CN114598988A - 运载工具的定位方法 - Google Patents

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Abstract

公开了运载工具的定位方法用于使用信标对运载工具定位的实施例。在实施例中，一种方法包括：使用运载工具的至少一个处理器，确定为运载工具已经丢失用于估计该运载工具的位置的外部信号(或正在接收劣化的外部信号)；使用至少一个处理器，确定可用于协助估计运载工具的位置的移动信标集合；使用运载工具的通信装置，从移动信标集合接收广播信号，该广播信号包括用于移动信标集合的定位数据；使用至少一个处理器，从移动信标集合中选择定位数据子集，用于协助运载工具的位置估计；以及使用至少一个处理器，使用定位数据子集来所述运载工具的位置。

Description

运载工具的定位方法
技术领域
本说明书总体上涉及对自主运载工具的定位，并且更特别地，涉及使用信标进行定位。
背景技术
自主运载工具使用传感器和通信装置套件来更新其定位状态，同时将其环境从一个目的地导航到下一个目的地。固定的地面信标、无线网络(例如，蜂窝塔、Wi-Fi)和基于卫星的导航***提供具有最高准确度和最低不确定性的定位数据，用于确定自主运载工具的定位状态。然而，在使用运动方程进行定位状态的计算时，行驶通过对固定信标、蜂窝塔、Wi-Fi路由器或卫星拒绝视线(LOS)的区域(例如，隧道、密集的城市环境)的运载工具迅速丢失位置准确度。
附图说明
图1例示根据一个或多个实施例的具有自主能力的自主运载工具。
图2例示根据一个或多个实施例的“云”计算环境。
图3例示根据一个或多个实施例的示例计算机***。
图4例示根据一个或多个实施例的用于自主运载工具的架构。
图5例示根据一个或多个实施例的使用信标来定位隧道中的自主运载工具的示例场景。
图6例示根据一个或多个实施例的定位***。
图7例示根据一个或多个实施例的信标排名。
图8例示根据一个或多个实施例的定位管理器。
图9例示根据一个或多个实施例的、向队列运载工具提供定位估计的队列管理***。
图10是根据一个或多个实施例的用于使用信标定位自主运载工具的过程的流程图。
图11是根据一个或多个实施例的用于使用信标定位自主运载工具的另一过程的流程图。
具体实施方式
在以下描述中，为了解释的目的，阐述了许多具体细节，以便提供对本发明的透彻理解。然而，本发明可以在没有这些具体细节的情况下实施将是明显的。在其它实例中，众所周知的构造和装置是以框图形式示出的，以避免不必要地使本发明模糊。
在附图中，为了便于描述，示出了示意要素(诸如表示装置、模块、指令块和数据要素的那些要素)的具体排列或次序。然而，本领域技术人员应当理解，附图中示意要素的具体次序或排列并不意在意味着要求特定的处理次序或序列、或处理过程的分离。此外，在附图中包含示意要素并不意在意味着在所有实施例中都需要这种要素，也不意在意味着由这种要素表示的特征不能包括在一些实施例中或不能在一些实施例中与其它要素结合。
此外，在附图中，连接要素、诸如实线或虚线或箭头用于例示两个或更多个其它示意要素之间的连接、关系或关联，没有任何此类连接要素并不意在意味着不能存在连接、关系或关联。换句话说，一些要素之间的连接、关系或关联未在附图中示出，以便不使本公开内容模糊。此外，为了便于例示，使用单个连接要素来表示要素之间的多个连接、关系或关联。例如，如果连接要素表示信号、数据或指令的通信，本领域技术人员应理解，这种要素表示影响通信可能需要的一个或多个信号路径(例如，总线)。
现在将详细参考实施例，其示例在附图中例示出。在以下的详细描述中，阐述了许多具体细节，以便提供对所描述的各种实施例的透彻理解。然而，对于本领域的普通技术人员来说将明显的是，可以在没有这些具体细节的情况下实施所描述的各种实施例。在其它情况下，没有详细描述众所周知的方法、程序、组件、电路和网络，以便不会不必要地使实施例的方面模糊。
下面描述的若干特征各自可以彼此独立地使用，也可以与其它特征的任何组合一起使用。然而，任何个别特征可能不能解决以上所讨论的任何问题，或者只能解决以上所讨论的问题之一。以上所讨论的一些问题可能不能通过本文所描述的任何一个特征得到充分解决。虽然提供了标题，但在本说明书的其它地方也可以找到与具体标题有关但在具有该标题的部分中未找到的信息。本文根据以下概要描述实施例：
1.总体概述
2.***概述
3.自主运载工具架构
4.与移动信标通信
5.利用接收到的定位数据进行定位
6.队列服务
总体概述
运载工具(诸如自主运载工具等)可以具有能够发送和接收关于其周围环境的信息的多个传感器。例如，调频连续波雷达(RADAR)是能够确定距离的短程测量传感器集合。RADAR可以周期性地暂停扫频并且采用相移键控来编码和传输定位估计数据，充当用于附近运载工具的信标。在接收端，在与RADAR相同的频带上收听的全向接收器可以被用来拾取信标信号，并使用该信标信号来增强其定位估计。
在实施例中，当运载工具预测(例如，基于其当前地点和地图)由于其当前地点(例如，进入隧道或密集的城市环境)而在不久的将来其可能丢失其当前的定位技术(例如，GNSS、Wi-Fi___33、蜂窝塔)，运载工具可以使用其传感器扫描可以作为固定或移动信标操作的其它运载工具。可假定这些其它运载工具会广播其估计的定位数据，该估计的定位数据可以被运载工具使用，以供使用例如基于到固定信标的距离的三边测量法或用于使用移动的信标来定位的其它算法进行定位。
在实施例中，用于队列操作的中央计算机可以通过找到可作为固定(例如，停放的运载工具)或移动信标来操作的可用队列运载工具来提供协助。在实施例中，中央计算机可以将队列中的停放的或停止服务的运载工具配置为将其GNSS接收器配置为充当地面伪卫星，该伪卫星发送例如可以由运载工具的GNSS接收器直接接收的GNSS RF信号。
在多于四个信标可用或者是固定信标和移动信标的混合的实施例中，接收运载工具确定在其定位中使用移动/固定信标的哪种组合。
在实施例中，可以从定位处理中完全排除来自具有高位置不确定性的移动信标的估计定位数据。在实施例中，针对三个和四个信标的所有可能的组合基于其地点来计算精度衰减因子(DOP)度量或其它度量，以确定哪种移动信标组合将提供最准确的位置估计(例如，更分散的几何形状提供更高的准确度)。
在实施例中，方法包括：使用运载工具的至少一个处理器来确定该运载工具已经丢失用于估计该运载工具的位置的外部信号；使用至少一个处理器来确定可用于协助估计运载工具的位置的移动信标集合；使用运载工具的通信装置从移动信标集合接收广播信号，该广播信号包括用于移动信标集合的定位数据；使用至少一个处理器从移动信标集合中选择定位数据子集，用于协助运载工具的位置估计；以及使用至少一个处理器，使用定位数据子集来估计运载工具的位置。
在实施例中，定位数据包括移动信标集合的估计地点和与估计地点相关联的不确定性值，并且移动信标子集至少部分地基于不确定性值来选择。
在实施例中，从移动信标集合中选择定位子集还包括：针对移动信标集合中的移动信标组合计算精度衰减因子(DOP)值；以及使用至少一个处理器至少部分地基于DOP值从移动信标集合中选择移动信标子集。
在实施例中，外部信号包括卫星信号、无线网络信号或蜂窝网络信号中的至少一个。
在实施例中，移动信标包括被配置为传输广播信号的其它运载工具。
在实施例中，确定移动信标集合还包括：向网络计算机发送运载工具的当前位置；以及从网络计算机接收移动信标集合。
在实施例中，定位数据包括时间戳，以及选择移动信标子集还包括：从移动信标子集中排除具有超过阈值的时间戳的任何移动信标。
在实施例中，信标集合中的移动信标被配置为作为伪卫星进行操作，并且广播信号包括可以由例如GNSS接收器(即GNSS协助导航)处理的用于移动信标子集的定位数据(例如，伪距)。
在实施例中，方法还包括：使用至少一个处理器来确定可用于协助估计运载工具的位置的静止信标(stationary beacon)集合；使用一个或多个处理器来选择移动信标和静止信标的混合子集；使用运载工具的通信装置从信标的混合子集接收广播信号，该广播信号包括用于信标的混合子集的定位数据；以及使用至少一个处理器，使用用于信标的混合子集的定位数据来估计运载工具的位置。
在实施例中，方法包括：在第一地点处并且使用运载工具的至少一个处理器确定为在第一地点处操作的运载工具可能丢失外部信号(或接收了劣化的外部信号)，其中外部信号用于估计运载工具在第一地点处的位置；使用至少一个处理器，确定可用于协助估计运载工具在第二地点处的位置的在第二地点处的移动信标集合；在第二地点处：使用运载工具的通信装置，从移动信标集合接收广播信号，该广播信号包括移动信标的定位数据；使用至少一个处理器，从移动信标集合中选择定位数据子集；以及使用至少一个处理器，使用定位数据子集来估计运载工具在第二地点处的位置。
