一種智能車路協同系統感知技術及其應用
1.本發明涉及車路協同系統感知技術領域，具體為一種智能車路協同系統感知技術及其應用。
背景技術：
[0002]“智能車路協同”是當今國際智能交通領域的前沿技術，從根本上改變人們對傳統道路交通的認識和實踐，同時，也將極大地影響交通系統的發展模式。
[0003]
隨著智能車路協同系統的進一步發展和推廣應用，基于全時空交通信息的協同感知、融合和交互，實現車輛體智能決策與協同控制，并推進基于車路協同的自動駕駛中國發展路線，已成為我國智能交通的戰略發展內容。國外近年來逐漸開始關注以智能網聯車輛為對象的新型混合交通協同管控問題，但較少關注“智能的路”在提升交通管控性能中的重要作用，相關研究仍處于初級階段，尚未形成系統的理論與方法體系，國內依托智能車路協同技術及其系統建設的發展優勢，基于車路協同的智能交通系統體系框架，由多模通信、智能網聯、信息安全及系統集成形成的智能車路協同系統構建關鍵技術，以及由協同感知、協同決策與控制、仿真測試驗證及車路協同自動駕駛形成的智能車路協同系統應用關鍵技術方面，開展了一系列相關研究工作，尤其是在交通體協同決策與控制方面，提出了較國內外現有方法效果更優的策略。
[0004]
盡管上述研究成果有目共睹，但智能車路協同技術與系統在應用過程中也面臨諸多挑戰。目前，車路協同的核心功能應用有限，公眾出行體驗感欠缺，社會經濟效益難以明顯體現，甚至給相關管理部門和項目設施單位帶來疑惑，質疑智能車路協同系統建設的必要性。
技術實現要素：
[0005]
(一)解決的技術問題
[0006]
針對現有技術的不足，本發明提供了一種智能車路協同系統感知技術及其應用，該技術基于多模態傳感器的數據輸入，在信息融合并對交通狀態進行統一表征的基礎上，實現對交通環境多視角、超視距的全局感知，為后端的決策控制提供更加可靠的信息來源，從而有效實現后續的決策控制。
[0007]
(二)技術方案
[0008]
為實現以上目的，本發明通過以下技術方案予以實現：一種智能車路協同系統，該智能車路協同系統由以信息為核心的、提供不同層次功能的5層平臺和1個支撐體系組成，包括信息采集融合平臺、信息交互共享平臺、信息協同處理平臺、信息安全保障平臺、信息功能服務平臺和智能車路協同系統標準及管理支撐體系，所述信息采集融合平臺、信息交互共享平臺、信息協同處理平臺、信息安全保障平臺、信息功能服務平臺分別完成不同層次下以信息為中心的層次化功能，即信息采集融合、信息交互共享、信息協同處理、信息安全保障及信息功能服務等；
[0009]
信息采集融合平臺，負責完成所有交通數據的采集與信息融合；
[0010]
信息交互共享平臺，負責完成所有交通要素間交通數據的實時交互和共享；
[0011]
信息協同處理平臺，負責實現系統級的各類交通信息的協同處理；
[0012]
信息安全保障平臺，負責完成系統感知層、網絡層和應用層的信息安全管理；
[0013]
信息功能服務平臺，負責支持系統所有功能的開發和實現；
[0014]
智能車路協同系統標準及管理支撐體系，負責保證不同交通系統間的互通互聯、信息交互、功能協同和服務集成。
[0015]
優選的，所述信息采集融合平臺包括參與者單元、運載工具單元、基礎設施單元、交通環境單元和運行狀態單元。
[0016]
優選的，所述信息交互共享平臺包括車內通信單元、車-車通信單元、車-路通信單元和云端通信單元，且車內通信單元、車-車通信單元、車-路通信單元和云端通信單元兩兩之間均進行雙向通信。
[0017]
優選的，所述信息協同處理平臺包括分布計算單元、數據清理單元、特征提取單元和體決策單元，所述分布計算單元與數據清理單元、特征提取單元和體決策單元之間進行單向通信。
[0018]
優選的，所述信息安全保障平臺包括信息安全單元、系統運管單元、設備運維單元和應急保障單元。
[0019]
優選的，所述信息功能服務平臺包括協同感知單元、協同安全單元、協同決策單元和協同管控單元。
[0020]
優選的，所述智能車路協同系統的構件需要多種技術組合構建，具體包括多模通信技術、智能網聯技術、信息安全技術及系統集成技術等；
