本发明属于智能驾驶及其控制技术领域，特别涉及一种基于高精度地图与红外信标的无人驾驶BRT车辆自动启停实现方法。
背景技术：
快速公交系统(Bus Rapid Transit)简称BRT，是一种介于快速轨道交通(Rapid Rail Transit，简称RRT)与常规公交(Normal Bus Transit，简称NBT)之间的新型公共客运系统，是一种中运量交通方式，是在专用的道路空间上快速运行的，通常也被人称作“地面上的地铁”。由于BRT规划在道路的最内侧，并于行车道分离，而且站台有护栏遮挡，因此需要车辆在停车时横、纵向都比较准确，才能够避免车门被遮挡、方便乘客上下车。
地铁的自动启停主要靠列车自动运行装置(ATO)，现在多称作列车自动驾驶系统。地铁的精准定位主要依靠应答器，每个应答器中存储有位置和速度的编码信息，当地铁经过应答器时，地铁底部安装的接收装置(应答器天线)通过读取应答器中存储的信息来实现地铁的精准定位。站台的应答器分布比较密集，一般一个站台会布置3-4个应答器，地铁经过每个应答器时都会读取应答器中速度信息来实时调整车辆速度，以实现站台的精准停靠。站台屏蔽门比车门宽30cm，因此停车时允许±15cm的误差。
自动驾驶，是智能时代与互联网时代发展的必然产物，而自动驾驶普及的突破口，则在公交车上。一方面，国家政策大力推动公共交通与自动驾驶的发展；另一方面，由于公交线路固定，更易于实现自动驾驶。无人BRT车辆有车载计算机根据当前位置实时计算期望车速，使得车辆到达站台更加准时，方便人们出行。但如何实现站台横、纵向的精准停靠，避免乘客(特别是老人、小孩)上下车过程中发生事故仍需进一步研究。
技术实现要素：
本发明所解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提出一种基于高精度地图与红外信标的无人驾驶BRT车辆自动启停实现方法，能够实现车辆在BRT站台横、纵向的精准停靠，避免车辆在BRT站台停靠时与站台间横纵向距离较大的问题。车辆到达高精度地图上设置的减速点位置时，车辆减速行驶，提醒乘客即将到达站台；然后，经过红外信标时，车辆减速停车，提高了停车位置的精度，尽可能的缩小无人BRT车辆在站台停车时与站台间的横纵向距离，保证乘客上下车的安全；独立的两套红外信标设备(红外信标冗余)，具有更好的容错能力，降低了因设备故障而导致的站台停车失败。
本发明所提供的技术方案为：
一种基于高精度地图与红外信标的无人驾驶BRT车辆自动启停实现方法，包括准备阶段和无人BRT车辆运行阶段；
所述准备阶段，在无人BRT车身安装红外收发装置(偏振滤波反射板型红外传感器)、在站台前路边的停车点位置安装反射板(偏振滤波反射板)，并在高精度地图(所述高精度地图为亚米级地图，如高德的高精度地图)上设置减速点位置；
所述无人BRT车辆运行阶段，按以下步骤进行控制：
步骤一，无人BRT车辆从起点公交站场起步；
步骤二，进入巡航阶段；
步骤三，判断无人BRT车辆是否到达终点公交站场，若是，则在经过在高精度地图上设置的终点时，以设定减速度停车，行程结束；否则，进入步骤四；
步骤四，若无人BRT车辆经过在高精度地图上设置的减速点，则将车道中线向车门一侧平移一定距离得到的路径作为期望路径，将无人BRT车辆以设定减速度减速至期望速度后使之在期望路径上匀速行驶，并进入步骤五；否则，返回步骤二；
步骤五，当无人BRT车身安装的红外收发装置接收到经路边反射板反射的红外信号时，即无人BRT车辆经过停车点时，以设定减速度靠站停车；
步骤六，待检测到车辆停稳后(通过接收到的GPS数据检测到车辆速度为0且保持2s，判定为车辆停稳)，自动打开车门，当司机确认所有乘客上车后，手动关闭车门；
步骤七，当检测到车门关闭信号(即检测到车门关闭按钮按下)后，无人BRT车辆重新启动，返回步骤二；
进一步地，BRT具有专用车道，所述步骤一中，起步时将专用车道中线作为期望路径；起步前自动鸣喇叭、打转向灯；当无人BRT车辆与BRT专用车道中线的横向距离小于设定阈值(0.2m)时，起步结束，进入巡航阶段，转向灯复位。
