В этой статье в основном представлен прикладной сценарий интеграции коммуникационных датчиков — интеллектуальный транспорт.
Что такое интеллектуальный транспорт? Может ли интеллектуальный транспорт реализовать функции, которые сейчас невозможно реализовать? Каков текущий уровень?
1. История развития
Краткое введение в разработку интеллектуальной транспортной системы и интернета транспортных средств
Интеллектуальная транспортная система (ИТС) — общий термин для интегрированного применения технологий связи, управления и обработки информации в транспортных системах.
Развитие интеллектуальной транспортной системы Китая делится на три этапа: начальный этап (до 2000 г.), этап основного строительства (2000–2005 гг.) и этап высокоскоростного развития (с 2005 г. по настоящее время) . На начальном этапе в основном проводились соответствующие базовые исследования по управлению городскими светофорами, а также были созданы демонстрационные площадки, такие как электронная система взимания платы за проезд и система управления дорожным движением, так что интеллектуальная транспортная система вступила в стадию продвижения, применения и улучшение, но общий уровень отставал. На этапе основного строительства государство вложило большие средства в НИОКР, производство и популяризацию ИТС, что создало благоприятные условия для развития ИТС. На этапе быстрого развития, с быстрым развитием таких технологий, как искусственный интеллект, автоматическое вождение и Интернет транспортных средств, с целью создания «умных городов», «зеленых городов» и «безопасных городов», технология ITS в моей стране получил дальнейшее развитие и более обширные приложения.
В последние годы новые технологии, представленные автономным вождением, быстро развивались и стали одной из незаменимых ключевых технологий в будущих интеллектуальных транспортных системах. Общество автомобильных инженеров (SAE) делит автономное вождение на шесть уровней от 0 до 5. Чем выше уровень, тем выше степень автономного вождения. В целях повышения безопасности беспилотных транспортных средств автомобили обычно оснащаются различными датчиками , такими как оптические камеры, ультразвуковые радары, радары миллиметрового диапазона, лидары и т. д., чтобы улучшить экологическую осведомленность отдельных транспортных средств и способствовать контролю движения и безопасности транспортных средств.Прогнозирование вождения и другие операции. Кроме того, развитие таких технологий, как Интернет транспортных средств 5G, также предоставило множество средств коммуникационных технологий для интеллектуального взаимодействия между транспортными средствами и способствовало развитию технологии автономного вождения.
2. Зачем нужен умный транспорт
В последние годы крупные автомобильные компании и научно-исследовательские институты в мире оснастили автомобили различными датчиками для повышения экологической , сбора данных о состоянии дорог и использования машинного обучения и других алгоритмов для объединения автономного обучения и онлайн-принятия решений для достижения целей. цель повышения безопасности и надежности автономного вождения. Однако, поскольку на датчики транспортных средств (такие как радары и оптические камеры) легко воздействуют препятствия, дождь и снег, сильный и слабый свет и другие факторы, способность воспринимать информацию об окружающей среде на основе датчиков одного транспортного средства ограничена, и столкновения транспортных средств Автоматизированные дорожно-транспортные происшествия, вызванные сбоями распознавания объектов. Поэтому необходимо срочно улучшить способность восприятия за горизонтом с помощью технологии интеллектуальной связи транспортных средств , преодолеть техническое узкое место, связанное с ограниченной способностью восприятия окружающей среды датчиками одного транспортного средства, и повысить безопасность и надежность автономного вождения. В то же время, чтобы удовлетворить требования к малой задержке и высокой скорости передачи для обмена информацией в мастерской для восприятия за горизонтом , в этом документе предлагается интеллектуальная система передачи, интегрированная с восприятием и связью, связанная с транспортным средством, основанная на динамическом обмене данными. Ресурсы временной области полосы частот миллиметрового диапазона Для обеспечения надежного широкополосного обмена информацией о результатах измерений в мастерских. И в соответствии с приоритетом службы восприятия и связи, динамическое распределение времени и гибкий алгоритм управления лучом предназначены для оптимизации общей производительности интегрированной системы восприятия и связи. Спроектирована и разработана платформа проверки на основе технологии миллиметровых волн для интегрированной интеллектуальной системы восприятия и связи, связанной с транспортным средством , и реализована принципиальная проверка основных функций и ключевых технологий.
3. Проблемы, возникающие при разработке интеллектуальной системы, связанной с транспортным средством, объединяющей восприятие и связь.
