ITS智能交通-無人駕駛汽車.ppt

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引言 無人駕駛汽車對于人們而言已不再是只存在于科幻電影中遙不可及的事物了 隨著人類社會的快速發(fā)展 科學技術的日新月異 已經沒有什么能阻擋人們追求卓越的腳步了 無人駕駛汽車也已經被科學家從熒幕上搬到了現(xiàn)實社會中 雖然還沒有普及開來 但想必在不久的將來一場具有顛覆性意義的科技風暴將會席卷整個汽車界 給我們帶來一場翻天覆地的變化 這也意味著人們的生活將會變得更加高效 交通事故發(fā)生率也將銳減 能源將會極大的節(jié)約 人與自然也會愈發(fā)和諧 接下來將會從無人駕駛汽車的發(fā)展 原理 現(xiàn)狀 利與弊以及現(xiàn)實中的應用來展開一下 一 無人駕駛技術的發(fā)展 從20世紀70年代開始 美國 英國 德國等發(fā)達國家開始進行無人駕駛汽車的研究 目前在可行性和實用化方面都取得了突破性的進展 我國從20世紀80年代開始進行無人駕駛汽車的研究 國防科技大學在1992年成功研制出我國第一輛真正意義上的無人駕駛汽車 2005年 首輛城市無人駕駛汽車在上海交通大學研制成功 該車有望于兩年之內率先在上海世紀公園進行示范運營 并在2010年世博會上一展身手 到時游客只需在公園的入口處按下一個按鈕 一輛沒有司機的四座敞篷汽車就會從遠處開過來緩緩停下 然后搭載著乘客前往他們想去的景點 1912年 凱迪拉克的自動啟動系統(tǒng)意味著駕駛人不再用手動曲柄啟動汽車 1939年 奧茲莫比爾公司推出了第一個自動變速系統(tǒng) 1951年 克萊斯勒推出第一款油壓轉向系統(tǒng) 1958年 克萊斯勒的巡航控制系統(tǒng)使得駕駛人不用再時時注意行駛速度 1970年 克萊斯勒Imperial首先配備防抱死剎車系統(tǒng) 1997年 部分豐田車配備基于雷達的自適應巡航控制 可與前車自動保持安全駕駛距離 2002年 豐田推出NightView 夜視 一款車內監(jiān)視器 可顯示前方道路的近紅外圖像 凸顯障礙 2003年 梅賽德斯推出Pre Safe系統(tǒng) 采用感應器預測迫在眉睫的撞擊 采取各種防范措施 2004年 英菲尼迪 日本豪華車品牌 推出第一款 離開車道 警示系統(tǒng) 在車駛離車道時提醒駕駛人 汽車大事記 2005年 沃爾沃推出第一款盲點警報系統(tǒng) 當有車進入駕駛人盲點時就會發(fā)出警報 2006年 雷克薩斯 豐田旗下高檔品牌 推出相機 聲納輔助的平行泊車系統(tǒng) 2007年 卡內基梅隆大學的Tartan車隊贏得美國國防部的自動汽車比賽大獎 2008年 梅賽德斯引進AttentionAssit 在駕駛人顯露疲勞征兆時發(fā)出警告 2009年 沃爾沃推出行人監(jiān)測系統(tǒng) 2010年 奧迪無人駕駛自動汽車TTS行駛12 42公里 抵達落基山派克峰頂 2010年 7輛車組成的Google無人駕駛汽車車隊開始在加州道路上試行 2010年 梅賽德斯F800Style概念車展示賽車助手 一款低速適應巡航控制系統(tǒng) 2011年 中國國防科技大學創(chuàng)造的一輛無人駕駛汽車行駛177英里 從長沙開至武漢 2020年 通用汽車公司的阿蘭 陶伯估計 這一年自動駕駛系統(tǒng)將成為汽車標準配置 二 無人駕駛汽車的分類 無人駕駛汽車與無人駕駛飛機相比較 前者為二維系統(tǒng) 后者屬三維系統(tǒng) 技術難度要骶些 但共性亦不少 按控制方式的不同 無人駕駛汽車分為有線控制 