在实施例中，确定为在第一地点处操作的运载工具可能在第二地点处丢失外部信号还包括：使用至少一个处理器基于地图和运载工具的路线来确定运载工具将在将来的时间到达第二地点；以及使用至少一个处理器并基于地图和运载工具的路线来确定为在第二地点处从外部信号的发射器到运载工具的视线可能至少部分地被遮挡。
在实施例中，地图包括三维建筑模型。
在实施例中，方法包括：使用至少一个处理器来确定可用于协助估计运载工具在第二地点处的位置的第二地点处的静止信标集合；使用至少一个处理器来选择移动信标和静止信标的混合子集，用于协助估计运载工具的位置；在第二地点处：使用通信装置从信标的混合子集接收广播信号，该广播信号包括用于信标的混合子集的定位数据；以及使用至少一个处理器，使用用于信标的混合子集的定位数据来估计第二地点处的运载工具。
这些技术的一些优点包括当预测到当前定位技术(例如，GNSS、WIFI、蜂窝塔)丢失时抢先识别可用的移动/固定信标，因此允许运载工具获得准确的位置定位而无需诉诸基于惯性传感器和运动方程的不准确的航位推算导航。另外，附近的运载工具可以用作移动“伪卫星”信标以减少GNSS拒绝区域中的定位估计误差，并且没有解码来自广播的数据包的延迟/开销。
当前的诸如静止信标等的解决方案产生诸如安装、供电和维护的成本的问题，运载工具信标将消除该问题。然而，***可以评估静止信标和移动信标两者，以确定用于最准确的位置估计的最佳组合。此外，如果接收运载工具存在于连接到相同的集中式报告服务器的已建立的运载工具队列中，则该服务器可以辅助识别附近的运载工具用于定位估计。以连续广播模式操作的一个或多个队列运载工具将能够充当用于附近任何运载工具(无论是否参与队列)的定位航路点。
***概述
图1示出具有自主能力的自主运载工具100的示例。
如本文所使用的，术语“自主能力”是指一种功能、特征或设施，该功能、特征或设施使运载工具能够部分地或完全地操作，而无需实时的人类干预，包括但不限于完全自主运载工具、高度自主运载工具和有条件自主运载工具。
如本文所使用的，自主运载工具(AV)是一种具有自主能力的运载工具。
如本文所使用的，“运载工具”包括货物或人员的运输方式。例如，小汽车、公共汽车、火车、飞机、无人机、卡车、船只、舰艇、潜水器、飞船等。无人驾驶的小汽车是运载工具的示例。
如本文所使用的，“轨迹”是指将AV从第一时空地点导航到第二时空地点的路径或路线。在实施例中，第一时空地点被称为初始地点或起始地点，第二时空地点被称为目的地、最终地点、目标、目标位置或目标地点。在一些示例中，轨迹由一个或多个路段(例如，道路的数段)组成，并且各路段由一个或多个块(例如，车道或交叉口的一部分)组成。在实施例中，时空地点对应于真实世界地点。例如，时空地点是上车或下车地点，以使人员或货物上车或下车。
如本文所使用的，“(一个或多个)传感器”包括一个或多个硬件组件，用于检测与传感器周围环境有关的信息。一些硬件组件可包括感测组件(例如，图像传感器、生物特征传感器)、传输和/或接收组件(例如，激光或射频波发射器和接收器)、电子组件(诸如，模数转换器)、数据存储装置(诸如，RAM和/或非易失性存储器)、软件或固件组件和数据处理组件(诸如，专用集成电路)、微处理器和/或微控制器。
如本文所使用的，“场景描述”是一种数据结构(例如，列表)或数据流，其包括由AV运载工具上的一个或多个传感器检测到的一个或多个分类或标记的对象，或由AV外部的源提供的一个或多个分类或标记的对象。
如本文所使用的，“道路”是一个可以被运载工具穿过的物理区域，并且可以对应于已命名的通道(例如，城市街道、州际高速公路等)或可对应于未命名的通道(例如，房屋或办公楼内的行车道、停车场的一段、空置停车场的一段、乡村区域的污物通道等)。因为有些运载工具(例如，四轮驱动的小卡车、越野车(SUV)等)能够穿过各种不特别适合运载工具行驶的物理区域，因此“道路”可以是任何市政当局或其它政府或行政机构没有正式定义为一条通道的物理区域。
如本文所使用的，“车道”是道路的可被运载工具穿过的部分。有时基于车道标记来识别车道。例如，车道可对应于车道标记之间的大部分或全部空间，或仅对应于车道标记之间的一些空间(例如，小于50％)。例如，具有相距远的车道标记的道路可能在标记之间容纳两个或更多个运载工具，使得一个运载工具可以在不穿过车道标记的情况下超过另一个运载工具，并且因此可被解释为具有比车道标记之间的空间窄的车道，或具有车道之间的两个车道。在没有车道标记的情况下，也可以对车道进行解释。例如，可以基于环境的物理特征(例如乡村区域沿着通道的岩石和树木，或例如在未开发区域中要避免的自然障碍物)来定义车道。车道也可以独立于车道标记或物理特征来解释。例如，车道可以基于区域中没有障碍物的任意路径来解释，该路径原本缺少将被解释为车道边界的特征。在示例场景中，AV可以解释通过田地或空地的无障碍物部分的车道。在另一示例场景中，AV可以解释通过没有车道标记的宽(例如，足够用于两个或更多个车道的宽度)道路的车道。在此场景中，AV可以将有关车道的信息传送给其它AV，使得其它AV可以使用相同的车道信息来协调它们之间的路径规划。
术语“空中(OTA)客户端”包括嵌入、耦接到或与AV通信的任何AV或任何电子装置(例如，计算机、控制器、IoT装置、电子控制单元(ECU))。
术语“空中(OTA)更新”意指使用专有和/或标准化无线通信技术(包括但不限于：蜂窝移动通信(例如2G、3G、4G、5G)、无线电无线局域网(例如，Wi-Fi)和/或卫星网络)向OTA客户端交付的对软件、固件、数据或配置设置或其任何组合的任何更新、更改、删除或添加。
术语“边缘节点”意指提供用于与AV进行通信的门户的耦接到网络的一个或多个边缘装置，并且可以与其它边缘节点和基于云的计算平台进行通信，用于向OTA客户端调度和交付OTA更新。
术语“边缘装置”意指实现边缘节点并向企业或服务提供商(例如，VERIZON、AT&T)核心网络提供物理无线接入点(AP)的装置。边缘装置的示例包括但不限于：计算机、控制器、发射器、路由器、路由交换机、综合接入装置(IAD)、多路复用器、城域网(MAN)和广域网(WAN)接入装置。
“一个或多个”包括由一个要素执行的功能、由多个要素例如以分布式的方式执行的功能、由一个要素执行的若干功能、由若干要素执行的若干功能、或上述的任何组合。
还将理解的是，尽管在一些情况下，术语“第一”、“第二”等在本文中是用来描述各种要素的，但这些要素不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个要素与另一个要素。例如，在未背离各种所描述的实施例的范围的情况下，第一触点可被称为第二触点，并且类似地，第二触点可被称为第一触点。第一触点和第二触点两者都是触点，但它们不是相同触点。
在本文所描述的各种实施例的说明书中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不是意在限制。如在所描述的各种实施例的说明书和所附权利要求书中所使用的，单数形式“a”、“an”和“the”也意在包括复数形式，除非上下文另有明确说明。还将理解的是，如本文所使用的“和/或”是指并且包括一个或多个相关清单项目的任何和所有可能的组合。还将理解的是，当在本说明书中使用术语“包括”、“包含”、“具备”和/或“具有”时，具体说明存在所陈述的特征、整数、步骤、操作、要素和/或组件，但并不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、要素、组件、和/或其群组。
如本文所使用的，取决于上下文，术语“如果”可选地被理解为意指“当”或“在当时”或“响应于确定为”或“响应于检测到”。类似地，取决于上下文，短语“如果已确定”或“如果[所陈述的条件或事件]已被检测到”可选地被理解为意指“在确定时”或“响应于确定为“或”在检测到[所陈述的条件或事件]时”或“响应于检测到[所陈述的条件或事件]”。
如本文所使用的，AV***是指AV以及支持AV操作的硬件、软件、存储的数据和实时生成的数据的阵列。在实施例中，AV***并入在AV内。在实施例中，AV***跨若干地点分布。例如，AV***的一些软件是在类似于下面关于图2描述的云计算环境200的云计算环境中实现的。
一般而言，本文件描述了适用于任何具有一种或多种自主能力的运载工具的技术，包括完全自主运载工具、高度自主运载工具和有条件自主运载工具，诸如分别为所谓的第5级、第4级和第3级运载工具(见SAE国际标准J3016：道路上机动车自动驾驶***相关术语的分类和定义，通过引用将其全部内容并入本文件，用于了解运载工具自主权等级的更多详细信息)。本文件所描述的技术也适用于部分自主运载工具和驾驶员协助运载工具，诸如所谓的第2级和第1级运载工具(见SAE国际标准J3016：道路上机动车自动驾驶***相关术语的分类和定义)。在实施例中，一个或多个第1级、第2级、第3级、第4级和第5级运载工具***可基于对传感器输入的处理，在某些操作条件下自动执行某些运载工具操作(例如，转向、制动和使用地图)。本文件中所描述的技术可以使从完全自主运载工具到人类操作的运载工具范围内的任何级别的运载工具受益。
