高級輔助駕駛系統(tǒng)與車聯(lián)網(wǎng)(下)

◆文/山東 劉春暉

（接上期）

4.攝像頭

攝像頭是實現(xiàn)眾多預警、識別類ADAS 功能的基礎。像自動緊急剎車（AEB）、車道偏離預警（LDW）、車道保持（LKA）、行人警示（PCW）、自動泊車（AP）、疲勞駕駛預警（DFM）、交通標志識別（TSR）、交通信號燈識別（TLR）等都需要建立在圖像識別的基礎上，進而實現(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。因為前視攝像頭最重要的一個作用就是碰撞預警，而碰撞預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行目標識別，識別行人、物體、車型等。再通過目標在圖像中的大小去估算目標距離。這種方法是建立在精準識別基礎上的，所以首先需要建立并不斷維護一個龐大的樣本特征數(shù)據(jù)庫，保證這個數(shù)據(jù)庫包含待識別目標的全部特征數(shù)據(jù)。比如在一些特殊地區(qū)，為了專門檢測大型動物，必須先行建立大型動物的數(shù)據(jù)庫；而對于另外某些區(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。如果缺乏識別目標的特征，就會導致系統(tǒng)無法對車型、物體、障礙物進行識別，從而也就無法準確估算這些目標的距離。導致ADAS系統(tǒng)的漏報。

如圖16所示，雙目視覺是通過對兩幅圖像視差的計算，直接對前方景物（圖像所拍攝到的范圍）進行距離測量，而無需判斷前方出現(xiàn)的是什么類型的障礙物。所以對于任何類型的障礙物，都能根據(jù)距離信息的變化，進行必要的預警或制動。雙目視覺的原理與人眼類似，利用雙目三角測距的原理，能非常精準的測量物體的距離。

如圖17、18所示，雙目方案也同時兼具單目方案的功能，可以采用其中一路來進行圖像識別，從而判斷交通標示和障礙物類型。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）標配雙目攝像頭。

此外汽車上還可以配備更多攝像頭來實現(xiàn)更多功能。如圖19所示，如同時配備廣角相機和中長焦相機，可以識別不同距離，不同視角范圍內(nèi)的障礙物；同時配備可見光相機和遠紅外相機，可以實現(xiàn)夜間使用的；在車的前、后、左、右安裝四個廣角攝像頭，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（表2），所以一般采取兩種或兩種以上的傳感器進行搭配，實現(xiàn)不同的系統(tǒng)功能的準確感知。

圖19 交通標示識別的多目視覺方案

表2 不同傳感器的特點對比

四、智能汽車和車聯(lián)網(wǎng)的關系

智能汽車（ADAS）和車聯(lián)網(wǎng)（V2X）分別是實現(xiàn)無人駕駛的內(nèi)部和外部要求智能汽車指配備高級駕駛輔助系統(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)境變化做出相應反應。智能汽車可以被看作是實現(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包括車輛、行人、設施等因素的復雜環(huán)境中，因此要做到完全自動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，自動駕駛才有可能實現(xiàn)。

五、無人駕駛發(fā)展

無人駕駛從應用層面可以分為四個階段，階段1是資訊被動偵測期，該階段主要應用于車載資訊服務；階段2是資訊互動交換期，也就是當前所處階段，該階段主要應用于ADAS等；階段3是資訊主動傳達期，該階段主要應用為V2V和V2I，融合傳感器技術實現(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營效率有望大幅提升，該階段的典型應用就是共享汽車。

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

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)絡層、平臺層和應用層四個層面。其中：應用層和平臺層是總體解決方案的核心，且平臺層是應用層的支撐平臺和運行環(huán)境。平臺層的匯聚交換平臺通過網(wǎng)絡層的數(shù)據(jù)總線和服務總線進行數(shù)據(jù)交換；平臺層整合交通資源，包括交通基礎數(shù)據(jù)、業(yè)務數(shù)據(jù)、GIS數(shù)據(jù)、分析主題數(shù)據(jù)、交通數(shù)據(jù)倉儲等，形成融合的交通領域數(shù)據(jù)中心。同時提供基于云計算的IRE集成環(huán)境、運維管理、能力引擎等，構建智慧交通云計算環(huán)境。應用層主要包含交通運輸管理、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：感知層的構建，是實現(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、雷達技術、攝像頭技術、紅外線技術、激光掃描技術，以及這些技術的算法融合。通過多種傳感器的組合，進而實現(xiàn)在不同的距離、不同的角度、不同的天氣狀況下對周邊情況的全方面探測，這是智能汽車自主判斷、自主行動的基礎。

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、地磁感應為代表的智能路面?zhèn)鞲衅鳌＿@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)絡層

網(wǎng)絡層是車內(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)絡層指的是實現(xiàn)智能交通管理、智能動態(tài)信息服務和車輛智能化控制的一體化網(wǎng)絡。網(wǎng)絡層以車內(nèi)網(wǎng)（CAN）、車際網(wǎng)（近程DSRC）和車云網(wǎng)（遠程3G/4G/5G）為基礎，按照約定的體系架構及其通信協(xié)議和數(shù)據(jù)交互標準，在V2X（車聯(lián)多）之間，進行通信和信息交換。

圖22 智慧交通網(wǎng)絡層應用

3.平臺層

平臺層——大數(shù)據(jù)處理平臺：智慧交通平臺層主要由基于云計算的車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)融合平臺、車聯(lián)網(wǎng)應用開發(fā)平臺、車聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡支持平臺等組成。從感知層收集、網(wǎng)絡層上傳的海量數(shù)據(jù)，通過云計算平臺（圖23）“過濾清洗”、數(shù)據(jù)分析平臺對數(shù)據(jù)進行報表式處理之后變得更加清潔，更準確地反映實時情況從而便于進行高效的監(jiān)控管理。

圖23 車聯(lián)網(wǎng)云平臺

4.應用層

應用層——城市智能交通系統(tǒng)（ITS）（圖24）：它是將先進的信息技術、數(shù)據(jù)通訊傳輸技術、電子傳感技術、控制技術及計算機技術等有效地集成運用于整個地面交通管理系統(tǒng)而建立的一種在大范圍內(nèi)、全方位發(fā)揮作用的，實時、準確、高效的綜合交通運輸管理系統(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，智慧交通的發(fā)展歷程應該是：車內(nèi)智能到車際互聯(lián)，城市運營服務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，其目的是構建一個汽車智能化生態(tài)系統(tǒng)，ADAS、車聯(lián)網(wǎng)、整車與基于大數(shù)據(jù)平臺的后服務企業(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，在實現(xiàn)終極無人駕駛以外，構建高效的城市交通運輸管理系統(tǒng)。

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

（全文完）