智能車輛交通體系發(fā)展研究

關(guān)蕾

【摘 要】隨著無(wú)人駕駛技術(shù)的成熟，許多智能車輛將在不久的未來(lái)出現(xiàn)在道路上。智能車輛在各種車載通信技術(shù)的支持下相互配合，具有高度的控制能力，以高效率和靈活性協(xié)同應(yīng)對(duì)瞬時(shí)情況。文章提出了一種基于智能車輛的新型公共交通系統(tǒng)，以滿足交通運(yùn)輸?shù)男枨笈c乘車共享。

【關(guān)鍵詞】智能車輛；汽車共享；智慧城市

【中圖分類號(hào)】F512.7 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2017）11-0039-03

1 緒論

道路公共交通工具的代表是公共汽車和出租車，每種類型都有利弊。一般來(lái)說(shuō)，公共汽車遵循固定路線，提供共享乘車，以便每次單程旅行可以乘坐更多的乘客。出租車提供私人服務(wù)，并根據(jù)乘客的要求在專用路線上靈活行駛。然而，目前沒有一種既支持高容納量又能靈活行駛的交通工具。如果存在可以在短時(shí)間內(nèi)容納許多人的新公共交通工具，并且非常便攜，整個(gè)公共交通系統(tǒng)的效率和靈活性將會(huì)得到提高。它可以通過提供點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的服務(wù)來(lái)保持靈活性，同時(shí)通過支持共享乘車來(lái)提高效率。為了開發(fā)這種公共交通工具，車輛需要合作來(lái)接受客戶的要求，而不是圍繞城市巡航隨機(jī)提供。為了提高效率和合作性，可以使用控制中心來(lái)協(xié)調(diào)所有車輛，管理所有服務(wù)請(qǐng)求，并分配車輛以滿足要求。此外，車輛應(yīng)該按照路線執(zhí)行指導(dǎo)的行駛計(jì)劃，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)目標(biāo)。近年來(lái)，無(wú)人駕駛車輛受到業(yè)界的大量關(guān)注，我們可以預(yù)期在不久的將來(lái)許多智能車輛會(huì)在道路上運(yùn)行?？梢圆捎弥悄苘囕v高效、靈活地構(gòu)建新的智能公共交通系統(tǒng)。本文介紹了基于智能自動(dòng)車輛的公共交通系統(tǒng)。它能夠管理智能車隊(duì)以適應(yīng)運(yùn)輸需求，提供乘車共享點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的服務(wù)。

2 相關(guān)研究

智能車輛的概念是在20世紀(jì)20年代提出的，其研究已經(jīng)開始了30多年。智能車輛配備了許多傳感器，為車輛提供完整的感應(yīng)能力，能夠適應(yīng)鄰近環(huán)境，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化控制。2007年，DARPA城市挑戰(zhàn)提升了智能汽車駕駛意識(shí)的能力，并進(jìn)行復(fù)雜的演練。2010年，VisLab進(jìn)行了幾次無(wú)人駕駛車輛從意大利到中國(guó)成功旅行13 000 km的實(shí)驗(yàn)。Google在2011年展示了智能汽車原型。到2013年年底，美國(guó)的內(nèi)華達(dá)州、佛羅里達(dá)州、加利福尼亞州和密歇根州都通過了法律，允許智能汽車在公共道路上運(yùn)行。第一臺(tái)自駕車從NAVIA出貨。其他汽車制造商，如“梅賽德斯-奔馳”“寶馬”（BMW）和“奧迪”（Audi）都投入了自主開發(fā)技術(shù)，并將智能汽車包括在生產(chǎn)計(jì)劃中。

大多數(shù)關(guān)于智能汽車的研究工作主要集中在控制和通信方面。Mladenovic和Abbas[1]提出了一種用于分布式車輛智能的自組織和合作控制框架。文獻(xiàn)[2]研究了連接智能汽車的車道分配策略，并提出了換車機(jī)制，以平衡效率和安全性之間的權(quán)衡。Petrov和Nashashibi[3]開發(fā)了一個(gè)反饋控制器，用于自主超車，而不用于路線標(biāo)記和車輛間通信。車輛可以通過各種車載無(wú)線通信技術(shù)相互通信和固定基礎(chǔ)設(shè)施。目前，車載通信主要部署在衛(wèi)星、蜂窩網(wǎng)絡(luò)和車載自組織網(wǎng)絡(luò)（VANET）上。VANET是一種移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)，其中車輛作為移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，可以提高構(gòu)成智能交通系統(tǒng)的智能汽車的通信能力和組織能力。Furda等人[4]為無(wú)人駕駛車輛引入了無(wú)線通信框架。它促進(jìn)了車對(duì)車和車對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施的通信，提高車輛的安全性和效率。Gomes等人[5]設(shè)計(jì)了一個(gè)駕駛員輔助系統(tǒng)，允許車輛通過V2V通信從附近的其他車輛收集實(shí)時(shí)攝像機(jī)圖像。通過這種方式，智能汽車可以連接起來(lái)并且可以與控制中心進(jìn)行通信。

