高級(jí)輔助駕駛系統(tǒng)與車聯(lián)網(wǎng)(下)

◆文/山東 劉春暉

（接上期）

4.攝像頭

攝像頭是實(shí)現(xiàn)眾多預(yù)警、識(shí)別類ADAS 功能的基礎(chǔ)。像自動(dòng)緊急剎車（AEB）、車道偏離預(yù)警（LDW）、車道保持（LKA）、行人警示（PCW）、自動(dòng)泊車（AP）、疲勞駕駛預(yù)警（DFM）、交通標(biāo)志識(shí)別（TSR）、交通信號(hào)燈識(shí)別（TLR）等都需要建立在圖像識(shí)別的基礎(chǔ)上，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)車道線障礙物以及行人檢測。

目前前視攝像頭ADAS系統(tǒng)有單目和雙目兩種方案，兩者的共同點(diǎn)都是通過攝像頭采集圖像數(shù)據(jù)，然后從圖像數(shù)據(jù)上得到距離信息。因?yàn)榍耙晹z像頭最重要的一個(gè)作用就是碰撞預(yù)警，而碰撞預(yù)警需要測量距離的變化。

單目視覺的測距原理是先通過圖像匹配進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別，識(shí)別行人、物體、車型等。再通過目標(biāo)在圖像中的大小去估算目標(biāo)距離。這種方法是建立在精準(zhǔn)識(shí)別基礎(chǔ)上的，所以首先需要建立并不斷維護(hù)一個(gè)龐大的樣本特征數(shù)據(jù)庫，保證這個(gè)數(shù)據(jù)庫包含待識(shí)別目標(biāo)的全部特征數(shù)據(jù)。比如在一些特殊地區(qū)，為了專門檢測大型動(dòng)物，必須先行建立大型動(dòng)物的數(shù)據(jù)庫；而對(duì)于另外某些區(qū)域存在一些非常規(guī)車型，也要先將這些車型的特征數(shù)據(jù)加入到數(shù)據(jù)庫中。如果缺乏識(shí)別目標(biāo)的特征，就會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)無法對(duì)車型、物體、障礙物進(jìn)行識(shí)別，從而也就無法準(zhǔn)確估算這些目標(biāo)的距離。導(dǎo)致ADAS系統(tǒng)的漏報(bào)。

如圖16所示，雙目視覺是通過對(duì)兩幅圖像視差的計(jì)算，直接對(duì)前方景物（圖像所拍攝到的范圍）進(jìn)行距離測量，而無需判斷前方出現(xiàn)的是什么類型的障礙物。所以對(duì)于任何類型的障礙物，都能根據(jù)距離信息的變化，進(jìn)行必要的預(yù)警或制動(dòng)。雙目視覺的原理與人眼類似，利用雙目三角測距的原理，能非常精準(zhǔn)的測量物體的距離。

如圖17、18所示，雙目方案也同時(shí)兼具單目方案的功能，可以采用其中一路來進(jìn)行圖像識(shí)別，從而判斷交通標(biāo)示和障礙物類型。雙目攝像頭方案的優(yōu)越性使得雙目逐漸成為中高端車型的標(biāo)配，如奔馳2016款全系（S系、E系、C系）、寶馬2016款全系（7系、5系、3系）標(biāo)配雙目攝像頭。

此外汽車上還可以配備更多攝像頭來實(shí)現(xiàn)更多功能。如圖19所示，如同時(shí)配備廣角相機(jī)和中長焦相機(jī)，可以識(shí)別不同距離，不同視角范圍內(nèi)的障礙物；同時(shí)配備可見光相機(jī)和遠(yuǎn)紅外相機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)夜間使用的；在車的前、后、左、右安裝四個(gè)廣角攝像頭，經(jīng)過攝像頭參數(shù)校正、鏡頭扭曲校正、鳥瞰視角轉(zhuǎn)換、白平衡匹配和圖像縫合處理，可以在車內(nèi)顯示器上顯示一個(gè)可直觀監(jiān)視車輛周圍環(huán)境的全景鳥瞰畫面，能有效減少盲區(qū)，提高安全性。