感應控制型 自主控制型和遙控型四大類 各有特色和優(yōu)缺點 有線控制型 結構簡單 造價低 但汽車行駛半徑和距離均較小 受拖纜線的限制 使用場合有諸多局限和不便 感應控制型 汽車通過接收埋設在路面下或道路旁的輻射信息 如微波 經識別 判斷 控制并引導汽車有序行駛 自主控制型 借助車載雷達及計算機 控制系統(tǒng)主動導引汽車 避開行人及前方車輛沿正確線路安全行駛 遙控型 通過無線電遙控系統(tǒng)對遠距離運行的汽車發(fā)送指令 以進行實時控制 遙控對象可以是單車或多車 三 無人駕駛汽車工作原理及關鍵技術 關健技術 Keytechnology環(huán)境感知技術 EnvironmentPerception 路徑規(guī)劃技術 PathPlan 導航控制技術 NavigationControl 避障防撞技術 ObstacleDetection Avoidance 信息通訊技術 InformationCommunication 乘員安保技術 PassengerSafety 人機交互技術 Human machineCommunication 狀態(tài)監(jiān)測技術 ConditionMonitoring 調度管理技術 Accommodating Management 真車展示 效果圖 1 雷達Radar無人駕駛汽車裝載了4個標準自動高敏感度的雷達 其中三個在前面 另一個在后面保險杠上 它可以用來跟蹤附近的物體 幫助駕駛者定位與其他事物的距離 當它在汽車的盲點內檢測到物體時便會發(fā)出警報 無人駕駛系統(tǒng)描繪出的3D地形圖 返回 2 車道保持系統(tǒng)Lane keeping在擋風玻璃上裝載的攝像頭可以通過分析路面和邊界線的差別來識別車道標記 如果汽車不小心離開了車道 方向盤會輕微震動來提醒駕駛者 返回 3 激光測距系統(tǒng)LIDAR谷歌采用了Velodyne公司的車頂激光測距系統(tǒng) 掃描器發(fā)射64束覆蓋汽車周圍360 角內的區(qū)域距離可以精確到2cm以內的激光射線 然后激光碰到車輛周圍的物體 又反射回來 這樣就計算出了物體的距離 另一套在底部的系統(tǒng)測量出車輛在三個方向上的加速度 角速度等數(shù)據(jù) 然后再結合GPS數(shù)據(jù)計算出車輛的位置 所有這些數(shù)據(jù)與車載攝像機捕獲的圖像一起輸入計算機 軟件以極高的速度處理這些數(shù)據(jù) 這樣 系統(tǒng)就可以非常迅速的作出判斷 返回 4 紅外攝像頭InfraredCamera無人駕駛汽車的夜視輔助功能使用了兩個前燈來發(fā)送不可見且不可反射的紅外光線到前方的路面 而擋風玻璃上裝載的攝像頭則用來檢測紅外標記 并且在儀表盤的顯示器上呈現(xiàn)被照亮的圖像 其中危險因素會被突出 返回 5 立體視覺StereoVision在無人汽車前擋風玻璃上裝載了兩個攝像頭將會實時生成前方路面的3D圖像 檢測諸如行人之類的潛在危險 并且預測他們的行動 返回 6 全球定位系統(tǒng)GPS一個自動駕駛員需要知道他正在去哪兒 谷歌使用Applanix公司的定位系統(tǒng) 以及他們自己的研制開發(fā)GoogleMap和GPS技術 返回 7 車輪角度編碼器WheelEncoder輪載傳感器可以在Google汽車穿梭于車流中時測量它的速度 進而自動調節(jié)汽車的行駛速度 幫助汽車在地圖上找到準確的位置 返回 四 無人駕駛技術方興未艾 中國版 紅旗HQ3轎車英國版 外星飛船法國版 高爾夫球車 德國版 像普通轎車谷歌版 無人駕駛汽車 國人的驕傲 