數(shù)字化技術(shù)的車(chē)輛應(yīng)用

本文主要講述了車(chē)輛數(shù)字化技術(shù)，包括了數(shù)字地圖，可見(jiàn)光的數(shù)字通訊，非公路車(chē)輛的數(shù)碼相機(jī)技術(shù)等技術(shù)，對(duì)交通和車(chē)輛通訊方面有重要的影響。

1 定位和數(shù)字地圖[1]

1.1 主要內(nèi)容

可靠的定位系統(tǒng)對(duì)于智能車(chē)輛的開(kāi)發(fā)至關(guān)重要。本文研究了對(duì)了解公路車(chē)輛現(xiàn)代定位系統(tǒng)至關(guān)重要的不同技術(shù)，研究的目的是作為車(chē)輛技術(shù)或智能交通系統(tǒng)領(lǐng)域的學(xué)生、工程師和研究人員的指南。作者提供了一個(gè)方便的密鑰定義列表，以及一些最相關(guān)的基于位置的服務(wù)，介紹了基于GNSS的定位的基本原理，討論了輔助技術(shù)，如里程表和慣性傳感器，以及基于GNSS的混合定位技術(shù)。作者分析了數(shù)字地圖、地圖匹配和地圖輔助定位的作用。最后介紹了GNSS的替代方案，例如視覺(jué)測(cè)距，并簡(jiǎn)要提及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和RFID。

1.2 主要結(jié)論

在定位系統(tǒng)的層面上，地圖數(shù)據(jù)也可以直接受益于定位過(guò)程。全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)定位的兩個(gè)主要原則：

一是在數(shù)據(jù)融合循環(huán)中使用2D地圖數(shù)據(jù)。在這種情況下，數(shù)據(jù)融合算法使用描述道路形狀以及可能的道路段或車(chē)道之間的關(guān)系的地圖信息作為冗余信息源，其可以約束計(jì)算的定位解決方案的可行性（假設(shè)車(chē)輛在路上并遵循地圖中存儲(chǔ)的交通規(guī)則）或通過(guò)使用方向、速度限制等信息來(lái)支持估算定位。

二是使用3D地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行病態(tài)衛(wèi)星測(cè)量的故障檢測(cè)和排除（FDE），提高解決方案的整體質(zhì)量。這樣，利用定位和數(shù)字地圖165來(lái)分析環(huán)境知識(shí)，以分析某個(gè)衛(wèi)星是否與接收器處于視線（LOS）中，并且其信息可用于定位計(jì)算，如文中圖4.3。在該圖像中，通過(guò)比較天線與周?chē)ㄖ镏g的角度，天線與衛(wèi)星SV3之間的角度（以紅色突出顯示），可以說(shuō)SV3不在直接可見(jiàn)度范圍內(nèi)，因此接收器檢測(cè)到的偽距測(cè)量是有偏差的。

2 通過(guò)可見(jiàn)光通信（VLC）進(jìn)行數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸：應(yīng)用于車(chē)輛到車(chē)輛的通信[2]

2.1 主要內(nèi)容

在本文中，作者介紹了新數(shù)字通信的實(shí)現(xiàn)，使用可見(jiàn)光的技術(shù)，稱(chēng)為L(zhǎng)lFI（光保真）或VLC（可見(jiàn)光通信），并將其應(yīng)用于車(chē)與車(chē)通信。該通信可以通過(guò)允許車(chē)輛彼此容易地進(jìn)行通信（V2V通信）來(lái)提高駕駛員的安全性。第一個(gè)單向VLC通信原型是在US?TOMB的信號(hào)和圖像（LSI）實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的。實(shí)驗(yàn)結(jié)果令人滿意。

A.第一次實(shí)驗(yàn)

作者測(cè)量在給定距離處接收的光量。該光由提供有13.65V張力的LED發(fā)出，并且穿過(guò)強(qiáng)度為0.39A的電流。

B.第二次實(shí)驗(yàn)

該實(shí)驗(yàn)是第一個(gè)實(shí)驗(yàn)的重復(fù)，LED的電源電壓為12.11 V，電流強(qiáng)度為0.23A。

C.第三次實(shí)驗(yàn)

