一种基于车路协同系统的差分定位系统及方法与流程

本发明涉及智能车路协同技术领域，尤其涉及一种基于车路协同系统的差分定位系统及方法。

背景技术

智能网联汽车指搭载先进的车载传感器、控制器、执行器等装置，并融合现代通信与网络技术，实现车与x（车、路、人、云端等）智能信息交换、共享，具备复杂环境感知、智能决策、协同控制等功能。可实现安全、高效、舒适、节能行驶，并最终可实现替代人来操作的新一代汽车。

作为智能网联汽车的一项基础支撑技术，高精度定位是车辆的一个重要环境信息来源。目前普遍使用的定位芯片定位精度较低，无法满足智能网联汽车的需求。为了获取更高精度的定位效果，通常采用差分定位技术。

差分定位的实现方式是：将一台gps接收机放置在基准站上进行观测。根据基准站已知的准确坐标，计算出基准站到卫星的距离改正数，并通过基准站实时将这一数据发送出去。用户接收机在进行gps观测的同时，也接收到基准站发出的改正数，并对其定位信息进行改正，从而提高定位精度，经过差分定位修正后的定位精度可以达到亚米级别甚至厘米级别。

上述差分定位的实现方式，差分基站和定位终端之间一般是通过移动运营商网络或者无线数传电台进行差分修正信息的传输，一方面，由于差分基站和各定位终端都需要额外配置相应的通信设备，这无疑会增加许多硬件成本；另一方面使用移动运营商网络还会产生一定的流量费用，并且当网络信号不好时，差分定位的效果将会受到影响。如果使用无线数传电台，虽然不需要支付流量费用，但是缺点是距离有限，覆盖范围小，因此当前的差分定位方式显然不适合智能网联汽车的应用。

技术实现要素：

为了解决现有技术存在的不足，本发明提供一种基于车路协同系统的差分定位系统，在车路协同系统中利用路侧设备将差分修正信息rtcm通过专用短程无线通信的方式广播出去，车辆利用车载设备接收位置修正信息，结合本身获取的位置信息得到差分定位数据，进而为智能网联汽车和无人驾驶汽车提供高精度定位信息，达到满足智能网联汽车对实现高精度定位的需求的目的。

