资讯中心

V2X场景下UWB的融合应用

发布时间:2019/5/31 0:00:00 浏览次数:2951

4G改变生活,5G改变社会,我们现在谈AIOT都离不开5G。未来没有5G万万不能,但5G也不是万能的。在车联网领域,V2X是对5G应用的补充,5G推动边缘计算,边缘计算使V2X进入实用期,V2X使道路智能化,道路智能+车辆智能=准自动驾驶。V2X允许车辆通过通信信道彼此共享信息,它可检测隐藏的威胁,扩大自动驾驶感知范围,能预见接下来会发生什么,从而进一步提升自动驾驶的安全性、效率和舒适性。车辆位置感知是实现V2X实际应用的关键,特别是V2X应用于自动驾驶领域,高精度定位是V2X使用的基础。


image.png

V2X本质上是一种位置服务,位置信息在整个V2X是应用的基础。V2X(V2V,V2I)系统中,首先需要确定车辆终端的位置信息,获得与位置信息相关的服务(如基础设施状态、临车状态等)。与移动互联网LBS相比, V2X对位置的精度要求更高,也只有通过精确的定位信息才能获得对应的服务。位置越精确,服务越精准。

image.png


image.png

实际工作场景中,如高楼林立的十字路口、树木茂密的区域、高架桥下\立交桥下、长隧道、室内停车场、恶劣天气等环境下,车辆终端接收不到导航信号、或者信号很弱。由于无法部署RTK基站,缺乏高精度位置信息的支持,因此V2X也不是万能的。智能车定位目前主流的方法GPS+IMU+RTK,90%以上的智能车就是这个方案。


 

image.png


V2X下位置信息缺失的场景


image.png

卫星信号缺失或弱小的原因


RTK(Real - time kinematic,实时动态)工作原理:载波相位差分技术,是实时处理两个测量站载波相位观测量的差分方法,将基准站采集的载波相位发给用户接收机,进行求差解算坐标。能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法,它采用了载波相位动态实时差分方法,是GPS应用的重大里程碑。在已知精准的地点安置参考接收机基准站,如图所示,安装在基准站上的GPS接收机观测4颗卫星后便可进行三维定位,解算出基准站的测量坐标。然后我们通过测量坐标与已知坐标对比可以计算出误差。基准站再把误差值发送给方圆100公里内的差分GPS接收器,去纠正它们的测量数据。但V2X应用的重要场景,交通十字路口,高楼林立、树木茂密,恰恰无法安装部署RTK基站,也就无法提供高精度实时位置信息。多路径问题是指由于GPS信号的反射与折射造成信号传播时间的误差,这会导致定位的错误。特别在城市的环境中,空气中有许多悬浮介质会反射与折射GPS信号,另外信号也会在高楼大厦的外墙发生反射与折射,这些都造成距离测量的混乱。

image.png


image.png

IMU是可以检测加速度与旋转运动的传感器。长距离隧道,IMU惯性传感器也无法提供。由于制作工艺的原因,惯性传感器测量的数据通常都会有一定误差,如偏移误差、比例误差、背景白噪声。为了纠正这些误差,我们必须对惯性传感器进行校准,找出偏移误差、比例误差,然后使用校准参数对惯性传感器原数据进行修正。但复杂的是,惯性传感器的误差也会随着温度而变化。即使我们校准得再好,随着时间的推进,位移的误差还是会不断积累,所以我们很难单独使用惯性传感器对无人车进行定位。随着RTK大量部署,使用费用也将大幅度降低,新能源车安装北斗/GPS+IMU+RTK将成为是标配。

image.png

采取“分级定位”策略,引入主/辅定位参考信号P-PRS和S-PRS,P-PRS信号以周期性方式进行发送,获得“时间差TOA”估计值;而S-PRS以超低功耗持续发送,获得“连续相位估计值”;TOA估计值与相位估计值进行联合运算,实现精准定位。今后随着5G大面积部署,基于5G无线接入网的高精度定位技术成为5G拓展应用的使能技术,可在智慧物流、智慧农业、智慧交通等5G场景适配多种终端,实现基于5G蜂窝系统的厘米级定位能力,但这还需要很长一段时间去完善、去部署。

因此目前将用于室内厘米级定位精度的UWB技术使用到车辆上,就是满足V2X对高精度位置信息缺失区域,提供高精度导航,实现自动驾驶的最有效、最现实、最可靠、最经济的位置补充方案。

image.png

                                                                                 UWB网络拓扑图

image.png

UWB与V2X融合拓扑图

第一个场景:平面道路交叉(即十字路口)

此场景是车辆最多,交通事故频发、行驶缓慢的区域而造成堵车,堵车的一个重要原因是因为对车道的利用率不高,主要表现在:一、因交叉路口要等红绿灯。二、车行速度因堵而过慢,因慢而造堵。红绿灯的时间不能根据车流量和潮汐特点自动调整时长,加剧堵车现象。2020年中国汽车保有量将超过1亿,目前路上行车有70%都是私家车,其中70%在早晚高峰期又只是一个人驾驶,这些车辆占用了50%的交通资源,但只运送了不到5%的出行者,这是对有限道路资源的浪费,如何提高十字路口的通行率是关键。十字路口的车都不肯走,是中国城市堵车的最大特点。开车走在十字路的交叉路口。前边车流受阻。后续而来的车辆一定强行冲过绿灯。停泊在十字路口的中央,堵塞左右来车。这种堵塞现象,应该说比比皆是。在缺乏警察与适当监管的十字路口,往往容易形成拥堵。原因很简单,即每位驾驶者都按照自己的逻辑,争取在最短的时间和最佳的空间通过。

image.png


每年,十字路口交通碰撞事故占美国总交通碰撞事故的近40%,占交通致死人数(3.5万人)的近20%。2019年5月16日,深圳一辆轿车行驶时失控,撞向安全岛,造成过街行人3人死亡、1人重伤、5人轻伤等严重后果。2019年5月21日,广州一辆轿车在十字路口肇事车辆闯红灯并撞上行人及两辆汽车。据初步了解,事故造成13人受伤,其中2人伤势较重。

