ITS智能交通-无人驾驶汽车.ppt

引言 v无人驾驶汽车对于人们而言已不再是只存在于科幻 电影中遥不可及的事物了。随着人类社会的快速发 展，科学技术的日新月异，已经没有什么能阻挡人 们追求卓越的脚步了。无人驾驶汽车也已经被科学 家从荧幕上搬到了现实社会中，虽然还没有普及开 来，但想必在不久的将来一场具有颠覆性意义的科 技风暴将会席卷整个汽车界，给我们带来一场翻天 覆地的变化，这也意味着人们的生活将会变得更加 高效，交通事故发生率也将锐减，能源将会极大的 节约，人与自然也会愈发和谐。接下来将会从无人 驾驶汽车的发展、原理、现状、利与弊以及现实中 的应用来展开一下。 一、无人驾驶技术的发展 v从20世纪70年代开始，美国、英国、德国等发达 国家开始进行无人驾驶汽车的研究，目前在可行 性和实用化方面都取得了突破性的进展。 v我国从20世纪80年代开始进行无人驾驶汽车的研 究，国防科技大学在1992年成功研制出我国第一 辆真正意义上的无人驾驶汽车。2005年，首辆城 市无人驾驶汽车在上海交通大学研制成功，该车 有望于两年之内率先在上海世纪公园进行示范运 营，并在2010年世博会上一展身手。到时游客只 需在公园的入口处按下一个按钮，一辆没有司机 的四座敞篷汽车就会从远处开过来缓缓停下，然 后搭载着乘客前往他们想去的景点。 v1912年：凯迪拉克的自动启动系统意味着驾驶人不再用手 动曲柄启动汽车。 v1939年：奥兹莫比尔公司推出了第一个自动变速系统。 v1951年：克莱斯勒推出第一款油压转向系统 v1958年：克莱斯勒的巡航控制系统使得驾驶人不用再时时 注意行驶速度。 v1970年：克莱斯勒imperial首先配备防抱死刹车系统。 v1997年：部分丰田车配备基于雷达的自适应巡航控制，可 与前车自动保持安全驾驶距离。 v2002年：丰田推出nightview（夜视），一款车内监视器， 可显示前方道路的近红外图像，凸显障碍。 v2003年：梅赛德斯推出pre-safe系统，采用感应器预测迫 在眉睫的撞击，采取各种防范措施。 v2004年：英菲尼迪（日本豪华车品牌）推出第一款“离开车 道”警示系统，在车驶离车道时提醒驾驶人。 汽车大事记 v2005年：沃尔沃推出第一款盲点警报系统，当有车进入驾驶人盲点时就 会发出警报。 v2006年：雷克萨斯（丰田旗下高档品牌）推出相机-声纳辅助的平行泊 车系统。 v2007年：卡内基梅隆大学的tartan车队赢得美国国防部的自动汽车比 赛大奖。 v2008年：梅赛德斯引进attentionassit，在驾驶人显露疲劳征兆时发出 警告。 v2009年：沃尔沃推出行人监测系统。 v2010年：奥迪无人驾驶自动汽车tts行驶12.42公里，抵达落基山派克 峰顶。 v2010年：7辆车组成的google无人驾驶汽车车队开始在加州道路上试 行。 v2010年：梅赛德斯f800style概念车展示赛车助手，一款低速适应巡航 控制系统。 v2011年：中国国防科技大学创造的一辆无人驾驶汽车行驶177英里，从 长沙开至武汉。 v2020年：通用汽车公司的阿兰陶伯估计，这一年自动驾驶系统将成为 汽车标准配置。 二、无人驾驶汽车的分类 v无人驾驶汽车与无人驾驶飞机相比较，前者 为二维系统后者属三维系统，技术难度要 骶些但共性亦不少。按控制方式的不同， 无人驾驶汽车分为有线控制 、感应控制型、 自主控制型和遥控型四大类，各有特色和优 缺点。 v有线控制型：结构简单，造价低。但汽车行驶半径 和距离均较小受拖缆线的限制使用场合有诸多 局限和不便。 v感应控制型：汽车通过接收埋设在路面下或道路旁 的辐射信息(如微波)，经识别、判断、控制并引导 汽车有序行驶。 v自主控制型：借助车载雷达及计算机、控制系统主 动导引汽车，避开行人及前方车辆沿正确线路安全 行驶。 v遥控型：通过无线电遥控系统对远距离运行的汽车 发送指令，以进行实时控制。遥控对象可以是单车 或多车。 