自主运输网络及其操作方法与流程

自主运输网络及其操作方法
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求2020年3月9日提交的卢森堡专利申请号lu101673和2020年3月9日提交的英国专利申请2003395.7的优先权。卢森堡专利申请lu101673和英国专利申请2003395.7的全部公开内容通过引用合并于本文中。
技术领域
3.本发明涉及自主运输网络及其操作方法。


背景技术：

4.术语“自动化交通网络”或“自动化运输网络”(缩写为atn)是属于更大涵盖性术语“自动化导轨交通”(agt)的特定交通模式的相对新的名称。在2010年之前，名称“个人快速交通(prt)”用于指代atn概念。在欧洲，atn在过去被称为“豆荚车(podcar)”。本文阐述了atn概念并且描述了atn概念的新颖的操作方法。
5.与所有形式的agt一样，atn由在基础设施上运行的并且能够将乘客从始发地运送到目的地的自动化车辆组成。自动化车辆能够在没有(诸如在像公共汽车、有轨电车(街车)或火车的传统运输系统上已知的)任何中间站或换乘的情况下从始发地行进至目的地。atn服务通常是不定期的，像出租车，并且旅行者能够选择是单独乘坐车辆还是与同伴共享车辆。
6.atn概念不同于在公共街道上开始看到的自驾车。atn概念最经常被设想为类似于火车或公共汽车的公共交通模式，而不是作为单独使用的消费品，诸如汽车。atn的当前设计概念当前主要依赖于中央控制管理，其用于单独控制自主车辆在atn上的运行。
7.另一方面，这些自驾车经常被描述为是“自主的”，但在实践中，存在不同类别或级别的车辆自主性。车辆自主性的程度典型地分为五个级别，如由汽车工程师协会(sae)的道路自动化驾驶(orad)委员会在2018年6月15日在推荐实践sae j 3016中公布的“与用于道路机动车辆的驾驶自动化系统相关的术语的分类和定义”中阐述的。0级是指没有驾驶自动化的车辆。车辆的驾驶员完全负责操作车辆的移动。0级的车辆可包括安全系统，例如，碰撞避免警报。1级是指具有至少一个驾驶辅助特征(诸如加速或制动辅助系统)的车辆。驾驶员负责驾驶任务，但是由能够影响车辆的运动的驾驶辅助系统支持。2级描述了具有多于一个的用于主动地影响车辆的移动的辅助系统的车辆。在2级中，驾驶员仍然负责驾驶任务并且必须始终主动监测车辆的轨迹。然而，驾驶员由辅助系统主动地支持。3级描述了车辆的所谓的“条件自动化”。在某些情况下，车辆能够自主驾驶，但具有局限性。驾驶员不需要主动监测辅助系统，但是，如果辅助系统请求的话，驾驶员需要控制驾驶状况。4级描述了自主行驶的车辆，该车辆能够在正常条件下行驶特定路线而无需人工监督。因此，4级的车辆可在没有驾驶员的情况下运行，但在冲突情况下、在偏远地区行进时或在极端天气条件下行进时可能需要远程人工监督。5级自动化描述了完全自主驾驶车辆。在车辆运行的任何时候都不需要人工干预。
8.现有atn网络对中央控制管理的依赖导致的瓶颈在于，每个自主车辆都需要与中央控制管理保持几乎持续的通信。如果通信网络过载或在atn网络中某处存在需要来自中央控制管理的动作的主要事件，这可能导致问题。
9.例如中央控制管理的示例在美国专利第10,345,805(赛利，转让给podway公司)号中进行了概述，其中中央控制管理从自主车辆接收对从始发地到目的地的路线的请求。中央控制管理计算路线并向自主车辆发送行程指令集以允许自主车辆沿所计算的路线从始发地导航到期望目的地。该系统中的中央控制管理需要从自主车辆传输大量数据，并连续地从自主车辆收集数据。这需要大量硬件和数据带宽，并且如果自主车辆进入连接较差的区域，可能导致问题。在中央控制管理出现故障的情况下，自主车辆将不再能够导航或重新计算行程。
10.许多当前的atn概念依赖于作为基础设施的一部分而构建的导轨。当可设计与其他交通流或行人分开的专用基础设施时，这可具有其优点。提供导轨的成本是显著的，并且这将延迟atn网络的发展。这种导轨的一个示例是在伦敦希思罗机场的5号航站楼中可看到的基础设施。
