現(xiàn)代汽車新技術(shù)概論（第3版）-田晉躍課件 第10章智能汽車與智能交通運(yùn)輸

第10章智能汽車與智能交通運(yùn)輸10.1概述一、智能交通運(yùn)輸?shù)母拍詈蛢?nèi)容二、世界智能汽車的研究與發(fā)展

10.2現(xiàn)代汽車智能新技術(shù)一、現(xiàn)代的汽車智能新技術(shù)

10.3智能交通運(yùn)輸一、國(guó)內(nèi)外智能交通系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀二、智能交通的相關(guān)子系統(tǒng)及基本原理上一頁(yè)下一頁(yè)10.1概述一、智能交通運(yùn)輸?shù)母拍詈蛢?nèi)容1、概念：

它是在較完善的道路設(shè)施基礎(chǔ)上將信息技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)、電子傳感技術(shù)、全球定位技術(shù)、地理信息系統(tǒng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)處理技術(shù)以及系統(tǒng)工程技術(shù)等有機(jī)地集成運(yùn)用于整個(gè)地面交通管理體系，而建立起的一種在大范圍內(nèi)、全方位發(fā)揮作用的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效、智能的交通運(yùn)輸管理系統(tǒng)。2、工作流程：上一頁(yè)下一頁(yè)返回進(jìn)行合理的調(diào)度選擇交通方式和路線各種信號(hào)管理部門用戶

3、智能交通運(yùn)輸系統(tǒng)的范圍：上一頁(yè)下一頁(yè)返回ITS緊急救援系統(tǒng)（EMS）電子收費(fèi)系統(tǒng)（ETC)貨運(yùn)管理系統(tǒng)先進(jìn)的汽車控制系統(tǒng)（AVCS）先進(jìn)的公共交通系統(tǒng)（APTS）先進(jìn)的交通管理系統(tǒng)（ATMS）先進(jìn)的交通信息服務(wù)系統(tǒng)（ATIS)二、世界智能汽車的研究與發(fā)展1、智能汽車的產(chǎn)生與發(fā)展：20世紀(jì)50年代初美國(guó)BarrettElectronics公司研究開(kāi)發(fā)出的世界上第一臺(tái)自動(dòng)引導(dǎo)汽車系統(tǒng)（AutomatedGuidedVehicleSystem，AGVS）。在20世紀(jì)60～70年代，AGVS的研究在西歐許多國(guó)家得到了迅速的發(fā)展，并將AGVS的應(yīng)用擴(kuò)展到工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。1974年，瑞典的VolvoKalmar轎車裝配工廠為了提高運(yùn)輸系統(tǒng)的靈活性，以便向裝配工人機(jī)動(dòng)地提供各種零配件，許多西歐國(guó)家紛紛效仿Volvo公司，并逐步使AGVS在裝配工業(yè)中成為一種流行的運(yùn)輸手段。2、智能汽車的研究方向：

研究?jī)?nèi)容主要包括駕駛員行為分析、環(huán)境感知、極端情況下的自主駕駛以及規(guī)范環(huán)境下的自主導(dǎo)航等；按駕駛員對(duì)汽車的控制方式和自主程度來(lái)分，又包括控、警告系統(tǒng)、半自主式汽車控制系統(tǒng)以及自主汽車控制系統(tǒng)等。上一頁(yè)下一頁(yè)返回3、智能汽車的研究范圍：一個(gè)正在具有應(yīng)用價(jià)值的智能汽車系統(tǒng)具備實(shí)時(shí)性、魯棒性、實(shí)用性這三方面技術(shù)特點(diǎn)。智能汽車的研究涉及加速檢測(cè)控制、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、傳感器數(shù)據(jù)融合、汽車工程等諸多領(lǐng)域，可以說(shuō)，智能汽車的研究是計(jì)算機(jī)視覺(jué)與計(jì)算機(jī)控制研究在汽車工程上的綜合。計(jì)算機(jī)視覺(jué)在智能汽車中存在優(yōu)缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)是：檢測(cè)信息量大、能夠遙測(cè)等；缺點(diǎn)：實(shí)時(shí)性較差。所以在研究中一般是通過(guò)一些特殊圖像處理方式。 傳感器融合技術(shù)，即將多個(gè)傳感器采集的信息進(jìn)行合成，形成對(duì)環(huán)境特征綜合描述的方法，能夠充分利用多傳感器數(shù)據(jù)間的冗余和互補(bǔ)特性，獲得我們需要的、充分的信息。目前，在智能汽車領(lǐng)域，除視覺(jué)傳感外，常用的還有雷達(dá)、激光、GPS等傳感器智能控制具有以知識(shí)表示的非數(shù)字廣義模型和以數(shù)學(xué)模型表示的混合控制過(guò)程，也往往是那些含有復(fù)雜性、不完全性、模糊性和不確定性以及不存在已知算法的非數(shù)字過(guò)程，并以知識(shí)進(jìn)行推理，以啟發(fā)來(lái)引導(dǎo)求解過(guò)程等特點(diǎn)，其本質(zhì)與智能汽車的本質(zhì)相一致，故在智能汽車上取得了廣泛的應(yīng)用。上一頁(yè)下一頁(yè)返回10.2現(xiàn)代汽車智能新技術(shù)上一頁(yè)下一頁(yè)返回汽車智能技術(shù)汽車GPS系統(tǒng)汽車智能避撞系統(tǒng)汽車智能“黑匣子”汽車智能駕駛系統(tǒng)汽車巡航控制系統(tǒng)智能式車速控制系統(tǒng)智能式前照燈駕駛員分神監(jiān)視系統(tǒng)汽車夜視系統(tǒng)汽車智能空調(diào)汽車智能安全氣囊汽車智能鑰匙汽車智能懸架汽車智能輪胎