自主运载工具比需要人类驾驶员的运载工具具有优点。一个优点是安全。例如，在2016年，美国经历了600万起汽车事故、240万人受伤、40000人死亡和1300万辆运载工具碰撞，估计社会成本为9100亿美元以上。从1965年到2015年，美国每行驶1亿英里的交通事故死亡人数已经从大约6人减少到大约1人，部分是因为在运载工具中部署了附加的安全措施。例如，附加半秒的即将发生碰撞的警告被认为减轻了60％的前后碰撞。然而，被动安全特征(例如，安全带、安全气囊)可能已经达到改善此数字的极限。因此，诸如运载工具的自动控制等的主动安全措施可能是改善这些统计数据的下一步骤。由于驾驶员被认为在95％的碰撞中对关键的碰撞前事件负有责任，因此自动驾驶***可能实现更好的安全结果，例如通过比人类更好地可靠地识别和避免紧急情况；做出更好的决策，比人类更好地遵守交通法规并预测未来事件；以及比人类更好地可靠地控制运载工具。
参考图1，AV***120使AV 100沿着轨迹操作198穿过环境190至目的地199(有时称为最终地点)，同时避开对象(例如，自然障碍物191、运载工具193、行人192、骑车者和其它障碍物)和遵守道路规则(例如，操作规则或驾驶偏好)。
在实施例中，AV***120包括被装备以从计算机处理器146接收操作命令并对其进行操作的装置101。我们使用术语“操作命令”来意指导致运载工具执行动作(例如，驾驶操纵)的可执行指令(或指令集)。操作命令可以包括但不限于用于运载工具开始向前移动、停止向前移动、开始向后移动、停止向后移动、加速、减速、执行左转和执行右转的指令。在实施例中，计算处理器146与下面参考图3描述的处理器304类似。装置101的示例包括转向控制器102、制动器103、挡位、加速踏板或其它加速控制机构、挡风玻璃雨刮器、侧门锁、窗控器和转向指示器。
在实施例中，AV***120包括用于测量或推断AV 100的状态或条件的属性的传感器121，这些属性诸如是AV的位置、线速度和角速度及线加速度和角加速度、以及航向(例如，AV 100的前端的方向)。传感器121的示例是GPS、测量运载工具线加速度和角速率两者的惯性测量单元(IMU)、用于测量或估计车轮滑移率的车轮速率传感器、车轮制动压力或制动扭矩传感器、引擎扭矩或车轮扭矩传感器以及转向角度和角速率传感器。
在实施例中，传感器121还包括用于感测或测量AV的环境的属性的传感器。例如，可见光、红外或热(或两者兼有)光谱的单目或立体摄像机122、LiDAR 123、RADAR、超声波传感器、飞行时间(TOF)深度传感器、速率传感器、温度传感器、湿度传感器和降水传感器。
在实施例中，AV***120包括数据存储单元142和存储器144，用于存储与计算机处理器146相关联的机器指令或由传感器121收集的数据。在实施例中，数据存储单元142与以下关于图3描述的ROM 308或存储装置310类似。在实施例中，存储器144与下面描述的主存储器306类似。在实施例中，数据存储单元142和存储器144存储有关环境190的历史、实时和/或预测性信息。在实施例中，存储的信息包括地图、驾驶性能、交通拥堵更新或天气条件。在实施例中，与环境190有关的数据从远程数据库134通过通信信道传输到AV 100。
在实施例中，AV***120包括通信装置140，用于将对其它运载工具的状态和条件(诸如位置、线速度和角速度、线加速度和角加速度、以及线航向和角航向)测量或推断的属性传送到AV 100。这些装置包括运载工具到运载工具(V2V)和运载工具到基础设施(V2I)通信装置以及用于通过点对点或自组织(ad hoc)网络或两者进行无线通信的装置。在实施例中，通信装置140跨电磁频谱(包括无线电和光通信)或其它介质(例如，空气和声介质)进行通信。运载工具对运载工具(V2V)、运载工具对基础设施(V2I)通信(以及在一些实施例中为一种或多种其它类型的通信)的组合有时被称为运载工具对所有事物(V2X)通信。V2X通信通常符合一个或多个通信标准，用于与自主运载工具进行的和在自主运载工具之间的通信。
在实施例中，通信装置140包括通信接口。例如，有线、无线、WiMAX、Wi-Fi、蓝牙、卫星、蜂窝、光、近场、红外或无线电接口。通信接口将数据从远程数据库134传输到AV***120。在实施例中，远程数据库134嵌入在如图2中所描述的云计算环境200中。通信接口140将从传感器121收集的数据或与AV 100操作有关的其它数据传输到远程数据库134。在实施例中，通信接口140向AV 100传输与遥操作有关的信息。在一些实施例中，AV 100与其它远程(例如，“云”)服务器136通信。
在实施例中，远程数据库134还存储和传输数字数据(例如，存储诸如道路和街道地点的数据)。这些数据存储在AV 100上的存储器144中，或者通过通信信道从远程数据库134传输到AV 100。
在实施例中，远程数据库134存储和传输与以前在一天中类似时间沿着轨迹198行驶的运载工具的驾驶属性有关的历史信息(例如，速率和加速度分布)。在一个实现中，这种数据可以存储在AV 100上的存储器144中，或者通过通信信道从远程数据库134传输到AV100。
位于AV 100上的计算装置146基于实时传感器数据和先验信息两者以算法方式生成控制动作，允许AV***120执行其自主驾驶能力。
在实施例中，AV***120包括耦接到计算装置146的计算机***设备132，用于向AV100的用户(例如，乘员或远程用户)提供信息和提醒并接收来自该用户的输入。在实施例中，***设备132类似于下面参考图3讨论的显示器312、输入装置314和光标控制器316。耦接是无线的或有线的。任意两个或更多个的接口装置可以集成到单个装置中。
在实施例中，AV***120接收并实施例如由乘员指定或存储在与乘员相关联的简档中的乘员的隐私级别。乘员的隐私级别确定允许如何使用与乘员相关联的特定信息(例如，乘员舒适度数据、生物特征数据等)，该乘员的隐私级别存储在乘员简档中和/或存储在云服务器136上并与乘员简档相关联。在实施例中，隐私级别指定一旦乘坐完成就被删除的、与乘员相关联的特定信息。在实施例中，隐私级别指定与乘员相关联的特定信息并识别被授权访问该信息的一个或多个实体。被授权访问信息的指定实体的示例可以包括其它AV、第三方AV***或任何潜在地访问信息的实体。
可以以一个或多个粒度级别来指定乘员的隐私级别。在实施例中，隐私级别识别要存储或共享的具体信息。在实施例中，隐私级别应用于与乘员相关联的所有信息，使得乘员可以指定她的个人信息均不被存储或共享。还可以以各种粒度级别指定允许访问特定信息的实体的规范。允许访问特定信息的各种实体集合可以包括例如其它AV、云服务器136、具体的第三方AV***等。
在实施例中，AV***120或云服务器136确定AV 100或另一实体是否可以访问与乘员相关联的某些信息。例如，试图访问与特定时空地点有关的乘员输入的第三方AV***必须例如从AV***120或云服务器136获得授权，以访问与乘员相关联的信息。例如，AV***120使用乘员的指定隐私级别来确定是否可以将与时空地点有关的乘员输入呈现给第三方AV***、AV 100或另一AV。这使乘员的隐私级别能够指定允许哪些其它实体接收有关乘员动作的数据或与该乘员相关联的其它数据。
图2例示示例“云”计算环境。云计算是一种服务交付模式，用于使得能够方便、按需地在网络上访问可配置计算资源(例如网络、网络带宽、服务器、处理、内存、存储、应用程序、虚拟机和服务)的共享池。在典型的云计算***中，一个或多个大型云数据中心容纳用于交付云所提供的服务的机器。现在参考图2，云计算环境200包括通过云202互连的云数据中心204a、204b和204c。数据中心204a、204b和204c为连接到云202的计算机***206a、206b、206c、206d、206e和206f提供云计算服务。
云计算环境200包括一个或多个云数据中心。一般而言，云数据中心(例如图2中所示的云数据中心204a)是指构成云(例如图2中所示的云202或云的特定部分)的服务器的物理排列。例如，服务器在云数据中心中物理排列成房间、组、行和机架。云数据中心有一个或多个区域，其中包括一个或多个服务器房间。每个房间有一行或多行服务器，并且每行包括一个或多个机架。每个机架包括一个或多个单独的服务器节点。在一些实现中，区域、房间、机架和/或行中的服务器基于数据中心设施的物理基础设施要求(包括电力、能源、热力、热源和/或其它要求)被排列成若干组。在实施例中，服务器节点类似于图3中描述的计算机***。数据中心204a具有许多分布在多个机架上的计算***。