[0021]
多模通信技術，考慮車輛的高移動性和道路交通所處的廣域環境，采用單一的無線通信模式無法滿足實際應用需求，需要采用多模無線通信技術，以保障交通主體能夠實現任何時間、任何地點及任何交通主體基于現存通信模式的互聯互通，常用的通信模式主要可分為移動通信模式、無線通信模式、專用通信模式和其他通信模式，上述多種通信模式對應的通信系統及使用范圍如下表1所示：
[0022]
表1無線通信模式特性及應用范圍比較
[0023][0024]
智能網聯技術，高速、可靠、雙向及可集成多種通信模式的智能網聯技術是智能車路協同系統的基礎，同時，需能支持全景狀態感知、信息交互與融合、協同控制與管理，以及定制化服務等功能，并根據不同層次的需求提供相應的通信保障與交通服務，由于不同網聯方式提供的通信特性和支持的服務范圍各不相同，為滿足各類交通環境下的功能需求，
需要建立通信和網聯模式的自動選擇和切換機制，支持應用終端根據不同應用功能對通信和網聯模式進行自主選擇與切換；
[0025]
信息安全技術，智能車路協同系統的信息安全包含計算機信息安全、移動通信信息安全及交通數據可信(基于交通業務信息的可信交互)安全3個層次，計算機信息安全技術主要解決由人、車和基礎實施等交通參與者在網聯環境下形成的泛在計算機網絡系統的信息安全保證問題；移動通信信息安全技術主要解決通過各類無線通信管道傳輸的信息安全保證問題；交通數據可信(基于交通業務信息的可信交互)安全技術主要依托交通系統實時數據的業務特性；
[0026]
系統集成技術，全面發揮智能車路協同系統作用的關鍵是能夠實現智能車、智能路和智能網的集成，進而實現智能協同的交通服務，系統集成涉及通信模式的集成、網聯方式的集成、信息融合的集成、云端計算的集成以及可信交互的集成等，從而支持包括人車路在內的所有交通主體在智能網聯環境下的系統集成。
[0027]
優選的，一種智能車路協同系統感知技術，包括原始數據輸入層、多模態傳感器信息融合層以及交通狀態統一表征層，所述多模態傳感器信息融合層包含對多模態感知信息在數據級、特征級以及決策級的融合，所述數據輸入層由基于多模態傳感器的數據輸入，在信息融合并對交通狀態進行統一表征的基礎上，實現對交通環境多視角、超視距的全局感知，為后端的決策控制提供可靠的信息來源。
[0028]
優選的，所述智能車路協同系統感知技術有別于傳統交通狀態感知，車路協同環境提供的全時空動態交通信息實時共享，使位于不同平臺、不同場景下的多傳感器實施信息融合成為可能，由此可實現復雜交通場景下跨平臺多傳感器的多視角和超視距的協同感知，超視距感知，通常特指傳感器感知范圍之外或無線通信直聯范圍之外的交通環境感知。
[0029]
(三)有益效果
[0030]
本發明提供了一種智能車路協同系統感知技術及其應用。具備以下有益效果：
[0031]
1、本發明提供了一種智能車路協同系統感知技術及其應用，智能車路協同系統感知技術是多學科交叉、多技術集成的產物，既包含系統的構建和應用關鍵技術，也涉及復雜系統協同決策與智能控制的基礎理論和方法，隨著智能車路協同系統理論研究、技術發展和應用推廣，將產生出智能網聯系統復雜性分析、智能體協同決策和新型混合交通系統優化控制等新理論和新方法，對交通系統工程、交通信息與控制以及系統學科等學科的建設發揮重要作用。
[0032]
2、本發明提供了一種智能車路協同系統感知技術及其應用，該面向車路協同環境下車端感知設備與路側感知系統構成的各種感知場景，交通環境協同感知技術充分考慮車載與路側、運動與靜止、同構與異構、同類與異類、同步與異步等不同條件下的多傳感器協同感知方法，并使用統一的描述模型進行刻畫交通狀態，該技術基于多模態傳感器的數據輸入，在信息融合并對交通狀態進行統一表征的基礎上，實現對交通環境多視角、超視距的全局感知，為后端的決策控制提供更加可靠的信息來源，從而有效實現后續的決策控制。
[0033]
3、本發明提供了一種智能車路協同系統感知技術及其應用，該智能車路協同系統感知技術為自動駕駛提供了一種全新的解決方案，有別于單車智能的自動駕駛，基于車路協同的自動駕駛綜合集成智能車、智能路和智能網，可以充分發揮集成技術的優勢，提供了更為可靠、準確、寬泛和更具深度的交通信息，使車路協同的協同效應可以與自動駕駛充分