近期，許多學(xué)者研究出租車服務(wù)的可分享性。Santi等人[6]調(diào)查了乘客不便和共同受益的權(quán)衡之間的折中，認(rèn)為輕微的不適可能會(huì)帶來(lái)?yè)矶螺^少、運(yùn)行成本低、分?jǐn)傎M(fèi)用少、污染少、環(huán)境更清潔等優(yōu)點(diǎn)。Maetal[7]在提出了一個(gè)名為T-Share的出租車分配系統(tǒng)，研究了動(dòng)態(tài)的出租車乘車問題。在本文中，我們專注于標(biāo)準(zhǔn)出租車中幾乎不存在的主要內(nèi)在特征——智能車輛：車輛的直接控制不涉及任何人為因素。智能車輛可以完全遵循來(lái)自控制中心的指令，因?yàn)樗鼈兗炔粓?zhí)行任何未分配的請(qǐng)求，也不拒絕任何分配的請(qǐng)求。智能車輛可以充分合作來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)目標(biāo)，以達(dá)到駕駛出租車不可能達(dá)到的目標(biāo)。智能汽車交通系統(tǒng)設(shè)計(jì)獨(dú)特，可以幫助提高未來(lái)交通系統(tǒng)的容量和靈活性。

3 智能車輛交通的總體構(gòu)架

傳統(tǒng)智能交通系統(tǒng)包括交通管理系統(tǒng)、交通信息系統(tǒng)、公交信息系統(tǒng)、車輛管理系統(tǒng)、泊車系統(tǒng)、車輛控制系統(tǒng)六大子系統(tǒng)，其核心在于控制，即將控制技術(shù)、信息技術(shù)、通信技術(shù)融入交通領(lǐng)域，形成完整的控制體系。然而，傳統(tǒng)的智能交通系統(tǒng)依然依賴于駕駛員決策。這使得車輛駕駛員充分考慮個(gè)人利益的同時(shí)充分合作不夠。例如：有I和II 2輛汽車，在特定時(shí)間，顧客A發(fā)出請(qǐng)求，I車在相對(duì)于II車的較遠(yuǎn)距離，但是I車為空車，II車載客，當(dāng)I車接單后向顧客A行駛時(shí)，II車的顧客下車，并且位置在顧客A附近，但此時(shí)顧客A仍然要等待I車接，而II車則需要再尋找其他顧客。如果由自動(dòng)駕駛控制技術(shù)的智能車輛來(lái)服務(wù)，所有決策由控制中心決定，則可以很好地避免這類事情的發(fā)生。當(dāng)A發(fā)出請(qǐng)求后的一段時(shí)間，II車乘客下車，II車在A的附近。來(lái)自該位置的請(qǐng)求可能由II車服務(wù)會(huì)更好，雖然I車已經(jīng)接單，但系統(tǒng)可以調(diào)控由II車去服務(wù)，I車則尋找其他請(qǐng)求。由于車輛通過適當(dāng)?shù)能囕d通信技術(shù)連接，可以不時(shí)調(diào)控車輛的任務(wù)和路線，既能夠縮短顧客等待時(shí)間，又能縮短車輛的行駛路徑（如圖1、圖2所示）。

對(duì)于已載客車輛來(lái)說(shuō)，在車輛的出發(fā)地和目的地之間如果有其他乘客發(fā)出請(qǐng)求，車輛可以順載，乘客可以共享乘車。例如：有乘客A和乘客B，乘客A正在由車輛I服務(wù)，乘客B在車輛I的行駛路徑上發(fā)出請(qǐng)求，當(dāng)B到達(dá)目的地的路徑D與I當(dāng)前的行駛路徑AC部分重合，則需計(jì)算車輛I執(zhí)行BC路徑與BD路徑的距離與時(shí)間差CD，如在可接受范圍內(nèi)，則可共享乘車，車輛I同時(shí)服務(wù)B。當(dāng)在B顧客的請(qǐng)求范圍之外時(shí)，則由其他車輛服務(wù)B（如圖3所示）。

該系統(tǒng)由控制中心管理和運(yùn)行，其主要職責(zé)是收集所有必需的信息，并分配給智能車輛服務(wù)于運(yùn)輸請(qǐng)求。由各種無(wú)線車載通信技術(shù)提供動(dòng)力，所有的智能車輛都可以連接，并可以立即與控制中心進(jìn)行通信。以這種方式，控制中心可以在數(shù)據(jù)收集子間隔中收集必要的車輛狀態(tài)，例如車輛的當(dāng)前位置、服務(wù)請(qǐng)求的確認(rèn)、交通擁堵信息等?？蛻暨€可以通過任何適當(dāng)?shù)姆绞剑ɡ珉娫?、移?dòng)應(yīng)用等）將其請(qǐng)求提交給控制中心。數(shù)據(jù)收集子區(qū)間后，所有數(shù)據(jù)在控制中心準(zhǔn)備執(zhí)行分配任務(wù)。隨著技術(shù)的進(jìn)步，智能車輛可以在道路上運(yùn)行。各種車載無(wú)線通信技術(shù)允許智能車輛連接并協(xié)同響應(yīng)瞬時(shí)情況，這構(gòu)成了高效、靈活的新型公共交通工具。

4 總結(jié)與展望

由于無(wú)人駕駛技術(shù)的成熟，讓智能車輛通過實(shí)時(shí)調(diào)控來(lái)服務(wù)于人們的生活，作為人們的交通工具變得可行。在本文中，基于智能車輛，設(shè)計(jì)了支持共享乘車的車輛交通系統(tǒng)，具有高度的車輛可控性，并且可以高效率和靈活地協(xié)同應(yīng)對(duì)實(shí)時(shí)情況。在今后的研究過程中，將智能系統(tǒng)的車輛調(diào)度模型與優(yōu)化作為研究重點(diǎn)，以實(shí)際運(yùn)行為出發(fā)點(diǎn)，進(jìn)一步將智能交通系統(tǒng)實(shí)踐。

參 考 文 獻(xiàn)

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[責(zé)任編輯：鐘聲賢]