云202包括云数据中心204a、204b和204c以及用于连接云数据中心204a、204b和204c并有助于促进计算***206a-f对云计算服务的访问的网络和网络资源(例如，网络设备、节点、路由器、交换机和网络电缆)。在实施例中，该网络表示一个或多个本地网络、广域网或通过使用地面或卫星连接部署的有线或无线链路耦接的网际网络的任意组合。通过网络交换的数据使用多种网络层协议(诸如，因特网协议(IP)、多协议标签交换(MPLS)、异步传输模式(ATM)、帧中继(Frame Relay)等)进行传输。此外，在网络表示多个子网络的组合的实施例中，在每个底层子网络上使用不同的网络层协议。在一些实施例中，网络表示一个或多个互连网际网络(诸如公共因特网等)。
计算***206a-f或云计算服务消费者通过网络链路和网络适配器连接到云202。在实施例中，计算***206a-f被实现为各种计算装置，例如服务器、台式机、膝上型计算机、平板电脑、智能手机、物联网(IoT)装置、自主运载工具(包括小汽车、无人机、航天飞机、火车、公共汽车等)和消费电子产品。在实施例中，计算***206a-f在其它***中实现或作为其它***的一部分实现。
图3例示计算机***300。在实现中，计算机***300是一种专用计算装置。专用计算装置被硬连线以执行这些技术，或包括诸如一个或多个专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)的被持久编程为执行上述技术的数字电子装置，或可包括一个或多个通用硬件处理器，这些硬件处理器经编程以根据固件、存储器、其它存储器、或者组合中的程序指令执行这些技术。这种专用的计算装置还可以将定制的硬线逻辑、ASIC或FPGA与定制的编程相结合来完成这些技术。在各种实施例中，专用计算装置是台式计算机***、便携式计算机***、手持装置、网络装置或包含硬线和/或程序逻辑以实现这些技术的任何其它设备。
在实施例中，计算机***300包括总线302或用于传送信息的其它通信机制、以及与总线302耦接以处理信息的硬件处理器304。硬件处理器304是例如通用微处理器。计算机***300还包括主存储器306，诸如随机存取存储器(RAM)或其它动态存储装置，该主存储器306耦接到总线302以存储信息和指令，该信息和指令由处理器304执行。在一个实现中，主存储器306用于在执行要由处理器304执行的指令期间存储临时变量或其它中间信息。当这些指令存储在处理器304可访问的非暂时性存储介质中时，使计算机***300变成一个专用机器，该机器被定制以执行指令中指定的操作。
在实施例中，计算机***300还包括只读存储器(ROM)308或耦接到总线302的其它静态存储装置，用于存储处理器304的静态信息和指令。提供诸如磁盘、光盘、固态驱动器或三维交叉点存储器的存储装置310，并且该存储装置310耦接到总线302以存储信息和指令。
在实施例中，计算机***300通过总线302耦接到诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)、等离子体显示器、发光二极管(LED)显示器或用于向计算机用户显示信息的有机发光二极管(OLED)显示器的显示器312。包括字母数字键和其它键的输入装置314耦接到总线302，用于向处理器304传送信息和命令选择。另一种类型的用户输入装置是光标控制器316，诸如鼠标、轨迹球、触控显示器或光标方向键，用于将方向信息和命令选择传送到处理器304，并用于控制光标在显示器312上的移动。这种输入装置通常具有两个轴(第一轴(例如，x轴)和第二轴(例如，y轴))上的两个自由度，这两个轴允许装置指定平面上的位置。
根据一个实施例，本文的技术由计算机***300响应于处理器304执行主存储器306中包含的一个或多个指令的一个或多个序列而执行。这些指令从诸如存储装置310的另一存储介质读入主存储器306。执行主存储器306中包含的指令序列使处理器304执行本文所描述的过程步骤。在替代实施例中，使用硬连线电路代替或与软件指令结合使用。
如本文所使用的术语“存储介质”是指存储数据和/或指令的任何非暂时性介质，这些数据和/或指令使机器以特定方式操作。这种存储介质包括非易失性介质和/或易失性介质。非易失性介质例如包括诸如存储装置310的光盘、磁盘、固态驱动器或三维交叉点存储器。易失性介质包括动态存储器，诸如主存储器306。存储介质的常见形式包括例如软盘、软磁盘、硬盘、固态驱动器、磁带或任何其它磁数据存储介质、CD-ROM、任何其它光数据存储介质、任何具有孔型的物理介质、RAM、PROM和EPROM、FLASH-EPROM、NV-RAM、或任何其它存储芯片或存储盒。
存储介质有别于传输介质，但可以与传输介质相结合使用。传输介质参与存储介质之间的信息传输。例如，传输介质包括同轴电缆、铜线和光纤，其包括具备总线302的电线。传输介质也可以采取声波或光波的形式，诸如在无线电波和红外数据通信过程中产生的声波或光波。
在实施例中，各种形式的介质涉及将一个或多个指令的一个或多个序列承载到处理器304以供执行。例如，这些指令最初是在远程计算机的磁盘或固态驱动器上执行的。远程计算机将指令加载到其动态存储器中，并使用调制解调器通过电话线路发送指令。计算机***300的本地调制解调器接收电话线路上的数据，并使用红外发射器将数据转换为红外信号。红外检测器接收红外信号中承载的数据，并且适当的电路将数据放置在总线302上。总线302将数据承载到主存储器306，处理器304从主存储器306检索并执行指令。主存储器306接收的指令可以可选地在处理器304执行之前或之后存储在存储装置310上。
计算机***300还包括耦接到总线302的通信接口318。通信接口318提供耦接到连接至本地网络322的网络链路320的双向数据通信。例如，通信接口318是综合业务数字网(ISDN)卡、电缆调制解调器、卫星调制解调器或用以提供与相应类型电话线路的数据通信连接的调制解调器。作为另一示例，通信接口318是局域网(LAN)卡，用于提供与兼容LAN的数据通信连接。在一些实现中，无线链路也被实现。在任何这种实现中，通信接口318发送和接收承载表示各种类型的信息的数字数据流的电、电磁或光信号。
网络链路320通常通过一个或多个网络向其它数据装置提供数据通信。例如，网络链路320通过本地网络322提供与主计算机324或与由因特网服务提供商(ISP)326运营的云数据中心或设备的连接。ISP 326又通过现在通常称为“因特网”328的世界范围分组数据通信网络来提供数据通信服务。本地网络322和因特网328两者都使用承载数字数据流的电、电磁或光信号。通过各种网络的信号以及网络链路320上并通过通信接口318的信号是传输介质的示例形式，其中这些信号承载了进出计算机***300的数字数据。在实施例中，网络320包含上述云202或云202的一部分。
计算机***300通过(一个或多个)网络、网络链路320和通信接口318发送消息和接收包括程序代码的数据。在实施例中，计算机***300接收用于处理的代码。接收到的代码在接收到时由处理器304执行，和/或存储在存储装置310中，或存储在其它非易失性存储装置中以便以后执行。
自主运载工具架构
图4示出用于自主运载工具(例如，图1所示的AV 100)的示例架构400。架构400包括感知模块402(有时称为感知电路)、规划模块404(有时称为规划电路)、控制模块406(有时称为控制电路)、定位模块408(有时称为定位电路)和数据库模块410(有时称为数据库电路)。各模块在AV 100的操作中发挥作用。共同地，模块402、404、406、408和410可以是图1所示的AV***120的一部分。在一些实施例中，模块402、404、406、408和410中的任何模块是计算机软件(例如，计算机可读介质上所存储的可执行代码)和计算机硬件(例如，一个或多个微处理器、微控制器、专用集成电路[ASIC]、硬件存储器装置、其它类型的集成电路、其它类型的计算机硬件、或者这些硬件中的任何或所有的组合)的组合。模块402、404、406、408和410中的每个有时称为处理电路(例如，计算机硬件、计算机软件或两者的组合)。模块402、404、406、408和410中的任何或所有的组合也是处理电路的示例。
在使用中，规划模块404接收表示目的地412的数据，并且确定表示AV 100为了到达(例如，抵达)目的地412而可以行驶的轨迹414(有时称为路线)的数据。为了使规划模块404确定表示轨迹414的数据，规划模块404从感知模块402、定位模块408和数据库模块410接收数据。