进一步地，所述步骤二中巡航阶段：
设vmax为无人BRT车辆定速巡航的速度；vmin为无人BRT车辆自适应巡航时前方车辆的最小速度；本发明所提及的速度单位均为m/s，距离单位均为m。
当无人BRT车辆所在车道的前方车辆速度vfront≥vmax，或无人BRT车辆所在车道前方无车时，无人BRT车辆定速巡航，设定速度vd＝vmax；
当vmin≤vfront＜vmax时，无人BRT车辆自适应巡航跟随前车，保证1.5<th<2.2，其中th为车头时距，由th＝(S-x0)/v计算得到，其中S为与前方车辆距离(通过无人BRT车辆车头的毫米波雷达检测得到)，x0为最小安全距离，v为无人BRT车辆实时速度；
当vfront<vmin时，若S>(4v+20)，无人BRT车辆换道超车；否则停车直至前方车辆离开，无人BRT车辆重新启动。
表1巡航阶段无人BRT车辆行为
进一步地，所述准备阶段，在无人BRT车辆车身安装红外收发装置的方法为：在无人BRT车辆车门一侧的车身上靠近车头和车顶的位置，安装红外收发装置；如对于在左侧上下车的BRT，在车身左侧、靠近车头和车顶的位置，安装红外收发装置；
在站台前路边的停车点位置安装反射板，反射板的高度与无人BRT车辆车身安装的红外收发装置保持一致；其中停车点位置，即反射板的安装位置根据如下步骤确定：
1、考虑乘车舒适度，确定停车时合适的减速度范围A以及车辆在停车点之前应达到的较小速度v2；
2、在减速度范围A内设置停车时车辆的减速度a2(a2∈A)，理论上(理想)停车点与站台停止线之间的距离D2应满足：
根据上式计算得到的D2的值确定停车点位置，将反射板安装于停车点位置；
3、实际上由于通讯时间、执行机构响应时间、减速度与速度精度不确定并存在误差，需要在实际场景中进行多次试验并更新反射板的安装位置；
试验过程如下：
(1)车辆以恒定速度v2行驶；
(2)当无人BRT车身安装的红外收发装置接收到经路边反射板反射的红外信号时，即无人BRT车辆经过停车点位置时，车辆以减速度a2进行减速停车；
(3)车辆停止，测量车辆停止位置与停止线之间距离；判断车辆停止时是否满足纵向精度要求(车辆停止位置与停止线之间距离为0-15cm之内)；若满足，则结束实验，确定该停车点位置为满意的停车点位置，即反射板已安装在满意的停车点位置，否则进入步骤(4)；
(4)更新反射板的安装位置，并返回步骤(1)。
进一步地，所述准备阶段，高精度地图上的减速点位置根据如下步骤确定：
1、在减速度范围A内设置从减速点到停车点之间的减速过程中车辆的减速度a1，减速点与停车点之间的距离D1应满足：
取上式等号成立时的D1值对应的减速点位置作为理想减速点位置，在高精度地图上标出理想减速点位置。高精度地图上的减速点位置应该满足以下要求：(1)减速点与停车点之间距离足够车辆完成减速过程，即车辆到达停车点之前已经完成减速，且以速度v2匀速行驶；(2)减速点与停车点之间距离不能太远，避免车辆以较小速度v2行驶较长时间。
2、在实际场景中进行多次试验并在高精度地图上更新减速点位置；
试验过程如下：
(1)车辆以恒定巡航速度vmax(40-60km/h)行驶；
(2)到达高精度地图上的减速点时，车辆以减速度a1进行减速，期望速度为v2；
(3)观察车辆速度减为v2时的位置，及该位置与停车点之间的距离；若车辆速度减为v2时的位置在停车点之前(即车辆到达停车点之前已经完成减速)且该位置与停车点之间的距离小于设定阈值，则结束试验过程，确定当前减速点位置为满意的减速点位置；否则进入步骤(4)；
(4)在高精度地图上修改减速点位置，并返回步骤(1)。
进一步地，所述步骤四中，经过高精度地图上设置的减速点时，对无人BRT车辆进行以下横向控制：
首先，建立车辆坐标系，其坐标原点为车头中心位置，车辆正前方为X轴正方向，车辆正左方为Y轴正方向，车辆正上方为Z轴正方向；
然后，通过摄像头检测无人BRT车辆所在车道的左右两车道线，并给出在车辆坐标系下车道线参数，左右两车道线函数表示如下：
