智能高速公路与无人驾驶汽车

焉知焉知·焉能不知

摘要：简介高速公路的特点，无人驾驶汽车的原理，阐述高速公路无人驾驶汽车的原理，数字地钉和电子路书的作用。论述智能高速公路的组成以及智能高速公路上无人驾驶汽车的工作原理。

关键词：高速公路；数字地钉；无人驾驶汽车；高速公路无人驾驶汽车；电子路书；道路数据网；数据中心;智能高速公路

1高速公路简介

高速公路能适应120公里/小时或者更高的速度，路面有4个以上车道的宽度。中间设置分隔带，采用沥青混凝土或水泥混凝土高级路面，设有齐全的标志、标线、信号及照明装置；禁止行人和非机动车在路上行走，与其他线路采用立体交叉、行人跨线桥或地道通过。从定义可以看出，高速公路应符合下列4个条件：

（1）只供汽车高速行驶

（2）设有多车道、中央分隔带，将往返交通完全隔开。

（3）设有立体交叉口

（4）全线封闭，出入口控制，只准汽车在规定的一些立体交叉口进出公路。

2无人驾驶汽车

无人驾驶汽车是通过车载传感系统感知道路环境，自动规划行车路线并控制车辆到达预定目标的智能汽车。这种汽车利用车载传感器来感知车辆周围环境，如摄像机、雷达传感器和激光测距仪来“看到”其他车辆位置、行人和障碍物，并根据感知所获得的道路、信息，控制车辆的转向和速度，从而使车辆能够安全、可靠地在道路上行驶。

无人驾驶汽车是集自动控制、体系结构、人工智能、视觉计算等众多技术于一体，是计算机科学、模式识别和智能控制技术高度发展的产物，通俗一点说无人驾驶的汽车就是一个轮式机器人。

无人驾驶汽车所面临的难题是无人驾驶汽车和有人驾驶的汽车如何共处以及在各种复杂的驾驶环境下不引起交通事故的问题。

3高速公路无人驾驶汽车

高速公路无人驾驶汽车，是指能在智能高速公路上无人驾驶，其他道路仍需要有人驾驶的汽车。

1、具有车载电脑控制驾驶汽车的电控机构，如方向、油门、刹车等电控机构。

2、无人驾驶和人工驾驶能相互切换。

3、能使用高速公路专用电子路书。

4、能扫描获得智能高速公路道路数字地钉的数据。

5、能通过高速公路专用数据网和数据中心交互传输数据。

6、能感知周围车辆和障碍物的距离，识别道路中的障碍物。

高速公路无人驾驶汽车，集数据传输、数据扫描、图像比对、障碍物感知等功能，通过车载电脑控制汽车在高速公路行驶方向和速度。

4数字地钉

安放在高速公路各车道中间，路基下面，按照一定的距离顺序排放（如图1）。数字地钉里有高速公路的数字编码，表示地钉在高速公路的位置，与电子路书对道路的描述相对应，表示数字地钉在第几车道，在道路的哪个路段。汽车通过无线扫描获得数字地钉的数据，确定汽车在道路的位置。数字地钉由于埋在高速公路路基里，更换比较麻烦，主要解决的是长寿命的问题，数字地钉的寿命要做到与高速公路同寿命。

数字地钉的作用：

1、让道路能被汽车识别。

2、确认汽车在道路的位置，通过于路书比对，得到汽车前方道路的状态，控制汽车前行。

3、确认汽车在车道的位置，通过得到的数据，修正汽车在车道的位置，以防汽车进入临近的车道。

5电子路书

电子路书是对道路情况的详细描述，包括道路的绝对位置，弯道，上下坡，桥梁、隧道等道路路面信息，以及相对应的数字地钉。通过数字地钉比对，生成汽车前方的道路状态。电子路书的语言是专门为高速公路无人驾驶汽车控制电脑编写，汽车控制电脑能通过电子路书，和其他数据结合运算，控制高速公路无人驾驶汽车的方向。

6智能高速公路

智能高速公路是一种能让高速公路无人驾驶汽车识别，并且通过专用无线数据网能与车辆进行数据交互通讯的高速公路（如图2）。道路上安放有数字地钉，有专用无线数据网和数据处理中心，能对道路车辆进行控制，如能根据道路车辆的数量控制进道路的车辆，发生异常情况可改变道路的限速，关闭部分车道，关闭道路。数据处理中心可

使用移动云端数据模式提供各个行驶车辆周围车辆的情况，以及通过车辆获得相关的道路信息。如道路中的障碍物，道路中车辆数量等。道路发生异常情况时，车辆会接到数据中心的指令，根据实时道路情况做出相应的调整，如改变车道、降低车速、提示转人工驾驶等。数据中心通过数据网，及时提供车辆所需要的电子路书。数据网还可以提供车与车的语音图像交流以及影音娱乐等服务。

7工作原理

高速公路无人驾驶汽车工作原理如图3原理方框图所示，车辆驶入高速公路前，将车辆切入无人驾驶准备状态，车辆控制电脑将电子路书和车前数字地钉扫描获得的数据进行比对，确认车辆所在的路段和车道，生成车辆前方的道路状态。车辆控制电脑生成的道路状态与道路信息网反馈本次周围道路信息以及车辆本身探头感知的道路信息合成为实时道路状态。将车速提到接近道路限制速度，条件满足，车辆将自动切换到由车载电脑控制的状态（无人驾驶），并发出提示。也可以人为将车辆切到由车载电脑控制的状态（无人驾驶），车辆将由车载电脑驾驶到预定的高速公路出口。车辆会即时将车辆在道路的位置以及其他信息上传到数据中心。

当车辆接近预定的高速出口，车辆驶入出高速公路车道，提示驾驶人员将车辆切换到人工驾驶状态，如无人操作，车辆会自动驶出高速公路，将车辆停到等待区。当驾驶人员将车辆切换到人工驾驶模式，车辆仍处于电脑控制状态，由人工干预逐步切入到人工实时驾驶状态，如推动方向盘，方向控制切入人工驾驶状态，踩刹车，速度控制切入人工驾驶状态等。车辆在电脑控制状态时，车中部的车辆行驶状态扫描设备，通过扫描地钉感知车辆在车道的位置，如偏差超过一定的范围，发出修正指令，修正车辆在车道的位置。车辆本身装有车辆周围感知设备，如激光，和图像等探头，以防发生碰撞，当感知到前方路面有障碍物时，车辆会根据实时道路情况，改变车道，减速停车或改由人工控制，并把拍摄到障碍物影像，上传到数据中心，由清障车及时清理障碍物。控制中心可以在清障车清理前，关闭相应的车道,调整车辆进入其他车道。当高速公路数据中心发生问题时，车辆会向驾驶员发出提示，这时如车载电脑中路书完整，车辆可以由自身的感知系统，控制车辆前行，车辆仍可以由车载电脑控制完成高速公路的驾驶，也可切换到人工驾驶状态。

结束语

高速公路的路面关系比较简单，只有车和路以及车和车的关系。而且高速公路是独立封闭的道路，能够实现智能化。对于车辆控制电脑的智能要求，没有全道路无人驾驶汽车要求高。高速公路无人驾驶汽车，解决了长途驾驶中驾驶人员疲劳的问题，使高速公路长途驾驶变得轻松愉快，变成了娱乐和休息。就象乘坐自己的专列，只是发车时间由自己决定。非高速公路的人工驾驶，保留人类对驾驶汽车的乐趣。