11.由米内塔运输研究所(mineta transportation institute)在2014年9月第12-31号报告中发布的关于“自动化交通网络(atn)：行业现状回顾与未来展望(automated transit networks(atn)：a review of the state of the industry and prospects for the future)”的报告称，截至撰写本文时，世界上还没有实施过具有超过十个站的atn。目前，atn网络按照将每个始发地映射到所有目的地的原则运行。即使对于简单的五站系统，这导致具有20个条目的矩阵，因为来自五个始发地中的每个都有四个可能的目的地。十站系统将具有90个可能的路线，并且将看到，随着始发地和目的地的数量的增加，列出所有可能的路线的o/d矩阵将扩展到无法控制。因此当前系统是不可扩展的。
12.已经在atn网络中确定的另一个问题是多个车辆的处理和优先车辆的访问的优先化，如护理人员或警察。在美国专利9,536,427(tonguz等人，转让给carnegie mellon)中提供了一种解决方案。该解决方案使用车辆到车辆通信来根据需要建立优先区域。
13.us 10,152,053b1公开了一种自主车辆管理系统和一种用于控制车辆车队的方法。该系统包括具有用于计算路线的车载处理器和车辆存储器的多个自主车辆。该系统进一步包括控制管理中心和用于在控制管理中心与自主车辆之间通信的多个信标。信标还可以用于确定自主车辆在运输网络中的位置。该方法包括：接收乘客对自主车辆的乘坐的多个请求；识别与多个乘客中的每个乘客相关的人口统计信息；确定多个乘客中的每个乘客的脆弱性评分和优先级；以及使得自主车辆中的特定一个自主车辆接载乘客。脆弱性评分用于评估在分配时乘客的脆弱性并且计算接载每个乘客的优先级。例如，在犯罪率较高区域中和/或具有与人口的脆弱子集(例如，老年人)相匹配的人口统计的乘客可被视为更脆弱的并且可被分配更高的脆弱性评分。美国专利还公开了由自主车辆使用信标发送和接收交通信息。然而，没有公开控制管理中心和车载处理器中的路线的独立计算。
14.us 2009/037086 a1描述了一种用于使用控制计算机来均衡运输网络中的自主车辆的交通流的方法。控制计算机将有关网络中的路线的信息存储为表示从始发地延伸到目的地的路线的矢量化图。路线网络包含多个分支点，这些分支点为自主车辆的行驶创建路线的分开的分支。这些自主车辆中的至少一些自主车辆将唯一车辆标识符及其当前位置发
送至该交通控制计算机。由该自主车辆发送的信息包括这些自主车辆正在行进的目的地。该文件还公开了一种用于产生路线推荐并将其传输至车辆的方法。路线推荐包括向车辆发送分配比v。然后，自主车辆本身使用分配比v使用随机化选择方案计算从始发地到目的地的替代路线。该文件还教导了一种用于向车辆传输各个路线推荐的方法。该方法包括经由无线通信将靠近道路安装的通信系统简单地连接至自主车辆。不同的路线推荐被交替地发送到经过的自主车辆。美国专利申请依然没有提及对于自主车辆的控制管理中心和车载处理器的独立路线计算的问题。
15.因此需要提供一种具有适应力的自主运输网络。


技术实现要素：

16.公开了一种自主运输网络。该自主运输网络知道在该自主运输网络内行驶的所有自主车辆的移动，而这些自主车辆不必不断地将该网络中的位置传达至控制管理中心。
17.该自主运输网络包括多个自主车辆，该多个自主车辆具有用于计算始发地与目的地之间的路线的车载处理器和车辆存储器以及用于传输所计算的路线的车辆天线。用于控制运输网络的控制管理中心包括控制管理处理器和中央存储器。乘客可请求在运输网络中沿从始发地至目的地的路线行进。控制管理处理器独立地计算多个自主车辆从始发地到目的地的路线。位于例如交叉点处的多个信标连接至控制管理中心并且从控制管理中心接收重定向信息以传输至多个自主车辆中的一个或更多个。
18.这个网络使得该多个自主车辆能够沿着从始发地到目的地的路线独立地行驶。所述控制管理中心知道在所述自主运输网络中行进的所述多个自主车辆的移动，而所述自主车辆不必与所述控制管理中心不断地通信。因此，路线的这种独立计算减少了通信基础设施的通信开销。