再在左右车道线上各取10个离散点：(xi,f(xi))、(xi,g(xi))，其中xi＝0，5，10，…，45(m)；取均值h(xi)＝(f(xi)+g(xi))/2，将得到的均值离散点拟合得到车道中线表达式：h(x)＝a3x3+b3x2+c3x+d3，其中d3即为无人BRT车辆与专用车道中线的横向距离；
理想情况下，车辆到达减速点时，将车道中线向左平移距离xm得到的路径作为期望路径，以便车辆可以靠边停车；其中，xm＝(D路-D车)/2-Dm(cm)，D路为车道宽度，D车为车辆宽度，Dm为站台停车时车辆与站台横向距离的理想值。实际情况下，应在实际场景中进行多次试验以确定为最终的xm值。实验过程中，为保证安全，使xm从0开始随试验次数增加而增大，直至车辆停止时与站台的横向距离满足精度要求(0–15cm)。
试验过程如下：
(1)设置xm＝0，启动车辆；
(2)无人BRT车辆还未到达减速点时，根据摄像头检测到的左右两车道线函数计算出车道线中线表达式作为期望路径，以便车辆行驶于车道中间；
(3)无人BRT车辆到达减速点时，将车道中线向左平移距离xm得到的路径作为期望路径，以便车辆可以靠边停车；
(4)无人BRT车辆停车后测量车辆与站台横向距离，判断车辆停止时与站台的横向距离是否满足横向精度要求(测得的车辆与站台的横向距离与站台停车时车辆与站台横向距离的理想值Dm的偏差在0-15cm之内)，若是，则将此时的xm值作为最终的xm值；否则，进入步骤(5)；
(5)增大xm；乘客上车结束后，重新启动车辆，并返回步骤(2)。
进一步地，红外信标的冗余性在于：
所述准备阶段，在车门一侧车身上靠近车头和车顶的位置，竖直方向上安装独立的两套红外收发装置；在竖直方向上安装独立的两个反射板，反射板的高度与无人BRT车辆车身安装的两套红外收发装置保持一致；
在高精度地图上设置减速确认点，位置在反射板与站台之间，用于检测无人BRT车身安装红外收发装置是否接收到经反射板反射的红外信号；
当车辆经过反射板时，如果无人BRT车身两套红外收发装置均接收到红外信号，则认为设备正常；如果只有一套红外收发装置接收到红外信号，车辆可正常行驶，提醒相关人员检查设备；如果车辆经过高精度地图上减速确认点时v2-v＜Δv(其中△v是阈值，△v＞0)，说明未检测到红外信号(车辆减速判断主要是为了判断红外收发装置是否出故障，及出故障时提醒司机接管车辆；如果红外收发装置出现故障而没有添加减速判断，则车辆无法判断即将到达站台而会继续向前行驶)，则需报警并由司机接管车辆进行站台停车操作。
进一步地，站台前减速阶段前方有障碍物时，无人BRT车辆的处理方法：
当即将靠近站台时，如果当前车辆行驶的车道前方有障碍物，车辆减速停车，不进行换道避障操作。目的是为了正常接收到经偏振滤波反射板反射的红外信号以便减速和停车，避免错过信号。当前方障碍物远离时，车辆继续行驶。如果设定时间内前方障碍物没有离开，语音提醒司机介入，人工操作至站台，乘客上车完毕后，再次进行自动驾驶。
有益效果：
本发明提供了一种基于高精度地图与红外信标的无人驾驶BRT车辆自动启停实现方法，包括以下步骤：步骤一，无人BRT车辆从起点公交站场起步、起步结束后进入巡航阶段，步骤二：当无人BRT车辆经过在高精度地图上设置的减速点时，将偏移后的车道中线作为期望路径，以设定减速度减速至期望速度后匀速行驶；步骤三，当无人BRT车身安装的红外接收器接收到经路边偏振滤波反光板反射的红外信号时(即无人BRT车辆经过停车点时)，以设定减速度靠站停车；步骤四，待检测到车辆停稳后，自动打开车门，当司机确认所有乘客上车后，手动关闭车门；步骤五，当检测到车门关闭信号后，无人BRT车辆重新启动并进入巡航阶段；步骤六，当无人BRT车辆到达终点公交站场，经过在高精度地图上设置的终点时，以设定减速度停车，行程结束。
其优点具体体现在以下几点：
1.基于高精度地图与红外设备的站台停车，更符合人类驾驶员操作习惯，提高停车时的位置精度，减小与站台之间横纵向距离。