感知模块402使用例如也如图1所示的一个或多个传感器121来识别附近的物理对象。将对象分类(例如，分组成诸如行人、自行车、汽车、交通标志等的类型)，并且将包括经分类的对象416的场景描述提供至规划模块404。
规划模块404还从定位模块408接收表示AV位置418的数据。定位模块408通过使用来自传感器121的数据和来自数据库模块410的数据(例如，地理数据)以计算位置来确定AV位置。例如，定位模块408使用来自GNSS(全球导航卫星***)传感器的数据和地理数据来计算AV的经度和纬度。在实施例中，定位模块408所使用的数据包括具有行车道几何属性的高精度地图、描述道路网络连接属性的地图、描述行车道物理属性(诸如交通速率、交通量、运载工具和自行车车道的数量、车道宽度、车道交通方向、或车道标记类型和地点，或者它们的组合)的地图、以及描述道路特征(诸如十字路口、交通标志或各种类型的其它行驶信号)的空间地点的地图。在实施例中，通过将经由自动或手动注释的数据添加到低精度地图来构造高精度地图。
控制模块406接收表示轨迹414的数据和表示AV位置418的数据，并且以将使得AV100行驶轨迹414到达目的地412的方式来操作AV的控制功能420a～420c(例如，转向、油门、制动、点火)。例如，如果轨迹414包括左转，则控制模块406将以如下方式操作控制功能420a～420c：转向功能的转向角度将使得AV 100左转，并且油门和制动将使得AV 100在进行转弯之前暂停并等待经过的行人或运载工具。
与移动信标通信
图5例示许多自主运载工具(AV)正在环境中导航的示例场景500。每个AV需要多个高度准确的定位信号(例如，GNSS卫星、Wi-Fi、蜂窝塔信号)用于操作。在缺少运载工具用于接收广播定位信息的LOS的区域中，这些信号可能严重劣化。图5描绘了在GNSS拒绝区域502(例如，隧道)中的第一示例AV 501，在该GNSS拒绝区域502中用于定位的外部信号(例如，GNSS、Wi-Fi、蜂窝信号)已经丢失或劣化。图5还描绘了在定位信号保持可用的区域中的三个附近的AV 503a、503b和503c。自主运载工具501、503a、503b或503c是图1中所示的AV 100的示例。
AV 501、503a、503b或503c在计算机***300的存储器306中存储定位数据，定位模块408利用该定位数据确定AV 501、503a、503b或503c的位置、速度和航向(即方向)，AV501、503a、503b或503c从传感器121和通信装置140接收补充定位数据，以根据接收的定位数据连续计算其各自的位置、速度和航向。定位估计包括估计位置418和用于估计位置或位置误差的相关联的不确定性值。当AV 501、503a、503b或503c沿着轨迹414行驶时，传感器121向定位模块418提供新的定位数据，并且定位模块418使用新的定位数据以使用例如扩展的卡尔曼滤波器(EKF)来更新估计位置418及其相关联的不确定性值。
在图5中，AV 501被示出位于传感器121不再接收外部信号或正在接收劣化的外部信号的GNSS拒绝区域502内。传感器121和通信装置140不再接收准确的定位数据，或者完全丢失外部信号或接收到具有增加的位置误差的劣化的外部信号。随着AV 501沿着轨迹414继续穿过区域502，位置误差增加。
在存在劣化的外部信号和/或不存在任何外部信号的情况下，定位模块408使用存储在AV 501的主存储器306或存储装置310中的运动方程(例如运动学方程)来估计位置418。运动方程是用于至少基于估计速度和时间变化使估计位置414在时间上向前传播的运动学方程。定位模块408还传播与估计位置和速度相关联的误差，例如，位置误差和速度误差。然而，在没有低误差的外部信号的情况下，位置误差增加，直到不能再在估计位置误差阈值内确定估计位置418。
在GNSS拒绝区域502中的AV 501的定位模块408确定为估计位置误差大于估计位置误差阈值，并向传感器121发送命令以开始搜索在AV 501范围内广播其定位数据的“信标”。在实施例中，GNSS拒绝区域是“死区”或者一个或多个通信网络信号(例如，GNSS、Wi-Fi、蜂窝网络或其它定位AV 501所需的通信网络)的可用性减少或没有可用性的区域。在实施例中，搜索可以包括固定和移动信标两者。“移动信标”是能够广播其位置的任何广播装置，包括但不限于其它运载工具，例如飞机、船只等。通信接口318使用至少一个通信装置140扫描包含定位数据的广播信号。例如，一些移动信标可以包括能够确定距离的调频连续波RADAR。RADAR可以周期性地暂停扫频并且采用相移键控对定位估计数据进行编码并传输到AV 501，充当用于AV 501的信标。在接收端，AV 501可以包括可被用来拾取信标信号的在与RADAR相同的频带上收听的全向接收器，使得可以使用该信号来增强AV 501的定位估计。其它组件也可用于从固定或移动信标接收广播信号，包括但不限于射频(RF)无线收发器(例如，WiFi、蓝牙)。
在实施例中，规划模块404确定轨迹414进入GNSS拒绝的区域502。在AV 501进入区域502之前，规划模块404命令通信接口318扫描包含定位数据的信号以更新定位估计。例如，在第一地点处规划模块404可以使用地图和其它手段来确定AV的路线将进入第二地点，其中在该第二地点处，诸如GNSS、Wi-Fi和蜂窝网络信号等的外部信号不可用，或者如例如针对RF通带信号的低的解调后信噪比(SNR)或载波噪声比(CNR)所指示的那样、该外部信号对于导航解决方案中的使用而言过于劣化。
在实施例中，地图包括三维建筑模型，该三维建筑模型可以用于确定从特定外部源信号(例如，GNSS信号)到第二地点处的运载工具的视线。通过在第一地点处针对第二地点确定外部信号的丢失或劣化，规划模块404可以抢先确定第二地点处的固定或移动信标的候选列表，当外部信号丢失或劣化时该候选列表潜在被用来估计AV在第二地点处的位置。在实施例中，规划模块404可以以第二地点查询基于网络的队列管理平台，以搜索并提供可用的固定或移动信标的列表。使用队列管理计算机的优点是队列中的所有运载工具已经被跟踪并且其地点可以从例如队列运载工具上的GNSS接收器知道。而且，队列管理计算机知道队列中的特定运载工具是否被停放(例如，固定信标)或是否具有用于协助GNSS操作的伪卫星能力。而且，由于附加的计算能力，队列管理计算机可以使用更复杂的搜索算法。
附近的AV 503a-c被配置为作为移动信标操作，并且周期性地将其定位数据编码为其各自的广播信号，该广播信号使用无线通信或通过其它装置(诸如，如先前所描述的RADAR等)传输。定位模块408将定位数据提供给通信接口318，通信接口318将数据编码为信号。使用传感器121或通信装置140在广播频率上广播信号。
由移动信标广播的定位数据可以包括使用GNSS卫星或任何其它定位技术(如Wi-Fi、蜂窝塔)确定的信标位置坐标(例如，纬度、经度、高度)和/或范围或距离信息(例如，使用RADAR)。在实施例中，AV 501、503a、503b和503c的传感器121包括能够确定距离的连续波调频(CWFM)雷达装置。CWFM雷达装置通过传输通过调制信号使频率在固定时间段内变化的连续无线电能量波(例如，正弦波、锯齿波、三角波或方波)来操作。CWFM雷达接收来自任何反射对象的后向散射无线电能量，并利用后向散射能量生成多普勒信号。多普勒信号是接收信号和传输信号之间的随着距离而增加的频率差，例如，传输信号和接收信号之间的延迟。来自反射对象的后向散射能量与传输信号卷积以产生在解调后将给出目标的距离的差拍信号。在实施例中，信标AV 503a-c通过调制从CWFM雷达发射的信号来广播包含定位数据的信号。
在实施例中，正在广播的AV 503a-c可以作为“伪卫星”操作，其中通信接口318的无线收发器被重新调整用途以在(例如，1176MHz到1610MHz之间的)频率范围上使用GNSS发射器的数据格式(例如，NMEA或RINEX)广播。以这种方式，附近AV的GNSS接收器接收由伪卫星AV 503a-c传输的信号作为GNSS信号。
当AV 503a、503b和503c正在通过一个或多个传感器121或通信装置140广播其定位数据时，其作为“移动信标”来操作以协助AV 501的定位。移动中(例如，非零速度)的移动信标被称为“移动的信标”(moving beacon)，以及静止(例如，零速度)的移动信标(mobilebeacon)称为“固定信标”。如以上所描述的，移动信标运载工具AV 503a、503b或503c的通信接口318将存储在定位模块408中的定位数据编码为广播信号。例如，通信接口318编码的定位数据包括时间戳、唯一的运载工具识别值、估计的位置和/或速度以及相关联的不确定性。
在实施例中，通信接口318使用一个或多个处理器304以通过例如相移键控将定位数据编码为广播信号。相移键控是通过调制恒定频率参考信号的相位来传送数据的数字调制过程。替代的调制过程包括频率键控、幅度键控或脉冲编码调制。通信接口318传输包含经编码的定位数据的广播信号。在实施例中，正在广播的AV使用CWFM雷达以使用雷达的收发器在相同的广播频率上传输广播信号。