19.该控制管理中心被适配成确定多个自主车辆的路线上的冲突情况。
20.该控制管理中心进一步用于模拟自主车辆的交通需求和路线并且用于在有必要沿着该路线重新定向的情况下确定自主车辆的经校正的路线指令。
21.还公开了一种自主运输网络的操作方法，该自主运输网络包括多个自主车辆。所述方法包括：接收从始发地到目的地的行程的指令；在多个自主车辆中的至少一个自主车辆中计算从所述始发地到所述目的地的路线；在控制管理中心中独立地计算从所述始发地到所述目的地的所述路线；将在所述多个自主车辆中的所述一个自主车辆中计算的所述路线与在所述控制管理中心中独立地计算的所述路线相比较；以及在干扰的情况下，将经校正的路线指令发送到所述多个自主车辆中的所述一个自主车辆。发送经校正的路线指令包括将经校正的路线指令发送到一个或更多个信标。经校正的路线指令可以是速度指令或转向指令中的一个或更多个。
22.一种用于在自主车辆的车载处理器中计算从始发地到目的地的路线的方法，该方法包括从控制管理中心接收行程的指令。所接收的指令包括行程的始发地和目的地并且通过例如信标进行中继。该方法进一步包括在本地计算从始发地到目的地的直接路线。使用车载处理器和存储在车辆存储器中的地理数据来进行本地计算路线。在进一步的步骤中，该方法包括由该自主车辆的天线从控制管理中心接收经校正的路线指令。在该多个自主车辆中的一个自主车辆处寻址该经校正的路线指令。在接收到经校正的路线指令之后，自主
车辆的车载处理器在本地重新计算至目的地的路线的剩余部分的新的最佳路线。使用车载处理器、存储在车辆存储器中的地理数据和所接收的经校正的路线指令来完成计算新的最佳路线。该自主车辆随后沿着经校正的新的最佳路线继续。自主车辆包括如上所述的2级或3级的辅助系统。使用车辆地理数据和车载处理器，自主车辆能够在运输网络中自主行驶。因此，自主车辆不需要驾驶员驾驶自主车辆。
23.一种用于在控制管理处理器中计算从始发地到目的地的路线的方法包括接收行程的指令。行程的指令包括行程的始发地和目的地。控制管理中心分配多个自主车辆中的一个自主车辆以完成乘客的请求。控制管理处理器使用存储在中央存储器中的地理数据独立地计算至目的地的路线。
附图说明
24.图1示出了该文的atn的概观。
25.图2示出了工作流程。
26.图3a示出了基于阻塞路线对路线的校正。
27.图3b示出了在环岛(环形交叉路口)处的管理。
28.图4示出了用于在自主车辆中计算路线的工作流程。
29.图5示出了在控制管理中心中计算路线的工作流程。
具体实施方式
30.图1示出了根据本文的一个方面的自主运输网络10的第一示例。自主运输网络具有在多个轨道15上运行的多个自主车辆20。轨道15形成自主车辆20能够在其上运行的轨道网络。应当理解，轨道15可包括导轨，诸如钢轨或混凝土引导元件，但也可包括分开的道路。可以设想，轨道15也可以结合到常规道路和街道中，只要结合了足够的安全措施。轨道15设置有多个信标17(类似于铁路应答器)，其监测自主车辆20的进度并且还可将信号发送至自主车辆20。
31.自主车辆20可停放在具有多个轨道15的停车位中或沿轨道15运动。自主车辆20通常将是电池供电的，并且例如当它们在停车位时可被充电。
32.自主运输网络10具有控制管理中心100，其监测自主车辆20的进度但不直接控制自主车辆20的进度，如下文将解释的。如果必要，自主车辆20可向控制管理中心100发送和接收信息，并且使用位于自主车辆20上的车辆天线25通过无线连接连接至控制管理中心100，车辆天线25通过控制管理中心100处的通信天线110与控制管理中心100通信。控制管理中心100设置有处理器120和中央存储器140。控制管理中心100使用固定通信线路105连接到信标17(尽管当然还可能在信标17和控制管理中心100之间的距离上或在需要时在距离的一部分上使用无线连接)。中央存储器140包括关于自主运输网络10的中央地理数据124，其包括信标17的位置。