我國從20世紀80年代開始進行無人駕駛汽車的研究 國防科技大學在1992年成功研制出我國第一輛真正意義上的無人駕駛汽車 2011年7月14日紅旗HQ3首次完成了從京珠高速公路長沙楊梓沖收費站出發(fā) 歷時3小時22分鐘到達武漢 全程286公里的高速無人駕駛實驗 實驗中 無人車自主超車67次 途遇復雜天氣 部分路段有霧 在咸寧還遭逢降雨 創(chuàng)造了我國自主研制的無人車在復雜交通狀況下自主駕駛的新紀錄 標志著我國無人車在復雜環(huán)境識別 智能行為決策和控制等方面實現(xiàn)了新的技術突破 達到世界先進水平 無人駕駛汽車行駛在專用道路上該無人駕駛汽車有4個座位 形狀似氣泡 看起來就像一艘外星人飛船 這種汽車依靠電池產生動力 而且乘客可以通過觸摸屏來選擇他們的目的地 它們的時速可達40千米 而且會自動沿著其狹長的道路系統(tǒng)行使 一旦乘客選擇好了目的地 控制系統(tǒng)會記錄下要求 并向艙車發(fā)送一條信息 隨后艙車會遵循一條電子傳感路徑前進 在旅程期間 如果需要的話 乘客可以按下一個按鈕和控制人員通話 英國太空艙 法國INRIA公司花費十年心血研制出 賽卡博 Cycab 無人駕駛汽車 外形看起來像未來的高爾夫球車 該車使用類似于給巡航導彈制導的全球定位技術 通過觸摸屏設定路線 賽卡博 就能把你帶到想要去的地方了 只不過給 賽卡博 帶路的全球定位系統(tǒng)要比普通的全球定位系統(tǒng)功能強大許多 普通GPS系統(tǒng)的精度只能達到幾米 而 賽卡博 卻裝備了名為 實時運動GPS 的特殊GPS系統(tǒng) 其精良高達1厘米 這款無人駕駛汽車裝有充當 眼睛 的激光傳感器 能夠避開前進道路上的障礙物 還裝有雙鏡頭的攝像頭 來按照路標行駛 人們甚至可以通過手機控制駕駛汽車 每一輛無人駕駛汽車都能通過互聯(lián)網(wǎng)來進行通信 這意味著這種無人駕駛汽車之間能夠做到信息共享 這樣多輛無人駕駛汽車能夠組成車隊 以很小的間隔順序行駛 該車也能通過交通網(wǎng)絡獲取實對交通信息 防止交通阻塞的發(fā)生在行駛過程中 該車還會自動發(fā)出警告 提醒過往行人注意 法國高爾夫球車 在德國漢堡一家公司應用先進的激光傳感技術把無人駕駛汽車變成了現(xiàn)實 這輛無人駕駛智能汽車名為 路克斯 Lux 由普通轎車改裝而成 可以在錯綜復雜的城市公路系統(tǒng)中無人駕駛 這歸功于車內安裝的無人駕駛設備 包括激光攝像機 全球定位儀和智能計算機 在行駛過程中 車內安裝的全球定位儀將隨時獲取汽車所在準確方位 隱藏在前燈和尾燈附近的激光攝像機隨時探測汽車周圍180米內的道路狀況 并通過全球定位儀路面導航系統(tǒng)構建三維道路模型 此外 它還能識別各種交通標志 保證汽車在遵守交通規(guī)則的前提下安全行駛 安裝在汽車后備箱內的計算機將匯總 分析兩組數(shù)據(jù) 并根據(jù)結果向汽車傳達相應的行駛命令 激光掃描器能夠探測路標并提醒是否有車離開車道 在激光掃描器的幫助下 無人汽車便可以實現(xiàn)自行駕駛 如果前方突然出現(xiàn)汽車 它會自動剎車 如果路面暢通無阻 它會選擇加速 如果有行人進入車道 它也能緊急剎車 此外 它也會自行繞過停靠的其他車輛 德國版 該項目是塞巴斯蒂安 特龍 SebastianThrun 的智慧結晶 這位43歲的斯坦福大學人工智能實驗室的主任是谷歌工程師和谷歌街景地圖服務的創(chuàng)造者之一 2005年 他領導一個由斯坦福學生和教師組成的團隊設計出了斯坦利機器人汽車 該車在由美國國防部高級研究計劃局 DARPA 舉辦的第二屆 