數(shù)字化技術(shù)的車輛應(yīng)用

本文主要講述了車輛數(shù)字化技術(shù)，包括了數(shù)字地圖，可見光的數(shù)字通訊，非公路車輛的數(shù)碼相機(jī)技術(shù)等技術(shù)，對交通和車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)對于智能車輛的開發(fā)至關(guān)重要。本文研究了對了解公路車輛現(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，例如視覺測距，并簡要提及無線網(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程。全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)定位的兩個主要原則：

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，其可以約束計算的定位解決方案的可行性（假設(shè)車輛在路上并遵循地圖中存儲的交通規(guī)則）或通過使用方向、速度限制等信息來支持估算定位。

二是使用3D地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行病態(tài)衛(wèi)星測量的故障檢測和排除（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來分析環(huán)境知識，以分析某個衛(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算，如文中圖4.3。在該圖像中，通過比較天線與周圍建筑物之間的角度，天線與衛(wèi)星SV3之間的角度（以紅色突出顯示），可以說SV3不在直接可見度范圍內(nèi)，因此接收器檢測到的偽距測量是有偏差的。

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

2.1 主要內(nèi)容

在本文中，作者介紹了新數(shù)字通信的實現(xiàn)，使用可見光的技術(shù)，稱為LlFI（光保真）或VLC（可見光通信），并將其應(yīng)用于車與車通信。該通信可以通過允許車輛彼此容易地進(jìn)行通信（V2V通信）來提高駕駛員的安全性。第一個單向VLC通信原型是在US?TOMB的信號和圖像（LSI）實驗室開發(fā)的。實驗結(jié)果令人滿意。

A.第一次實驗

作者測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，并且穿過強(qiáng)度為0.39A的電流。

B.第二次實驗

該實驗是第一個實驗的重復(fù)，LED的電源電壓為12.11 V，電流強(qiáng)度為0.23A。

C.第三次實驗

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

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

2.2 結(jié)論及存在問題

在本文中，作者展示了使用新的LIFI技術(shù)進(jìn)行車間通信的可行性，以提高車輛駕駛員的安全性。車輛之間交換的消息通過數(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轉(zhuǎn)換成電信號，該電信號被解碼以提取發(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，作者計劃將微型車輛的實驗推廣到真實車輛。

Figure 15:Distance from operation of AUTO-BREAK.

3 非公路車輛的數(shù)碼相機(jī)技術(shù)[3]

3.1 主要內(nèi)容

非公路車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)用于用于非公路車輛的CCpilot VA顯示計算機(jī)（見文中Figure 3.2）。在這個項目中，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的顯示計算機(jī)CCpilot VA上使用Qt和QML實現(xiàn)了一個顯示實時數(shù)碼相機(jī)視頻輸入的演示。

更具體地說，測試了不同的GStreamer管道，因為Qt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時數(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)，主要是因為數(shù)碼攝像機(jī)具有更好的視頻質(zhì)量。已經(jīng)嘗試同時顯示由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)連接到顯示器計算機(jī)CCpilot VA，并顯示高質(zhì)量、低延遲和高幀率的實時攝像機(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，并且已經(jīng)嘗試了使用第二幀緩沖器的選項。雖然嘗試沒有成功，但它可能是最簡單的方法。應(yīng)該調(diào)查通過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€幀緩沖區(qū)被激活時，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)時不存在的QVideoSurface。如果不能直接定位幀緩沖器，則可以通過在視頻輸入周圍具有透明邊框的全屏幀緩沖器并相對于全屏正確定位饋送來實現(xiàn)相同的效果。

4 電子地平線：作為傳感器和預(yù)測控制的地圖[4]

4.1 主要內(nèi)容

近年來，所有主要的北美和歐洲商用車OEM都為其公路車隊引入了基于電子視界的預(yù)測功能。這是一個系統(tǒng)概念，可以讓車輛知道前方道路上發(fā)生的事情，并允許他們在沒有駕駛員參與的情況下對該信息做出反應(yīng)。當(dāng)電子地平線用于重型卡車時，作為關(guān)鍵應(yīng)用，可以顯著降低燃料消耗。這通過優(yōu)化發(fā)動機(jī)控制單元，變速器控制裝置或車輛中的其他控制單元中的算法來實現(xiàn)，車主有明確的商業(yè)案例。

