韓沅達(dá)

摘 要：智能汽車能夠大大提高交通系統(tǒng)的效率和安全性，將是未來汽車發(fā)展的主流。本文介紹了智能汽車提出的背景，研究的目的和意義，國內(nèi)外智能汽車汽車的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展方向，無人駕駛汽車的關(guān)鍵技術(shù)，以及無人駕駛汽車的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：智能汽車；自動駕駛；高速；交警巡邏

無人駕駛汽車是一種智能汽車，也可以稱之為輪式移動機器人，主要依靠車內(nèi)以計算機系統(tǒng)為主的智能駕駛儀來實現(xiàn)無人駕駛。它一般是利用車載傳感器來感知車輛周圍環(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，從而使車輛能夠安全、可靠地在道路上行駛。本文主要將無人駕駛汽車應(yīng)用于高速交警巡邏中，避免高速一線民警在霧霾、雨雪等環(huán)境下高速預(yù)警發(fā)生的危險。

1.高速交警無人車開發(fā)

1.1高速交警無人車概述

本文主要設(shè)計并制造一款具備基本無人駕駛功能的巡邏車輛，此車的實施對象是高速交警，實施區(qū)域是全國，預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)是前期主要通過遠(yuǎn)程遙控配合輔助駕駛系統(tǒng)，操作車輛在高速應(yīng)急車道行駛，以解決霧霾天高速堵車后，一線民警對后方車輛預(yù)警存在危險的問題，該車更具備全自主無人駕駛、無人機中繼等高級功能。

1.2高速交警無人車背景介紹

近幾年冬季由于空氣污染等因素，造成霧霾頻繁光顧我國北方地區(qū)。在霧霾嚴(yán)重時由于交通事故或交通管制等原因，高速公路壓車情況時有發(fā)生。在高速壓車時由于能見度低等原因造成后方來車極易與前方滯留車輛發(fā)生追尾等事故，故每當(dāng)霧霾天來臨高速壓車時，交警部門均會派一線民警趕赴壓車隊列尾部進(jìn)行預(yù)警，提醒后方車輛減速慢行。

由于霧霾天能見度低、后方車速過快、道路結(jié)冰等情況，后方來車有可能無法看清民警，有一定幾率會撞到執(zhí)勤民警或警車。為了保障一線民警安全，所以該項目要設(shè)計一輛應(yīng)用于高速交警巡邏、預(yù)警的無人車。

另一種情況就是非霧霾天，高速公路上如果出現(xiàn)交通事故，民警駕駛車輛無法第一時間趕赴現(xiàn)場進(jìn)行勘察與指揮。雖然現(xiàn)在的無人機技術(shù)可以在一定距離內(nèi)遙控前往現(xiàn)場進(jìn)行遠(yuǎn)程視頻勘察與喊話，但是由于無人機續(xù)航、遙控距離、只能單向視頻與語音傳輸?shù)葐栴}，在一定特殊情況下，依然無法通過無人機良好的進(jìn)行現(xiàn)場勘察與指揮。

1.3高速交警無人車制作

高速交警無人車通過設(shè)計一款具備一定等級無人駕駛的無人車，代替民警在霧霾天前往高速公路堵車隊尾進(jìn)行預(yù)警。

該無人車具備以下功能及參數(shù)：車身尺寸：約寬1米、長2米、高1.8米，符合高速應(yīng)急車道行駛需求；續(xù)航：大于等于30KM，既具備15KM工作半徑；操作距離：4G網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋區(qū)域全遙控；通訊模式：1.5-2KM范圍內(nèi)通過2.4G通訊，2KM以上范圍通過4G網(wǎng)絡(luò)；預(yù)警功能：大尺寸LED燈板、警燈、警報、大功率揚聲器；雙向或單向視頻傳輸；雙向語音傳輸；預(yù)警文字（LED展示）或語音下發(fā)（揚聲器廣播）；基于高速護(hù)欄、標(biāo)線、GPS數(shù)據(jù)以及視覺是別的車道保持功能；三級駕駛操作：目視范圍內(nèi)的全人工遙控，即前后左右皆可通過遙控操作，并輔助顯示車道保持雷達(dá)信號；目視范圍外半人工遙控，即人工控制車輛前后移動，左右移動使用智能車道保持系統(tǒng)，以防止偏離應(yīng)急車道；目視范圍外全自主行駛，即支持地圖打點，車輛自主行駛至指定位置執(zhí)行工作，前后左右皆有車輛智能系統(tǒng)自動執(zhí)行；以上三種模式在運行過程中均可由人工強制切換。后期設(shè)計具備無人機中繼中繼功能，在車輛無法抵達(dá)執(zhí)行地點時，可以啟用該功能放出車載無人機，繼續(xù)前往指定地點執(zhí)行工作。