圖16 ADAS雙目攝像頭的原理

圖17 攝像頭拍攝的原圖

圖18 經(jīng)過系統(tǒng)圖像語義分割后效果圖

各種傳感器各有優(yōu)缺點(diǎn)（表2），所以一般采取兩種或兩種以上的傳感器進(jìn)行搭配，實(shí)現(xiàn)不同的系統(tǒng)功能的準(zhǔn)確感知。

圖19 交通標(biāo)示識(shí)別的多目視覺方案

表2 不同傳感器的特點(diǎn)對(duì)比

四、智能汽車和車聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系

智能汽車（ADAS）和車聯(lián)網(wǎng)（V2X）分別是實(shí)現(xiàn)無人駕駛的內(nèi)部和外部要求智能汽車指配備高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（advanced driver-assistance systems，ADAS），通過感知周圍環(huán)境、分析車輛所處環(huán)境從而根據(jù)環(huán)境變化做出相應(yīng)反應(yīng)。智能汽車可以被看作是實(shí)現(xiàn)無人駕駛汽車的過渡，也是傳統(tǒng)車企主要的研發(fā)方向。由于智能汽車行駛在一個(gè)包括車輛、行人、設(shè)施等因素的復(fù)雜環(huán)境中，因此要做到完全自動(dòng)駕駛就需要建立汽車與行駛環(huán)境中其他因素的信息交換，即V2X（Vehicle to Everything）。在內(nèi)、外部要求都被滿足的前提下，自動(dòng)駕駛才有可能實(shí)現(xiàn)。

五、無人駕駛發(fā)展

無人駕駛從應(yīng)用層面可以分為四個(gè)階段，階段1是資訊被動(dòng)偵測期，該階段主要應(yīng)用于車載資訊服務(wù)；階段2是資訊互動(dòng)交換期，也就是當(dāng)前所處階段，該階段主要應(yīng)用于ADAS等；階段3是資訊主動(dòng)傳達(dá)期，該階段主要應(yīng)用為V2V和V2I，融合傳感器技術(shù)實(shí)現(xiàn)車路協(xié)同；階段4就是終極無人駕駛期，無人駕駛背景下車輛運(yùn)營效率有望大幅提升，該階段的典型應(yīng)用就是共享汽車。

如圖20 所示，傳感器技術(shù)是驅(qū)動(dòng)ADAS發(fā)展的重要因素。無人駕駛在L2需要17個(gè)傳感器，包括超聲波雷達(dá)、長距離及短距離雷達(dá)和環(huán)視攝像頭，發(fā)展到L3需要的傳感器增加到29個(gè)，并且將引進(jìn)立體攝像機(jī)、激光雷達(dá)和導(dǎo)航推測系統(tǒng)。對(duì)于ADAS而言，傳感器技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟，攝像頭和超聲波雷達(dá)等產(chǎn)品在高端車型得到廣泛應(yīng)用，激光雷達(dá)由于造價(jià)較高，還只能用于試驗(yàn)階段的無人汽車，尚未量產(chǎn)進(jìn)入市場。進(jìn)入無人駕駛下一階段對(duì)傳感器的種類和精度都提出了更高的要求，因此傳感器技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用和傳感器的價(jià)格與滲透都直接影響著智能汽車自動(dòng)化的程度。

圖20 主要傳感器種類

六、智慧交通總體框架

如圖21所示，智慧交通的總體框架包括感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層和應(yīng)用層四個(gè)層面。其中：應(yīng)用層和平臺(tái)層是總體解決方案的核心，且平臺(tái)層是應(yīng)用層的支撐平臺(tái)和運(yùn)行環(huán)境。平臺(tái)層的匯聚交換平臺(tái)通過網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)總線和服務(wù)總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；平臺(tái)層整合交通資源，包括交通基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、GIS數(shù)據(jù)、分析主題數(shù)據(jù)、交通數(shù)據(jù)倉儲(chǔ)等，形成融合的交通領(lǐng)域數(shù)據(jù)中心。同時(shí)提供基于云計(jì)算的IRE集成環(huán)境、運(yùn)維管理、能力引擎等，構(gòu)建智慧交通云計(jì)算環(huán)境。應(yīng)用層主要包含交通運(yùn)輸管理、交通安全管理、城市管理以及其他政府部門、企業(yè)的交通信息化系統(tǒng)。

