一种智能车路协同系统感知技术及其应用
1.本发明涉及车路协同系统感知技术领域，具体为一种智能车路协同系统感知技术及其应用。
背景技术：
[0002]“智能车路协同”是当今国际智能交通领域的前沿技术，从根本上改变人们对传统道路交通的认识和实践，同时，也将极大地影响交通系统的发展模式。
[0003]
随着智能车路协同系统的进一步发展和推广应用，基于全时空交通信息的协同感知、融合和交互，实现车辆体智能决策与协同控制，并推进基于车路协同的自动驾驶中国发展路线，已成为我国智能交通的战略发展内容。国外近年来逐渐开始关注以智能网联车辆为对象的新型混合交通协同管控问题，但较少关注“智能的路”在提升交通管控性能中的重要作用，相关研究仍处于初级阶段，尚未形成系统的理论与方法体系，国内依托智能车路协同技术及其系统建设的发展优势，基于车路协同的智能交通系统体系框架，由多模通信、智能网联、信息安全及系统集成形成的智能车路协同系统构建关键技术，以及由协同感知、协同决策与控制、仿真测试验证及车路协同自动驾驶形成的智能车路协同系统应用关键技术方面，开展了一系列相关研究工作，尤其是在交通体协同决策与控制方面，提出了较国内外现有方法效果更优的策略。
[0004]
尽管上述研究成果有目共睹，但智能车路协同技术与系统在应用过程中也面临诸多挑战。目前，车路协同的核心功能应用有限，公众出行体验感欠缺，社会经济效益难以明显体现，甚至给相关管理部门和项目设施单位带来疑惑，质疑智能车路协同系统建设的必要性。
技术实现要素：
[0005]
(一)解决的技术问题
[0006]
针对现有技术的不足，本发明提供了一种智能车路协同系统感知技术及其应用，该技术基于多模态传感器的数据输入，在信息融合并对交通状态进行统一表征的基础上，实现对交通环境多视角、超视距的全局感知，为后端的决策控制提供更加可靠的信息来源，从而有效实现后续的决策控制。
[0007]
(二)技术方案
[0008]
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种智能车路协同系统，该智能车路协同系统由以信息为核心的、提供不同层次功能的5层平台和1个支撑体系组成，包括信息采集融合平台、信息交互共享平台、信息协同处理平台、信息安全保障平台、信息功能服务平台和智能车路协同系统标准及管理支撑体系，所述信息采集融合平台、信息交互共享平台、信息协同处理平台、信息安全保障平台、信息功能服务平台分别完成不同层次下以信息为中心的层次化功能，即信息采集融合、信息交互共享、信息协同处理、信息安全保障及信息功能服务等；
[0009]
信息采集融合平台，负责完成所有交通数据的采集与信息融合；
[0010]
信息交互共享平台，负责完成所有交通要素间交通数据的实时交互和共享；
[0011]
信息协同处理平台，负责实现系统级的各类交通信息的协同处理；
[0012]
信息安全保障平台，负责完成系统感知层、网络层和应用层的信息安全管理；
[0013]
信息功能服务平台，负责支持系统所有功能的开发和实现；
[0014]
智能车路协同系统标准及管理支撑体系，负责保证不同交通系统间的互通互联、信息交互、功能协同和服务集成。
[0015]
优选的，所述信息采集融合平台包括参与者单元、运载工具单元、基础设施单元、交通环境单元和运行状态单元。
[0016]
优选的，所述信息交互共享平台包括车内通信单元、车-车通信单元、车-路通信单元和云端通信单元，且车内通信单元、车-车通信单元、车-路通信单元和云端通信单元两两之间均进行双向通信。
[0017]
优选的，所述信息协同处理平台包括分布计算单元、数据清理单元、特征提取单元和体决策单元，所述分布计算单元与数据清理单元、特征提取单元和体决策单元之间进行单向通信。
[0018]
优选的，所述信息安全保障平台包括信息安全单元、系统运管单元、设备运维单元和应急保障单元。
[0019]
优选的，所述信息功能服务平台包括协同感知单元、协同安全单元、协同决策单元和协同管控单元。
[0020]
