基于移动机器人的V2X室内仿真平台制造技术

本发明专利技术公开了智能交通技术领域的基于移动机器人的V2X室内仿真平台，包括有输入端、V2X车载设备端与显示终端；输入端主要包括机器人的信息处理过程；机器人在运行过程中，会对外广播坐标系之间的TF变换和发送速度相关话题，通过监听map坐标系至base_link坐标系之间的TF变换和订阅/cmd_vel话题的方式，可以获取机器人在自身所建地图中的实时坐标、偏航角和速度等数据信息；然后对数据信息进行滤波和校准处理后，转换为GNSS数据类型，并通过网络通信发送给V2X设备，可以在实现V2X安全场景应用的前提下，降低应用程序测试的复杂性，提高程序开发的效率，以及避免了车辆路测可能存在的安全风险。的安全风险。的安全风险。

【技术实现步骤摘要】
基于移动机器人的V2X室内仿真平台


[0001]本专利技术涉及智能交通
，具体为基于移动机器人的V2X室内仿真平台。

技术介绍

[0002]近些年，随着我国经济水平的不断提高，汽车保有量也在快速上升，为此也造成了交通事故的频发。如何有效避免交通事故的发生，一直以来都是国内外交通领域中的重要研究领域。V2X技术作为车联网的核心技术，能够为用户提供安全、舒适、高效的驾驶感受。该技术基于V2V(Vehicle to Vehicle，车到车)、V2P(Vehicle to Pedestrian，车到人)、V2I(Vehicle to Infrastructure，车到基础设施)和V2N(Vehicle to Network，车到网络)等之间的互联通信，可以共享车辆之间的信息，扩大车辆的感知范围，及时做出预警。
[0003]然而基于V2X技术的应用，一般都是利用软件仿真平台搭建模拟场景进行程序测试，然后再进行实车测试。但是软件仿真平台的参数都是预先设定，具有一定局限性，无法保证程序实际运行效果，并且缺乏直观感受。同时实车验证场景搭建复杂，测试成本高，场地易受干扰，测试效率低下。此外，若进行复杂场景测试或出现极限工况时，危险系数也会随之增加。
[0004]基于此，本专利技术设计了基于移动机器人的V2X室内仿真平台以解决上述问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供基于移动机器人的V2X室内仿真平台，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：基于移动机器人的V2X室内仿真平台，包括有输入端、V2X车载设备端与显示终端；
[0007]输入端主要包括机器人的信息处理过程；机器人在运行过程中，会对外广播坐标系之间的TF变换和发送速度相关话题，通过监听map坐标系至base_link坐标系之间的TF变换和订阅/cmd_vel话题的方式，可以获取机器人在自身所建地图中的实时坐标、偏航角和速度等数据信息；然后对数据信息进行滤波和校准处理后，转换为GNSS数据类型，并通过网络通信发送给V2X设备；
[0008]V2X车载设备为该系统核心单元，通过网络通信接收本机器人系统发送的信息，并将其处理为本机器人BSM信息，同时通过LTE
‑
V接收其他机器人系统的信息，将其处理为它机器人BSM信息；V2X设备内置的数据处理单元将会根据本机器人和它机器人的BSM信息，计算机器人之间的位置关系，并根据内置的预警算法执行相应的危险预警，若危险发生时，将会发送预警信息给显示终端；
[0009]显示终端一方面通过Wifi接收本机器人和与本机器人存在风险的它机器人的BSM信息，在地图上实时显示出本机器人与它机器人的位置；另一方面，实时显示V2X设备发送的预警信息。
[0010]优选的，所述机器人的xy坐标和偏航角信息获取后，分别转换为车辆对应的GNSS
经纬度和方向角信息。
[0011]优选的，所述X
‑
Y坐标转换为GNSS经纬度
[0012]根据半正矢公式(haversine equation)用于计算两经纬度点的距离，具体公式为：
[0013]其中
[0014]式中d表示大圆上两点之间的距离，R表示地球半径，Δσ表示两点到球心直线之间的夹角，lat1,lat2表示两点的纬度，lon1,lon2表示两点的经度；已知地球上任意两点的经纬度坐标，即可求出两点间的距离；假设A点经纬度坐标为B点经纬度坐标为由于式(1)中在计算时经纬度使用的是弧度数，故需要将角度数转换为弧度数，具体公式如下：
[0015][0016][0017]则当A和B处于同一纬度时，且经度角度数相差0.00001
°
时，由公式(2)、公式(3)和公式(1)可知，A和B两点间的距离d约等于1m；同理也可以计算出其他条件下的各种角度数差值的两点间距离。
[0018]而一般机器人所在的map中，xy坐标值范围为x(
‑
a,a)和y(
‑
b,b)，a和b均为double类型。其单位长度为1，经过数据比对设定单位长度对应0.0001
°
，转换距离为10m。则取坐标数值的前4位即可满足要求，具体转换公式如下：
[0019]lon＝(base_lon*107+x*1000)/107
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0020]lat＝(base_lat*107+y*1000)/107ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0021]公式(4)和(5)中lon表示经度，lat表示纬度，x表示机器人x坐标，y表示机器人y坐标。base_lon和base_lat均表示基值，即V2X测试中所设定区域的任意一个GNSS经纬度坐标点。