在本文中，作者回顧了從早期導(dǎo)航技術(shù)到稱為電子地平線的車載傳感器的長期發(fā)展。作者從幾個角度概述了不同的架構(gòu)，以及商用車的多個用例。此外，作者展望了未來，電子地平線將能夠保存與位置相關(guān)的車輛數(shù)據(jù)，并將其傳輸?shù)皆贫嘶驗榍胺降缆诽峁﹦討B(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重要創(chuàng)新的相關(guān)性，例如聯(lián)網(wǎng)動力系統(tǒng)和自動駕駛。

將地圖視為傳感器的想法產(chǎn)生電子地平線的概念（見文中Figure 53），讓車輛知道前方道路上發(fā)生的事情，并允許他們在沒有駕駛員參與的情況下對該信息做出反應(yīng)，以提高燃油效率、舒適性和安全性，從而實現(xiàn)當(dāng)今的半自動系統(tǒng)和未來的完全自動駕駛系統(tǒng)。

本文重點關(guān)注北美和歐洲商用車市場，并重點介紹了提高燃油效率的一些可能應(yīng)用，如預(yù)測巡航控制和預(yù)測換檔等。

本文概述了作為傳感器的地圖的歷史和未來，該傳感器從存儲在錄音帶上的導(dǎo)航應(yīng)用的第一個數(shù)字地圖，到將作為初步、最終存儲在云中的地圖。作者已經(jīng)看到傳感器將如何通過自學(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)。它將來會導(dǎo)致像“實時谷歌街景”這樣的東西嗎？

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

4.2 展望

在未來幾年，這些技術(shù)將受到半自動或全自動卡車發(fā)展的強(qiáng)烈推動。作為人工智能的新技術(shù)將徹底改變許多應(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。卡車的技術(shù)復(fù)雜性將急劇增加，但整個物流價值鏈將會對駕駛員和社會產(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)志和汽車屏幕上的路燈信號的交通控制的新網(wǎng)絡(luò)技術(shù)文化是人類的未來。作者提出了一種實現(xiàn)上述文化的網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)（CPS）智能云交通控制，它的特點是具有數(shù)字化的監(jiān)管規(guī)則、車輛、基礎(chǔ)設(shè)施組件、以及準(zhǔn)確的監(jiān)控，對道路使用者的主動云路燈無網(wǎng)絡(luò)控制、交通信號燈、運行監(jiān)管行動的自動輸出（虛擬交通標(biāo)志和交通信號）來監(jiān)控每輛車。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，它們在網(wǎng)絡(luò)空間中具有數(shù)字表示，以實現(xiàn)基于數(shù)字監(jiān)控和云移動控制的路線。作者提供創(chuàng)新服務(wù)、實施數(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)、高級無線通信和大數(shù)據(jù)分析。

基本思想是通過實施基于數(shù)字監(jiān)控和主動云網(wǎng)絡(luò)控制的流量度量規(guī)則來提高流量的質(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，減少時間和路線執(zhí)行成本，詳見文中Fig.3。

5.2 用于實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)境之間的時間和空間中的網(wǎng)絡(luò)交互相關(guān)聯(lián)的過程或現(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)可尋址虛擬和真實組件，具有足夠的物理監(jiān)控，最佳云控制和實時自學(xué)習(xí)的功能，以實現(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、服務(wù)和應(yīng)用的中心，通過使用傳感器執(zhí)行器來提供高水平的生活和拯救地球環(huán)境，來監(jiān)控和控制數(shù)字化物理空間中的智能過程和現(xiàn)象。

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

(5)沒有物理基礎(chǔ)設(shè)施，交通信號燈和道路標(biāo)志的全球云服務(wù)的市場可行性至少為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。