1.4高速交警無人車風(fēng)險分析

高速交警無人車風(fēng)險主要出現(xiàn)在車輛安全性及市場競爭方面。由于該車輛為警用裝備，并且在高速應(yīng)急車到行駛，一旦出現(xiàn)因無人車造成的交通事故或負(fù)面新聞，將有可能影響到該項目的推廣。關(guān)于該風(fēng)險可以采取再前期設(shè)計研發(fā)過程中將行駛安全放在第一優(yōu)先級，后續(xù)在聯(lián)合保險公司對該車輛進(jìn)行承保。

2無人駕駛汽車的關(guān)鍵技術(shù)

無人駕駛汽車開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)主要有兩個方面：車輛定位和車輛控制技術(shù)。這兩方面相輔相成共同構(gòu)成無人駕駛汽車的基礎(chǔ)。

車輛定位技術(shù)是無人駕駛汽車行駛的基礎(chǔ)。目前常用的技術(shù)包括磁導(dǎo)航和視覺導(dǎo)航等。其中，磁導(dǎo)航是目前最成熟可靠的方案，現(xiàn)大多數(shù)均采用這種導(dǎo)航技術(shù)。例如，荷蘭阿姆斯特丹國際機場和鹿特丹的ParkShuttle系統(tǒng)，上海交通大學(xué)的CyberC3系統(tǒng)等。磁導(dǎo)航最大的優(yōu)點是不受天氣等自然條件的影響，即使風(fēng)沙或大雪埋沒路面也一樣有效，而且便于維護(hù)。另外，通過變換磁極朝向進(jìn)行編碼，可以向車輛傳輸?shù)缆诽匦孕畔ⅲT如位置、方向、曲率半徑、下一個道路出口位置等信息。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)實施過程比較繁瑣，且不易維護(hù)，變更運營線路需重新埋設(shè)導(dǎo)航設(shè)備。視覺導(dǎo)航就不存在這個問題。視覺導(dǎo)航的優(yōu)點是車載計算機可以在試驗樣車偏離目標(biāo)車道前，事先知道并預(yù)防其發(fā)生，同時當(dāng)在高速公路使用時，不需要對現(xiàn)有的道路結(jié)構(gòu)做變化，并且在混合交通中，也可使用；其缺點為，當(dāng)風(fēng)沙、大霧等自然因素致使能見度過低或路面上的白色標(biāo)線不清晰時，導(dǎo)航系統(tǒng)會失效。但由于視覺導(dǎo)航對基礎(chǔ)設(shè)施的要求很低，被公認(rèn)為是最有前景的定位方法。

車輛控制技術(shù)是無人駕駛汽車的核心，主要包括速度控制和方向控制等幾個部分。無人駕駛其實就是用電子技術(shù)控制汽車進(jìn)行的仿人駕駛。通過對駕駛員的駕駛行為進(jìn)行分析可知，車輛的控制是一個典型的預(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，根據(jù)預(yù)瞄點控制車輛的行為。目前最常用的方法是經(jīng)典的智能PID算法，例如模糊PID、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID等。

除以上兩個方面，無人駕駛汽車作為智能交通系統(tǒng)的一部分，還需要一些其它相關(guān)技術(shù)的支持，如車輛調(diào)度系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)和人機交互系統(tǒng)等，最終得以實現(xiàn)整個交通系統(tǒng)的高效、安全。

3智能無人車在高速交警巡邏中的應(yīng)用

這類系統(tǒng)將使用在環(huán)境限定為具有良好標(biāo)志的結(jié)構(gòu)化高速公路上，主要完成道路標(biāo)志線跟蹤、車輛識別等功能。這些研究把精力集中在簡單結(jié)構(gòu)化環(huán)境下的高速自動駕駛上，其目標(biāo)是實現(xiàn)進(jìn)入高速公路之后的全自動駕駛。盡管這樣的應(yīng)用定位有一定的局限性，但它的確解決了現(xiàn)代社會中最為常見、危險、也是最為枯燥的駕駛環(huán)節(jié)的駕駛?cè)蝿?wù)。無人駕駛汽車研究走在前列的國家，一直都很重視其在軍事和其他一些特殊條件下的應(yīng)用。但其關(guān)鍵技術(shù)和基于高速公路的車輛是一致的，只是在性能要求上的側(cè)重點不一樣。例如，車輛的可靠性、對惡劣環(huán)境的適應(yīng)性是在特殊環(huán)境下考慮的首要問題，也是在未來推廣應(yīng)用要重點解決的問題。

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