使用勒克斯儀表，作者可以根據(jù)張力和電流來(lái)測(cè)量光量，并在20厘米的固定距離內(nèi)接收。

在該實(shí)驗(yàn)中，車(chē)輛E由于障礙而停止并且發(fā)出LI?FI信號(hào)以通知車(chē)輛R該事件。該車(chē)輛以脈沖光的形式接收指示車(chē)輛E已經(jīng)停止的消息。arduino微控制器對(duì)接收到的消息進(jìn)行解碼，停止車(chē)輛R并通過(guò)蜂鳴器發(fā)出警報(bào)信號(hào)。安全距離取決于兩輛車(chē)的速度之間的差異。在本實(shí)驗(yàn)中，它約為30厘米（見(jiàn)文中Fig?ure 15）。當(dāng)車(chē)輛E再次移動(dòng)時(shí)，它停止發(fā)出LIFI信號(hào)，并且車(chē)輛R可以再次移動(dòng)。如果它想要繞過(guò)它，編程了第二種選擇，其中車(chē)輛R在接收到來(lái)自車(chē)輛E的消息時(shí)不停止。

2.2 結(jié)論及存在問(wèn)題

在本文中，作者展示了使用新的LIFI技術(shù)進(jìn)行車(chē)間通信的可行性，以提高車(chē)輛駕駛員的安全性。車(chē)輛之間交換的消息通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸由LED發(fā)出的光進(jìn)行數(shù)字傳輸。在接收側(cè)，使用光電二極管將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，該電信號(hào)被解碼以提取發(fā)送的數(shù)據(jù)。取得的成果令人鼓舞。作為很有前景的工作，作者計(jì)劃將微型車(chē)輛的實(shí)驗(yàn)推廣到真實(shí)車(chē)輛。

Figure 15:Distance from operation of AUTO-BREAK.

3 非公路車(chē)輛的數(shù)碼相機(jī)技術(shù)[3]

3.1 主要內(nèi)容

非公路車(chē)輛在即將從模擬視頻攝像機(jī)技術(shù)（VCT）切換的邊緣，這提供了更好的視頻質(zhì)量和新功能，但增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。本論文的目的是將數(shù)字VCT應(yīng)用于用于非公路車(chē)輛的CCpilot VA顯示計(jì)算機(jī)（見(jiàn)文中Figure 3.2）。在這個(gè)項(xiàng)目中，作者回顧了模擬和數(shù)字VCT之間的差異，然后在基于嵌入式Linux的顯示計(jì)算機(jī)CCpilot VA上使用Qt和QML實(shí)現(xiàn)了一個(gè)顯示實(shí)時(shí)數(shù)碼相機(jī)視頻輸入的演示。

更具體地說(shuō)，測(cè)試了不同的GStreamer管道，因?yàn)镼t使用GStreamer播放視頻，并且使用ISO 17215標(biāo)準(zhǔn)更改了相機(jī)設(shè)置。該演示通過(guò)使用硬件解碼的GStreamer管道，在VA上顯示了高質(zhì)量、低延遲和高幀速率的實(shí)時(shí)數(shù)碼相機(jī)視頻輸入。結(jié)果表明，數(shù)碼攝像機(jī)的性能優(yōu)于模擬攝像機(jī)，主要是因?yàn)閿?shù)碼攝像機(jī)具有更好的視頻質(zhì)量。已經(jīng)嘗試同時(shí)顯示由Qt創(chuàng)建的視頻饋送和圖形用戶界面。然而，它們只是在視頻性能不佳的情況下才成功。必須使用GStreamer管道的解碼器和接收器元件之間的零復(fù)制鏈路來(lái)獲得良好的視頻性能。

Figure 3.2:The CCpilot VA.

本文的目的是回顧模擬和數(shù)碼攝像機(jī)之間的差異，并研究是否可以將數(shù)碼相機(jī)連接到顯示器計(jì)算機(jī)CCpilot VA，并顯示高質(zhì)量、低延遲和高幀率的實(shí)時(shí)攝像機(jī)輸入在CPU上加載太多負(fù)載。如果可以顯示良好的攝像機(jī)饋送，則最終目標(biāo)是將視頻饋送實(shí)現(xiàn)為在軟件Qt中創(chuàng)建的圖形用戶界面的一部分。

