4.3 智能運(yùn)輸系統(tǒng)與汽車的智能化2

第四章現(xiàn)代汽車科技4.3智能運(yùn)輸系統(tǒng)與汽車的智能化4.3智能運(yùn)輸系統(tǒng)與汽車的智能化電子收費(fèi)系統(tǒng)

電子收費(fèi)系統(tǒng)是指通過利用路側(cè)雷達(dá)天線和車載設(shè)備之間的無線電通信實(shí)現(xiàn)自動(dòng)收費(fèi)的電子系統(tǒng)。電子收費(fèi)系統(tǒng)是集計(jì)算機(jī)、通信、微電子技術(shù)、現(xiàn)代密碼學(xué)、數(shù)據(jù)庫管理等高技術(shù)為一體的系統(tǒng)工程，是涉及領(lǐng)域較廣、覆蓋面較大、影響力很大的社會(huì)工程。系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求必須按照“收費(fèi)、服務(wù)、運(yùn)營、管理”的指導(dǎo)原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，既要有實(shí)用性、規(guī)范性、充分實(shí)現(xiàn)資源共享、方便市民使用，又要充分運(yùn)用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，促進(jìn)生產(chǎn)力水平、管理水平、服務(wù)水平的提高。4.3智能運(yùn)輸系統(tǒng)與汽車的智能化電子收費(fèi)系統(tǒng)1989年，北德州收費(fèi)公路當(dāng)局在達(dá)垃斯地區(qū)啟用TollTag系統(tǒng)，開啟了電子收費(fèi)的歷史。從此以后，排隊(duì)過收費(fèi)站不再令人感到頭疼。4.3智能運(yùn)輸系統(tǒng)與汽車的智能化電子收費(fèi)系統(tǒng)電子收費(fèi)系統(tǒng)功能4.3智能運(yùn)輸系統(tǒng)與汽車的智能化電子收費(fèi)系統(tǒng)當(dāng)汽車接近收費(fèi)站時(shí)，汽車上的車載單元接收到收費(fèi)站天線發(fā)出的信號(hào)后，由車載單元反饋一個(gè)信號(hào)給收費(fèi)站天線。收費(fèi)站天線再把這個(gè)信號(hào)傳給車道控制裝置，收費(fèi)計(jì)算機(jī)收費(fèi)后把有關(guān)信息傳到收費(fèi)中心，完成收費(fèi)。同時(shí)車道控制裝置開啟欄桿，汽車通過收費(fèi)站。

不停車電子收費(fèi)系統(tǒng)

4.3智能運(yùn)輸系統(tǒng)與汽車的智能化電子收費(fèi)系統(tǒng)

電子收費(fèi)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)電子收費(fèi)系統(tǒng)包括車載設(shè)備、車道設(shè)備、收費(fèi)站計(jì)算機(jī)。（1）收費(fèi)站計(jì)算機(jī)：實(shí)時(shí)處理各車道查詢、核對(duì)的數(shù)據(jù)，收集各車道的交通、收費(fèi)運(yùn)行數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理，定期將數(shù)據(jù)上傳控制中心。（2）車道設(shè)備：電子識(shí)別與通信設(shè)備，包括中央單元及天線。天線通常裝設(shè)在車道上方，通過它與電子標(biāo)簽之間建立高方向性的微波通信。外圍監(jiān)控設(shè)備，包括自動(dòng)欄桿、報(bào)警器、信號(hào)燈車輛檢測(cè)器、軸重計(jì)、防違章設(shè)備及閉路電視等。信息處理設(shè)備，如通道控制器。系統(tǒng)判斷通過車輛是否可以不停車，根據(jù)相應(yīng)數(shù)據(jù)起動(dòng)相應(yīng)的控制設(shè)備或信號(hào)，通過聲音警告或信息顯示屏給車主以必要的提示。如果發(fā)生違章闖關(guān)則可啟動(dòng)抓拍系統(tǒng)進(jìn)行違章取證等。4.3智能運(yùn)輸系統(tǒng)與汽車的智能化電子收費(fèi)系統(tǒng)（3）車載設(shè)備包括單獨(dú)一個(gè)車載單元或車載單元和IC卡電子標(biāo)簽。車載單元包括以下的硬件模塊：RF通信接口、CPU、電池或電力電纜、LCD顯示屏、IC卡接口，一般安裝在汽車擋風(fēng)玻璃內(nèi)側(cè)。IC卡可以存儲(chǔ)包括車輛的型號(hào)、車牌照號(hào)碼，預(yù)繳的路橋費(fèi)金額或余額、車輛通過收費(fèi)站的時(shí)間、地點(diǎn)、次數(shù)等信息，也可以把該車的年審及養(yǎng)路費(fèi)征收的情況等記錄在內(nèi)。