三、无人驾驶汽车工作原理及关键技术 关健技术关健技术-key technology-key technology v 环境感知技术（environment perception） v 路径规划技术（path plan） v 导航控制技术（navigation control） v 避障防撞技术（obstacle detection & avoidance） v 信息通讯技术（information communication） v 乘员安保技术（passenger safety） v 人机交互技术（human-machine communication） v 状态监测技术（condition monitoring） v 调度管理技术（accommodating & management） 真车展示 效果图 v1、雷达 radar v无人驾驶汽车装载了4 个标准自动高敏感度的 雷达，其中三个在前面 ，另一个在后面保险杠 上，它可以用来跟踪附 近的物体。帮助驾驶者 定位与其他事物的距离 。当它在汽车的盲点内 检测到物体时便会发出 警报 无人驾驶系统描绘出的3d地形图 返回 v2、车道保持系统 lane -keeping v在挡风玻璃上装载的摄 像头可以通过分析路面 和边界线的差别来识别 车道标记。如果汽车不 小心离开了车道，方向 盘会轻微震动来提醒驾 驶者。 返回 v3、激光测距系统 lidar v谷歌采用了velodyne公司的车顶 激光测距系统。扫描器发射64束 覆盖汽车周围360角内的区域距 离可以精确到2cm以内的激光射 线，然后激光碰到车辆周围的物 体，又反射回来，这样就计算出 了物体的距离。另一套在底部的 系统测量出车辆在三个方向上的 加速度、角速度等数据，然后再 结合gps数据计算出车辆的位置 ，所有这些数据与车载摄像机捕 获的图像一起输入计算机，软件 以极高的速度处理这些数据。这 样，系统就可以非常迅速的作出 判断。 返回 v4、红外摄像头 infrared camera v无人驾驶汽车的夜视辅助功 能使用了两个前灯来发送不 可见且不可反射的红外光线 到前方的路面。而挡风玻璃 上装载的摄像头则用来检测 红外标记，并且在仪表盘的 显示器上呈现被照亮的图像 （其中危险因素会被突出） 返回 v5、立体视觉 stereo vision v在无人汽车前挡风玻璃 上装载了两个摄像头将 会实时生成前方路面的 3d图像，检测诸如行人 之类的潜在危险，并且 预测他们的行动。 返回 v 6、全球定位系统gps v一个自动驾驶员需要知 道他正在去哪儿。谷歌 使用applanix公司的定 位系统，以及他们自己 的研制开发google map和gps 技术。 返回 v 7、车轮角度编码器 wheel encoder v轮载传感器可以在 google汽车穿梭于车流 中时测量它的速度。进 而自动调节汽车的行驶 速度。帮助汽车在地图 上找到准确的位置。 返回 四、无人驾驶技术方兴未艾 v中国版：红旗hq3轿车 v英国版：外星飞船 v法国版：“高尔夫球车” v德国版：像普通轿车 v谷歌版：无人驾驶汽车 国人的骄傲 v我国从20世纪80年代开始进行无 人驾驶汽车的研究，国防科技大 学在1992年成功研制出我国第一 辆真正意义上的无人驾驶汽车。 2011年7月14日红旗hq3首次完 成了从京珠高速公路长沙杨梓冲 收费站出发，历时3小时22分钟 到达武汉，全程286公里的高速 无人驾驶实验，实验中，无人车 自主超车67次，途遇复杂天气， 部分路段有雾，在咸宁还遭逢降 雨。创造了我国自主研制的无人 车在复杂交通状况下自主驾驶的 新纪录，标志着我国无人车在复 杂环境识别、智能行为决策和控 制等方面实现了新的技术突破， 达到世界先进水平。 v无人驾驶汽车行驶在专用道路上 v该无人驾驶汽车有4个座位，形状似气泡，看起来 就像一艘外星人飞船：这种汽车依靠电池产生动 力，而且乘客可以通过触摸屏来选择他们的目的 地?