图6例示定位***600，AV 501利用该定位***600接收并过滤来自附近的移动和固定广播信标AV两者的定位数据集合，并在定位模块408内更新其定位估计。信标数据可以包括但不限于：信标识别符、估计的位置和速度坐标、与位置和速度坐标相关联的估计的不确定性值、自上次位置定位后经过的时间(即，信标数据的年龄)、信标的操作状态和通信范围、伪卫星能力、操作频带、密码数据和任何其它可以协助AV 501定位的信息。当AV 501使用传感器121或通信装置140(诸如，全向接收器等)扫描广播频率时，通信接口318接收和解码或解调包含来自一个或多个信标AV 503a-c的定位数据的信号。通信接口318组合一个或多个信标AV 503a-c的定位数据，并确定可用于协助AV 501的定位的对应于附近的信标集合AV 503a-c的定位数据集合。通信接口318将该集合发送到定位模块408到信标排名模块601用于过滤和排名。
利用接收到的定位数据进行定位
在实施例中，信标排名模块601是AV***120的一部分，该信标排名模块601过滤在信标扫描定位数据中获取的信标，并且关于一个或多个质量因子(例如，位置定位的准确度、精度、年龄)对信标进行排名。信标排名模块601基于其相对质量因子来选择可用的定位数据子集用于AV 501的定位，如参考图7更全面描述的那样。
图7例示定位***600的信标排名模块601的进一步细节。信标排名模块601接收信标数据，并选择定位数据的子集以使用定位模块408估计运载工具的位置。在实施例中，基于至少一个准则来选择定位数据子集，该至少一个标准包括但不限于：位置误差、精度衰减因子(DOP)、位置定位的年龄(例如，基于信标数据中的时间戳)以及指示信标是固定还是移动的数据(例如，标志)。固定/移动信标指示器可以针对运载工具信标而变化，取决于运载工具是正在移动还是被停放。
在实施例中，通过不确定性滤波器701处理提供给信标排名模块601的信标数据，在该不确定性滤波器701中评估所提供的定位数据集合的位置误差。在实施例中，不确定性滤波器701将所提供的估计位置误差与存储在存储器中的位置误差阈值进行比较，该位置误差阈值表示用于协助AV 501定位的移动信标子集中允许的移动信标最大位置误差。不确定性滤波器701从可用移动信标集合中排除包括大于位置误差阈值的位置误差的定位数据。以此方式，协助AV 501的可用移动信标的减小集合仅包括来自定义的准确度限制内的移动信标的定位数据。
在实施例中，不确定性滤波器701针对附加准则来排除可用信标。例如，不确定性滤波器701基于其位置定位的时间戳来排除可用信标。不确定性滤波器701将来自附近移动信标的广播信号的定位数据中所包括的时间戳与存储器306中维持的本地时间戳进行比较，并计算本地时间戳和移动信标定位数据时间戳之间的时间差。如果时间差大于时间差阈值，则不确定性滤波器701从可用移动信标集合中排除该定位数据。例如，排除大于5分钟阈值的时间差(例如，大于5分钟、大于10分钟、大于15分钟)。以此方式，将非当前的定位数据(例如，陈旧的位置定位)从进一步比较中排除。
如果不确定性滤波器701排除了子集的所有移动信标，则AV 501沿着轨迹414继续，其中使用运动方程更新定位估计，直到可以接收到外部信号或定位数据的附加集合为止。
在实施例中，在对所有可用移动信标集合进行过滤、并且去除提供不胜任的位置误差或包括高于时间差阈值的时间戳的信标之后，不确定性滤波器701将信标的剩余列表提供给信标排名模块601中两个附加的算法：DOP计算器702和固定/移动信标识别器703。图7将DOP计算器702和固定/移动信标识别器703描绘为并行操作，但这不是必需的。在实施例中，DOP计算器702与固定/移动信标识别器703串行执行。
因为移动信标正在移动，所以在基于其速率的移动信标的估计位置中可能存在显著的位置误差，几何精度衰减因子(GDOP)，下文中称为“DOP”。例如，如果AV离移动信标太近或太远，则GDOP变得更大。一般而言，移动信标相对于AV彼此在几何上越分散，使用移动信标的AV的位置定位越准确。图7的DOP计算器702是如下算法，该算法从移动信标的子集接收定位数据并针对该子集中的定位数据的许多不同组合计算DOP值。DOP值用于卫星导航和地理工程中，以使用卫星提供的定位数据来指定导航卫星群的方向和位置误差如何影响后续的位置估计。DOP值附加地应用于基于地面信标(诸如，本文所描述的移动信标等)集合的位置几何和相关联误差的位置计算。
AV 501的通信接口318的GNSS装置使用“多边定位”算法根据一个或多个导航卫星集合计算估计位置。多边定位是确定多于一个球体相交的点的过程。例如，确定三个球体相交的点称为“三边定位”。
在使用GNSS卫星进行多边定位的情况下，每个卫星定义一个以卫星位置为中心的球体，该球体具有从卫星到AV 501的GNSS接收器的计算距离的半径。计算距离包括误差项，并且具有距离不确定性的多于一个球体的相交形成区域，该区域的边界由到每个可用导航卫星的计算距离误差来确定。AV 501的GNSS接收器的实际位置可以位于该区域的任何位置，迫使装置从多种可能性中进行选择。当该区域变得更大时，称为精度被“消弱”(diluted)，例如与计算距离相关联的更大误差，或DOP。
计算并以三个值报告DOP值：水平DOP、垂直DOP和平均DOP。水平DOP(HDOP)测量与纬度和经度有关的DOP。垂直DOP(VDOP)测量与海拔高度有关的精度。平均DOP也称为位置DOP(PDOP)，给出用于纬度、经度和海拔高度的整体精度等级。每个DOP值报告为在1到50之间的数，其中50表示非常差的精度以及1表示理想的准确度。
信标排名模块601的DOP计算器702接收移动信标子集，并针对该子集中的两个或更多个信标的每个组合计算平均DOP值。例如，如果子集包含与协助定位的四个移动信标有关的四个或更多个位置，则DOP计算器702针对两个、三个或四个信标的每个组合计算DOP值。
DOP计算器702生成DOP值列表(例如，表格)，该DOP值列表包括协助AV501的定位的所接收的可用移动信标集合内的移动信标的每个组合、以及与每个组合相关联的DOP值。在实施例中，DOP计算器702将信标的每个组合的DOP值与存储在存储器中的DOP阈值进行比较，并从提供给排名引擎704的DOP值列表中排除与大于DOP值阈值的DOP值相关联的组合。
固定/移动信标识别器703从不确定性滤波器701接收可用信标子集。固定/移动信标识别器703然后确定哪些信标是静止信标(例如，基础设施、停放的运载工具)以及哪些信标是移动信标(例如，运载工具)。在实施例中，信标识别器703通过在指定的时间段内将接收的定位数据中所包括的速度值与静止速度阈值进行比较来确定哪些信标是静止的。如果速度值低于静止速度阈值，则信标识别器703确定速度值与静止信标相关联。如果速度值高于静止速度阈值，则信标识别器703确定速度值与运动中的移动信标相关联。
在实施例中，从信标接收的定位数据包括用于相关联信标的固定/移动值。例如，保持在恒定位置的基础设施信标可以包括指示该信标是静止的固定/移动值以及所传输的定位数据。
由于非零速度，运动中的信标在相关联的定位数据中包括更高的位置误差。在实施例中，信标识别器703比较从可用信标接收的定位数据的位置误差值，以确定固定/移动值。信标识别器703然后将固定/移动值与将关联信标分类为静止或移动的信标定位数据相关联，并将包括所有信标定位数据和相关联的固定/移动值的识别列表提供给排名引擎704。
排名引擎704从DOP计算器702接收DOP值列表，并从固定/移动信标识别器703接收识别列表。排名引擎704然后确定信标组合的排名DOP值列表，对所包括的组合从最低DOP值(例如，最接近1)到最高进行排名。在实施例中，排名引擎704使用仅被识别为移动的信标、使用被识别为移动和固定的移动信标和固定信标两者的混合组合、以及使用仅被识别为固定的信标来确定排名的DOP值列表。再次参考图6，排名引擎704然后将确定的移动信标子集提供给定位模块408以用于估计AV的位置和速度或者更新其估计值。
图8例示定位模块408的定位管理器801以及定位模块408如何通过与数据接口802的电子通信与AV 501的GNSS接收器803、通信接口318和传感器121接合。数据接口802从包括AV 501的GNSS接收器803、通信接口318和传感器121的许多服务来接收数据。
