5中涉及GPS/北斗的秒脉冲信号，该GPS/北斗的秒脉冲信号可来自NTP/PTP时间服务器或者单独的GPS/北斗设备。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的，对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (10)
1.一种用于车路协同的时间同步实现系统，其特征在于，包括：
设置于车辆上的智能网联车载子系统、设置于路侧的智能网联路侧子系统及设置于后台的智能网联中心子系统，且智能网联车载子系统、智能网联路侧子系统及智能网联中心子系统分别通过GPS/北斗的秒脉冲信号进行系统间的同步；
将智能网联车载子系统、智能网联路侧子系统和智能网联中心子系统互联起来的车、路、云一体化网络。
2.如权利要求1所述的一种用于车路协同的时间同步实现系统，其特征在于，所述智能网联车载子系统包括含有高稳石英晶体的FPGA主控芯片、与FPGA主控芯片信号连接的微秒计时器及与微秒计时器信号连接的车载感知设备、车载计算设备及车载通信设备。
3.如权利要求1所述的一种用于车路协同的时间同步实现系统，其特征在于，智能网联路侧子系统包括路侧感知设备、路侧计算设备、路侧通信设备及交换机，所述交换机连接有PTP时间服务器或NTP时间服务器及多个单点路侧子系统。
4.如权利要求1所述的一种用于车路协同的时间同步实现系统，其特征在于，智能网联中心子系统包括中心计算设备、中心通信设备及交换机，所述交换机连接有PTP时间服务器、中心计算设备、中心通信设备、NTP时间服务器、云存储平台及云分析平台。
5.如权利要求1所述的一种用于车路协同的时间同步实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、所述智能网联车载子系统、智能网联中心子系统和智能网联路侧子系统分别通过GPS/北斗的秒脉冲信号进行系统间的同步；
S2、所述智能网联车载子系统内部通过高稳晶振和GPS/北斗的秒脉冲信号的集成实现硬同步；
S3、所述智能网联中心子系统内部通过NTP/PTP时间服务器实现软同步；
S4、所述多点智能网联路侧子系统通过NTP/PTP时间服务器实现软同步；
S5、所述单点智能网联路侧子系统通过高稳晶振和GPS/北斗的秒脉冲信号的集成实现硬同步或通过NTP/PTP时间服务器实现软同步。
6.如权利要求5所述的一种用于车路协同的时间同步实现方法，其特征在于，所述步骤S1涉及到各个不同的子系统，智能网联车载子系统、智能网联中心子系统和智能网联路侧子系统分别通过GPS/北斗的秒脉冲信号进行系统间的同步。
7.如权利要求5所述的一种用于车路协同的时间同步实现方法，其特征在于，所述步骤S2涉及到智能网联车载子系统通过GPS/北斗的秒脉冲信号进行低分辨率的同步之后，再通过高稳晶振和GPS/北斗的秒脉冲信号的集成提供高分辨率同步机制，实现车载子系统所包含的各个硬件系统之间的同步。
8.如权利要求5所述的一种用于车路协同的时间同步实现方法，其特征在于，所述步骤S3涉及到智能网联中心子系统通过NTP/PTP时间服务器同步之后，再通过NTP/PTP软同步实现中心子系统所包含的各个硬件系统之间的同步，中心子系统所包含的各个硬件需要与NTP/PTP时间服务器组成局域网，如果硬件支持NTP协议，就采用NTP时间服务器同步；如果硬件支持PTP协议，就采用PTP时间服务器同步。
9.如权利要求5所述的一种用于车路协同的时间同步实现方法，其特征在于，所述步骤S5涉及到单点智能网联路侧子系统通过NTP/PTP时间服务器同步之后，再通过高稳晶振和GPS/北斗的秒脉冲信号的集成实现硬同步或通过NTP/PTP时间服务器实现软同步。
10.如权利要求5所述的一种用于车路协同的时间同步实现方法，其特征在于，所述步骤S4涉及到多点智能网联路侧子系统通过NTP/PTP时间服务器同步之后，再通过NTP/PTP软同步实现多个单点智能网联路侧子系统之间的同步，多点智能网联路侧子系统所包含的各个单点智能网联路侧子系统需要与NTP/PTP时间服务器组成局域网，如果单点智能网联路侧子系统支持NTP协议，就采用NTP时间服务器同步；如果单点智能网联路侧子系统支持PTP协议，就采用PTP时间服务器同步。
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