挑戰(zhàn) GrandChallenge 大賽中奪冠 該車在沙漠中行駛超過132英里 212 43公里 因此贏得了由五角大樓頒發(fā)的200萬美元獎金 而且 這一支由15位工程師組成的團隊繼續(xù)投身于此項目 另外 谷歌聘請了至少12人 并且這些人均沒有不良駕駛記錄 這部分員工坐在主駕座上以觀察汽車行駛狀況 他們每小時的薪酬為15美元或者更多 谷歌在此項目中使用了六輛普銳斯和一輛奧迪TT 目前谷歌無人駕駛汽車已經行駛超過30萬英里 技術人員表示 谷歌無人駕駛汽車通過攝像機 雷達傳感器和激光測距儀來 看到 其他車輛 并使用詳細的地圖 我們通過手動駕駛車輛收集而來 來進行導航 我們的手動駕駛車輛收集來的信息是如此巨大 我們必須將這些信息進行處理轉換 谷歌數(shù)據(jù)中心將這一切變成了可能 它的數(shù)據(jù)處理能力是如些強大 目前所面臨的難題是自動駕駛汽車和人駕駛的汽車如何共處而不引起交通事故的問題 美國Google版 體驗者無人駕駛汽車的經歷分享 視頻 Google無人駕駛汽車項目負責人SebastianThrun 返回 親身初體驗 圖為Google無人駕駛汽車儀表盤 Google汽車啟動時的提示音非常迷人 就像好萊塢大片里面那種科技感十足的人工智能音 啟動后 只需在筆記本電腦上搜索并設置目的地 系統(tǒng)便會自動給出最佳線路 當然 線路是可以人工調整的 以避開一些突發(fā)情況 如道路臨時施工 由于無人駕駛汽車尚處于試用階段 正 副駕駛位置都需有人 如遇系統(tǒng)判斷失誤 駕駛座上的人可強行接手 并停止自動駕駛 而副駕駛則需用筆記本電腦監(jiān)控 記錄系統(tǒng)做出的判斷 Ontheway 汽車不到1分鐘就加速至60公里 小時的最高限速 自動駕駛模式下最高限速為60公里 小時 當汽車遇到停車標志 StopSign 或者紅燈時 女聲會說 已接近斑馬線了 若主控系統(tǒng)檢測到故障 她也會及時告知乘客 如果車輛處于比較陌生的環(huán)境 無法判斷該做出何種反應 它會提醒駕駛員手動操作 無人駕駛汽車在路口的表現(xiàn)令人印象深刻 當交通燈變綠 它開始左轉 這時如有行人過馬路 它將會停下等待 行人過完馬路后它再繼續(xù)完成轉彎 在經過十字路口時 它也會根據(jù)規(guī)則讓其它車輛先通行 如果其它車輛沒有反應 它將往前行進一點 以表明自己的意圖 在40分鐘左右的體驗中 汽車幾乎保持60公里 小時的勻速行駛 我大約有20分鐘坐在駕駛的位置上 這期間明顯不知該把手放在哪里 只好雙手緊握 放在胸前 當看到方向盤自己轉動 有一種穿越到未來的感覺 在體驗完畢 走出車門的一霎那 我發(fā)現(xiàn)腿軟了 畢竟是第一次體驗如此刺激的高科技 看來在上路之前克服心理障礙也是必要的一環(huán) 視頻演示 GoogleFleet1isontheway 優(yōu)點 缺點 無人駕駛的優(yōu)點 在解決城市交通問題上 無人駕駛汽車因不用司機而成本更低 此外無人駕駛汽車可和城市交通指揮中心聯(lián)網(wǎng) 選擇最好的路線 有效避免塞車 提高了運輸效率 極大的緩解交通壓力 防止交通意外 使出行更安全 因為去除了人為失誤因素 給人們更多空閑時間 而且這些汽車采用電力驅動 更加環(huán)保 通過減少汽車的使用從根本上減少碳排放量 從而有效的減少環(huán)境污染 通過無人駕駛系統(tǒng) 所有自動駕駛汽車的數(shù)據(jù)就可以通過無線方式共享 網(wǎng)絡系統(tǒng)就可以通過每輛車的周邊的路況對全部車輛進行調節(jié) 從而預測車流量 