GNSS接收器803是从广播GNSS卫星接收GNSS数据的硬件组件。例如，GNSS接收器803从附近的伪卫星、卫星运载工具、基础设施卫星或地球静止轨道上的卫星接收GNSS数据。通信接口318提供到许多外部信号的双向链路，从而提供数据通信。例如，通信接口318与本地网络进行电子通信，接口318通过该本地网络从队列服务或其它信标接收数据。通信接口318还将来自许多通信网络的数据提供给定位模块，该数据诸如Wi-Fi扫描数据、蜂窝数据或运载工具对所有事物(V2X)数据等。定位模块408还从车载传感器121接收传感器数据，该传感器数据包括来自车载照相机、LiDAR、雷达或惯性测量单元(IMU)***的一个或多个数据流。
数据接口802还从相关联的***向AV 501中的请求模块提供定位估计。例如，规划模块404从定位模块408请求定位估计。该请求被传送到数据接口802并且被发送到定位管理器801。
定位模块408包括一个或多个***以处理接收的数据。***是存储在定位模块408的存储器中并使用一个或多个处理器执行的软件，该***使用接收到的数据来计算定位估计。图8的定位模块408包括用于处理无线/蜂窝数据的无线/蜂窝***804、用于处理光学传感器数据的LiDAR/照相机***805、用于在不存在外部信号的情况下计算定位估计的航位推算***806、以及用于处理信标数据的信标***807。
无线/蜂窝***804是使用附近的无线接入点(例如，Wi-Fi或蜂窝网络)来确定用于AV 501的定位估计的定位估计***。在实施例中，AV 501从数据接口802接收Wi-Fi或蜂窝数据，并测量接收到的信号的强度(例如，接收信号强度指示或RSSI)。无线/蜂窝***804使用RSSI来计算无线信号“指纹”。
指纹技术是无线/蜂窝***804从附近的无线接入点接收多个RSSI值并将其组合成RSSI向量的方法。然后，无线/蜂窝***804从定位模块408接收AV 501的估计位置，并将其与RSSI向量组合以形成第一指纹。在AV 501沿轨迹414行驶并到达第二未知地点的时间之后，无线/蜂窝***804确定第二地点处的第二RSSI向量，并将第二向量与第一向量进行比较以计算第二地点处的估计位置。
指纹技术方法的准确度取决于附近接入点的数量及其相关联的位置以及与AV501的距离。接收到的无线接入点信号中的波动和干扰增加定位估计中的不确定性。
在附加的实施例中，无线/蜂窝***804基于一个或多个参数来计算定位估计，该一个或多个参数包括接收到的无线信号的信号强度、到达角或飞行时间参数。在另一示例中，Wong等人的“Position Estimation With Moving Beacons in Wireless SensorNetworks(在无线传感器网络中利用移动的信标的位置估计)”(通过引用将其全部内容并入本文件)(DOI：10.1109/WCNC.2007.433)的公开文本中所描述的过程和特征可以用在使用移动信标对运载工具地点估计的计算中。
LiDAR/照相机***805从数据接口802接收包括照相机图像数据和LiDAR数据的光信号数据。LiDAR/照相机***805然后使用视觉里程计来计算定位估计，该视觉里程计是通过分析顺次的照相机和/或LiDAR图像来计算AV 501的估计位置和方向的方法。视觉里程计使用从数据接口802接收的来自一个或多个照相机或LiDAR传感器的顺序图像，从图像序列中提取“特征点”。LiDAR/照相机***805通过图像序列跟踪特征点的位置变化，以利用周围环境来确定定位估计。
在实施例中，LiDAR/照相机***805使用与照相机图像结合的惯性测量单元(IMU)数据以使用视觉惯性里程计(VIO)来计算定位估计。
定位模块408还包括在不存在外部信号的情况下计算定位估计的航位推算***806。航位推算***806通过使用先前确定的估计位置和速率并随时间经过对该地点进行投影来使用和计算AV 501的定位估计。当通信接口318或GNSS接收器803没有向AV 501的定位模块408提供定位数据时，航位推算***806所使用的运动方程式经受至少基于初始位置误差的累积误差。
定位管理器801在存储器中维持由***804、805、806、807提供的可用定位估计的列表。在实施例中，定位管理器801比较每个定位估计的位置误差，并至少基于位置误差对估计进行排名。
定位管理器801向诸如规划模块404等的请求模块提供存储在存储器中的一个或多个定位估计。请求模块基于所存储的定位估计的至少一个参数来请求定位估计。例如，规划模块404请求包括最低位置不确定性的定位估计以计算轨迹414。定位管理器801比较来自***804、805、806、807的定位估计的位置不确定性，并向规划模块404提供包括最低位置不确定性的定位估计，诸如信标***807估计等。
队列服务
图9例示将定位估计提供给至少一个队列运载工具(例如907a、907n)的队列管理***900。队列管理***900的数据管理组件包括队列服务器901和队列数据库902。在实施例中，队列服务器901在与下面关于图2描述的云计算环境200类似的云计算环境上实现。在这样的实施例中，队列服务器901在与计算机***206a、206b、206c、206d、206e和206f类似的计算机***上实现，以及队列数据库902在与云数据中心204a、204b和204c类似的数据中心上实现。
***900的组件通过诸如通信网络(例如，广域网903)等的数字数据通信的任何形式或介质来连接。通信网络的另外的示例包括局域网(“LAN”)、对等网络(具有自组织或静态成员)、网格计算基础设施和因特网。在实施例中，队列服务器901和队列数据库902通过局域网连接，并通过广域网903与***组件通信。
图9描绘了通过广域网903与诸如网络链路和网络适配器等的各种网络组件进行通信的队列服务器901。图9的示例性网络组件包括网关904、路由器905以及用于与参与队列的运载工具进行无线通信的蜂窝塔906。
队列包括至少一个队列运载工具907，并且图9描绘了示例性队列运载工具907a-n。队列运载工具907a-n是包括类似架构400的诸如图1中所示的AV 100或图5中所示的AV501、503a-c等的自主运载工具的示例。队列运载工具907a-n与队列服务器901通信，并传输队列管理***900存储在网络队列数据库902上的诸如定位估计等的状态信息。
在实施例中，队列运载工具907a确定为随着队列运载工具907a沿轨迹414继续，外部信号将丢失。队列运载工具907a向队列管理***900发送请求以协助确定附近的移动信标集合来协助对队列运载工具907a的定位。该请求包括队列运载工具907a的定位估计。队列服务器901从队列运载工具907a接收用于定位协助的请求，并将包括在定位估计中的估计位置与存储在队列数据库902上的用于队列运载工具907b-n的定位估计的数据库进行比较。队列服务器901基于至少一个准则来选择至少一个队列运载工具907b-n以协助队列运载工具907a的定位。
在实施例中，准则包括到队列运载工具907a的范围。例如，队列服务器901选择估计位置距请求队列运载工具907a小于0.5英里(例如，小于0.4、小于0.3、小于0.2或小于0.1)的至少一个队列运载工具907b-n。例如，队列服务器901向请求队列运载工具907a提供用于协助定位的范围内的所有队列运载工具907b-n的列表。在另一示例中，队列服务器901提供范围内的固定数量的队列运载工具907b-n(例如，两个、三个、四个、五个或更多个队列运载工具)的列表。在又一实施例中，准则包括队列运载工具907b-n的估计速度。例如，队列服务器901选择估计速度为零(例如，停放的或静止的)的至少一个队列运载工具907b-n。
队列服务器901向至少一个所选择的队列运载工具(例如，队列运载工具907n)传输命令，以广播存储在定位模块408中的定位估计。队列运载工具907n接收命令并且响应于该命令来广播包括定位估计的信号。请求队列运载工具907a接收信号，并使用所包括的定位估计来计算新的估计位置和相关联的不确定性。
在实施例中，队列服务器901向所选择的队列运载工具发送命令以广播定位数据作为伪卫星。
在实施例中，队列运载工具907a-n以“队列带领”模式操作，在该模式中，队列服务器901将一个队列运载工具(例如，队列运载工具907a)指定为信标运载工具，并且将剩余的队列运载工具907b-n指定为“客户端运载工具”。信标运载工具907a连续或间歇地广播包括定位估计的信号，并且客户端运载工具907b-n接收并使用信标运载工具907a的定位估计来计算估计位置。以这种方式，信标运载工具907a协助客户端运载工具907b-n的定位，减少了从队列服务器901请求定位协助的运载工具的数量。
图10是根据一个或多个实施例的用于使用信标来定位自主运载工具的过程1000的流程图。可以使用例如参考图3描述的计算机***300来实现过程1000。