在安装V2X设备的十字路口,“智能十字路口”技术利用安装在十字路口的摄像头及V2X通信相结合,使车辆能够在看到建筑物及墙壁周边的道路情况,适用于全天候环境,旨在帮助驾驶员识别潜在的危害并给予警示。配备该系统的两辆汽车也可相互警告不在视野范围内的危险。汽车可以通过分析驾驶员输入的信息,如转弯信号、刹车或加速,将车主的意图传达给其他车辆或行人。也可以向其他车辆发送一系列警告,包括当直行的汽车可能对试图超车的车辆造成危险时,警告车辆不要超车。具体场景体现在视线不良的情况下转弯、通过视线不良的十字路口、道路施工警告和辅助转向等功能。

image.png

    安装有V2X设备的连续十字路口,同时可以很好实现绿波带功能,满足安装有V2X设备的特种车辆(如救援车、120救护车、消防车等)快速驶过,提高车辆通行效率。绿波带就是在指定的交通线路上,当规定好路段的车速后,要求信号控制机根据路段距离,把该车流所经过的各路口绿灯起始时间,做相应的调整,这样一来,以确保该车流到达每个路口时,正好遇到“绿灯”。

image.png


第二个场景:高架桥(立交桥)

高架桥下是导航信号很弱,甚至没有信号,也就无法给出位置信息,更别说位置精度了。在山城重庆有个五层立交8方向,传说中的高德、百度导航软件在此都要失灵,不说外地司机,就是本地人都会迷途。

image.png

    因此再桥上关键位置部署UWB基站,安装有UWB车载标签的车辆(今后的导航信息中UWB与北斗都是无缝切换的,车载设备可同时输出时间戳与坐标值)能清晰识别出左右上下的方向,从而提高车辆通行速度,减少交通事故发生。

image.png


第三个场景:长隧道

车辆在短时间内经历明亮和昏暗两种环境转换,光线变化很容易导致事故发生。且隧道内,光线较弱,GPS/北斗信号消失,这也对路径识别、车辆定位提出挑战,与此同时长隧道导致IMU惯导误差增加而定位导航失效。

隧道部署UWB基站,给车辆提供厘米级的定位精度,赋能V2X。同时把发生交通事故的位置等信息借助V2X发到隧道外面的交通显示屏幕上,及时通知隧道外面的车辆注意减速避让。

image.png

第四个场景:自动驾驶场景

自动驾驶场景对位置精度要求更高,没有位置精度,即使依赖摄像头视觉也不能保证车辆完全安全行驶。在密林区域、高楼林立的城区、长隧道、室内泊车、机场、园区等低速场景,导航信息弱甚至没有,同时兼顾低成本的考虑,UWB都是很好的选择,尤其是现在能让自动驾驶落地的AVP场景,目前“智能的车+智慧的路”是个很好的尝试。

image.png


第五个场景:大弯道越线超车/越道超车

弯道超声、越道超车,都由于视线的遮挡,无法知晓对方的位置,从而导致车祸的发生。在弯道的V2X路侧RSU设备部署UWB,安装UWB车载标签的车辆,通过TOF测距,知晓车辆各自位置及前方来车信息,做好防范预警。在直行并道超车,前后三车都安装UWB标签,通过TOF测距,知晓车辆各自位置及前方来车信息。

image.png

image.png

第六个场景:室内UWB与V2X应用融合场景

在此场景下,安装有UWB标签/V2X的车辆进入安装UWB基站车库,通过V2XRSU设备下载获取本车库高精度地图,完成定位、轨迹规划、路线导航、空闲车位选取、地锁开启,完成自动泊车等功能。同时对于多进出口的停车场,通过V2XRSU设备获取进口/出口附近的交通信息,了解交通流量状况,选取没有车辆堵塞的进口/出口离开或进入,避免车辆在进口/出口处滞留,加剧干道、支路的交通拥堵。

image.png

精位科技2012年开发出国内第一套具有自主知识产权的UWB定位系统-“位RU高精度定位系统和设备”,可深度定义相关参数,满足客户对精度的极致需求。2017年开发出全球第一套主动定位系统--“寻ME移动互联定位系统”,彻底颠覆传统UWB定位系统的工作方式,无限容量,厘米级定位精度,与移动互联网深度融合。2018年完成了UWB与北斗的融合定位,实现室内室外定位无盲区的商用。2019年3月开发出国内第一颗UWB定位芯片-“精位一号JW3401”(全球第二颗)。目前精位科技针对自动计时开发出专门的车载终端,具备航向角和自我解算,在多家车厂实现主动驾驶系统的部署,为AVP规模商用提供高可靠、低成本、车规级的UWB产品和方便快捷部署的解决方案。


微信公众号

邮箱:sales@jwuwb.com

传真:+86-028-87098373

(AM9:00-PM:18:00)

公司总部

地址:成都市高新区天府软件园B6座502号

华南分公司

地址:深圳市龙岗区坂田神舟大厦

华东分公司(筹备中......)

全国统一热线:400-839-8373
Copyright 2014-2018 ©室内实时/UWB定位技术/高精度定位系统_成都精位科技有限公司 蜀ICP备20006154号-1 技术支持:明腾网络