Чтобы улучшить способность самоуправляемых транспортных средств к восприятию окружающей среды за горизонтом, одним из способов достижения этого является объединение информации о восприятии посредством взаимодействия нескольких транспортных средств . Чтобы преодолеть проблемы различных информационных форматов и низкой эффективности объединения, с которыми сталкивается объединение информации датчиков нескольких транспортных средств на современном этапе, необходимо срочно повысить интеллектуальный уровень объединения информации между транспортными средствами за счет совместного проектирования систем восприятия и связи . чтобы обеспечить способность автономного вождения воспринимать окружающую среду . Улучшить требования к интеграции с своевременностью информации. Ниже представлены типичные сценарии применения интеллектуальной системы загоризонтного восприятия, связанной с транспортным средством, и проблемы, с которыми сталкивается интегрированная конструкция восприятия и связи .
(1) Типовые сценарии применения интеллектуальных систем, связанных с транспортными средствами, для загоризонтного восприятия
На рис. 1 показан типичный сценарий применения совместной интеллектуальной системы подключения нескольких транспортных средств для восприятия за горизонтом. Среди них транспортные средства B, D и E являются целями транспортных средств, которые могут быть непосредственно обнаружены радиолокационным датчиком транспортного средства A. Однако из-за того, что впереди едущие автомобили B и D закрываются, дальность восприятия автомобиля A сильно ограничена, в результате чего автомобили C и F оказываются в слепой зоне автомобиля A. Таким образом, чтобы увеличить расстояние обнаружения и дальность действия радиолокационного датчика транспортного средства A, информация о радиолокационном восприятии транспортных средств B и D передается обратно на транспортное средство A с использованием технологии широкополосной передачи миллиметрового диапазона , а транспортное средство A использует несколько источников. слияние информации для улучшения транспортного средства A. Возможность восприятия за горизонтом может повысить безопасность и надежность интеллектуальной системы подключения автомобиля.
Рис. 1 Типичные сценарии применения совместной интеллектуальной системы связи нескольких транспортных средств для загоризонтного восприятия
(2) Проблемы, возникающие при разработке сенсорно-коммуникационно-интегрированной интеллектуальной системы, связанной с транспортным средством.
Хотя скоординированная интеллектуальная система, связанная с транспортным средством, может улучшить способность восприятия информации об окружающей среде, интегрированная конструкция мультисистемного восприятия и связи сталкивается со многими проблемами. Во-первых, различаются формы сигналов, механизмы обработки сигналов, параметры оценки работы систем восприятия и коммуникации. Поэтому очень важно, как разработать эффективный метод оценки производительности системы . Во -вторых, объединение различных данных датчиков, чувствительных к временной задержке, между транспортными средствами ограничено различным программным обеспечением и дифференцированными аппаратными платформами . интегрированная система.Одна из задач проектирования. Наконец, для сценариев IoV с высокой мобильностью реализация быстрого выравнивания и отслеживания луча для широкополосной связи миллиметрового диапазона является еще одной проблемой для обеспечения надежности широкополосной передачи данных восприятия.
4. Структура проектирования интеллектуальной системы, связанной с транспортным средством, объединяющей восприятие и связь.
(1) Структура проектирования интегрированной системы сенсорной коммуникации
Стремясь решить проблемы высокоскоростного объединения информации датчиков с малой задержкой, с которыми сталкивается проектирование интеллектуальных систем, связанных с транспортными средствами, в этом документе предлагается интеллектуальная системная структура, основанная на интегрированном дизайне восприятия и связи (см. Рисунок 2). , чтобы добиться совместной работы нескольких транспортных средств за пределами предполагаемых целей прямой видимости.
Рис. 2 Структура интеллектуальной системы, связанной с транспортным средством, на основе интегрированного дизайна восприятия и коммуникации
Во-первых, информация об окружающей среде, полученная транспортным средством с помощью нескольких датчиков, имеет разные приоритеты , а чувствительная к задержке информация о восприятии делится на данные с высоким приоритетом и данные с низким приоритетом, которые передаются отдельно через технологии связи с разными возможностями. Например: высокоприоритетные данные предъявляют высокие требования к задержке и скорости передачи данных и могут передаваться по прямой широкополосной линии связи между транспортными средствами ; низкоприоритетные данные предъявляют низкие требования к задержке и скорости передачи данных и могут передаваться через транспортное средство Средне- и низкоскоростные соединения с инфраструктурой для передачи. Кроме того, отношение длины кадра систем обнаружения и связи может динамически и гибко конфигурироваться в сочетании с различными характеристиками чувствительности к задержке информации обнаружения, и разработан метод динамически регулируемой структуры кадров временных интервалов в интегрированной системе обнаружения и связи. предложил . В дополнение к временным интервалам, используемым для передачи управляющей сигнализации в структуре кадра, короткие подкадры используются для информации с высокой чувствительностью к задержке, а длинные подкадры используются для информации подкадрас низкой чувствительностью к задержке.Необходимо , а также объединить характеристики технологии миллиметровых волн, используемой в связи между транспортными средствами, предложить технологию быстрого выравнивания и отслеживания луча миллиметровых волн , оптимизировать размер пространства поиска луча и сложность алгоритма, а также обеспечить быструю и надежную задержку, чувствительную к задержке. информация Транспортные потребности.
