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未来的智能汽车基础设施

2016-12-05 Garima Jain 阅读:
麻省理工学院最近发布了一条有关智能交叉路口的视频。这种智能交叉路口不需要交通信号就能解决路口的交通拥堵排队问题。本文将尝试解释这些智能交叉路口的功能,以及它们如何能够解决路口交通排队的问题。

如今谷歌导航可以告诉我们想要通过的道路上有关交通拥堵的所有信息。但问题是我们必须问问自己,谷歌是如何知道这一信息的?事实上正是我们在与谷歌分享这些信息。人们对数据的敏感性和隐私担心将很快让他们不再与谷歌分享这些信息。这可怎么办?幸运的是,我们已经有了答案,即智能太阳能道路。交通拥堵是世界上排名靠前的技术公司一直想要解决的另外一个这类问题。麻省理工学院最近发布了一条有关智能交叉路口的视频。这种智能交叉路口不需要交通信号就能解决路口的交通拥堵排队问题。本文将尝试解释这些智能交叉路口的功能,以及它们如何能够解决路口交通排队的问题。tBNednc

引言

今天,没有谷歌地图和导航的旅行计划真的很难实施。谷歌导航可以告诉我们到达目的地应该选取的路线。它会提示我们哪里交通非常拥堵,然后我们可以重新规划旅行路线。谷歌是如何做到这点的呢?事实上,谷歌是从那些正在该条路线上行驶的人们那儿得到这些信息的,像你或我这样的人会分享位置信息给谷歌,谷歌再根据某种算法并使用同一谷歌地图上的一些统计数据,就能告诉我们任何道路上的拥堵信息。今天人们对数据的敏感性越来越强,他们很快会认识到这种数据分享是另一种隐私泄漏的途径。到那时候谷歌导航就无法告诉我们各段道路上的交通拥堵信息了,因此我们需要从不同的来源获得相同的信息。有两位非常聪明的研究人员,他们的发明将很快能够解决这个问题。本文将更多地讨论智能太阳能道路,以及它们如何能够解决我们很快就会面临的诸多问题。智能交叉路口是我们的未来城市将要拥有的一系列智能基础设施实体中的又一个组成部分,本文将介绍这些智能交叉路口的工作原理。tBNednc

当前状况,问题说明

我们今天面临的挑战是在城市区域内越来越严重的交通问题。由于医疗环境的改善引起的人口爆炸以及转向城市的大量移民是引起交通问题的两个主要因素。谷歌地图或其它导航公司今天可以在任何时候精准地告诉我们任何线路上的交通情况,但未来不一定能够再帮助到我们,因为他们依赖于道路使用者提供的数据。此外,虽然这些公司至今还能够与用户交流路况,但有关交通拥堵问题的任何全局解决方案一直没能有效形成。tBNednc

尽管有导航应用,但今天的交通拥堵问题仍然非常突出。大多数人宁可选择到达目的地的最短路径。根据一些统计数据,如果考虑到浪费的时间和不必要的燃料消耗,拥堵问题导致我们花费的成本大约占到GDP的2%到4%。根据另一项分析,研究全球交通拥堵问题的研究人员认为,如果要求大约10%-15%的道路交通参与人员重新规划路线或改变计划,交通拥堵问题就能得到解决。但他们需要一种算法来帮助他们识别某一时间点需要重新规划路线的人,这是主要问题所在。tBNednc

幸运的是能够解决目前为止大多数问题的技术越来越多,一些面向未来的交通问题解决方案也已唾手可得。tBNednc

推荐的解决方案

智能太阳能道路 太阳能道路是一些智能基础设施构建模块,可以在未来人们决定不与谷歌共享位置信息时给我们提供不同区域的交通路况。实际上它们是一些六边形的太阳能板,互相拼接在一起形成整条道路或停车场、公园等任何路面(图1)。这些道路能够非常方便地进行交通流量检测,因为它们能够检测重量,而且它们内置有LED,当有物体在它们上面时,可以点亮这些LED。因此通过计算任意时间点亮的LED数量就能准确推算出道路上的汽车密度。由于这些太阳能板内置有微控制器控制它们的行为,因此这些道路实际上可以与云端交流,随时提供它们所处的交通情况。tBNednc