33.自主运输网络10设置有多个停靠点(也称为站)，如铁路、有轨电车或公共汽车网络中已知的。停靠点将向希望使用自主运输网络10的乘客35清楚地标记。自主车辆20中的车辆存储器28存储网络地图形式的车辆地理数据24，该网络地图具有多个停靠点的位置以及还有沿着这些停靠点中的任意两个之间的轨道15的预先计算的路线的选择。通常，在两
个停靠点之间会有多于一个的预先计算的路径，以允许遵循替代路径，如后面将说明的。
34.自主车辆20不仅具有前述车辆天线28和车辆存储器28，而且还将包括车载处理器27，该车载处理器可以使用车辆存储器28中的信息和从信标17接收的任何信息来控制自主车辆20。
35.现在假设在停靠点中的第一停靠点处(称为始发地30)的乘客35希望行进到停靠点中的第二停靠点(称为目的地40)。图2示出了该方法的流程。在第一步骤210中，乘客35将对自主车辆20做出请求37并且将给出目的地40。该请求37例如通过电话或使用智能手机上的应用程序做出。如果提供或者确实拨打电话帮助热线以安排自主车辆20之一在始发地30处接载，则也可以使用始发地30处的控制和信息点。
36.在步骤220中，由控制管理中心100接收请求37。请求37将包括关于乘客的始发地30和乘客的计划目的地40的细节。可以通过使用在来自智能手机的请求37中发送的gps坐标或者通过在应用程序中发送停靠点的编号来确定始发地30。在步骤225中，乘客35的目的地40将通过输入对应于目的地40的停靠点的编号或目的地40的地址，或通过选择表示离显示在智能手机的屏幕上的地图上的地址最近的停靠点的点来确定。
37.控制管理中心100存储通过请求37接收的关于乘客35希望被接载的始发地30和目的地40的数据。然后控制管理中心100通常会在步骤230中分配最靠近乘客35的自主车辆20来从始发地30接载乘客35。当然，应当理解，在始发地30处可能已经存在一辆自主车辆20，并且乘客35实际上可能正位于一辆自主车辆20旁边，并且其他通信方式(诸如nfc通信)或通过扫描车辆上的条形码或qr码可用于预约自主车辆20以供乘客35使用。这些示例不是对本发明的限制。
38.然后，在步骤240中，自主车辆20将使用存储在车辆存储器28中的车辆地理数据24(网络地图加上预先计算的停靠点之间的路线)在本地处理器27中就地计算到乘客35希望去的目的地40的路线50。
39.在步骤250中，在大约相同的时间，控制管理系统10将使用控制管理处理器120独立地计算至目的地40的路线。存储在自主车辆20中的车辆地理数据24与存储在中央存储器140中的中央地理数据124相同或基本上相似，并且因此控制管理系统10将知道自主车辆20将在始发地30和目的地40之间采取的路线。换言之，存储在中央存储器140中的中央地理数据124包括与存储在自主车辆20中的中央地理数据124相比相同或类似的数据。然而，中央地理数据124可能包括更详细的数据，例如运输网络10中模拟的当前交通状况。因此，自主车辆20中的路线计算和控制管理系统10中的路线计算将基于车辆地理数据24和中央地理数据124实时地彼此分开地执行，并且最初将不考虑任何干扰，诸如但不限于交通事故、交通拥堵。
40.一旦在本地处理器27中已经计算出路线50，自主车辆20将开始其从始发地30到目的地40的行程。与现有技术系统不同，自主车辆20不需要将所计算的路线50通知给控制管理中心100。如上所述，控制管理中心100在步骤250中通过计算路线50知道自主车辆20的路线。
41.路线的这种双重计算的目的是使控制管理中心100能够确定在自主运输网络10中正实时发生的事情。将不存在单个乘客35请求单个自主车辆20，而是存在多个乘客35从多个始发地30请求多个自主车辆20并且前往多个目的地40。在步骤260中，控制管理中心100
的作用是模拟自主车辆20的交通需求和路线，且如果必要，改变路线50或调整自主车辆20的行驶速度，这将在下文列出的示例中更详细地进行描述。
