ITS智能交通_无人驾驶汽车

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1、 引言 v无人驾驶汽车对于人们而言已不再是只存在于科幻 电影中遥不可及的事物了 随着人类社会的快速发 展 科学技术的日新月异 已经没有什么能阻挡人 们追求卓越的脚步了 无人驾驶汽车也已经被科学 家从荧幕上搬到了现实社会中 虽然还没有普及开 来 但想必在不久的将来一场具有颠覆性意义的科 技风暴将会席卷整个汽车界 给我们带来一场翻天 覆地的变化 这也意味着人们的生活将会变得更加 高效 交通事故发生率也将锐减 能源将会极大的 节约 人与自然也会愈发和谐 接下来将会从无人 驾驶汽车的发展 原理 现状 利与弊以及现实中 的应用来展开一下 一 无人驾驶技术的发展 v从20世纪70年代开始 美国 英国 德国

2、等发达 国家开始进行无人驾驶汽车的研究 目前在可行 性和实用化方面都取得了突破性的进展 v我国从20世纪80年代开始进行无人驾驶汽车的研 究 国防科技大学在1992年成功研制出我国第一 辆真正意义上的无人驾驶汽车 2005年 首辆城 市无人驾驶汽车在上海交通大学研制成功 该车 有望于两年之内率先在上海世纪公园进行示范运 营 并在2010年世博会上一展身手 到时游客只 需在公园的入口处按下一个按钮 一辆没有司机 的四座敞篷汽车就会从远处开过来缓缓停下 然 后搭载着乘客前往他们想去的景点 v 1912年 凯迪拉克的自动启动系统意味着驾驶人不再用手 动曲柄启动汽车 v 1939年 奥兹莫比尔公司推出

3、了第一个自动变速系统 v 1951年 克莱斯勒推出第一款油压转向系统 v 1958年 克莱斯勒的巡航控制系统使得驾驶人不用再时时 注意行驶速度 v 1970年 克莱斯勒Imperial首先配备防抱死刹车系统 v 1997年 部分丰田车配备基于雷达的自适应巡航控制 可 与前车自动保持安全驾驶距离 v 2002年 丰田推出NightView 夜视 一款车内监视器 可显示前方道路的近红外图像 凸显障碍 v 2003年 梅赛德斯推出Pre Safe系统 采用感应器预测迫 在眉睫的撞击 采取各种防范措施 v 2004年 英菲尼迪 日本豪华车品牌 推出第一款 离开车 道 警示系统 在车驶离车道时提醒驾驶人

4、 汽车大事记 v2005年 沃尔沃推出第一款盲点警报系统 当有车进入驾驶人盲点时就 会发出警报 v 2006年 雷克萨斯 丰田旗下高档品牌 推出相机 声纳辅助的平行泊 车系统 v 2007年 卡内基梅隆大学的Tartan车队赢得美国国防部的自动汽车比 赛大奖 v 2008年 梅赛德斯引进AttentionAssit 在驾驶人显露疲劳征兆时发出 警告 v 2009年 沃尔沃推出行人监测系统 v 2010年 奥迪无人驾驶自动汽车TTS行驶12 42公里 抵达落基山派克 峰顶 v 2010年 7辆车组成的Google无人驾驶汽车车队开始在加州道路上试 行 v 2010年 梅赛德斯F800Style概

5、念车展示赛车助手 一款低速适应巡航 控制系统 v 2011年 中国国防科技大学创造的一辆无人驾驶汽车行驶177英里 从 长沙开至武汉 v 2020年 通用汽车公司的阿兰 陶伯估计 这一年自动驾驶系统将成为 汽车标准配置 二 无人驾驶汽车的分类 v无人驾驶汽车与无人驾驶飞机相比较 前者 为二维系统 后者属三维系统 技术难度要 骶些 但共性亦不少 按控制方式的不同 无人驾驶汽车分为有线控制 感应控制型 自主控制型和遥控型四大类 各有特色和优 缺点 v有线控制型 结构简单 造价低 但汽车行驶半径 和距离均较小 受拖缆线的限制 使用场合有诸多 局限和不便 v感应控制型 汽车通过接收埋设在路面下或道路旁