智能太阳能道路有许多好处。这些道路内置有太阳能板,因此它们可以产生可再生电能。这些道路内置有LED,因此可以点亮不同的图案,将单向三车道瞬间转换为双向四车道。甚至可以在道路上划出停车区域来,等以后交通拥堵时再把停车区域清除掉。还有许多其它指示用途,因此这些道路本身就表明了它们是未来的智能基础设施。可配置的LED板可以在某段时间将路面转换为篮球场,再在某段时间转换为网球场。这些道路可以成为智能城市基础设施的一部分,在可预见的将来一定会证明特别有用。tBNednc

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图1:由六边形太阳能板组成的智能太阳能道路,可以通过LED实现配置。tBNednc

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智能交叉路口能够与汽车交流的基础设施将成为明天车联网的一部分。智能交叉路口就是这样一种基础设施单元。如果没有交通信号,会发生事故吗?或者有没有更好的方法能够确保不发生事故,还能最大限度地减少交通拥堵和长时间排队等候的问题吗?事实上如果交通信号被智能交叉路口所代替,那么这些问题都将迎刃而解。tBNednc

智能交叉路口一般内置有雷达子系统,可以用来检测接近路口的汽车。每个雷达子系统都有一个控制区域,当汽车驶入这个区域时,雷达子系统就能探测到它并与它进行信息交换(图2)。这些子系统部件将连续地发送雷达信号,计算出汽车距路口的距离以及它们接近路口的速度(图3)。这些部件需要从汽车获得的第三种信息是即将发生的转向信息。这个信息可以通过安装在雷达子系统上的摄像头读取汽车的转向灯闪烁信号捕获到,也可以通过汽车和雷达部件之间的Wi-Fi通信得到。tBNednc

所有这些信息都将从这些雷达收发器发送到所有雷达部件共用的子系统中的中央处理单元(CPU)(图4)。这个CPU将执行计算,并找出两辆(或更多辆)来自不同方向但想要进入相同车道并因此可能发生碰撞的汽车。利用汽车的距离和速度数据,并使用预先馈入的交叉路口处汽车的一般转向轨迹线数据,CPU就能预测出任何可能的碰撞(图5)。在判断出这些即将碰撞的汽车后,CPU将指挥其中一辆车减速。为了实现这个功能,CPU会将这个信息传送给相关的雷达子系统,雷达子系统再使用Wi-Fi信号将这个信息发送给目标汽车(图6)。当其中一辆车按要求减速后,碰撞就得以避免了(图7)。虽然这个系统最适合自动驾驶汽车,但也能很好地支持同样联网的人工驾驶汽车。tBNednc

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图2:交叉路口的雷达子系统,以及它们的覆盖区域。tBNednc

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图3:雷达子系统连续发送雷达信号,计算出汽车距路口的距离以及它们接近路口的速度。tBNednc

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图4:智能交叉路口的雷达子系统与位于交叉路口中心的CPU进行通信。tBNednc

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图5:在接收到雷达子系统发过来的信息后,CPU就能识别出可能发生碰撞的两辆汽车。tBNednc

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图6:CPU指挥某个雷达子系统要求其中一辆汽车减速。tBNednc

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图7:(a)计算得到的经过减速后的行驶轨迹;(b)碰撞最终是如何避免的。tBNednc

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本文小结

智能车联网技术的发明让我们看到了世界上先进技术的发展可以帮助解决某些复杂问题的希望。智能汽车和智能基础设施一起有可能解决许多问题。交通拥堵就是这类问题中的一种,它需要使用先进的技术来实现鲁棒并且能够持久的解决方案。智能道路和智能交叉路口是未来具有无限可能的例子。明天的智慧城市将拥有许多这样的智能基础设施部件,它们将联合起来帮助我们解决许多问题。tBNednc

《电子技术设计》2016年12月刊版权所有,谢绝转载。tBNednc

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本文为EDN电子技术设计 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
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