42.在控制管理中心100确定自主车辆20需要偏离计算的路线40或需要从计算的路线40重新定向的情况下，则控制管理中心100发送经校正的路线指令50cor。控制管理中心100不将这些经校正的路线指令50cor直接发送到自主车辆20，而是在步骤270中将经校正的路线信息发送到一个或更多个信标17，其然后可在步骤275中重定向或减慢自主车辆20。
43.信标17和自主车辆20之间的通信在本地执行并且不需要许多电力。仅靠近自主车辆20的位置的那些信标17需要被提供将由自主车辆20中的各个自主车辆接收的经校正的路线指令50cor。与现有技术系统不同，如果检测到可能的冲突，则仅自主车辆20中的各个自主车辆需要改变路线40。控制管理中心100从步骤s250中的独立计算中知道自主运输网络10中的自主车辆20的位置。控制管理中心100因此仅需要向靠近自主车辆20的位置的那些信标17通知经校正的路线指令50cor。信息在信标17和自主车辆20之间的本地传输也降低了自主运输网络10被黑客入侵的风险，因为所传输的数据量非常小并且无线传输的距离也短。
44.这些经校正的路线指令50cor将确保自主车辆20改变路线50或更改其速度，如将在以下解释的。在重定向之后，自主车辆20将使用车辆地理数据24重新计算(如在步骤240中)至目的地40的新的最佳路线50new，并且沿着经校正的新的最佳路线50new继续行程以到达目的地40。控制管理中心100还将能够确定新的最佳路线50new，并且然后将能够模拟该路线(步骤260)以确定是否存在可能需要自主车辆20的进一步重定向的进一步问题。
45.示例1：堵塞的道路
46.对原始计算的路线50的必要校正的示例在图3a中示出，其中直接路线50dir被例如发生故障的自主车辆20’阻塞在阻塞位置55处。自主车辆20在始发地30出发并且在步骤240中计算直接路线50dir。相同的计算出的直接路线50dir在步骤250中由控制管理中心100计算。然而，控制管理中心100已经接收到所计算的直接路线50dir是不可能的信息，因为直接路线50dir被发生故障的自主车辆20’阻塞了。控制管理中心100向位于交叉点56处的信标17发送信息以沿着替代路线50alt重新定向自主车辆20(步骤270)。自主车辆20从信标17接收替代路线指令50cor以使用替代路线50alt。在被重新定向(步骤275)到替代路线50alt上之后，自主车辆20需要使用车辆地理数据24计算新路线50new。
47.控制管理中心100不需要向自主运输网络100中的所有自主车辆20广播关于在位置55处堵塞的路线的信息。只有已经计算出经过阻塞位置55的直接路线50dir的那些自主车辆20将就地从信标17接收重定向信息。这消除了从控制管理中心100发送的大量潜在数据流量。
48.自主车辆20中的车辆存储器28不需要存储关于被阻塞路线的不必要的信息。这简化了车载处理器27中的新路线50new的计算，这导致使用更少资源的更快速的计算。车辆存储器28可以保持较小。
49.控制管理中心所使用的资源量也被减少，因为控制管理处理器120仅需要将由于发生故障的自主车辆20’而存在障碍物的阻塞路线通知给在起始交叉点56处的信标17。不需要将信息广播给所有的自主车辆20。
50.示例2
51.在图3b中示出了有效管理自主车辆20的另外示例，该图示出了共享到环岛57(也称为“环形交叉路口”或“环形交通枢纽”)的公共入口的三辆自主车辆20a-c以及希望进入环岛57的另外车辆20d。在所有自主车辆20a-d中编程的从不同始发地30a-d至目的地40的计算路线50意味着所有自主车辆20a-d大约同时到达环岛57。来自自主车辆20a-d中的每个自主车辆的路线50已在步骤250中由控制管理中心100计算，并且在控制管理处理器120中进行的计算识别自主车辆20a-c中的并线自主车辆之间的以及在环岛57处与自主车辆20d的可能冲突。
52.在步骤270中，控制管理中心100能够使用位于环岛57的入口附近的信标17x和17y将信息发送到自主车辆20a-d。如图3a所示，该信息将不需要沿着另一路线50alt行驶，但是将包括降低四个自主车辆20a-d中的每一个的速度或增加该速度来调整它们的速度的指令，从而使得在并线道路上没有冲突并且在环岛57上没有冲突。这使得自主车辆20a-d能够有效利用可用道路空间，并且可以意味着不需要启动浪费能量的制动和停止过程。