(2) Индекс оценки интегрированной системы сенсорной коммуникации
Стремясь решить многие проблемы, с которыми сталкивается проектирование сенсорно-коммуникативной интегрированной системы, чтобы эффективно оценить производительность разработанной интегрированной системы, показатели производительности, которые могут научно анализировать и измерять улучшение производительности и накладные расходы, вызванные интеграцией сенсорных -Очень нужны . Традиционный метод оценки слияния двух систем заключается в преобразовании индекса производительности одной системы в индекс другой системы. Учитывая разнообразие типов и методов зондирования, на примере данных радиолокационного зондирования скорость оценки радиолокационной информации можно выразить через энтропию случайных параметров и энтропию неопределенности радиолокационной оценки, которую можно сравнить со скоростью передачи данных системы связи. на основе теории представления энтропии информации. Кроме того, вариант метрики связи, основанный на минимальной среднеквадратической ошибке, может преобразовать показатель связи в эффективную метрику, аналогичную связанной форме Крамеро радиолокационной оценки. Таким образом, единый показатель измерения и оценки в интегрированной системе сенсорной связи является незаменимым ключевым показателем для оценки эффективности слияния двух систем, и необходимо учитывать многочисленные функции интегрированной системы для совместного проектирования .
(3) Структура кадра динамического распределения временных интервалов, управляемая задачами
Различные методы передачи информации зондирования во многом зависят от чувствительности к задержке и приоритета бизнеса . Например, оповещения о столкновении автомобилей и опасности дорожного движения представляют собой информацию о восприятии чрезвычайных ситуаций, которая имеет высокий приоритет для автономных транспортных средств, а передача линий миллиметрового диапазона между транспортными средствами используется для обеспечения требований к передаче информации с малой задержкой . С другой стороны, низкоприоритетная информация, такая как пробки на дорогах, оптимальное планирование маршрута и развлекательные видеоролики, может передаваться по каналу связи между транспортным средством и инфраструктурой, поскольку она имеет более низкий приоритет, чем информация о восприятии срочного типа. В то же время, используя динамическую структуру кадра, основанную на гибком распределении временных интервалов, он может соответствовать различным приоритетным, чувствительным к задержке и нечувствительным бизнес-требованиям, обеспечивая низкую задержку и высоконадежную передачу данных. С этой целью в этой статье предлагается новая структура кадра на основе нового радиоинтерфейса 5G для интегрированной интеллектуальной сетевой системы восприятия и оповещения транспортных средств , которая обеспечивает гибкий метод конфигурации структуры кадра и реализует гибкую и динамическую настройку временных интервалов по запросу для функции восприятия и коммуникации Конструкция показана на рисунке 2. Кроме того, принимая во внимание необходимость передачи информации о чрезвычайных ситуациях (таких как аварийные ситуации, такие как дорожно-транспортные происшествия и пешеходы, пересекающие дорогу), в этой статье также разрабатывается метод динамической конфигурации слотов подкадров на основе крошечных подслотов для обеспечения передачи информации с малой задержкой.
(4) Метод распределения ресурсов, основанный на теории игр.
Чтобы время передачи, занимаемое восприятием и связью в интегрированной системе восприятия и связи, можно было динамически регулировать в соответствии с потребностями чувствительных к задержке услуг, структура кадра разделена на динамически изменяемые подкадры функции восприятия и подкадры функции связи , такой , как показано на рисунке 2. Возьмем в качестве примера радиолокационное восприятие для кадра: если продолжительность радиолокационного обнаружения больше, продолжительность передачи связи будет короче; с другой стороны, время, затрачиваемое двумя различными функциями восприятия и связи, тесно связано с их производительностью. . Кроме того, информация радиолокационного зондирования должна эффективно передаваться в течение как можно большего времени последующей передачи связи, в противном случае своевременность информации радиолокационного зондирования будет потеряна. Таким образом, существует взаимная ограничительная связь между продолжительностью радиолокации и временем передачи сообщения.Теория и методы некооперативных игр могут быть использованы для оптимизации распределения временных ресурсов для достижения оптимизации производительности интегрированной системы восприятия и связи. Для выделения временных ресурсов для системы интеграции восприятия и связи с временным разделением необходимо оптимизировать объем радиолокационной информации при условии различных коэффициентов длительности радиолокации при условии, что объем радиолокационной информации не превышает объем коммуникационной информации. , и найдите оптимальный радар. Продолжительность связи согласована для реализации совместной оптимизации объема информации, передаваемой радаром и связью, и улучшения характеристик восприятия окружающей среды транспортным средством, а также характеристик передачи и слияния данных восприятия нескольких транспортных средств.