6、 的辐射信息 如微波 经识别 判断 控制并引导 汽车有序行驶 v自主控制型 借助车载雷达及计算机 控制系统主 动导引汽车 避开行人及前方车辆沿正确线路安全 行驶 v遥控型 通过无线电遥控系统对远距离运行的汽车 发送指令 以进行实时控制 遥控对象可以是单车 或多车 三 无人驾驶汽车工作原理及关键技术 关健技术关健技术 Key technology Key technology v 环境感知技术 Environment Perception v 路径规划技术 Path Plan v 导航控制技术 Navigation Control v 避障防撞技术 Obstacle Detection Avoi

7、dance v 信息通讯技术 Information Communication v 乘员安保技术 Passenger Safety v 人机交互技术 Human machine Communication v 状态监测技术 Condition Monitoring v 调度管理技术 Accommodating Management 真车展示 效果图 v1 雷达 Radar v无人驾驶汽车装载了4 个标准自动高敏感度的 雷达 其中三个在前面 另一个在后面保险杠 上 它可以用来跟踪附 近的物体 帮助驾驶者 定位与其他事物的距离 当它在汽车的盲点内 检测到物体时便会发出 警报 无人驾驶系统描绘出的

8、3D地形图 返回 v2 车道保持系统 Lane keeping v在挡风玻璃上装载的摄 像头可以通过分析路面 和边界线的差别来识别 车道标记 如果汽车不 小心离开了车道 方向 盘会轻微震动来提醒驾 驶者 返回 v3 激光测距系统 LIDAR v谷歌采用了Velodyne公司的车顶 激光测距系统 扫描器发射64束 覆盖汽车周围360 角内的区域距 离可以精确到2cm以内的激光射 线 然后激光碰到车辆周围的物 体 又反射回来 这样就计算出 了物体的距离 另一套在底部的 系统测量出车辆在三个方向上的 加速度 角速度等数据 然后再 结合GPS数据计算出车辆的位置 所有这些数据与车载摄像机捕 获的图像一

9、起输入计算机 软件 以极高的速度处理这些数据 这 样 系统就可以非常迅速的作出 判断 返回 v4 红外摄像头 Infrared Camera v无人驾驶汽车的夜视辅助功 能使用了两个前灯来发送不 可见且不可反射的红外光线 到前方的路面 而挡风玻璃 上装载的摄像头则用来检测 红外标记 并且在仪表盘的 显示器上呈现被照亮的图像 其中危险因素会被突出 返回 v5 立体视觉 Stereo Vision v在无人汽车前挡风玻璃 上装载了两个摄像头将 会实时生成前方路面的 3D图像 检测诸如行人 之类的潜在危险 并且 预测他们的行动 返回 v 6 全球定位系统GPS v一个自动驾驶员需要知 道他正在去哪儿

10、 谷歌 使用Applanix公司的定 位系统 以及他们自己 的研制开发Google Map和GPS 技术 返回 v 7 车轮角度编码器 Wheel Encoder v轮载传感器可以在 Google汽车穿梭于车流 中时测量它的速度 进 而自动调节汽车的行驶 速度 帮助汽车在地图 上找到准确的位置 返回 四 无人驾驶技术方兴未艾 v中国版 红旗HQ3轿车 v英国版 外星飞船 v法国版 高尔夫球车 v德国版 像普通轿车 v谷歌版 无人驾驶汽车 国人的骄傲 v我国从20世纪80年代开始进行无 人驾驶汽车的研究 国防科技大 学在1992年成功研制出我国第一 辆真正意义上的无人驾驶汽车 2011年7月14

11、日红旗HQ3首次完 成了从京珠高速公路长沙杨梓冲 收费站出发 历时3小时22分钟 到达武汉 全程286公里的高速 无人驾驶实验 实验中 无人车 自主超车67次 途遇复杂天气 部分路段有雾 在咸宁还遭逢降 雨 创造了我国自主研制的无人 车在复杂交通状况下自主驾驶的 新纪录 标志着我国无人车在复 杂环境识别 智能行为决策和控 制等方面实现了新的技术突破 达到世界先进水平 v无人驾驶汽车行驶在专用道路上 v该无人驾驶汽车有4个座位 形状似气泡 看起来 就像一艘外星人飞船 这种汽车依靠电池产生动 力 而且乘客可以通过触摸屏来选择他们的目的 地 它们的时速可达40千米 而且会自动沿着其 狭长的道路系统行