过程1000包括确定为运载工具已经丢失外部信号或正在接收劣化的外部信号，该外部信号用于估计运载工具位置(1001)；确定代替外部信号的可用于协助估计运载工具的位置的移动信标集合(1002)；使用运载工具的通信装置从移动信标的集合接收广播信号，该广播信号包括针对移动信标集合中的每个信标的定位数据(1003)；选择移动信标的子集的定位数据，用于协助运载工具的位置估计(1004)；以及使用所选择的定位数据来估计运载工具的位置(1005)。在实施例中，外部信号是GNSS信号、Wi-Fi信号或蜂窝塔信号。在实施例中，信标集合包括仅移动信标、或者固定和移动信标的混合。在实施例中，广播信号由其它运载工具使用RADAR或被配置用于短程通信的另一传感器发送。在实施例中，可以使用用于固定的或停放的信标的三边测量法和Wong等人(DOI：10.1109/WCNC.2007.433)所描述的使用移动信标来估计运载工具的位置的技术来估计运载工具的位置。
图11是根据一个或多个实施例的用于使用信标来定位自主运载工具的另一过程的流程图。可以使用例如参考图3描述的计算机***300来实现过程1100。
过程1100包括在第一地点处确定为在第一地点处操作的运载工具可能在第二地点处丢失外部信号或接收劣化的外部信号，其中该外部信号用于估计运载工具的位置(1101)；在第二地点处确定移动信标集合，该移动信标集合可用于协助估计运载工具在第二地点处的位置(1102)；以及在第二地点处从移动信标集合接收广播信号，该广播信号包括针对移动信标集合中的每个信标的定位数据(1103)；选择定位数据子集用于协助估计运载工具在第二地点处的位置(1104)；以及使用定位数据来估计运载工具在第二地点处的位置(1105)。
在先前描述中，已经参考许多具体细节描述了本发明的实施例，这些具体细节可因实现而不同。因此，说明书和附图应被视为例示性的，而非限制性意义的。本发明范围的唯一且排他的指示、以及申请人期望是本发明范围的内容是以授权公告权利要求书的具体形式根据本申请公告的权利要求书的字面和等同范围，包括任何后续修正。本文中明确阐述的用于被包括在此类权利要求中的术语的任何定义应当以此类术语如在权利要求书中所使用的意义为准。另外，当在先前的说明书或所附权利要求书使用术语“还包括”时，该短语的下文可以是附加的步骤或实体、或先前所述的步骤或实体的子步骤/子实体。

Claims (21)

1.一种运载工具的定位方法，包括：
使用运载工具的至少一个处理器，确定为所述运载工具已经丢失用于估计所述运载工具的位置的外部信号；
使用所述至少一个处理器，确定能够用于协助估计所述运载工具的位置的移动信标集合；
使用所述运载工具的通信装置，接收来自所述移动信标集合的广播信号，所述广播信号包括用于所述移动信标集合的定位数据；
使用所述至少一个处理器，从所述移动信标集合中选择定位数据子集，用于协助所述运载工具的位置估计；以及
使用所述至少一个处理器，使用所述定位数据子集来估计所述运载工具的位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述定位数据子集包括所述移动信标集合的估计地点和与所述估计地点相关联的不确定性值，并且移动信标子集至少部分地基于所述不确定性值来选择。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，从所述移动信标集合中选择所述定位数据子集还包括：
针对所述移动信标集合中的移动信标组合来计算精度衰减因子值、即DOP值；以及
使用所述至少一个处理器，至少部分地基于DOP值从所述移动信标集合中选择所述定位数据子集。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述外部信号包括卫星信号、无线网络信号和蜂窝网络信号中的至少一个。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述移动信标包括被配置为传输所述广播信号的其它运载工具。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述移动信标集合还包括：
向网络计算机发送所述运载工具的当前位置；以及
从所述网络计算机接收所述移动信标集合。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述定位数据包括时间戳，以及选择移动信标子集还包括：
从移动信标子集中排除具有超过阈值的时间戳的任何移动信标。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，信标集合中的移动信标被配置为作为伪卫星进行操作，并且所述广播信号包括针对移动信标子集的定位数据。
9.根据权利要求1所述的方法，还包括：
使用所述至少一个处理器，确定能够用于协助估计所述运载工具的位置的静止信标集合；
使用所述至少一个处理器，选择移动信标和静止信标的混合子集；
使用所述运载工具的通信装置接收来自信标的混合子集的广播信号，所述广播信号包括针对信标的混合子集的定位数据；以及
使用所述至少一个处理器，使用用于信标的混合子集的定位数据来估计所述运载工具的位置。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，确定为所述运载工具已经丢失外部信号包括确定为所述外部信号劣化。
11.一种运载工具的定位方法，包括：
在第一地点处：
使用运载工具的至少一个处理器，确定为在所述第一地点处操作的所述运载工具存在丢失外部信号的可能性，其中所述外部信号用于估计所述运载工具在所述第一地点处的位置；
使用所述至少一个处理器，确定能够用于协助估计所述运载工具在第二地点处的位置的第二地点处的移动信标集合；
在所述第二地点处：
使用所述运载工具的通信装置接收来自所述移动信标集合的广播信号，所述广播信号包括移动信标的定位数据；
使用所述至少一个处理器，从所述移动信标集合中选择定位数据子集；以及
使用所述至少一个处理器，使用所述定位数据子集来估计所述运载工具在所述第二地点处的位置。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述定位数据包括所述移动信标集合的估计地点和与所述估计地点相关联的不确定性值，并且移动信标子集至少部分地基于所述不确定性值来选择。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，从所述移动信标集合中选择所述定位数据子集还包括：
针对所述移动信标集合中的移动信标组合来计算精度衰减因子值、即DOP值；以及
使用所述至少一个处理器，至少部分地基于所述DOP值从所述移动信标集合中选择移动信标子集。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，确定为在所述第一地点处操作的所述运载工具可能在所述第二地点处丢失外部信号还包括：
使用所述至少一个处理器，基于地图和所述运载工具的路线来确定为所述运载工具将在将来的时间到达所述第二地点；以及
使用所述至少一个处理器并基于所述地图和所述运载工具的路线，确定为在所述第二地点处从所述外部信号的发射器到所述运载工具的视线可能至少部分地被遮挡。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述地图包括三维建筑模型。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述外部信号包括卫星信号、无线网络信号和蜂窝网络信号中的至少一个。
17.根据权利要求11所述的方法，其中，所述移动信标集合包括被配置为传输所述广播信号的其它运载工具。
18.根据权利要求11所述的方法，其中，确定在所述第二地点处的所述移动信标集合还包括：
向网络计算机发送所述第二地点；以及
从所述网络计算机接收所述移动信标集合。
19.根据权利要求11所述的方法，其中，所述定位数据包括时间戳，以及选择移动信标子集还包括：
从移动信标子集中排除具有超过阈值的时间戳的任何移动信标。
20.根据权利要求11所述的方法，其中，所述移动信标集合被配置为作为伪卫星进行操作，并且所述广播信号包括针对移动信标子集的定位数据。
21.根据权利要求11所述的方法，还包括：
使用所述至少一个处理器，确定能够用于协助估计所述运载工具在所述第二地点处的位置的所述第二地点处的静止信标集合；
使用所述至少一个处理器，选择移动信标和静止信标的混合子集，用于协助估计所述运载工具的位置；
在所述第二地点处：
使用所述通信装置接收来自信标的混合子集的广播信号，所述广播信号包括用于信标的混合子集的定位数据；以及
使用所述至少一个处理器，使用用于信标的混合子集的定位数据来估计所述运载工具在所述第二地点处的位置。
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