用于将具可变运行时间的运算整合至时间受控的架构中的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于将具可变运行时间的运算整合至分布式的、时间受控的、实时的 计算机架构中的方法，其中该实时计算机架构包含多个计算机节点，其中能提供具已知精 确度的全局时间给该些计算机节点，其中至少某部分的计算机节点配有传感器系统，特别 是用于观察环境的不同的传感器系统，且其中该些计算机节点通过通讯系统交换信息。
【背景技术】
[0002] 在很多由分布式计算机系统执行的技术过程中，各个传感器系统（如成像传感 器（如光学摄像机、激光传感器或雷达传感器））的结果必须通过传感器融合（Sensor Fusion)整合，以允许在计算机中建立描述环境的三维数据结构。这样的过程的一例子是， 观察某车辆的周围环境以允许探测障碍物并避免意外。
[0003] 在处理成像传感器的数据中，对两处理阶段作出区分，即：预处理 (Vorverarbeitung)或知觉，以及认知（Wahrnehmung)或认知。在预处理的范畴中，原始输 入数据（位图（Bitmaps))被传感器分析，以判断相关的结构（例如线条、线条之间的角度、 阴影等）的位置。预处理于指定给传感器的预处理进程中执行。在随后的认知阶段中，各 个传感器的预处理的结果被融合，以允许探测物体和测定其位置。
[0004] 在时间受控的实时系统中，所有的计算机节点和传感器皆能取得具已知精确度的 全局时间。处理顺序是于分立的、周期性的、具固定时长的时段（时帧）中执行的，其开始 是通过全局时间同步化。在某时帧的开始时，所有传感器同时探测数据。时帧的时长以某 方式选出，以致在正常情况下，就某时帧的开始时收集的输入数据而言，在该时帧的结束之 前，该些传感器数据的预处理便已完成。在随后的时帧的开始时（其时所有传感器的预处 理结果皆可用），开始认知阶段，其中执行该些预处理结果的融合，以探测相关的物体的结 构和位置。当周期性地观察环境时，环境中移动中的物体的速度向量V可从一序列的观察 (时帧）判断。
[0005] 于计算机中执行的算式（该算式执行原始输入数据的预处理）的运行时间一般因 变于传感器所撷取得的数据。于是如果多个不同的成像传感器同时观察环境，和这观察相 关的预处理结果则可于不同时间完成。
[0006] 本发明解决的一问题是，要在传感器融合的范畴中允许各个传感器的结果（其预 处理用上不同的时间长度）于分布式的、时间受控的、实时的系统中被整合。
【发明内容】
[0007] 这问题以文初提及的方法解决，这是在于根据本发明，在每个具时长d的周期性 的时帧F 1的开始，该些计算机节点通过传感器系统撷取原始输入数据，其中时帧F i的开始 时间从全局时间的进度推断，且其中该原始输入数据的预处理是通过算式执行，算式的运 行时间取决于该输入数据，且其中就时帧F 1的开始时被撷取的输入数据而言，对在该时帧 F1内产生的预处理结果指定老化指数的数值Al = 0,且其中对于在输入数据被撷取的时帧 随后的该时帧中产生的预处理结果指定老化指数的数值AI = 1，且其中在数据撷取后的第 η个时帧中产生的预处理结果被指定数值Al = n，且其中在执行该些传感器系统的预处理 结果的融合的计算机节点中，该些预处理结果的老化指数被纳入考量。
[0008] 以下说明根据本发明的方法的有利实施方案，其可被个别地实施或以任何组合实 施：
[0009] >在预处理结果的融合中，预处理结果的权重以某方式确定，以致具Al = 0的预 处理结果得到最高权重，而AI值越大，具ΑΙ>0的预处理结果的权重便相应地越小；
[0010] >在融合具AIM)的预处理结果时，包含在这预处理结果中的、以速度向量V移动 的动态物体的位置以数值V. Al. d被更正，其中d表示时帧的时长；
[0011]，在所有数据的预处理结果皆能提供的该时帧的结束后才进行预处理结果的融 合，而该些数据皆是在同一时间被探测的；
[0012] >在数据撷取后的第1时帧的结束时还未完成预处理的计算机节点对该计算机 节点执行重设；
[0013] 灸在数据撷取后的第1时帧的结束时还未完成预处理的预处理进程被重启；
[0014] >执行了重设的计算机节点在该重启后马上将诊断信息发送至诊断计算机；
[0015] >如果预处理结果中某先验确定百分比P的结果具有老化指数AI多1，则某计算 机节点中的监察进程向计算机节点发送时帧控制信息以增加时帧的时长；
[0016] >采用TTEthernet协议以于该些节点计算机之间传送信息。
[0017] 因此，传感器中的预处理可需时长于一时帧的时长。如果发生这情况，根据本发 明，必须于以下情况之间作出区分：
[0018] a)正常情况：在某时帧的开始时探测了数据，而在该时帧结束前所有的预处理结 果皆可用。