2.采用独立的两套红外信标设备，具有更好的容错性，同时在高精度地图上设置减速确认点，降低因设备故障导致的站台停车失败的概率。
3.系统检测到司机关闭车门后重新启动，避免车门夹到乘客或乘客未上车时车辆已经启动的情况，从而保障乘客上下车时的人身安全。
附图说明
图1为本发明所述方法的流程图；
图2为车辆坐标系；
图3为站台前减速点与停车点示意图；
图4为车身偏振滤波反射板型红外传感器安装示意图；
图5为站台前反射板安装示意图。
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本实施例采用长12m，宽2.5m大客车改装的智能车，装有红外收发装置，激光雷达，毫米波雷达，摄像头以及GPS/IMU系统，在标准双向六车道的道路展开基于高精度地图与红外信标的无人驾驶BRT车辆自动启停实验。
参见图1所示的流程图，一种基于高精度地图与红外信标的无人驾驶BRT车辆自动启停实现方法，包括以下步骤：
步骤一，无人BRT车辆从起点公交站场起步、起步结束后进入巡航阶段；
步骤二，当无人BRT车辆经过在高精度地图上设置的减速点时，将偏移后的车道中线作为期望路径，以设定减速度减速至期望速度后匀速行驶；
步骤三，当无人BRT车身安装的红外接收器接收到经路边偏振滤波反光板反射的红外信号时(即无人BRT经过停车点时)，以设定减速度靠站停车；
步骤四，待检测到车辆停稳后，自动打开车门，当司机确认所有乘客上车后，手动关闭车门；
步骤五，当检测到车门关闭信号后，无人BRT车辆重新启动并进入巡航阶段；
步骤六，当无人BRT车辆到达终点公交站场，经过在高精度地图上设置的终点时，以设定减速度停车，行程结束。
所述步骤一中起步阶段具体过程如下：
BRT具有专用车道，因此起步阶段将专用车道中线作为期望路径；起步前自动鸣喇叭、打转向灯。当无人BRT车辆与BRT专用车道中线的横向距离小于0.2m时，起步结束，进入巡航阶段，转向灯复位。
所述步骤一中巡航阶段具体过程如下：
设vmax为无人BRT车辆定速巡航的速度，取vmax＝12m/s；vmin为无人BRT车辆自适应巡航时前车最小速度，取vmin＝3m/s；本发明所提及的速度单位均为m/s，距离单位均为m。
当前方车辆速度vfront≥vmax，或无人BRT车辆所在车道前方无车时，无人BRT车辆定速巡航，设定速度vd＝vmax；
当前方车辆速度vmin≤vfront＜vmax时，无人BRT车辆自适应巡航跟随前车，保证1.5<th<2.2，其中th为车头时距，由th＝(S-x0)/v计算得到，其中S为无人BRT车辆与前方车辆距离，x0为最小安全距离，v为无人BRT车辆实时速度；
当前方车辆速度vfront<vmin时，若S>(4v+20)，无人BRT车辆换道超车；否则停车直至前方车辆离开，无人BRT车辆重新启动。
表1巡航阶段无人BRT车辆行为
所述步骤二、三中，高精度地图上减速点位置的设置以及车身红外收发装置、路边偏振滤波反射板的安装具体步骤如下：
4.1.车身红外收发装置的安装：考虑在左侧上下车的BRT，应在车身左侧、靠近车头和车顶的位置，垂直方向上安装独立的两套红外收发装置；
4.2.站台前路边偏振滤波反光板的安装：高度应与车身红外收发装置保持一致，垂直方向上安装独立的两个偏振滤波反射板，与站台之间距离确定步骤如下：
考虑乘车舒适度确定合适的减速度范围A；确定车辆在停车点之前应达到的较小速度v2＝2m/s；
停车点(反射板)位置的确定：
确定停车时合适的减速度a2＝0.3m/s(a2∈A)，理论上停车点与停止线之间的距离D2应满足：
将反射板固定于理想停车点，即上式确定的D2值所在位置。实际上由于通讯时间、执行机构响应时间、减速度与速度精度不确定并存在误差，需要在实际场景中进行多次试验并更新反射板的安装位置，最终确定D2值；
试验过程如下：
(1)车辆以恒定速度v2行驶；
(2)到达停车点(即车身偏振滤波红外传感器检测到经反射板反射回的红外光)，车辆以减速度D2进行减速停车；