3.2 結(jié)論及主要存在問(wèn)題

在論文中已經(jīng)提出了用于完成將相機(jī)饋送集成到Qt的最終目標(biāo)的四種不同選項(xiàng)，并且已經(jīng)嘗試了使用第二幀緩沖器的選項(xiàng)。雖然嘗試沒(méi)有成功，但它可能是最簡(jiǎn)單的方法。應(yīng)該調(diào)查通過(guò)ioctl調(diào)用激活第二幀緩沖的可能性以及激活幀緩沖的其他方法。當(dāng)?shù)诙€(gè)幀緩沖區(qū)被激活時(shí)，QtMultimedia中的高度和寬度函數(shù)應(yīng)該適應(yīng)于改變視頻輸入幀緩沖區(qū)的高度和寬度，而不是當(dāng)時(shí)不存在的QVideoSurface。如果不能直接定位幀緩沖器，則可以通過(guò)在視頻輸入周?chē)哂型该鬟吙虻娜翈彌_器并相對(duì)于全屏正確定位饋送來(lái)實(shí)現(xiàn)相同的效果。

4 電子地平線：作為傳感器和預(yù)測(cè)控制的地圖[4]

4.1 主要內(nèi)容

近年來(lái)，所有主要的北美和歐洲商用車(chē)OEM都為其公路車(chē)隊(duì)引入了基于電子視界的預(yù)測(cè)功能。這是一個(gè)系統(tǒng)概念，可以讓車(chē)輛知道前方道路上發(fā)生的事情，并允許他們?cè)跊](méi)有駕駛員參與的情況下對(duì)該信息做出反應(yīng)。當(dāng)電子地平線用于重型卡車(chē)時(shí)，作為關(guān)鍵應(yīng)用，可以顯著降低燃料消耗。這通過(guò)優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元，變速器控制裝置或車(chē)輛中的其他控制單元中的算法來(lái)實(shí)現(xiàn)，車(chē)主有明確的商業(yè)案例。

在本文中，作者回顧了從早期導(dǎo)航技術(shù)到稱(chēng)為電子地平線的車(chē)載傳感器的長(zhǎng)期發(fā)展。作者從幾個(gè)角度概述了不同的架構(gòu)，以及商用車(chē)的多個(gè)用例。此外，作者展望了未來(lái)，電子地平線將能夠保存與位置相關(guān)的車(chē)輛數(shù)據(jù)，并將其傳輸?shù)皆贫嘶驗(yàn)榍胺降缆诽峁﹦?dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，如交通擁堵、事故或天氣狀況。最后，作者研究了電子視界與未來(lái)重要?jiǎng)?chuàng)新的相關(guān)性，例如聯(lián)網(wǎng)動(dòng)力系統(tǒng)和自動(dòng)駕駛。

將地圖視為傳感器的想法產(chǎn)生電子地平線的概念（見(jiàn)文中Figure 53），讓車(chē)輛知道前方道路上發(fā)生的事情，并允許他們?cè)跊](méi)有駕駛員參與的情況下對(duì)該信息做出反應(yīng)，以提高燃油效率、舒適性和安全性，從而實(shí)現(xiàn)當(dāng)今的半自動(dòng)系統(tǒng)和未來(lái)的完全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)。

本文重點(diǎn)關(guān)注北美和歐洲商用車(chē)市場(chǎng)，并重點(diǎn)介紹了提高燃油效率的一些可能應(yīng)用，如預(yù)測(cè)巡航控制和預(yù)測(cè)換檔等。

本文概述了作為傳感器的地圖的歷史和未來(lái)，該傳感器從存儲(chǔ)在錄音帶上的導(dǎo)航應(yīng)用的第一個(gè)數(shù)字地圖，到將作為初步、最終存儲(chǔ)在云中的地圖。作者已經(jīng)看到傳感器將如何通過(guò)自學(xué)習(xí)和群資源方法進(jìn)行自校準(zhǔn)，最終完成了數(shù)字高清地圖的自學(xué)習(xí)。它將來(lái)會(huì)導(dǎo)致像“實(shí)時(shí)谷歌街景”這樣的東西嗎？

Figure 53.Electronic Horizon Block Diagram[Source:Continental]

4.2 展望

在未來(lái)幾年，這些技術(shù)將受到半自動(dòng)或全自動(dòng)卡車(chē)發(fā)展的強(qiáng)烈推動(dòng)。作為人工智能的新技術(shù)將徹底改變?cè)S多應(yīng)用，并能夠以極高的帶寬和大量數(shù)據(jù)的可用性連接每輛車(chē)。卡車(chē)的技術(shù)復(fù)雜性將急劇增加，但整個(gè)物流價(jià)值鏈將會(huì)對(duì)駕駛員和社會(huì)產(chǎn)生重大影響而發(fā)生深遠(yuǎn)變化。