[0019] b)快速反应：在某时帧的开始时探测了数据，而在该时帧结束时该些传感器中的 一个或更多个并未就绪。在当前时帧的结束时，适时执行传感器融合，其中采用慢的传感器 的较旧的预处理数据，即较早时观察到的数据。如果发生不一致性（例如观察移动中的物 体，或传感器移动），则减低较旧的预处理数据的权重。观察时间越久远，其权重的减低则相 应地越大。
[0020] c)具移动中物体的更正的快速反应：如果须要快速反应，而某移动中的物体的大 约速度向量V已从在先的观察中得知，则在过往观察的该物体的现今位置可通过对先前位 置的更正而被更正；该先前位置的更正从该物体的速度和原观察的老化程度得出。
[0021] d) -致的反应：如果观察的时间一致性比计算机系统的反应速度更重要，则该传 感器融合等待所有预处理结果皆可用的第一时帧的开始。
[0022] 在特定情况中采取以上描述的各个策略中的哪一个，这决定取决于特定的问题定 义，其指定如何解决速度和一致性之间固有的冲突。在所研究过的专利文献[1-3]中，没 有发现解决在这里陈述的问题的方法。
[0023] 本发明公开了一个方法，其说明多个成像传感器系统的预处理结果可如何于传感 器融合的范畴中被整合至分布的、周期性地运作的计算机系统中。预处理结果的运算时长 取决于所撷取的传感器数据，所以即使数据是同步地撷取的，仍然可能发生各个传感器的 预处理结果于不同时间完成的情况。这里展示了一创新的方法，其说明如何在传感器融合 的范畴中处理各个传感器的预处理结果的时间不一致性。从应用的角度看，必须决定在所 给定的应用中，系统的快速反应还是数据的时间一致性是更重要的。
【附图说明】
[0024] 以下通过例子，参照示图更详细地解释本发明。在这示图中
[0025] 图1不出某分布式计算机系统的结构，而
[0026] 图2示出数据撷取和传感器融合的时间顺序。
[0027] 以下的具体例子是该新方法的多个可能的实施方案其中之一。
【具体实施方式】
[0028] 图1示出一分布式周期性实时系统的结构示意图。该三个传感器111(例如：摄像 机）、112(例如：雷达传感器）和113(例如：激光传感器）在计算机节点121上被进程A周 期性地读出、在计算机节点122上被进程B周期性地读出，并在计算机节点123上被进程C 周期性地读出。在正常情况下，读出的时间于时帧F1的开始时发生，并通过该全局时间被同 步，所有计算机节点皆能取得该全局时间，而因此该数据撷取是由该三个传感器（传感器 系统）于该稀疏的（sparse)全局时间（[4], p. 64)的精确度中类似同时地执行的。时帧的 时长d是在开始时先验地被指定的，并可通过由计算机节点141中的监视进程产生的时帧 控制信息被修改。传感器数据于计算机节点121、122和123中被预处理。在正常情况下，计 算机节点121、122和123的预处理结果在运行中的时帧结束前便可于计算机节点121、122 和123的输出缓存中的三个时间受控的状态信息（[4]，p. 91)中提供。在随后的时帧的开 始时，带有该些预处理结果的三个状态信息通过时间受控的交换器131被发送至传感器融 合构件141。传感器融合构件141执行该传感器融合、为致动器计算设定点数值，并将这些 设定点数值于时间受控的信息中传送至控制致动器171的计算机节点161。
[0029] 时间受控的交换器131可运用标准化的时间触发以太网（TTEthernet)协议[5] 以在计算机节点121、122和123以及计算机节点141之间传送状态信息。
[0030] 可能发生的是，在计算机节点12U122和123中运行的预处理运算之其中一个或 更多个并没在当前运行的时帧内完成。这样的特殊情况是基于这事实：用于预处理原始输 入数据的算式的运行时间因变于所撷取的输入数据的结构，而在特殊情况中，某运算的最 长运行时间可显著地比用以限定时帧时长的平均运行时间长。
[0031] 图2示出预处理的运算进程的可能情况的时间顺序。当前时间的进度于图2中由 横坐标200表示。时帧i-2于时间208开始并于时间209于时帧i-Ι的开始时结束。于时 间210时，时帧i-Ι结束而时帧i开始。时间211为传感器融合开始的时间，于其时时帧i 结束而时帧i+Ι开始。传感器融合于时帧i+Ι中进行并持续至时间212。图2中的箭头表 示预处理进程的运行时间。四方形的中心201表示数据被撷取了而处理进程开始时的时 间。箭头的端部202表示处理进程完成的时间。图2中描示了三个处理进程。进程A于计 算机节点121执行，进程B于计算机节点122执行，而进程C于计算机节点123执行。
[0032] 每个预处理结果皆由某计算机节点（优选是计算机节点的中间件）指定老化指数 AI，该老化指数表示作为该预处理结果运算的基础的输入数据是多久之前的。对于在某时 帧的开始时撷取的输入数据，如果其结果在该时帧的结束前展示，则指定数值Al = O给该 预处理结果；如果该结果