汽車GPS系統(tǒng)，也稱全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)。它是依靠地球周圍的24顆定位衛(wèi)星；不斷對(duì)地面發(fā)射并提供三維位置、三維速度的電子信息，使地球上安裝的接收設(shè)備接收到這些信息并用于中轉(zhuǎn)設(shè)備對(duì)這些信息進(jìn)行分析，從而判定發(fā)射信息的物體所處方位的一種定位系統(tǒng)。其作用可以顯示汽車在電子地圖的位置，查詢酒店等。汽車智能避撞技術(shù)首先解決的問(wèn)題就是汽車之間的安全距離。汽車與汽車之間的距離小于這個(gè)安全距離，就應(yīng)該自動(dòng)報(bào)警，并采取制動(dòng)措施。目前測(cè)定汽車之間安全距離的方法有超聲波測(cè)距、微波雷達(dá)測(cè)距和激光測(cè)距等。汽車智能“黑匣子”能客觀地記錄機(jī)動(dòng)汽車發(fā)生車禍前駕駛員的操作過(guò)程，有效地提供駕駛員在事故發(fā)生前作出的種種反應(yīng)。這種黑匣子與普通煙盒差不多大，構(gòu)件包括可以儲(chǔ)存、收集和傳輸數(shù)據(jù)的蜂窩電話，其外部有保險(xiǎn)裝置。車禍發(fā)生后，該黑匣子會(huì)自動(dòng)打開(kāi)，利用傳感器記錄下汽車的行駛速度以及出車禍時(shí)汽車的撞擊位置，然后將這些信息傳給中央通信系統(tǒng)。黑匣子內(nèi)嵌有全球定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)處理與傳輸功能。上一頁(yè)下一頁(yè)返回汽車智能駕駛系統(tǒng)相當(dāng)于機(jī)器人，能代替人駕駛汽車。它主要通過(guò)安裝在前后保險(xiǎn)杠及兩側(cè)的紅外線攝像系統(tǒng)對(duì)汽車前后左右的一定區(qū)域進(jìn)行不停的掃描和監(jiān)視，通過(guò)車內(nèi)計(jì)算機(jī)、電子地圖、光化學(xué)傳感器等對(duì)紅外線攝像頭傳來(lái)的信號(hào)進(jìn)行分析計(jì)算，并根據(jù)道路交通信息管理系統(tǒng)傳來(lái)的交通信息發(fā)出指令，代替人的大腦指揮執(zhí)行系統(tǒng)操縱汽車。汽車智能駕駛系統(tǒng)的特點(diǎn)在于事故的早期探測(cè)與早期操作、排除駕駛員人為錯(cuò)誤、排除駕駛員心理影響及個(gè)別汽車的控制可能性。汽車智能輪胎計(jì)算機(jī)芯片或?qū)⑿酒c輪胎相連接。計(jì)算機(jī)芯片在行駛狀態(tài)下能自動(dòng)監(jiān)控并調(diào)節(jié)輪胎的溫度和氣壓，保證行車安全。汽車智能懸架系統(tǒng)由電子裝置控制，可根據(jù)路面情況調(diào)節(jié)懸架彈性元件的剛度和減震器的阻力，使振動(dòng)和沖擊迅速消除。智能鑰匙能發(fā)射出紅外線信號(hào)，既可打開(kāi)車門、行李箱和燃油加注孔蓋，也可以操作汽車的車窗和天窗。其余各種智能技術(shù)使汽車良好行駛，提高駕駛?cè)藛T的舒適性以及汽車的經(jīng)濟(jì)性。