它们的时速可达40千米，而且会自动沿着其 狭长的道路系统行使。一旦乘客选择好了目的地 ，控制系统会记录下要求，并向舱车发送一条信 息。随后舱车会遵循一条电子传感路径前进。在 旅程期间，如果需要的话，乘客可以按下一个按 钮和控制人员通话。 v法国inria公司花费十年心血研制出“ 赛卡博”(cycab)无人驾驶汽车，外形 看起来像未来的高尔夫球车。该车使 用类似于给巡航导弹制导的全球定位 技术，通过触摸屏设定路线，“赛卡博 ”就能把你带到想要去的地方了。只不 过给“赛卡博”带路的全球定位系统要 比普通的全球定位系统功能强大许多 。普通gps系统的精度只能达到几米 ，而“赛卡博”却装备了名为“实时运动 gps”的特殊gps系统，其精良高达1 厘米。这款无人驾驶汽车装有充当“眼 睛”的激光传感器能够避开前进道路 上的障碍物，还装有双镜头的摄像头 ，来按照路标行驶，人们甚至可以通 过手机控制驾驶汽车，每一辆无人驾 驶汽车都能通过互联网来进行通信， 这意味着这种无人驾驶汽车之间能够 做到信息共享，这样多辆无人驾驶汽 车能够组成车队，以很小的间隔顺序 行驶。该车也能通过交通网络获取实 对交通信息，防止交通阻塞的发生在 行驶过程中，该车还会自动发出警告 ，提醒过往行人注意。 v在德国汉堡一家公司应用先进的激光传感技术把无人驾驶汽车变成了 现实：这辆无人驾驶智能汽车名为“路克斯”(lux)，由普通轿车改装而 成，可以在错综复杂的城市公路系统中无人驾驶。这归功于车内安装 的无人驾驶设备，包括激光摄像机、全球定位仪和智能计算机。 v在行驶过程中，车内安装的全球定位仪将随时获取汽车所在准确方位 。隐藏在前灯和尾灯附近的激光摄像机随时探测汽车周围180米内的 道路状况，并通过全球定位仪路面导航系统构建三维道路模型。此外 ，它还能识别各种交通标志，保证汽车在遵守交通规则的前提下安全 行驶。安装在汽车后备箱内的计算机将汇总、分析两组数据，并根据 结果向汽车传达相应的行驶命令。 v激光扫描器能够探测路标并提醒是否有车离开车道。在激光扫描器的 帮助下，无人汽车便可以实现自行驾驶：如果前方突然出现汽车，它 会自动刹车：如果路面畅通无阻，它会选择加速；如果有行人进入车 道，它也能紧急刹车。此外，它也会自行绕过停靠的其他车辆。 v该项目是塞巴斯蒂安-特龙（sebastian thrun）的智慧结晶，这位43岁 的斯坦福大学人工智能实验室的主任是谷歌工程师和谷歌街景地图服务 的创造者之一。 v2005年，他领导一个由斯坦福学生和教师组成的团队设计出了斯坦利机 器人汽车，该车在由美国国防部高级研究计划局（darpa）举办的第二 届“挑战”（grand challenge）大赛中夺冠，该车在沙漠中行驶超过132 英里（212.43公里），因此赢得了由五角大楼颁发的200万美元奖金。 而且，这一支由15位工程师组成的团队继续投身于此项目。另外，谷歌 聘请了至少12人，并且这些人均没有不良驾驶记录，这部分员工坐在主 驾座上以观察汽车行驶状况，他们每小时的薪酬为15美元或者更多。谷 歌在此项目中使用了六辆普锐斯和一辆奥迪tt。 v目前谷歌无人驾驶汽车已经行驶超过30万英里。技术人员表示：谷歌无 人驾驶汽车通过摄像机、雷达传感器和激光测距仪来“看到”其他车辆， 并使用详细的地图（我们通过手动驾驶车辆收集而来）来进行导航。我 们的手动驾驶车辆收集来的信息是如此巨大，我们必须将这些信息进行 处理转换，谷歌数据中心将这一切变成了可能，它的数据处理能力是如 些强大。目前所面临的难题是自动驾驶汽车和人驾驶的汽车如何共处而 不引起交通事故的问题。 体验者无人驾驶汽车的经历分享 视频 google无人驾驶汽车项目负责人 sebastianthrun 返回 亲身初体验 图为google无人驾驶汽车仪表盘 google汽车启动时的提示音非常 迷人，就像好莱坞大片里面那种科 技感十足的人工智能音。