优选的，所述智能车路协同系统的构件需要多种技术组合构建，具体包括多模通信技术、智能网联技术、信息安全技术及系统集成技术等；
[0021]
多模通信技术，考虑车辆的高移动性和道路交通所处的广域环境，采用单一的无线通信模式无法满足实际应用需求，需要采用多模无线通信技术，以保障交通主体能够实现任何时间、任何地点及任何交通主体基于现存通信模式的互联互通，常用的通信模式主要可分为移动通信模式、无线通信模式、专用通信模式和其他通信模式，上述多种通信模式对应的通信系统及使用范围如下表1所示：
[0022]
表1无线通信模式特性及应用范围比较
[0023][0024]
智能网联技术，高速、可靠、双向及可集成多种通信模式的智能网联技术是智能车路协同系统的基础，同时，需能支持全景状态感知、信息交互与融合、协同控制与管理，以及定制化服务等功能，并根据不同层次的需求提供相应的通信保障与交通服务，由于不同网联方式提供的通信特性和支持的服务范围各不相同，为满足各类交通环境下的功能需求，
需要建立通信和网联模式的自动选择和切换机制，支持应用终端根据不同应用功能对通信和网联模式进行自主选择与切换；
[0025]
信息安全技术，智能车路协同系统的信息安全包含计算机信息安全、移动通信信息安全及交通数据可信(基于交通业务信息的可信交互)安全3个层次，计算机信息安全技术主要解决由人、车和基础实施等交通参与者在网联环境下形成的泛在计算机网络系统的信息安全保证问题；移动通信信息安全技术主要解决通过各类无线通信管道传输的信息安全保证问题；交通数据可信(基于交通业务信息的可信交互)安全技术主要依托交通系统实时数据的业务特性；
[0026]
系统集成技术，全面发挥智能车路协同系统作用的关键是能够实现智能车、智能路和智能网的集成，进而实现智能协同的交通服务，系统集成涉及通信模式的集成、网联方式的集成、信息融合的集成、云端计算的集成以及可信交互的集成等，从而支持包括人车路在内的所有交通主体在智能网联环境下的系统集成。
[0027]
优选的，一种智能车路协同系统感知技术，包括原始数据输入层、多模态传感器信息融合层以及交通状态统一表征层，所述多模态传感器信息融合层包含对多模态感知信息在数据级、特征级以及决策级的融合，所述数据输入层由基于多模态传感器的数据输入，在信息融合并对交通状态进行统一表征的基础上，实现对交通环境多视角、超视距的全局感知，为后端的决策控制提供可靠的信息来源。
[0028]
优选的，所述智能车路协同系统感知技术有别于传统交通状态感知，车路协同环境提供的全时空动态交通信息实时共享，使位于不同平台、不同场景下的多传感器实施信息融合成为可能，由此可实现复杂交通场景下跨平台多传感器的多视角和超视距的协同感知，超视距感知，通常特指传感器感知范围之外或无线通信直联范围之外的交通环境感知。
[0029]
(三)有益效果
[0030]
本发明提供了一种智能车路协同系统感知技术及其应用。具备以下有益效果：
[0031]
1、本发明提供了一种智能车路协同系统感知技术及其应用，智能车路协同系统感知技术是多学科交叉、多技术集成的产物，既包含系统的构建和应用关键技术，也涉及复杂系统协同决策与智能控制的基础理论和方法，随着智能车路协同系统理论研究、技术发展和应用推广，将产生出智能网联系统复杂性分析、智能体协同决策和新型混合交通系统优化控制等新理论和新方法，对交通系统工程、交通信息与控制以及系统学科等学科的建设发挥重要作用。
[0032]
2、本发明提供了一种智能车路协同系统感知技术及其应用，该面向车路协同环境下车端感知设备与路侧感知系统构成的各种感知场景，交通环境协同感知技术充分考虑车载与路侧、运动与静止、同构与异构、同类与异类、同步与异步等不同条件下的多传感器协同感知方法，并使用统一的描述模型进行刻画交通状态，该技术基于多模态传感器的数据输入，在信息融合并对交通状态进行统一表征的基础上，实现对交通环境多视角、超视距的全局感知，为后端的决策控制提供更加可靠的信息来源，从而有效实现后续的决策控制。
[0033]