上一頁(yè)下一頁(yè)返回2、汽車巡航控制系統(tǒng)（1）定義：汽車巡航控制系統(tǒng)的英文為CRUISECONTROLSYSTEM，其縮寫為CCS。巡航控制系統(tǒng)還被稱為“恒速控制系統(tǒng)”、“車速控制系統(tǒng)”或“巡行控制系統(tǒng)”等。（2）優(yōu)點(diǎn)：無(wú)論風(fēng)力和道路坡度這些能引起汽車的行駛阻力發(fā)生變化的因素如何變化，只要在發(fā)動(dòng)機(jī)功率允許范圍內(nèi)，汽車的行駛速度便可保持不變；汽車在定速行駛時(shí)，駕駛員負(fù)擔(dān)明顯減輕，提高了駕車的舒適性；有效地降低了燃油的消耗，減少了有害氣體的排放。（3）發(fā)展趨勢(shì)：未來(lái)轎車的巡航系統(tǒng)將會(huì)與GPS相結(jié)合，通過(guò)車輪傳感器、地磁傳感器和偏航傳感器獲取數(shù)據(jù)，確定汽車的速度和位置。上一頁(yè)下一頁(yè)返回10.3智能交通運(yùn)輸

智能交通系統(tǒng)ITS是在傳統(tǒng)的交通系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型交通系統(tǒng)。ITS的總體框架結(jié)構(gòu)，在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)尚未形成之前，大都是按美國(guó)制定的ITS結(jié)構(gòu)框架（NationalArchitecture，簡(jiǎn)稱NA）來(lái)考慮的。NA將ITS劃分為19個(gè)子系統(tǒng)，并對(duì)各子系統(tǒng)的功能進(jìn)行了分配,19個(gè)子系統(tǒng)之間的相互關(guān)系如圖10.1所示:上一頁(yè)下一頁(yè)返回

圖10.1NA框架及子系統(tǒng)相互關(guān)系

其特點(diǎn)是：交通基礎(chǔ)設(shè)施智能化；車輛智能化；交通運(yùn)輸系統(tǒng)智能化以及一體化。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1、國(guó)內(nèi)外智能交通系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀國(guó)外：美國(guó)，開(kāi)始時(shí)各州、市推出的ITS稱為IVHS（IntelligentVHS），1994年IVHS更名為ITS，其實(shí)施戰(zhàn)略是通過(guò)實(shí)現(xiàn)面向21世紀(jì)的“公路交通智能化”，從根本上解決和減輕交通事故，低效率和能源浪費(fèi)等交通中存在的問(wèn)題，取得了重大成就。在歐洲ITS始于20世紀(jì)70年代末，到80年代中期ITS的研究計(jì)劃開(kāi)始大規(guī)模實(shí)施， 目前已進(jìn)入第二階段的研究開(kāi)發(fā)，計(jì)劃在全歐范圍內(nèi)建立專門的交通無(wú)線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)、智能交通系統(tǒng)的交通管理、汽車行駛和電子收費(fèi)等。1996年又開(kāi)始執(zhí)行歐洲高效安全交通系統(tǒng)計(jì)劃。從20世紀(jì)80年代中期至90年代中期的10年時(shí)間，相繼完成了路車之間的通信系統(tǒng)（RACS）、先進(jìn)的管理交通信息控制系統(tǒng)、交通信息通信系統(tǒng)、寬區(qū)域旅行信息系統(tǒng)、超智能汽車系統(tǒng)、安全汽車系統(tǒng)及新交通管理系統(tǒng)等。國(guó)內(nèi)：我國(guó)ITS的發(fā)展起步較晚，從80年代開(kāi)始在交通管理和交通工程的基礎(chǔ)上逐步發(fā)展起來(lái)的，20世紀(jì)90年代中期開(kāi)始進(jìn)行有關(guān)ITS理論和技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)，1999年由科技部牽頭與有關(guān)部委聯(lián)合成立了全國(guó)智能交通系統(tǒng)協(xié)調(diào)小組，共同推動(dòng)交通系統(tǒng)的智能化發(fā)展，相繼完成了中國(guó)ITS體系框架和標(biāo)準(zhǔn)體系及其他相關(guān)的技術(shù)研究。上一頁(yè)下一頁(yè)第三章電容式傳感器返回2、智能交通的相關(guān)子系統(tǒng)及基本原理（1）交通信號(hào)自動(dòng)控制系統(tǒng)交通信號(hào)自動(dòng)控制系統(tǒng)(AutomaticTrafficSignalControlSystem，簡(jiǎn)寫ATCS)一般是指用計(jì)算機(jī)來(lái)自動(dòng)、集中控制分散在各個(gè)交叉口交通信號(hào)燈的一類信號(hào)控制系統(tǒng)，也可以叫做交通信號(hào)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（ComputerizedTrafficSignalControlSystem）。在城市道路上，交通信號(hào)自動(dòng)控制系統(tǒng)一般由汽車檢測(cè)設(shè)施，交通控制中心計(jì)算機(jī)硬件設(shè)施、交通信號(hào)配時(shí)的交通模型與優(yōu)化等計(jì)算機(jī)軟件、信號(hào)控制器（機(jī)）及信息傳輸路線組成；在高速公路上，還有匝道信號(hào)、可變信號(hào)標(biāo)志等。上一頁(yè)下一頁(yè)返回