1.感知層

感知層——傳感器：感知層的構(gòu)建，是實(shí)現(xiàn)智慧交通的第一步。智慧交通的感知層又包含兩部分——智能汽車車身傳感器與智能路面?zhèn)鞲衅鳌?/p>

智能汽車車身傳感器相當(dāng)于智能汽車的“五官”，智能汽車通過傳感器感知車輛所處的各種路況及周邊環(huán)境。一套完善的智能汽車傳感系統(tǒng)囊括了超聲波技術(shù)、雷達(dá)技術(shù)、攝像頭技術(shù)、紅外線技術(shù)、激光掃描技術(shù)，以及這些技術(shù)的算法融合。通過多種傳感器的組合，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在不同的距離、不同的角度、不同的天氣狀況下對(duì)周邊情況的全方面探測，這是智能汽車自主判斷、自主行動(dòng)的基礎(chǔ)。

圖21 智慧交通總體框架

除了車身傳感器之外，智慧交通感知層還包含以路面磁感線圈、地磁感應(yīng)為代表的智能路面?zhèn)鞲衅?。這些傳感器用于感知和傳遞路的狀況信息，如車流量、車速、路口擁堵情況等，讓車載系統(tǒng)獲得關(guān)于道路及交通環(huán)境的信息。無論是車身還是路面?zhèn)鞲衅?，都起到了車?nèi)狀況監(jiān)測和環(huán)境感知的作用。

2.網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層是車內(nèi)網(wǎng)、車際網(wǎng)、車云網(wǎng)三網(wǎng)融合（圖22）：智慧交通的網(wǎng)絡(luò)層指的是實(shí)現(xiàn)智能交通管理、智能動(dòng)態(tài)信息服務(wù)和車輛智能化控制的一體化網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)層以車內(nèi)網(wǎng)（CAN）、車際網(wǎng)（近程DSRC）和車云網(wǎng)（遠(yuǎn)程3G/4G/5G）為基礎(chǔ)，按照約定的體系架構(gòu)及其通信協(xié)議和數(shù)據(jù)交互標(biāo)準(zhǔn)，在V2X（車聯(lián)多）之間，進(jìn)行通信和信息交換。

圖22 智慧交通網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)用

3.平臺(tái)層

平臺(tái)層——大數(shù)據(jù)處理平臺(tái)：智慧交通平臺(tái)層主要由基于云計(jì)算的車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)融合平臺(tái)、車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)平臺(tái)、車聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)支持平臺(tái)等組成。從感知層收集、網(wǎng)絡(luò)層上傳的海量數(shù)據(jù)，通過云計(jì)算平臺(tái)（圖23）“過濾清洗”、數(shù)據(jù)分析平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)表式處理之后變得更加清潔，更準(zhǔn)確地反映實(shí)時(shí)情況從而便于進(jìn)行高效的監(jiān)控管理。

圖23 車聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)

4.應(yīng)用層

應(yīng)用層——城市智能交通系統(tǒng)（ITS）（圖24）：它是將先進(jìn)的信息技術(shù)、數(shù)據(jù)通訊傳輸技術(shù)、電子傳感技術(shù)、控制技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)等有效地集成運(yùn)用于整個(gè)地面交通管理系統(tǒng)而建立的一種在大范圍內(nèi)、全方位發(fā)揮作用的，實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效的綜合交通運(yùn)輸管理系統(tǒng)。

智能互聯(lián)示范區(qū)是智慧交通的載體。智慧交通是汽車智能化的終極目標(biāo)，智慧交通的發(fā)展歷程應(yīng)該是：車內(nèi)智能到車際互聯(lián)，城市運(yùn)營服務(wù)商打造智能交通系統(tǒng)。智能互聯(lián)示范區(qū)是城市智慧交通的載體，其目的是構(gòu)建一個(gè)汽車智能化生態(tài)系統(tǒng)，ADAS、車聯(lián)網(wǎng)、整車與基于大數(shù)據(jù)平臺(tái)的后服務(wù)企業(yè)集聚在該生態(tài)圈內(nèi)，將車內(nèi)智能和車際互聯(lián)協(xié)同起來，在實(shí)現(xiàn)終極無人駕駛以外，構(gòu)建高效的城市交通運(yùn)輸管理系統(tǒng)。

圖24 智能互聯(lián)示范區(qū)構(gòu)建汽車智能化生態(tài)系統(tǒng)

（全文完）