启动后， 只需在笔记本电脑上搜索并设置目 的地，系统便会自动给出最佳线路 。当然，线路是可以人工调整的， 以避开一些突发情况，如道路临时 施工。由于无人驾驶汽车尚处于试 用阶段，正、副驾驶位置都需有人 。如遇系统判断失误，驾驶座上的 人可强行接手，并停止自动驾驶。 而副驾驶则需用笔记本电脑监控、 记录系统做出的判断。 on the way v汽车不到1分钟就加速至60公里/小时的最 高限速（自动驾驶模式下最高限速为60 公里/小时）。当汽车遇到停车标志（ stopsign）或者红灯时，女声会说“已接 近斑马线了”。若主控系统检测到故障， 她也会及时告知乘客。如果车辆处于比较 陌生的环境，无法判断该做出何种反应， 它会提醒驾驶员手动操作。 v无人驾驶汽车在路口的表现令人印象深刻 。当交通灯变绿，它开始左转，这时如有 行人过马路，它将会停下等待，行人过完 马路后它再继续完成转弯。在经过十字路 口时，它也会根据规则让其它车辆先通行 ，如果其它车辆没有反应，它将往前行进 一点，以表明自己的意图。 v在40分钟左右的体验中，汽车几乎保持 60公里/小时的匀速行驶。我大约有20分 钟坐在驾驶的位置上，这期间明显不知该 把手放在哪里，只好双手紧握，放在胸前 。当看到方向盘自己转动，有一种穿越到 未来的感觉。 v在体验完毕，走出车门的一霎那，我发现 腿软了毕竟是第一次体验如此刺激的 高科技。看来在上路之前克服心理障碍也 是必要的一环。 视频演示 google fleet1 is on the way 无人驾驶的优点 v在解决城市交通问题上，无人驾驶汽车因不 用司机而成本更低，此外无人驾驶汽车可和 城市交通指挥中心联网，选择最好的路线， 有效避免塞车，提高了运输效率，极大的缓 解交通压力。 v防止交通意外，使出行更安全（因为去除了 人为失误因素） ，给人们更多空闲时间，而 且这些汽车采用电力驱动，更加环保，通过 减少汽车的使用从根本上减少碳排放量。从 而有效的减少环境污染。 v通过无人驾驶系统，所有自动驾驶汽车的数 据就可以通过无线方式共享，网络系统就可 以通过每辆车的周边的路况对全部车辆进行 调节，从而预测车流量，合理安排车辆的路 线。 v纵观无人驾驶技术的发展，它已在特定场合 得到了很多应用，比如较好的战场环境、排 爆地点、轨道驾驶环境、封闭的运输地段等 v针对目前中国交通事故的多发率、汽车保有 量的持续增长，中国高人口密度的现状，无 人汽车对中国更具意义 ，它可以适应更窄的 街道、取消红绿灯和路灯以及降低能源消耗 ，为政府节省万亿元的开支。 无人驾驶的弊端 v驾驶员失误也有其反面优势，那就是人类 的判断能力。无人驾驶技术永远是将保护 车辆和车内人员作为第一要务。而一个驾 驶员则可能宁愿牺牲自己的车来保护他人 。例如，您驾驶时前方有辆车突然打滑， 而您已经来不及停车。此时，在您的左边 有一辆大卡车，右边则是一群等着过马路 的孩子。大多数司机会选择撞向大卡车， 以避免撞到行人。而无人驾驶车辆无法识 别孩子们它只会简单地看到这条道路 阻力较少，而将车转而冲向这边。 v目前所面临的另一难题是自动驾驶汽车和 人驾驶的汽车如何共处而不引起交通事故 的问题。此外无人汽车的行驶需要大量的 数据处理转换。 v除了技术问题之外，无人驾驶汽车也带来 了一些法律和社会上的问题。将车辆的控 制权交给自动系统，是一个没有先例的事 情。以旦出了问题，没有人知道应该责怪 谁，或向谁提起诉讼。 六、无人驾驶汽车的应用 v无人驾驶出租车 v在德国，目前人们也可用自己的手机来打“无 人的士”，科研人员推出命名为“德国制造”的 无人驾驶汽车，乘客们只需利用ipad等智能 手机向mig打电话，mig就可通过全球定位 系统锁定乘客的方位并且带其到目的地。 v无人驾驶探险车 v金字塔考古之所以引起世界普遍关注，其中 还因为使用了一辆被称作“金字塔漫游者” 的 无人驾驶探险车。它形状大小如同一辆玩具 火车，却成