數字化技術的車輛應用

本文主要講述了車輛數字化技術，包括了數字地圖，可見光的數字通訊，非公路車輛的數碼相機技術等技術，對交通和車輛通訊方面有重要的影響。

1 定位和數字地圖[1]

1.1 主要內容

可靠的定位系統對于智能車輛的開發至關重要。本文研究了對了解公路車輛現代定位系統至關重要的不同技術，研究的目的是作為車輛技術或智能交通系統領域的學生、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，以及一些最相關的基于位置的服務，介紹了基于GNSS的定位的基本原理，討論了輔助技術，如里程表和慣性傳感器，以及基于GNSS的混合定位技術。作者分析了數字地圖、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，并簡要提及無線網絡和RFID。

1.2 主要結論

在定位系統的層面上，地圖數據也可以直接受益于定位過程。全球導航衛星系統定位的兩個主要原則：

一是在數據融合循環中使用2D地圖數據。在這種情況下，數據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（假設車輛在路上并遵循地圖中存儲的交通規則）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地圖數據進行病態衛星測量的故障檢測和排除（FDE），提高解決方案的整體質量。這樣，利用定位和數字地圖165來分析環境知識，以分析某個衛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，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）進行數字數據傳輸：應用于車輛到車輛的通信[2]

2.1 主要內容

在本文中，作者介紹了新數字通信的實現，使用可見光的技術，稱為LlFI（光保真）或VLC（可見光通信），并將其應用于車與車通信。該通信可以通過允許車輛彼此容易地進行通信（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）實驗室開發的。實驗結果令人滿意。

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發出，并且穿過強度為0.39A的電流。

B.第二次實驗

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

C.第三次實驗

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

在該實驗中，車輛E由于障礙而停止并且發出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已經停止的消息。arduino微控制器對接收到的消息進行解碼，停止車輛R并通過蜂鳴器發出警報信號。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）。當車輛E再次移動時，它停止發出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 結論及存在問題

在本文中，作者展示了使用新的LIFI技術進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據傳輸由LED發出的光進行數字傳輸。在接收側，使用光電二極管將光信號轉換成電信號，該電信號被解碼以提取發送的數據。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 非公路車輛的數碼相機技術[3]

3.1 主要內容

非公路車輛在即將從模擬視頻攝像機技術（VCT）切換的邊緣，這提供了更好的視頻質量和新功能，但增加了系統的復雜性。本論文的目的是將數字VCT應用于用于非公路車輛的CCpilot VA顯示計算機（見文中Figure 3.2）。在這個項目中，作者回顧了模擬和數字VCT之間的差異，然后在基于嵌入式Linux的顯示計算機CCpilot VA上使用Qt和QML實現了一個顯示實時數碼相機視頻輸入的演示。

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標準更改了相機設置。該演示通過使用硬件解碼的GStreamer管道，在VA上顯示了高質量、低延遲和高幀速率的實時數碼相機視頻輸入。結果表明，數碼攝像機的性能優于模擬攝像機，主要是因為數碼攝像機具有更好的視頻質量。已經嘗試同時顯示由Qt創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碼攝像機之間的差異，并研究是否可以將數碼相機連接到顯示器計算機CCpilot VA，并顯示高質量、低延遲和高幀率的實時攝像機輸入在CPU上加載太多負載。如果可以顯示良好的攝像機饋送，則最終目標是將視頻饋送實現為在軟件Qt中創建的圖形用戶界面的一部分。

3.2 結論及主要存在問題

在論文中已經提出了用于完成將相機饋送集成到Qt的最終目標的四種不同選項，并且已經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。應該調查通過ioctl調用激活第二幀緩沖的可能性以及激活幀緩沖的其他方法。當第二個幀緩沖區被激活時，QtMultimedia中的高度和寬度函數應該適應于改變視頻輸入幀緩沖區的高度和寬度，而不是當時不存在的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相同的效果。

4 電子地平線：作為傳感器和預測控制的地圖[4]

4.1 主要內容

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測功能。這是一個系統概念，可以讓車輛知道前方道路上發生的事情，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。當電子地平線用于重型卡車時，作為關鍵應用，可以顯著降低燃料消耗。這通過優化發動機控制單元，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，車主有明確的商業案例。

在本文中，作者回顧了從早期導航技術到稱為電子地平線的車載傳感器的長期發展。作者從幾個角度概述了不同的架構，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的車輛數據，并將其傳輸到云端或為前方道路提供動態數據，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新的相關性，例如聯網動力系統和自動駕駛。

將地圖視為傳感器的想法產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，以提高燃油效率、舒適性和安全性，從而實現當今的半自動系統和未來的完全自動駕駛系統。

本文重點關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用，如預測巡航控制和預測換檔等。

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航應用的第一個數字地圖，到將作為初步、最終存儲在云中的地圖。作者已經看到傳感器將如何通過自學習和群資源方法進行自校準，最終完成了數字高清地圖的自學習。它將來會導致像“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，這些技術將受到半自動或全自動卡車發展的強烈推動。作為人工智能的新技術將徹底改變許多應用，并能夠以極高的帶寬和大量數據的可用性連接每輛車。卡車的技術復雜性將急劇增加，但整個物流價值鏈將會對駕駛員和社會產生重大影響而發生深遠變化。

5 基于智能虛擬基礎架構的云驅動流量監控[5]

5.1 主要內容

基于虛擬道路標志和汽車屏幕上的路燈信號的交通控制的新網絡技術文化是人類的未來。作者提出了一種實現上述文化的網絡物理系統（CPS）智能云交通控制，它的特點是具有數字化的監管規則、車輛、基礎設施組件、以及準確的監控，對道路使用者的主動云路燈無網絡控制、交通信號燈、運行監管行動的自動輸出（虛擬交通標志和交通信號）來監控每輛車。網絡物理系統的主要組成部分如下：基礎設施、道路使用者和規則，它們在網絡空間中具有數字表示，以實現基于數字監控和云移動控制的路線。作者提供創新服務、實施數字監控和云控制，作為全球系統的可擴展原型，使用以下技術：移動和靜止物體的精確定位、數字地圖、網絡物理系統和物聯網、高級無線通信和大數據分析。

基本思想是通過實施基于數字監控和主動云網絡控制的流量度量規則來提高流量的質量和安全性，以及使用智能虛擬交通燈和標志，從而提供顯著改善舒適性，減少時間和路線執行成本，詳見文中Fig.3。

5.2 用于實施全球云流量控制服務的組件

(1)智能是基于自學習定義與可尋址系統組件在其自身與環境之間的時間和空間中的網絡交互相關聯的過程或現象。

(2)智能網絡物理系統是一組通信連接到數字化度量空間中的網絡可尋址虛擬和真實組件，具有足夠的物理監控，最佳云控制和實時自學習的功能，以實現其目標。

(3)物聯網是一種網絡物理系統的結構，它結合了大數據、知識、服務和應用的中心，通過使用傳感器執行器來提供高水平的生活和拯救地球環境，來監控和控制數字化物理空間中的智能過程和現象。

(4)計算是知識的一個分支，專注于系統、網絡和云移動服務的研究、設計和應用，用于監控和控制網絡物理過程和現象。隨著計算的發展，其主要功能是網絡控制，只應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實世界，因此創造計算機作為他的助手。作為一種完美的機制，計算可以控制人類的技術過程。

(5)沒有物理基礎設施，交通信號燈和道路標志的全球云服務的市場可行性至少為1 000億美元，包括牌照在內的網絡空間道路基礎設施轉移的經濟效應是每年5 000億。