[0022]优选的，所述V2X车载设备中所需要的方向角信息，是从GNSS数据中解析出的车辆行驶方向与正北方向的夹角，并且顺时针方向从0
°
至359.999
°
递增。
[0023]优选的，所述机器人的偏航角绕z轴旋转，单位是弧度；当机器人的运动方向与x正半轴重合时，则机器人此时的偏航角为0rad；与x负半轴重合时，机器人的偏航角为πrad；与y正半轴重合时，机器人的偏航角为(π/2)rad；与y负半轴重合时，机器人的偏航角为
‑
(π/2)rad，设定偏航角坐标系的Y轴映射至方向角坐标系中的N方向，X轴映射至方向角坐标系中E方向。
[0024]优选的，所述将偏航角坐标系中XY坐标按照象限分类，进行数学推导，可以得出以下公式：
[0025]在第二象限时：
[0026]其中
[0027]在第一、第三、第四象限时：
[0028]其中Yaw为其他值。
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0029]公式(6)和(7)中Heading表示方向角度数值，Yaw表示偏航角弧度值。
[0030]优选的，机器人内置数据处理单元主要是通过监听TF变换和订阅速度话题的方式，获取移动机器人的坐标、偏航角和速度等数据信息，并对其进行滤波、校准、转化等处理，然后通过TCP/IP协议发送至V2X车载设备。
[0031]优选的，该程序运行时，执行步骤如下：
[0032]S1分别订阅两台移动机器人平台的robot1/cmd_vel和robot2/cmd_vel话题，并定义监听器及存放坐标变换的变量；
[0033]S2创建socket服务通信，等待客户端连接；
[0034]S3通过监听“map”和“base_link”之间的坐标转换，可以实时获取机器人在map中的坐标和偏航角，同时通过订阅/cmd_vel话题，获取速度；
[0035]S4对获取到的数据进行滤波、校准处理；
[0036]S5经处理后，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于移动机器人的V2X室内仿真平台，其特征在于，包括有输入端、V2X车载设备端与显示终端；输入端主要包括机器人的信息处理过程；机器人在运行过程中，会对外广播坐标系之间的TF变换和发送速度相关话题，通过监听map坐标系至base_link坐标系之间的TF变换和订阅/cmd_vel话题的方式，可以获取机器人在自身所建地图中的实时坐标、偏航角和速度等数据信息；然后对数据信息进行滤波和校准处理后，转换为GNSS数据类型，并通过网络通信发送给V2X设备；V2X车载设备为该系统核心单元，通过网络通信接收本机器人系统发送的信息，并将其处理为本机器人BSM信息，同时通过LTE
‑
V接收其他机器人系统的信息，将其处理为它机器人BSM信息；V2X设备内置的数据处理单元将会根据本机器人和它机器人的BSM信息，计算机器人之间的位置关系，并根据内置的预警算法执行相应的危险预警，若危险发生时，将会发送预警信息给显示终端；显示终端一方面通过Wifi接收本机器人和与本机器人存在风险的它机器人的BSM信息，在地图上实时显示出本机器人与它机器人的位置；另一方面，实时显示V2X设备发送的预警信息。2.根据权利要求1所述的基于移动机器人的V2X室内仿真平台，其特征在于：所述机器人的xy坐标和偏航角信息获取后，分别转换为车辆对应的GNSS经纬度和方向角信息。3.根据权利要求2所述的基于移动机器人的V2X室内仿真平台，其特征在于：所述X
‑
Y坐标转换为GNSS经纬度根据半正矢公式(haversine equation)用于计算两经纬度点的距离，具体公式为：其中式中d表示大圆上两点之间的距离，R表示地球半径，Δσ表示两点到球心直线之间的夹角，lat1,lat2表示两点的纬度，lon1,lon2表示两点的经度；已知地球上任意两点的经纬度坐标，即可求出两点间的距离；假设A点经纬度坐标为B点经纬度坐标为由于式(1)中在计算时经纬度使用的是弧度数，故需要将角度数转换为弧度数，具体公式如下：下：则当A和B处于同一纬度时，且经度角度数相差0.00001
°
时，由公式(2)、公式(3)和公式(1)可知，A和B两点间的距离d约等于1m；同理也可以计算出其他条件下的各种角度数差值的两点间距离。而一般机器人所在的map中，xy坐标值范围为x(
‑
a,a)和y(
‑
b,b)，a和b均为double类型。其单位长度为1，经过数据比对设定单位长度对应0.0001
°
，转换距离为10m。则取坐标数
值的前4位即可满足要求，具体转换公式如下：lon＝(base_lon*107+x*1000)/107ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)lat＝(base_lat*107+y*1000)/107ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)公式(4)和(5)中lon表示经度，lat表示纬度，x表示机器人x坐标，y表示机器人y坐标。base_lon和base_lat均表示基值，即V2X测试中所设定区域的任意一个GNSS经纬度坐标点。4.根据权利要求1所述的基于移动机器人的V2X室内仿真平台，其特征在于：所述V2X车载设备中所需要的方向角信息，是从GNSS数据中解析出的车辆行驶方向与正北方向的夹角，并且顺时针方向从0
°
至359.999
°
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【专利技术属性】
技术研发人员：马小陆，胡佳伟，王兵，郑睿，唐得志，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：