5 基于智能虛擬基礎(chǔ)架構(gòu)的云驅(qū)動(dòng)流量監(jiān)控[5]

5.1 主要內(nèi)容

基于虛擬道路標(biāo)志和汽車(chē)屏幕上的路燈信號(hào)的交通控制的新網(wǎng)絡(luò)技術(shù)文化是人類(lèi)的未來(lái)。作者提出了一種實(shí)現(xiàn)上述文化的網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)（CPS）智能云交通控制，它的特點(diǎn)是具有數(shù)字化的監(jiān)管規(guī)則、車(chē)輛、基礎(chǔ)設(shè)施組件、以及準(zhǔn)確的監(jiān)控，對(duì)道路使用者的主動(dòng)云路燈無(wú)網(wǎng)絡(luò)控制、交通信號(hào)燈、運(yùn)行監(jiān)管行動(dòng)的自動(dòng)輸出（虛擬交通標(biāo)志和交通信號(hào)）來(lái)監(jiān)控每輛車(chē)。網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)的主要組成部分如下：基礎(chǔ)設(shè)施、道路使用者和規(guī)則，它們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)空間中具有數(shù)字表示，以實(shí)現(xiàn)基于數(shù)字監(jiān)控和云移動(dòng)控制的路線。作者提供創(chuàng)新服務(wù)、實(shí)施數(shù)字監(jiān)控和云控制，作為全球系統(tǒng)的可擴(kuò)展原型，使用以下技術(shù)：移動(dòng)和靜止物體的精確定位、數(shù)字地圖、網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)、高級(jí)無(wú)線通信和大數(shù)據(jù)分析。

基本思想是通過(guò)實(shí)施基于數(shù)字監(jiān)控和主動(dòng)云網(wǎng)絡(luò)控制的流量度量規(guī)則來(lái)提高流量的質(zhì)量和安全性，以及使用智能虛擬交通燈和標(biāo)志，從而提供顯著改善舒適性，減少時(shí)間和路線執(zhí)行成本，詳見(jiàn)文中Fig.3。

5.2 用于實(shí)施全球云流量控制服務(wù)的組件

(1)智能是基于自學(xué)習(xí)定義與可尋址系統(tǒng)組件在其自身與環(huán)境之間的時(shí)間和空間中的網(wǎng)絡(luò)交互相關(guān)聯(lián)的過(guò)程或現(xiàn)象。

(2)智能網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)是一組通信連接到數(shù)字化度量空間中的網(wǎng)絡(luò)可尋址虛擬和真實(shí)組件，具有足夠的物理監(jiān)控，最佳云控制和實(shí)時(shí)自學(xué)習(xí)的功能，以實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)。

(3)物聯(lián)網(wǎng)是一種網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，它結(jié)合了大數(shù)據(jù)、知識(shí)、服務(wù)和應(yīng)用的中心，通過(guò)使用傳感器執(zhí)行器來(lái)提供高水平的生活和拯救地球環(huán)境，來(lái)監(jiān)控和控制數(shù)字化物理空間中的智能過(guò)程和現(xiàn)象。

(4)計(jì)算是知識(shí)的一個(gè)分支，專(zhuān)注于系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)和云移動(dòng)服務(wù)的研究、設(shè)計(jì)和應(yīng)用，用于監(jiān)控和控制網(wǎng)絡(luò)物理過(guò)程和現(xiàn)象。隨著計(jì)算的發(fā)展，其主要功能是網(wǎng)絡(luò)控制，只應(yīng)與真實(shí)或物理世界一起考慮，其中一部分是人性。兩個(gè)世界之間存在著真實(shí)的和虛擬的互動(dòng)：人類(lèi)總是很難管理現(xiàn)實(shí)世界，因此創(chuàng)造計(jì)算機(jī)作為他的助手。作為一種完美的機(jī)制，計(jì)算可以控制人類(lèi)的技術(shù)過(guò)程。

(5)沒(méi)有物理基礎(chǔ)設(shè)施，交通信號(hào)燈和道路標(biāo)志的全球云服務(wù)的市場(chǎng)可行性至少為1 000億美元，包括牌照在內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)空間道路基礎(chǔ)設(shè)施轉(zhuǎn)移的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)是每年5 000億。