的結合，可有效解決新型復雜混合交通環境下車輛體協同決策與控制問題。
附圖說明
[0034]
圖1為本發明的智能車路協同系統體系結構組成圖；
[0035]
圖2為本發明的智能車路協同系統智能網聯環境示意圖；
[0036]
圖3為本發明的智能車路協同系統信息安全技術框架及其支撐環境示意圖；
[0037]
圖4為本發明的智能車路協同系統感知技術框架圖。
具體實施方式
[0038]
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0039]
實施例：
[0040]
如圖1-4所示，本發明實施例提供一種智能車路協同系統，該智能車路協同系統由以信息為核心的、提供不同層次功能的5層平臺和1個支撐體系組成，包括信息采集融合平臺、信息交互共享平臺、信息協同處理平臺、信息安全保障平臺、信息功能服務平臺和智能車路協同系統標準及管理支撐體系，信息采集融合平臺、信息交互共享平臺、信息協同處理平臺、信息安全保障平臺、信息功能服務平臺分別完成不同層次下以信息為中心的層次化功能，即信息采集融合、信息交互共享、信息協同處理、信息安全保障及信息功能服務等；
[0041]
信息采集融合平臺，負責完成所有交通數據的采集與信息融合；
[0042]
信息交互共享平臺，負責完成所有交通要素間交通數據的實時交互和共享；
[0043]
信息協同處理平臺，負責實現系統級的各類交通信息的協同處理；
[0044]
信息安全保障平臺，負責完成系統感知層、網絡層和應用層的信息安全管理；
[0045]
信息功能服務平臺，負責支持系統所有功能的開發和實現；
[0046]
智能車路協同系統標準及管理支撐體系，負責保證不同交通系統間的互通互聯、信息交互、功能協同和服務集成。
[0047]
信息采集融合平臺包括參與者單元、運載工具單元、基礎設施單元、交通環境單元和運行狀態單元，信息交互共享平臺包括車內通信單元、車-車通信單元、車-路通信單元和云端通信單元，且車內通信單元、車-車通信單元、車-路通信單元和云端通信單元兩兩之間均進行雙向通信，信息協同處理平臺包括分布計算單元、數據清理單元、特征提取單元和體決策單元，分布計算單元與數據清理單元、特征提取單元和體決策單元之間進行單向通信，信息安全保障平臺包括信息安全單元、系統運管單元、設備運維單元和應急保障單元，信息功能服務平臺包括協同感知單元、協同安全單元、協同決策單元和協同管控單元。
[0048]
智能車路協同系統的構件需要多種技術組合構建，具體包括多模通信技術、智能網聯技術、信息安全技術及系統集成技術等；
[0049]
多模通信技術，考慮車輛的高移動性和道路交通所處的廣域環境，采用單一的無線通信模式無法滿足實際應用需求，需要采用多模無線通信技術，以保障交通主體能夠實現任何時間、任何地點及任何交通主體基于現存通信模式的互聯互通，常用的通信模式主
要可分為移動通信模式、無線通信模式、專用通信模式和其他通信模式，上述多種通信模式對應的通信系統及使用范圍如下表1所示：
[0050]
表1無線通信模式特性及應用范圍比較
[0051][0052]
智能網聯技術，高速、可靠、雙向及可集成多種通信模式的智能網聯技術是智能車路協同系統的基礎，同時，需能支持全景狀態感知、信息交互與融合、協同控制與管理，以及定制化服務等功能，并根據不同層次的需求提供相應的通信保障與交通服務，由于不同網聯方式提供的通信特性和支持的服務范圍各不相同，為滿足各類交通環境下的功能需求，需要建立通信和網聯模式的自動選擇和切換機制，支持應用終端根據不同應用功能對通信和網聯模式進行自主選擇與切換；
[0053]
信息安全技術，智能車路協同系統的信息安全包含計算機信息安全、移動通信信息安全及交通數據可信(基于交通業務信息的可信交互)安全3個層次，計算機信息安全技術主要解決由人、車和基礎實施等交通參與者在網聯環境下形成的泛在計算機網絡系統的信息安全保證問題；移動通信信息安全技術主要解決通過各類無線通信管道傳輸的信息安全保證問題；交通數據可信(基于交通業務信息的可信交互)安全技術主要依托交通系統實時數據的業務特性；