交通控制中心與道路設(shè)施示意圖上一頁(yè)下一頁(yè)返回（2）路線導(dǎo)行系統(tǒng)

路線導(dǎo)行系統(tǒng)，一般是指用計(jì)算機(jī)根據(jù)道路網(wǎng)絡(luò)上各條道路的交通標(biāo)志，給出行汽車提供“最佳路線”的導(dǎo)行信息，使之能避開(kāi)交通擁擠嚴(yán)重的路線，改行交通密度比較小的路線，以最短的時(shí)間到達(dá)目的地，并實(shí)現(xiàn)路網(wǎng)整體交通流優(yōu)化的一種交通信息發(fā)布系統(tǒng)的統(tǒng)稱。其中通常的路線誘導(dǎo)系統(tǒng)（RouteGuidanceSystem，簡(jiǎn)寫RGC）與汽車導(dǎo)行系統(tǒng)（VehicleNavigationSystem.簡(jiǎn)寫VNS），是兩個(gè)不同的名字，他們的功能也略有差異。路線導(dǎo)行系統(tǒng)的作用：向出行者提供路線導(dǎo)行信息，兼有先進(jìn)交通信息系統(tǒng)與先進(jìn)交通管理系統(tǒng)的重要組成部分。 路線導(dǎo)行系統(tǒng)的組成和運(yùn)行過(guò)程：路線導(dǎo)行系統(tǒng)一般由路線交通狀況檢查設(shè)施、交通信息和綜合交通管理中心計(jì)算機(jī)硬件設(shè)施、路線導(dǎo)行交通狀況預(yù)測(cè)、動(dòng)態(tài)交通分配、導(dǎo)行路線優(yōu)選與產(chǎn)生等計(jì)算機(jī)軟件、導(dǎo)行路線及交通狀況信息發(fā)布接收顯示設(shè)施及信息傳輸線路組成。上一頁(yè)下一頁(yè)返回

路線導(dǎo)行系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程上一頁(yè)下一頁(yè)返回（3）交通異常（突發(fā)、偶發(fā)）事件監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)交通異常事件監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的原因：減輕傷亡損失，對(duì)交通異常事件應(yīng)有及早發(fā)現(xiàn)措施。發(fā)生異常事件后，應(yīng)采取緊急救援措施及早搶救、清除事故。這些措施的實(shí)施，都屬于交通異常事件檢測(cè)系統(tǒng)。交通異常(突發(fā))事件檢測(cè)系統(tǒng)由交通狀況檢測(cè)、撿測(cè)數(shù)據(jù)處理、信號(hào)控制及信息顯示等設(shè)施構(gòu)成。 交通異常事件監(jiān)測(cè)的基本原理是：汽車在正常情況下行駛時(shí)的車流，用檢測(cè)器監(jiān)測(cè)時(shí)，測(cè)得的車流參數(shù)符合一定的規(guī)律。一旦監(jiān)測(cè)到的車流參數(shù)不符合規(guī)律時(shí)，即有交通異常事件發(fā)生的可能。由于汽車行駛的道路條件不同，交通異常事件的檢查判斷在高速道路同城市間道路上有很大的區(qū)別。上一頁(yè)下一頁(yè)返回

瓶頸段上下游車流狀態(tài)的差異上一頁(yè)下一頁(yè)返回

交通事件圖像處理檢測(cè)系統(tǒng)上一頁(yè)下一頁(yè)返回

組成：交通事件有關(guān)的救援部門、交通管理、急救中心、消防中心等同交通管理或控制中心聯(lián)網(wǎng)組成。

（4）緊急救援系統(tǒng)上一頁(yè)下一頁(yè)返回

緊急事件調(diào)度指揮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖（5）公共交通運(yùn)行系統(tǒng)

主要目的是提高公共交通的運(yùn)行車速與到站準(zhǔn)點(diǎn)率，使乘客能以較短的旅行時(shí)間準(zhǔn)時(shí)到達(dá)目的