4.3智能運(yùn)輸系統(tǒng)與汽車的智能化自動(dòng)化公路系統(tǒng)（AHS）自動(dòng)化公路是交通自動(dòng)化的先導(dǎo)和基礎(chǔ)，也是現(xiàn)代工業(yè)國家的生命線。在許多國家交通阻塞造成的時(shí)間耽擱、燃油浪費(fèi)，以及毫無必要的廢氣排放，都給社會(huì)造成了很大的損失。有人可能認(rèn)為，解決問題的出路不外乎是建造更多的公路。然而，修建新公路是造價(jià)極高的工程。例如,美國改造波士頓中央干道１１公里長(zhǎng)的一個(gè)路段,計(jì)劃需要大約８０億美元的資金。因此,大規(guī)模地?cái)U(kuò)建城市通道及高速公路,在經(jīng)濟(jì)上是不可行的,人們必須設(shè)法學(xué)會(huì)更加有效地利用現(xiàn)有的公路。自動(dòng)化公路是擴(kuò)大公路交通能力的最省錢的途徑。

4.3智能運(yùn)輸系統(tǒng)與汽車的智能化自動(dòng)化公路系統(tǒng)（AHS）美國正在對(duì)自動(dòng)化公路系統(tǒng)進(jìn)行由計(jì)算機(jī)控制的駕駛試驗(yàn)，并將很快投入實(shí)用。伯克利加州大學(xué)“高級(jí)公路和交通研究計(jì)劃”已經(jīng)建成了未來可供毋需駕駛員駕駛的汽車行駛的公路原型，并在1997年8月進(jìn)行了實(shí)用成果的演示。這種思路是通過提高現(xiàn)有道路的利用率，而不是修建更多道路的辦法來滿足交通對(duì)道路的需求。具體工作是開辟專用車道，利用專門鋪設(shè)在路面下的磁體來引導(dǎo)汽車的行駛，并確定汽車在公路上的位置；用高效雷達(dá)來控制車速，并保持與其它車及障礙物的間距。汽車在其上自動(dòng)行駛，全無人為干預(yù)。目前汽車制造商們也在考慮給所生產(chǎn)的汽車裝上計(jì)算機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)，以適應(yīng)情況更加復(fù)雜的道路。研究人員已經(jīng)證明，在這種公路上汽車可以高速行駛，即使在轉(zhuǎn)彎處車速也可以高達(dá)100km/h以上，而且汽車的間距可以很小。所有汽車都以同樣的速度行駛，因此不會(huì)增加交通事故，大大提高了道路的通過能力。4.3智能運(yùn)輸系統(tǒng)與汽車的智能化自動(dòng)駕駛車輛

無人自動(dòng)駕駛車輛，也稱智能車，是室外輪式移動(dòng)機(jī)器人在交通領(lǐng)域的重要應(yīng)用。它使用車載傳感器，例如視覺、激光雷達(dá)、超聲傳感器、微波雷達(dá)、GPS、里程計(jì)、磁羅盤等，感知車輛周圍環(huán)境，并根據(jù)感知所獲得的道路、車輛位置和障礙物信息，控制車輛的轉(zhuǎn)向和速度，從而使得車輛能夠安全、可靠地在道路上行駛。

4.3智能運(yùn)輸系統(tǒng)與汽車的智能化自動(dòng)駕駛車輛發(fā)展歷史無人自動(dòng)駕駛車輛的研究可大致分為三個(gè)階段：軍事用途、高速公路環(huán)境和城市環(huán)境。1）軍事用途無人自動(dòng)駕駛車輛的研究已經(jīng)有20多年的歷史，它最早起源于軍事領(lǐng)域的研究。早在80年代初期，美國國防部大規(guī)模資助自主陸地車輛的研究。進(jìn)入21世紀(jì)，從2004年起美國國防部連續(xù)三年舉辦大挑戰(zhàn)比賽活動(dòng)，第一名可獲得數(shù)百萬美金的獎(jiǎng)勵(lì)。在2004年的比賽中，13支參加決賽的車輛沒有一輛能夠到達(dá)終點(diǎn)。在2005年的比賽中，共有5支隊(duì)伍順利到達(dá)終點(diǎn)。德國軍方于2006年在德國也組織了類似的比賽，穿越240公里的沙漠，共有來自5個(gè)國家的20支隊(duì)伍參賽。我國在“八五”、“九五”、“十五”國防重點(diǎn)預(yù)研中也一直在資助無人車輛方面的研究工作。