(5) Гибкий метод управления лучом, основанный на обучении с подкреплением.
Чтобы решить проблему эффективной передачи и объединения широкополосной и широкополосной сенсорной информации между транспортными средствами, в этой статье предлагается, чтобы надежная передача информации в мастерской могла быть реализована с использованием метода и технологии управления лучом миллиметрового диапазона . Технология связи миллиметрового диапазона использует крупномасштабные антенны с фазированной решеткой и технологию формирования луча для повышения уровня сигнала в приемнике и преодоления проблем с потерями и ослаблением сигнала. Кроме того, информация радиолокационного зондирования в предыдущем временном интервале может использоваться для помощи в процессе выравнивания луча и отслеживания луча между транспортными средствами, что эффективно снижает затраты времени на управление лучом. Во время процесса выравнивания луча позиционное соотношение между транспортными средствами может быть получено из информации о восприятии радара, а использование информации о восприятии может минимизировать пространство поиска луча и эффективно сократить время выравнивания луча. А на основе скорости и траектории транспортного средства, содержащихся в информации о восприятии радара, алгоритм отслеживания луча, основанный на обучении с подкреплением, предназначен для реализации быстрого переключения луча в движущейся сцене транспортного средства, обеспечивая надежность канала связи между транспортными средствами и объектом. стабильность линкового соединения.
4. Платформа проверки для интегрированной интеллектуальной системы связи транспортных средств с восприятием и связью.
Потому что радарные системы ближнего и среднего радиуса действия, работающие в диапазоне частот миллиметровых волн 20–30 ГГц, широко используются для предотвращения столкновений транспортных средств и обнаружения слепых зон. С этой целью в данной статье разрабатывается и строится интегрированная платформа проверки для сенсорной связи, которая работает в диапазоне частот миллиметровых волн 26 ГГц. Путем объединения восьми полос несущих частот по 100 МГц получается широкополосная полоса пропускания миллиметровых волн 800 МГц для проверить предлагаемую интеграцию сенсорной связи Основные функции и ключевые технологии системы. Платформа использует фазированную антенную решетку миллиметрового диапазона с 64 элементами на обоих концах платформы для проверки производительности и осуществимости алгоритмов быстрого выравнивания луча и отслеживания луча, как показано на рисунке 3.
Рис. 3 Тестовая платформа интегрированной системы сенсорной коммуникации
Результаты интегрированной тестовой платформы для восприятия и связи показаны на рисунке 4. Результаты радиолокационного восприятия автомобиля А показывают, что автомобили B, D и E находятся на расстоянии 18 метров, 14 метров и 30 метров от автомобиля A. , но автомобили блокируют радар Сигнал обнаружения, автомобили C и F находятся в слепой зоне автомобиля A. Транспортные средства B и D получают информацию о местоположении транспортных средств C и F через свои соответствующие радары и обмениваются информацией о транспортных средствах B и D с транспортным средством A через широкополосную линию связи миллиметрового диапазона . Наконец, путем интеграции информации о радиолокационном восприятии от транспортных средств B и D способность транспортного средства A к восприятию окружающей среды улучшается, и реализуется восприятие за горизонтом.
Рис. 4. Результаты комплексного тестирования платформы восприятия и коммуникации
5. Перспективы технологий будущего
Ожидается, что с постоянной зрелостью и широким применением технологии искусственного интеллекта такие технологии, как автономное вождение, совместная работа нескольких транспортных средств, виртуальная реальность и слияние информации дополненной реальности, расширят поле зрения восприятия одним транспортным средством, увеличат возможности одного автомобиля. -восприятие транспортного средства, а также повысить безопасность и интеллектуальность подключенной системы транспортного средства. Принимая во внимание быстрое развитие беспилотных автомобилей, интеллектуальная система, связанная с транспортным средством, интегрированная с датчиками и связью для восприятия за горизонтом, всесторонне преодолеет узкое место возможностей восприятия одного транспортного средства и улучшит интеллектуальную систему, связанную с транспортным средством. координация нескольких транспортных средств, интеграция систем восприятия и связи и т. д. Его безопасность и надежность станут предметом исследований в этой области в ближайшие пять-десять лет.