为了达到上述目的，本发明提供一种基于车路协同系统的差分定位系统，包括，路测子系统和车载终端，

所述路测子系统，其生成差分修正信息，并将其发送给所述车载终端；

所述车载终端，其通过获取的车辆原始定位信息及所述差分修正信息，生成车辆的差分定位信息。

所述路测子系统，进一步包括，差分基站、区域协同控制终端、路侧终端，其中，

所述差分基站，其根据自身位置的准确坐标和获取的变化的定位信息产生差分修正信息；

所述区域协同控制终端，其将所述差分修正信息发送给其区域内的多个所述路侧设备；

所述路侧设备，其将所述差分修正信息广播至其覆盖范围内的车载终端。

进一步地，所述差分基站，通过tcp方式将所述差分修正信息发送给所述区域协同控制终端。

进一步地，所述路侧设备，其通过tcp方式接收所述区域协同控制终端发送的所述差分修正信息，并通过专用短程无线通信广播给所述车载终端。

进一步地，所述路侧设备，包括，网络通信模块、第一内部接口、第一监听模块、编码模块，以及第一短程无线通信模块，其中，

所述网络通信模块，其接收所述区域协同控制终端下发的差分修正信息，并将其发送到所述第一内部端口；

所述第一监听模块，其对所述第一内部端口进行监听，将监听到的差分修正信息进行解析后发送给所述编码模块进行编码；

所述第一短程无线通信模块，其将编码后的差分修正信息通过专用短程无线通信广播至其覆盖范围内的所述车载终端。

进一步地，所述网络通信模块，其通过tcp接收所述区域协同控制终端下发的差分修正信息，并将其通过udp按内部协议发送到所述第一内部端口。

进一步地，所述第一监听模块，其将监听到的差分修正信息通过udp按内部协议进行数据解析。

进一步地，所述车载终端，包括，第二短程无线通信模块、解码模块、第二内部接口、第二监听模块、信息处理模块，以及定位处理模块，其中，

所述第二短程无线通信模块，其通过专用短程无线通信广播，接收所述路侧设备发送的差分修正信息，并将其发送给所述解码模块进行解码处理；

所述解码模块，其对所述差分修正信息进行解码后送入所述第二内部接口；

所述第二监听模块，其对所述第二内部接口进行监听，并将监听到的差分修正信息发送给所述信息处理模块；

所述信息处理模块，其接收所述第二监听模块发送的差分修正信息，并对其进行筛选处理；

所述定位处理模块，其接收所述信息处理模块筛选出的差分修正信息，结合自身位置信息，得到差分定位信息。

进一步地，所述第二监听模块，其通过udp按内部协议对所述第二内部接口进行监听。

更进一步地，所述信息处理模块，其将不重复、与自身定位支持rtcm版本相同的差分修正信息发送给所述定位处理模块。

为了达到上述目的，本发明提供一种基于车路协同系统的差分定位方法，包括以下步骤：

1）差分基站产生差分修正信息，并将其传输给区域协同控制终端；

2）区域协同控制终端将接收的所述差分修正信息发送到其区域内的路侧设备；

3）路侧设备将所述差分修正信息广播至其覆盖范围内的车载终端；

4）车载终端接收差分修正信息，结合自身位置信息，得到车辆的差分定位信息。

进一步地，步骤1）进一步包括：

差分基站通过以太网将差分修正信息发送给所述区域协同控制终端。

进一步地，步骤3）进一步包括：

所述路侧设备通过tcp接收所述区域协同控制终端发送的差分修正信息；

对差分修正信息进行编码；

通过专用短程无线通信广播差分修正信息到车载终端。

进一步地，所述步骤4），进一步包括：

通过专用短程无线通信接收路侧设备发送的广播信息；

将接收的广播信息解码，获取差分修正信息；对获取的差分修正信息进行筛选；

利用筛选出的差分修正信息对自身定位信息进行校正，获得差分定位信息。

更进一步地，所述对接收的差分修正信息进行筛选的步骤，是从接收的差分修正信息中筛选出不重复且版本相同的差分修正信息。

相对于传统的差分定位方法，本发明具有以下优点：

1、本发明不需要通过移动运营商传输数据，节约了流量费用；

2、本发明不增加额外的硬件设备，节约了成本；

3、本发明使用rtcm传输，具有延迟低、定位更加稳定的特点；

4、本发明支持各种版本rtcm协议，使用更加方便灵活。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为根据本发明的基于车路协同系统的差分定位系统的结构示意图；

图2为根据本发明的路侧设备结构框图；

图3为根据本发明的车载终端结构框图；

图4为根据本发明的基于车路协同系统的差分定位方法的流程图；

图5为根据本发明的路侧设备工作流程图；

图6为根据本发明的车载终端工作流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为根据本发明的基于车路协同系统的差分定位系统的结构示意图，如图1所示，本发明的基于车路协同系统的差分定位系统，包括路侧子系统和车载终端30两部分，其中，路侧子系统负责本地路口的网联交互以及协同应用场景实现，以及负责区域协调的边缘计算；车载终端30通过gps定位模块获取原始定位信息，并结合v2x获取到的rtcm信息，得到高精度差分定位数据。

路侧子系统，包括，差分基站40、区域协同控制终端10和路侧设备20，其中，

差分基站40，用于产生差分修正信息（rtcm信息），它支持各种格式的rtcm协议，比如rtcm2.3，rtcm3.0，rtcm3.2等，并支持通过tcp通信方式进行不同配置以实现多种数据流服务。差分基站40由主机和天线两部分组成，天线安装在空旷的区域内用于接收卫星定位信号，基站实时计算产生差分修正信息。