4.3智能運(yùn)輸系統(tǒng)與汽車的智能化自動(dòng)駕駛車輛2）高速公路環(huán)境隨著冷戰(zhàn)的結(jié)束，無人駕駛車輛的研究也逐步轉(zhuǎn)向了民用。第一個(gè)成功應(yīng)用是結(jié)構(gòu)化程度較高的高速公路環(huán)境，這期間比較有代表性的工作包括：A．德國聯(lián)邦國防軍大學(xué)的VaMP系統(tǒng)：該系統(tǒng)使用視覺檢測(cè)道路和障礙物，于1995年進(jìn)行了從德國慕尼黑到丹麥歐登塞的長(zhǎng)距離實(shí)驗(yàn)。系統(tǒng)共行駛了1600多公里，其中95％的部分是自動(dòng)駕駛；B．美國CMU大學(xué)的NavLab-5系統(tǒng)：該系統(tǒng)使用RALPH視覺系統(tǒng)進(jìn)行導(dǎo)航，于1995年6月進(jìn)行了橫穿美國的實(shí)驗(yàn)。全程4587公里，其中自主駕駛部分占98.2％，最長(zhǎng)自主駕駛距離為111公里，全程平均速度為每小時(shí)102.72公里。C．意大利帕爾馬大學(xué)的ARGO系統(tǒng)：該系統(tǒng)使用GOLD視覺系統(tǒng)進(jìn)行導(dǎo)航，于1998年6月進(jìn)行了2000公里的長(zhǎng)距離實(shí)驗(yàn)，其中94％路程使用自主駕駛，平均時(shí)速為90公里，最高時(shí)速123公里。D．清華大學(xué)的THMR-V系統(tǒng)：該系統(tǒng)是我國第一輛智能車，于2003年3月在公路上進(jìn)行了視覺導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)，車道線自動(dòng)跟蹤平均時(shí)速100公里，最高時(shí)速150公里。E．一汽紅旗CA7460自主駕駛轎車：該系統(tǒng)采用國防科技大學(xué)研制的視覺系統(tǒng)，于2003年6月在湖南長(zhǎng)沙進(jìn)行高速公路試驗(yàn)，自主駕駛最高時(shí)速130公里。4.3智能運(yùn)輸系統(tǒng)與汽車的智能化自動(dòng)駕駛車輛3）城市環(huán)境在以汽車廠商為主導(dǎo)研究汽車輔助駕駛的同時(shí)，一些歐洲研究人員開始轉(zhuǎn)向了更為復(fù)雜的城市環(huán)境下的無人自動(dòng)駕駛研究，開拓了一個(gè)嶄新的研究領(lǐng)域。其中，代表性研究項(xiàng)目包括CARSENSE項(xiàng)目、第五框架的CyberCars和CyberMove項(xiàng)目、第六框架的CyberCars-2項(xiàng)目等。經(jīng)過幾年的研究，已經(jīng)獲得了初步的成功，部分系統(tǒng)已經(jīng)投入實(shí)際運(yùn)行，打破了此前專家的預(yù)言。例如，F(xiàn)rog公司于1997年底，在荷蘭阿姆斯特丹國際機(jī)場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)了世界上第一套無人載客系統(tǒng)——ParkShuttle系統(tǒng)，并進(jìn)行了24小時(shí)不間斷的實(shí)際運(yùn)營，從而在技術(shù)上證明了無人駕駛系統(tǒng)的可行性，類似的系統(tǒng)在荷蘭鹿特丹也得到了成功的應(yīng)用；歐洲Yamaha公司在2002年荷蘭園藝博覽會(huì)上使用25輛CyberCab車接送游客，6個(gè)月時(shí)間內(nèi)運(yùn)輸了30萬人次，回收75%投資，不僅在技術(shù)上證明了可行性，還證明了商業(yè)運(yùn)作上的可行性。此外，在法國、瑞士、葡萄牙等國也已經(jīng)存在了類似的應(yīng)用或演示系統(tǒng)。