12、使 一旦乘客选择好了目的地 控制系统会记录下要求 并向舱车发送一条信 息 随后舱车会遵循一条电子传感路径前进 在 旅程期间 如果需要的话 乘客可以按下一个按 钮和控制人员通话 v法国INRIA公司花费十年心血研制出 赛卡博 Cycab 无人驾驶汽车 外形 看起来像未来的高尔夫球车 该车使 用类似于给巡航导弹制导的全球定位 技术 通过触摸屏设定路线 赛卡博 就能把你带到想要去的地方了 只不 过给 赛卡博 带路的全球定位系统要 比普通的全球定位系统功能强大许多 普通GPS系统的精度只能达到几米 而 赛卡博 却装备了名为 实时运动 GPS 的特殊GPS系统 其精良高达1 厘米 这款无人驾驶汽车装有充

13、当 眼 睛 的激光传感器 能够避开前进道路 上的障碍物 还装有双镜头的摄像头 来按照路标行驶 人们甚至可以通 过手机控制驾驶汽车 每一辆无人驾 驶汽车都能通过互联网来进行通信 这意味着这种无人驾驶汽车之间能够 做到信息共享 这样多辆无人驾驶汽 车能够组成车队 以很小的间隔顺序 行驶 该车也能通过交通网络获取实 对交通信息 防止交通阻塞的发生在 行驶过程中 该车还会自动发出警告 提醒过往行人注意 v在德国汉堡一家公司应用先进的激光传感技术把无人驾驶汽车变成了 现实 这辆无人驾驶智能汽车名为 路克斯 Lux 由普通轿车改装而 成 可以在错综复杂的城市公路系统中无人驾驶 这归功于车内安装 的无人驾驶

14、设备 包括激光摄像机 全球定位仪和智能计算机 v在行驶过程中 车内安装的全球定位仪将随时获取汽车所在准确方位 隐藏在前灯和尾灯附近的激光摄像机随时探测汽车周围180米内的 道路状况 并通过全球定位仪路面导航系统构建三维道路模型 此外 它还能识别各种交通标志 保证汽车在遵守交通规则的前提下安全 行驶 安装在汽车后备箱内的计算机将汇总 分析两组数据 并根据 结果向汽车传达相应的行驶命令 v激光扫描器能够探测路标并提醒是否有车离开车道 在激光扫描器的 帮助下 无人汽车便可以实现自行驾驶 如果前方突然出现汽车 它 会自动刹车 如果路面畅通无阻 它会选择加速 如果有行人进入车 道 它也能紧急刹车 此外

15、它也会自行绕过停靠的其他车辆 v该项目是塞巴斯蒂安 特龙 Sebastian Thrun 的智慧结晶 这位43岁 的斯坦福大学人工智能实验室的主任是谷歌工程师和谷歌街景地图服务 的创造者之一 v2005年 他领导一个由斯坦福学生和教师组成的团队设计出了斯坦利机 器人汽车 该车在由美国国防部高级研究计划局 DARPA 举办的第二 届 挑战 Grand Challenge 大赛中夺冠 该车在沙漠中行驶超过132 英里 212 43公里 因此赢得了由五角大楼颁发的200万美元奖金 而且 这一支由15位工程师组成的团队继续投身于此项目 另外 谷歌 聘请了至少12人 并且这些人均没有不良驾驶记录 这部分

16、员工坐在主 驾座上以观察汽车行驶状况 他们每小时的薪酬为15美元或者更多 谷 歌在此项目中使用了六辆普锐斯和一辆奥迪TT v目前谷歌无人驾驶汽车已经行驶超过30万英里 技术人员表示 谷歌无 人驾驶汽车通过摄像机 雷达传感器和激光测距仪来 看到 其他车辆 并使用详细的地图 我们通过手动驾驶车辆收集而来 来进行导航 我 们的手动驾驶车辆收集来的信息是如此巨大 我们必须将这些信息进行 处理转换 谷歌数据中心将这一切变成了可能 它的数据处理能力是如 些强大 目前所面临的难题是自动驾驶汽车和人驾驶的汽车如何共处而 不引起交通事故的问题 体验者无人驾驶汽车的经历分享 视频 Google无人驾驶汽车项目负责人 SebastianThrun 返回 亲身初体验 图为Google无人驾驶汽车仪表盘 Google汽车启动时的提示音非常 迷人 就像好莱坞大片里面那种科 技感十足的人工智能音 启动后 只需在笔记本电脑上搜索并设置目 的地 系统便会自动给出最佳线路 当然 线路是可以人工调整的 以避开一些突发情况 如道路临时 施工 由于无人驾驶汽车尚处于试 用阶段 正 副驾驶位置都需有人 如遇系统判断失误 驾驶座上