合理安排車輛的路線 縱觀無人駕駛技術的發(fā)展 它已在特定場合得到了很多應用 比如較好的戰(zhàn)場環(huán)境 排爆地點 軌道駕駛環(huán)境 封閉的運輸?shù)囟蔚柔槍δ壳爸袊煌ㄊ鹿实亩喟l(fā)率 汽車保有量的持續(xù)增長 中國高人口密度的現(xiàn)狀 無人汽車對中國更具意義 它可以適應更窄的街道 取消紅綠燈和路燈以及降低能源消耗 為政府節(jié)省萬億元的開支 無人駕駛的弊端 駕駛員失誤也有其反面優(yōu)勢 那就是人類的判斷能力 無人駕駛技術永遠是將保護車輛和車內人員作為第一要務 而一個駕駛員則可能寧愿犧牲自己的車來保護他人 例如 您駕駛時前方有輛車突然打滑 而您已經來不及停車 此時 在您的左邊有一輛大卡車 右邊則是一群等著過馬路的孩子 大多數(shù)司機會選擇撞向大卡車 以避免撞到行人 而無人駕駛車輛無法識別孩子們 它只會簡單地看到這條道路阻力較少 而將車轉而沖向這邊 目前所面臨的另一難題是自動駕駛汽車和人駕駛的汽車如何共處而不引起交通事故的問題 此外無人汽車的行駛需要大量的數(shù)據(jù)處理轉換 除了技術問題之外 無人駕駛汽車也帶來了一些法律和社會上的問題 將車輛的控制權交給自動系統(tǒng) 是一個沒有先例的事情 以旦出了問題 沒有人知道應該責怪誰 或向誰提起訴訟 六 無人駕駛汽車的應用 無人駕駛出租車在德國 目前人們也可用自己的手機來打 無人的士 科研人員推出命名為 德國制造 的無人駕駛汽車 乘客們只需利用iPad等智能手機向MIG打電話 MIG就可通過全球定位系統(tǒng)鎖定乘客的方位并且?guī)涞侥康牡?無人駕駛探險車金字塔考古之所以引起世界普遍關注 其中還因為使用了一輛被稱作 金字塔漫游者 的無人駕駛探險車 它形狀大小如同一輛玩具火車 卻成了這次考古行動的主角 這個代號為 金字塔漫游者 的無人駕駛探險車長30厘米 寬l2厘米 高11 28厘米 它能克服地面障礙 緩慢地進入地勢較低的南側通道 它裝備精良 具有多種探測手段 包括高清晰度探頭 探地雷達 厚度測距儀和高精度的傳感設備等 無人駕駛月球車無人駕駛月球車屬高科技產物是用于在月球表面行駛 并對月球考察和收集分析樣品的專用車輛 無人駕駛月球車由輪式底盤和儀器艙組成 用太陽能電池和蓄電池聯(lián)合供電 這類月球車的行駛是靠地面遙控指令 1970年11月17日 蘇聯(lián)發(fā)射的 月球 17號探測器把世界上第一臺無人駕駛的月球車 月球車 1號送上月球 此車約重1 8噸 在月面上行駛了10 5公里 考察了8萬平方米的月面 此后蘇聯(lián)送上月球的 月球車 2號行駛了37公里 并向地球發(fā)回了88幅月面全景圖 無人駕駛車是如此的誘人以至于它看上去像是幻想 但是不能否認 無人駕駛車離我們的生活越來越近 汽車公司和相關行業(yè) 應該盡早對無人駕駛車市場進行分析和測試并隨時準備進入這一領域 當谷歌或者其他冒險家紛紛把無人駕駛車視為寶物且隨時準備掘第一桶金時 任何一家汽車企業(yè)都不應該當一個旁觀者 當年IBM將PC操作系統(tǒng)讓給微軟 將X86處理器分給Intel都讓藍色巨人追悔莫及 因為后來事實證明 IBM把未來引領潮流的 殺手級應用 拱手讓人了 當然微軟放任蘋果和谷歌統(tǒng)治移動操作平臺也是一種失先機的表現(xiàn) 可以預見的是 大型汽車企業(yè)會率先進入無人駕駛領域 充當該領域的開拓者 哥倫比亞大學地球研究所的那份商業(yè)計劃的部分研究費用正是由通用汽車和沃爾沃汽車公司贊助的 無人駕駛汽車正在向我們駛來 ThankYou DrivelessisEndless