4.3智能運(yùn)輸系統(tǒng)與汽車的智能化自動(dòng)駕駛車輛3）城市環(huán)境日本一直與歐洲研究機(jī)構(gòu)保持著密切的聯(lián)系，因此在這方面的研究工作也起步較早。在2005年日本愛知世博會(huì)上，豐田公司成功演示了ITMS無人駕駛公交系統(tǒng)。美國在這方面的研究則起步較晚，目前與歐洲和日本仍存在一定差距。我國的少數(shù)高校也已經(jīng)開始了這方面的研究成果，并已經(jīng)取得了初步的成果。例如，上海交通大學(xué)和吉林大學(xué)分別研制出第一代樣車。其中，上海交通大學(xué)目前主持了歐盟CyberC3項(xiàng)目，計(jì)劃研制4輛無人駕駛車輛，并在上海進(jìn)行面向公眾的大規(guī)模演示。與高速環(huán)境研究相比，城市環(huán)境下的無人駕駛由于速度較慢，因此更安全可靠，應(yīng)用前景更好。短期內(nèi)，可作為城市大容量公共交通（如地鐵等）的一種補(bǔ)充，解決城市區(qū)域交通問題，例如大型活動(dòng)場(chǎng)所、公園、校園、工業(yè)園、機(jī)場(chǎng)等。但是，城市環(huán)境也更為復(fù)雜，對(duì)感知和控制算法提出了更高的要求。4.3智能運(yùn)輸系統(tǒng)與汽車的智能化自動(dòng)駕駛車輛關(guān)鍵技術(shù)無人駕駛車輛作為室外輪式移動(dòng)機(jī)器人的一種，其關(guān)鍵技術(shù)與移動(dòng)機(jī)器人基本相同，但也具有一些應(yīng)用相關(guān)的特點(diǎn)。定位技術(shù)是無人駕駛車輛行駛的基礎(chǔ)。目前常用的技術(shù)包括線導(dǎo)航、磁導(dǎo)航、無線導(dǎo)航、視覺導(dǎo)航、GPS導(dǎo)航、激光導(dǎo)航、慣性導(dǎo)航等。其中，磁導(dǎo)航是目前最成熟可靠的方案，現(xiàn)有大多數(shù)應(yīng)用均采用這種導(dǎo)航技術(shù)，例如，荷蘭阿姆斯特丹國際機(jī)場(chǎng)和鹿特丹的ParkShuttle系統(tǒng)，日本2005年愛知世博會(huì)上豐田公司的IMTS系統(tǒng)，美國加州的PATH系統(tǒng)，上海交通大學(xué)的CyberC3系統(tǒng)，國家ITS中心的新疆掃雪車，山東魯能的變電站巡檢車，等。但是，磁導(dǎo)航方法往往需要在道路上埋設(shè)一定的導(dǎo)航設(shè)備（如磁釘或電線），系統(tǒng)實(shí)施過程比較繁瑣，且不易維護(hù)，變更運(yùn)營線路需重新埋設(shè)導(dǎo)航設(shè)備，因此在使用上仍具有較大的局限性。視覺導(dǎo)航則沒有這類問題，對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施的要求很低，被公認(rèn)為最有前景的導(dǎo)航方法。早期高速公路研究中，由于環(huán)境結(jié)構(gòu)化程度較高，幾乎所有的系統(tǒng)都采用了視覺導(dǎo)航方式。在城市環(huán)境中，視覺方法仍然受到了較大的關(guān)注。

4.3智能運(yùn)輸系統(tǒng)與汽車的智能化自動(dòng)駕駛車輛車體控制是無人駕駛車輛的另一個(gè)核心問題，主要包括速度控制、方向控制和剎車控制等幾個(gè)部分。通過分析駕駛員的駕駛行為不難發(fā)現(xiàn)，車體控制是一個(gè)典型的預(yù)瞄控制行為，駕駛員找到當(dāng)前道路環(huán)境下的預(yù)瞄點(diǎn)，根據(jù)預(yù)瞄點(diǎn)控制車輛的行為。目前最常用的方法仍然是經(jīng)典的智能PID算法，例如模糊PID、專家PID、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID等。安全是無人駕駛車輛成敗的關(guān)鍵，目前常用的避障傳感器包括激光雷達(dá)、微波雷達(dá)、視覺、超聲傳感器等。在高速公路環(huán)境下，由于速度較快，通常選用檢測(cè)距離較大的微波雷達(dá)；在城市環(huán)境，由于環(huán)境復(fù)雜，通常選用檢測(cè)角度較大的激光雷達(dá)。超聲傳感器由于檢測(cè)距離較短，通常用在車身兩側(cè)。視覺方法最為靈活，價(jià)格也比較低廉，但立體視覺算法的可靠性和實(shí)時(shí)性仍有待進(jìn)一步的提高。以上三方面是無人自動(dòng)駕駛車輛的基礎(chǔ)，但無人駕駛作為一種新型的公交系統(tǒng)