53.图4示出了描述用于在自主车辆20的车载处理器27中计算从始发地30到目的地40的路线50的方法110b的工作流程。在步骤300中，自主车辆20接收用于从始发地30到目的地40的行程的指令。在步骤310中，车载处理器27在本地计算从始发地30到目的地40的直接路线50dir以用于履行指令。使用存储在车辆存储器28中的车辆地理数据24来在本地计算直接路线50dir。在步骤320中，如果控制管理中心100已经为多个自主车辆20中的一个自主车辆确定经校正的路线指令50cor，那么自主车辆20从控制管理中心100接收经校正的路线指令50cor。使用例如车辆天线25来接收经校正的路线指令50cor。经校正的路线指令50cor由控制管理中心100寻址到多个自主车辆20中的一个自主车辆处。经校正的路线指令50cor例如包括用于将路线50改变为替代路线50alt或改变自主车辆20的车辆速度的指令。经校正的路线指令50cor用于向多个自主车辆20中的至少一个自主车辆指示沿路线50的阻塞位置55。经校正的路线指令50cor还用于降低至少一个自主车辆20的速度或增加其速度，使得当在环岛57之前或在环岛57处并线道路时不存在冲突。
54.在步骤330中，自主车辆20重新计算用于行驶到目的地40的自主车辆20的路线50的剩余部分的新的最佳路线50new。自主车辆20包括如上所述的2级或3级的辅助系统。自主车辆20使用车辆地理数据24和车载处理器27，能够在运输网络中自主行驶。因此，自主车辆20不需要驾驶员驾驶自主车辆20。重新计算新的最佳路线50new是由车载处理器27使用存储在车辆存储器28中的车辆地理数据24和所接收的经校正的路线指令50cor来完成的。在步骤340中，自主车辆20继续沿着经校正的新的最佳路线50new到目的地40的行程。
55.图5示出了描述用于在控制管理处理器120中独立计算从始发地30到目的地40的路线50的方法110c的工作流程。在步骤500中，控制管理中心100接收乘客35从始发地30到目的地40的行程的请求。在步骤510中，控制管理中心100分配多个自主车辆20中的一个自主车辆用于满足乘客35的请求。将乘客的请求分配给多个自主车辆20中的一个自主车辆是基于例如自主车辆20与乘客35的接近度。
56.在步骤520中，控制管理中心100的控制管理处理器120独立地计算多个自主车辆20中的所分配的一个自主车辆从始发地30到目的地40的路线50。控制管理处理器120计算路线50是使用存储在中央存储器140中的中央地理数据124来完成的。在步骤530中，控制管理中心100使用从多个乘客35接收到的请求和控制管理处理器120来模拟运输网络10中的
自主车辆20的交通需求和路线。在步骤540中，控制管理中心100确定经校正的路线指令50cor以使得能够从路线50重新定向多个自主车辆20中被分配的一个自主车辆。确定经校正的路线指令50cor是使用模拟的交通需求来完成的。
57.在步骤550中，经校正的路线指令50cor中继到自主车辆20中的所分配的一个自主车辆，以便将自主车辆20重新定向到替代路线50alt或用于由自主车辆20重新计算新的最佳路线50new，如图4的描述中所详述的(见上文)。
58.附图标记
59.10 自主运输网络
60.15 轨道
61.17 信标
62.20 自主车辆
63.24 地理数据
64.25 车辆天线
65.27 车载处理器
66.28 车辆存储器
67.30 始发地
68.35 乘客
69.37 请求
70.40 目的地
71.50 路线
72.50cor 经校正的路线
73.50alt 替代路线
74.50dir 直接路线
75.50new 新的最佳路线
76.55 阻塞位置
77.56 交叉点
78.57 环岛
79.100 控制管理中心
80.105 固定线路
81.110 通信天线
82.120 控制管理处理器
83.124 中央地理数据
84.130 发送器
85.140 中央存储器