(3)车辆停止，测量车辆停止位置与停止线之间距离；
(4)更新反射板的安装位置。重复以上实验过程，直至确定满意的停车点(即反射板安装在满意位置)使得车辆停止时满足精度要求。
4.3.停车点位置确定之后，高精度地图上减速点位置的确定：
确定从减速点到停车点之间减速过程中车辆减速度a1＝0.3m/s(a1∈A)，确定巡航速度v1＝12m/s，减速点与停车点之间的距离D1应满足：
在高精度地图上标出理想减速点，即减速点与停车点之间的距离取上式等号成立时的D1。在实际场景中进行多次试验并在高精度地图上更新减速点，最终确定D1值；
试验过程如下：
(1)车辆以恒定巡航速度vmax行驶；
(2)到达高精度地图上减速点，车辆以减速度α1进行减速，期望速度为v2；
(3)观察车辆速度减为v2时的位置与停车点之间的距离；
(4)在高精度地图上修改减速点。重复以上实验过程，直至在高精度地图上确定满意的减速点满足以下要求：(1)减速点与停车点之间距离足够车辆完成减速过程，即车辆到达停车点之前已经完成减速，且以速度v2匀速行驶；(2)减速点与停车点之间距离不能太远，避免车辆以较小速度v2行驶较长时间。
所述步骤二中，经过高精度地图上设置的减速点时，无人BRT车辆横向控制具体过程如下：
首先，建立车辆坐标系，定义车辆坐标系，其中坐标原点为车头中心位置，车辆正前方为X轴，车辆正左方为Y轴，车辆正上方为Z轴。
摄像头检测车辆所在车道左右两车道线，并给出在车辆坐标系下车道线参数，左右两车道线表示如下：
取左右车道离散点各10个：(xi,f(xi))、(xi,g(xi))，其中xi＝0，5，10，…，45；取均值h(xi)＝(f(xi)+g(xi))/2，将得到的均值离散点拟合即得到车道中线表达式：h(x)＝a3x3+b3x2+c3x+d3。
理想情况下，车辆到达减速点时，将车道中线向左平移距离xm作为期望路径，以便车辆可以靠边停车；其中，xm＝(D路-D车)/2-Dm(cm)，D路＝3.75m为车道宽度，D车＝2.54m为车辆宽度，Dm＝0.1m为站台停车时车辆与站台横向距离。实际情况下，为保证安全，应使xm从0开始随试验次数增加而增大，直至停车时满足横向精度要求。试验最初设置xm＝0。
横向控制方法具体步骤包括：
(1)车辆还未到达减速点时，车辆以摄像头检测到的左右车道线函数计算出车道线中线作为期望路径，车辆行驶于车道中间；
(2)车辆到达减速点时，将车道中线向左平移距离xm作为期望路径，以便车辆可以靠边停车；
(3)车辆停车后测量车辆与站台横向距离；
(4)乘客上车结束后，车辆重新启动。以车道中线作为期望路径，以便车辆行驶于车道中间。
(5)增大xm。重复以上试验，直至车辆停止时与站台横向距离满足要求。
所述步骤五中，无人BRT车辆重新起步进入巡航阶段：
以车道中线作为期望路径，无人BRT车辆行为同权利要求3。
红外信标的冗余性具体描述如下：
在高精度地图上设置减速确认点，位置在反射板与站台中点附近，用于检测无人BRT车辆的车身红外接收器是否接收到经反射板反射的红外信号。
当车辆经过偏振滤波反射板时，如果车身红外接收器接收到两次红外信号，则认为设备正常；如果接收到一次红外信号，车辆可正常行驶，提醒相关人员检查设备；如果车辆经过高精度地图上减速确认点时v2-v＜Δv(其中△v＝0.5m/s是阈值)，即车辆没有减速，说明未检测到红外信号，则需报警并由司机接管车辆进行站台停车操作。
站台前减速阶段前方有障碍物时，无人BRT车辆的处理方法具体如下：
当即将靠近站台时，如果当前车辆行驶的车道前方有障碍物，车辆减速停车，不进行换道避障操作。目的是为了正常接收到经偏振滤波反射板反射的红外信号以便减速和停车，避免错过信号。当前方障碍物远离时，车辆继续行驶。如果设定时间内前方障碍物没有离开，语音提醒司机介入，人工操作至站台，乘客上车完毕后，再次进行自动驾驶。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。