差分基站40要计算出差分修正数，首先需要得到其自身位置的准确坐标，方法是通过基站对接收的卫星定位信息进行多次采样取平均值的方式获取基站的准确坐标信息，获取完后将其保存。之后基站会根据不断获取的变化的定位信息与自身的基准坐标信息计算出差分修正信息。通过以太网下发给区域协同控制终端10。区域协同控制终端10将差分修正信息下发给各路侧设备20。

区域协同控制终端10，作为区域协同控制中心的移动边缘计算部分，用于管控一个特定片区的路侧设备20，将差分基站40产生的差分修正信息发送给路侧设备20。其通过光纤交换机接入外部公网，与其他路侧节点进行数据交互。

路侧设备20，为安装在路边交通路口的具有通讯和处理能力的设备，其主要功能是和车载终端30进行实时v2x通讯，通过tcp接收rtcm信息，并通过v2i广播通道（专用短程无线通信）下发给区域内的车载终端30。

车载终端30，安装在行驶的车辆中用于完成车辆定位和v2x通讯功能的设备。车载终端30通过gps定位模块获取原始定位信息，结合从路侧设备20获取到的差分修正信息（rtcm信息），定位芯片内部会自动进行计算，最终得到高精度差分定位数据。

图2为根据本发明的路侧设备结构框图，如图2所示，本发明的路侧设备20，包括，网络通信模块201、第一内部接口202、第一监听模块203、编码模块204，以及第一短程无线通信模块205，其中，

网络通信模块201，其通过tcp接收区域协同控制终端10下发的差分修正信息，并将其通过udp按内部协议发送到第一内部端口202。

第一内部接口202，其接收第一监听模块203的监听请求，将差分修正信息发送给第一监听模块203。

第一监听模块203，将监听到的差分修正信息通过udp按内部协议进行数据解析，并将解析后的差分修正信息发送给编码模块204按照t/csae53-2017《合作式智能运输系统车用通信系统应用层及应用层数据交互标准》进行编码处理。

编码模块204，其对解析后的差分修正信息进行编码处理后发送给第一短程无线通信模块205。

第一短程无线通信模块205，其将编码后的差分修正信息通过专用短程无线通信广播至其覆盖范围内的车载终端30。

图3为根据本发明的车载终端结构框图，如图3所示，本发明的车载终端30，包括，第二短程无线通信模块301、解码模块302、第二内部接口303、第二监听模块304、信息处理模块305，以及定位处理模块306，其中，

第二短程无线通信模块301，其通过专用短程无线通信广播接收路侧子系统的路侧设备20发送的差分修正信息，并将其发送给解码模块302进行解码处理。

解码模块302，其接收第二短程无线通信模块301发送的差分修正信息，并将解码后的差分修正信息送入第二内部接口303。

第二内部接口303，其接收第二监听模块304的监听请求，将解码后的差分修正信息发送给第二监听模块304。

第二监听模块304，其通过udp按内部协议对第二内部接口303进行监听，并将监听到的差分修正信息发送给信息处理模块305。

信息处理模块305，其接收第二监听模块304发送的差分修正信息，并对其进行筛选处理。信息处理模块305可能会从第二监听模块304接收到多条重复的差分修正信息，为了不必要的重复操作，信息处理模块305会先判断此次收到的差分修正信息是否与上一次相同，如果相同，则对该差分修正信息不做处理，继续接收第二监听模块304发送的数据，如果不同，则将该差分修正信息发送给定位处理模块306。本发明的信息处理模块305，还对接收的差分修正信息的rtcm版本与自身定位支持的版本的一致性进行处理，如果不同，则对该差分修正信息不做处理，继续接收第二监听模块304发送的数据，如果不同，则将该差分修正信息发送给定位处理模块306。

定位处理模块306，其接收信息处理模块305发送的差分修正信息，结合自身定位模块获取的位置信息，定位处理模块306内部会自行解算得到车载单元最终需要的高精度差分定位信息。