3、本发明提供了一种智能车路协同系统感知技术及其应用，该智能车路协同系统感知技术为自动驾驶提供了一种全新的解决方案，有别于单车智能的自动驾驶，基于车路协同的自动驾驶综合集成智能车、智能路和智能网，可以充分发挥集成技术的优势，提供了更为可靠、准确、宽泛和更具深度的交通信息，使车路协同的协同效应可以与自动驾驶充分
的结合，可有效解决新型复杂混合交通环境下车辆体协同决策与控制问题。
附图说明
[0034]
图1为本发明的智能车路协同系统体系结构组成图；
[0035]
图2为本发明的智能车路协同系统智能网联环境示意图；
[0036]
图3为本发明的智能车路协同系统信息安全技术框架及其支撑环境示意图；
[0037]
图4为本发明的智能车路协同系统感知技术框架图。
具体实施方式
[0038]
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。
[0039]
实施例：
[0040]
如图1-4所示，本发明实施例提供一种智能车路协同系统，该智能车路协同系统由以信息为核心的、提供不同层次功能的5层平台和1个支撑体系组成，包括信息采集融合平台、信息交互共享平台、信息协同处理平台、信息安全保障平台、信息功能服务平台和智能车路协同系统标准及管理支撑体系，信息采集融合平台、信息交互共享平台、信息协同处理平台、信息安全保障平台、信息功能服务平台分别完成不同层次下以信息为中心的层次化功能，即信息采集融合、信息交互共享、信息协同处理、信息安全保障及信息功能服务等；
[0041]
信息采集融合平台，负责完成所有交通数据的采集与信息融合；
[0042]
信息交互共享平台，负责完成所有交通要素间交通数据的实时交互和共享；
[0043]
信息协同处理平台，负责实现系统级的各类交通信息的协同处理；
[0044]
信息安全保障平台，负责完成系统感知层、网络层和应用层的信息安全管理；
[0045]
信息功能服务平台，负责支持系统所有功能的开发和实现；
[0046]
智能车路协同系统标准及管理支撑体系，负责保证不同交通系统间的互通互联、信息交互、功能协同和服务集成。
[0047]
信息采集融合平台包括参与者单元、运载工具单元、基础设施单元、交通环境单元和运行状态单元，信息交互共享平台包括车内通信单元、车-车通信单元、车-路通信单元和云端通信单元，且车内通信单元、车-车通信单元、车-路通信单元和云端通信单元两两之间均进行双向通信，信息协同处理平台包括分布计算单元、数据清理单元、特征提取单元和体决策单元，分布计算单元与数据清理单元、特征提取单元和体决策单元之间进行单向通信，信息安全保障平台包括信息安全单元、系统运管单元、设备运维单元和应急保障单元，信息功能服务平台包括协同感知单元、协同安全单元、协同决策单元和协同管控单元。
[0048]
智能车路协同系统的构件需要多种技术组合构建，具体包括多模通信技术、智能网联技术、信息安全技术及系统集成技术等；
[0049]
多模通信技术，考虑车辆的高移动性和道路交通所处的广域环境，采用单一的无线通信模式无法满足实际应用需求，需要采用多模无线通信技术，以保障交通主体能够实现任何时间、任何地点及任何交通主体基于现存通信模式的互联互通，常用的通信模式主
要可分为移动通信模式、无线通信模式、专用通信模式和其他通信模式，上述多种通信模式对应的通信系统及使用范围如下表1所示：
[0050]
表1无线通信模式特性及应用范围比较
[0051][0052]
智能网联技术，高速、可靠、双向及可集成多种通信模式的智能网联技术是智能车路协同系统的基础，同时，需能支持全景状态感知、信息交互与融合、协同控制与管理，以及定制化服务等功能，并根据不同层次的需求提供相应的通信保障与交通服务，由于不同网联方式提供的通信特性和支持的服务范围各不相同，为满足各类交通环境下的功能需求，需要建立通信和网联模式的自动选择和切换机制，支持应用终端根据不同应用功能对通信和网联模式进行自主选择与切换；
[0053]