[0054]
系統集成技術，全面發揮智能車路協同系統作用的關鍵是能夠實現智能車、智能路和智能網的集成，進而實現智能協同的交通服務，系統集成涉及通信模式的集成、網聯方式的集成、信息融合的集成、云端計算的集成以及可信交互的集成等，從而支持包括人車路在內的所有交通主體在智能網聯環境下的系統集成。
[0055]
一種智能車路協同系統感知技術，包括原始數據輸入層、多模態傳感器信息融合層以及交通狀態統一表征層，多模態傳感器信息融合層包含對多模態感知信息在數據級、特征級以及決策級的融合，數據輸入層由基于多模態傳感器的數據輸入，在信息融合并對交通狀態進行統一表征的基礎上，實現對交通環境多視角、超視距的全局感知，為后端的決策控制提供可靠的信息來源，智能車路協同系統感知技術有別于傳統交通狀態感知，車路協同環境提供的全時空動態交通信息實時共享，使位于不同平臺、不同場景下的多傳感器實施信息融合成為可能，由此可實現復雜交通場景下跨平臺多傳感器的多視角和超視距的協同感知，超視距感知，通常特指傳感器感知范圍之外或無線通信直聯范圍之外的交通環境感知。
[0056]
智能車路協同系統感知技術應用
[0057]
智能車路協同系統感知技術的規模化應用涉及面廣，建設周期長，需要分階段、分層次進行，各應用階段的主要任務如下表2所示：
[0058]
表3智能車路協同系統各應用階段主要任務
[0059][0060]
(1)初始期應用階段
[0061]
在智能車路協同系統建設的現階段，國家選定了首先推進道路基礎設施建設的發展路線。在道路基礎設施信息化的基礎上逐步實現智能化，以基礎設施的智能化配合智能汽車的網聯化，同時，借助構建先進的無線通信和云端計算平臺為智能網聯的普及奠定必要的基礎條件，并由此提供道路交通系統管控信息的實時共享，實現智能車路協同系統功能的初級應用；
[0062]
現階段可實現的智能車路協同功能主要集中在以信息提示和輔助駕駛為主的協同管控服務上，包括：交通信息共享，誘導信息發布，在途危險狀態預警，盲區預警，以及單車速度引導等。國內目前實施中的車路協同項目主要集中在這些方面，借助智能車路協同系統提高信息共享的范圍和傳遞的實時性，但車路協同的核心功能體現有限，社會經濟效益不明顯。
[0063]
(2)建設期應用階段
[0064]
道路基礎設施智能化達到一定程度后，即支持車路協同的rsu得到一定程度的普及后，將有效推進智能汽車的網聯化，此時，支持車路協同的obu將作為智能汽車的必須裝備實現前裝，智能網聯效率和云端計算能力得到提升，交通管控和車輛行駛信息的實時共享成為現實，可實現智能車路協同系統功能的中級應用；
[0065]
該階段可實現的智能車路協同功能主要集中在以主動調控和個性化服務為主的協同管控服務上，包括：車輛協同安全，公交、特種車輛優先，快速路可變限速，信號主動控制，以及惡劣天氣條件下高速公路安全通行等。此時，車路協同的核心功能開始得到實現，對社會經濟效益的貢獻逐步呈現。
[0066]
(3)規模化應用階段
[0067]
在道路基礎設施和智能汽車網絡化得到全面發展后，智能車路協同系統開始進入規模化應用階段，此時，交通系統實現了可信交互的全智能網聯，提供全時空交通信息的實時共享，多種計算模式并存可以支撐廣泛的交通體協同決策與控制的計算，系統性智能得到前所未有的開發，可實現智能車路協同系統功能的高級應用；
[0068]
該階段可實現的智能車路協同功能主要集中在以體協同決策與控制為主的協同管控服務上，包括：車輛體協同安全駕駛，路口和匝道信號-車輛協同控制，自動駕駛車隊協同，以及網聯、自動、無人混駕等。此時，車路協同的核心功能得到全面實現，交通安全
和效率得到顯著提升，社會經濟效益顯著。
[0069]
盡管已經示出和描述了本發明的實施例，對于本領域的普通技術人員而言，可以理解在不脫離本發明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發明的范圍由所附權利要求及其等同物限定。