图4为根据本发明的基于车路协同系统的差分定位方法的流程图，下面将参考图4，对本发明的基于车路协同系统的差分定位方法进行详细描述。

首先，在步骤401，差分基站40产生差分修正信息，并将差分修正信息传输给区域协同控制终端10。差分基站40（又称差分定位基站），其主要通过利用定位设备取得初始定位坐标，与之前获得的自身位置的准确坐标进行比对，以自身位置的准确坐标作为基准，计算出初始定位坐标相对于基准坐标的差分修正信息。差分定位基站的准确坐标可以通过定位设备多次采样，取其平均值的方式近似获得，也可以通过其他可行的方式获得。所述差分修正信息遵循各个版本的rtcm协议，并通过以太网传输给区域协同控制终端10。

在步骤402，区域协同控制终端10将接收的差分修正信息发送到路侧设备20。区域协同控制终端10，在一定的区域范围内设定一个，每个区域范围内有多个路侧设备20，各个区域协同控制终端10进行协同控制，达到对更大区域内的路侧设备进行控制。区域协同控制终端10通过tcp的方式发送差分修正信息给区域内的路侧设备20。

在步骤403，路侧设备接收差分修正信息，将差分修正信息广播至其覆盖范围内的车载终端。路侧设备通过专用短程无线通信将差分修正信息广播至其覆盖范围内的车载终端。

在步骤404，车载终端接收差分修正信息，结合自身定位模块获取的初始位置信息，通过差分修正信息对其进行校准，得到车辆的准确定位信息。车载终端通过v2x的方式获取差分修正信息。所述v2x是指车对外界的信息交换。车联网通过整合全球定位系统（gps）导航技术、车对车交流技术、无线通信及远程感应技术奠定了新的汽车技术发展方向，实现了手动驾驶和自动驾驶的兼容。

图5为根据本发明的路侧设备工作流程图，下面将参考图5，对本发明的路侧设备工作流程进行详细描述。

首先，在步骤501，网络通信模块201接收区域协同控制终端10发送的差分修正信息，并将其发送给第一内部端口202。在该步骤中，网络通信模块201通过tcp接收区域协同控制终端10发送的rtcm信息，并通过udp按内部协议将差分修正信息发送到第一内部端口202。

在步骤502，第一监听模块203对第一内部端口202进行监听，获取差分修正信息。

在步骤503，编码模块204对差分修正信息进行编码后将其发送给第一短程无线通信模块205。

在步骤504，第一短程无线通信模块205对编码后的差分修正信息进行调制后，生成广播信息，通过短程无线通信广播给车载终端30。在该步骤中，优选地第一短程无线通信模块205采用ask方式对编码后的差分修正信息进行调制。

图6为根据本发明的车载终端工作流程图，下面将参考图6，对本发明的车载终端工作流程进行详细描述。

首先，在步骤601，第二短程无线通信模块302通过专用短程无线通信接收路侧终端20发送的广播信息，并将其发送给解码模块302进行解码获取差分修正信息；解码模块302通过udp按内部协议将差分修正信息发送第二内部端口303。

在步骤602，第二监听模块304对通过udp持续监控第二内部端口303，将接收的差分修正信息发送给信息处理模块306。

在步骤603，信息处理模块306对接收的差分修正信息进行筛选，将筛选的差分修正信息发送给定位处理模块306。在该步骤中，信息处理模块305可能会从第二监听模块304接收到多条重复的差分修正信息，为了不必要的重复操作，信息处理模块305会先判断此次收到的差分修正信息是否与上一次相同，如果相同，则对该差分修正信息不做处理，继续接收第二监听模块304发送的数据，如果不同，则将该差分修正信息发送给定位处理模块306。本发明的信息处理模块305，还对接收的差分修正信息的rtcm版本与自身定位支持的版本的一致性进行处理，如果不同，则对该差分修正信息不做处理，继续接收第二监听模块304发送的数据，如果不同，则将该差分修正信息发送给定位处理模块306。

在步骤604，定位处理模块306接收到筛选后的差分修正信息，结合自身定位模块获取的初始位置信息，通过差分修正信息对其进行校准，得到车辆的准确的差分定位信息。

本领域普通技术人员可以理解：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。