信息安全技术，智能车路协同系统的信息安全包含计算机信息安全、移动通信信息安全及交通数据可信(基于交通业务信息的可信交互)安全3个层次，计算机信息安全技术主要解决由人、车和基础实施等交通参与者在网联环境下形成的泛在计算机网络系统的信息安全保证问题；移动通信信息安全技术主要解决通过各类无线通信管道传输的信息安全保证问题；交通数据可信(基于交通业务信息的可信交互)安全技术主要依托交通系统实时数据的业务特性；
[0054]
系统集成技术，全面发挥智能车路协同系统作用的关键是能够实现智能车、智能路和智能网的集成，进而实现智能协同的交通服务，系统集成涉及通信模式的集成、网联方式的集成、信息融合的集成、云端计算的集成以及可信交互的集成等，从而支持包括人车路在内的所有交通主体在智能网联环境下的系统集成。
[0055]
一种智能车路协同系统感知技术，包括原始数据输入层、多模态传感器信息融合层以及交通状态统一表征层，多模态传感器信息融合层包含对多模态感知信息在数据级、特征级以及决策级的融合，数据输入层由基于多模态传感器的数据输入，在信息融合并对交通状态进行统一表征的基础上，实现对交通环境多视角、超视距的全局感知，为后端的决策控制提供可靠的信息来源，智能车路协同系统感知技术有别于传统交通状态感知，车路协同环境提供的全时空动态交通信息实时共享，使位于不同平台、不同场景下的多传感器实施信息融合成为可能，由此可实现复杂交通场景下跨平台多传感器的多视角和超视距的协同感知，超视距感知，通常特指传感器感知范围之外或无线通信直联范围之外的交通环境感知。
[0056]
智能车路协同系统感知技术应用
[0057]
智能车路协同系统感知技术的规模化应用涉及面广，建设周期长，需要分阶段、分层次进行，各应用阶段的主要任务如下表2所示：
[0058]
表3智能车路协同系统各应用阶段主要任务
[0059][0060]
(1)初始期应用阶段
[0061]
在智能车路协同系统建设的现阶段，国家选定了首先推进道路基础设施建设的发展路线。在道路基础设施信息化的基础上逐步实现智能化，以基础设施的智能化配合智能汽车的网联化，同时，借助构建先进的无线通信和云端计算平台为智能网联的普及奠定必要的基础条件，并由此提供道路交通系统管控信息的实时共享，实现智能车路协同系统功能的初级应用；
[0062]
现阶段可实现的智能车路协同功能主要集中在以信息提示和辅助驾驶为主的协同管控服务上，包括：交通信息共享，诱导信息发布，在途危险状态预警，盲区预警，以及单车速度引导等。国内目前实施中的车路协同项目主要集中在这些方面，借助智能车路协同系统提高信息共享的范围和传递的实时性，但车路协同的核心功能体现有限，社会经济效益不明显。
[0063]
(2)建设期应用阶段
[0064]
道路基础设施智能化达到一定程度后，即支持车路协同的rsu得到一定程度的普及后，将有效推进智能汽车的网联化，此时，支持车路协同的obu将作为智能汽车的必须装备实现前装，智能网联效率和云端计算能力得到提升，交通管控和车辆行驶信息的实时共享成为现实，可实现智能车路协同系统功能的中级应用；
[0065]
该阶段可实现的智能车路协同功能主要集中在以主动调控和个性化服务为主的协同管控服务上，包括：车辆协同安全，公交、特种车辆优先，快速路可变限速，信号主动控制，以及恶劣天气条件下高速公路安全通行等。此时，车路协同的核心功能开始得到实现，对社会经济效益的贡献逐步呈现。
[0066]
(3)规模化应用阶段
[0067]
在道路基础设施和智能汽车网络化得到全面发展后，智能车路协同系统开始进入规模化应用阶段，此时，交通系统实现了可信交互的全智能网联，提供全时空交通信息的实时共享，多种计算模式并存可以支撑广泛的交通体协同决策与控制的计算，系统性智能得到前所未有的开发，可实现智能车路协同系统功能的高级应用；
[0068]
该阶段可实现的智能车路协同功能主要集中在以体协同决策与控制为主的协同管控服务上，包括：车辆体协同安全驾驶，路口和匝道信号-车辆协同控制，自动驾驶车队协同，以及网联、自动、无人混驾等。此时，车路协同的核心功能得到全面实现，交通安全
和效率得到显著提升，社会经济效益显著。
[0069]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
