王思源

（燕山大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,河北 秦皇 066000）

0 引言

2013年12月31日全球知名經(jīng)濟(jì)咨詢機(jī)構(gòu)IHS環(huán)球透視（以下簡稱IHS）汽車部門預(yù)測，截至2035年全球?qū)碛薪?400萬輛自動駕駛汽車，預(yù)計(jì)至2035年自動駕駛汽車全球總銷量將由2025年的23萬輛上升至1180萬輛，而無人駕駛的全自動化汽車將于2030年左右面世[1]。相關(guān)研究預(yù)測，到2050年之后，幾乎所有汽車或?qū)⑹亲詣玉{駛汽車或自動駕駛商務(wù)汽車[2]?？梢娢磥硎菍儆跓o人駕駛的。

但如今的自動駕駛技術(shù)行進(jìn)的方向，都在集中升級汽車的硬件與軟件，但本文的觀點(diǎn)認(rèn)為，數(shù)字化道路與無人駕駛組合設(shè)計(jì)，才是未來智能交通的主流方向。通過系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以降低汽車上相關(guān)硬件的要求，還能基于數(shù)字化道路和互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，對于在此道路上行駛的汽車下達(dá)前瞻性的指令，從而達(dá)到未來交通的智能與高效的雙重要求。

1 自動駕駛技術(shù)的發(fā)展與瓶頸

1.1 現(xiàn)階段發(fā)展水平

奧迪A8是目前量產(chǎn)車中自動駕駛等級最高的，達(dá)到了L3，其自動駕駛系統(tǒng)稱之為“奧迪AI交通擁堵駕駛系統(tǒng)”[3]。從名字可以看出，傳統(tǒng)車企在自動駕駛方面還是比較謹(jǐn)慎，而該功能開啟的限制也較多：1、行駛在有對向車流隔離帶的高速公路上或多車道公路上；2、所有車道的車行駛緩慢，車輛間距非常??；3、車速不超過60公里/小時；4、車輛傳感器監(jiān)控范圍內(nèi)沒有交通信號燈或行人?？赡軍W迪能做的遠(yuǎn)不止這些，但是其開放的功能只能算是L3級別自動駕駛的初級階段。

1.2 發(fā)展瓶頸

（1）硬件方面：各種傳感器和處理芯片意味著高昂的成本，要下放到普通消費(fèi)者能夠接受的程度還有很長的路要走。而對于用攝像頭做主識別工具的自動駕駛系統(tǒng)來說，雨雪天氣對于攝像頭的干擾是亟待解決的問題。

圖1 自動駕駛路況圖

（2）軟件方面：高精度地圖對于實(shí)現(xiàn)高階別自動駕駛是很有必要的。比如現(xiàn)在通用的Super Cruise就是依靠了高精度地圖，可以在高速上實(shí)現(xiàn)“放開雙手”。另一方面真實(shí)路況的深度學(xué)習(xí)也非常重要。比如美國和澳大利亞一些地區(qū)，經(jīng)常會有動物闖入公路中，自動駕駛系統(tǒng)必須要能夠識別才能進(jìn)行后續(xù)操作。

（3）通信方面：現(xiàn)階段的4G網(wǎng)絡(luò)對于L2、L3級別的自動駕駛是夠用的，但要想實(shí)現(xiàn)更高級別的自動駕駛，4G還是有點(diǎn)捉襟見肘。要達(dá)到L5級別的自動駕駛，車輛與周邊車輛、行人、道路設(shè)施的通信將大幅增加，而要滿足這個量級的通信，或許要5G普及后才能實(shí)現(xiàn)。

2 RFID技術(shù)——技術(shù)可行性分析

2.1 RFID的定義

RFID技術(shù)的全稱是射頻識別，是一種非接觸式自動識別技術(shù)，由射頻標(biāo)簽、讀寫器和天線三部分組成。RFID技術(shù)通過射頻標(biāo)簽來實(shí)現(xiàn)電子數(shù)據(jù)的存儲及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的檢索，并基于無線射頻方式（無線電信號）實(shí)現(xiàn)讀寫器和射頻標(biāo)簽的非接觸式雙向數(shù)據(jù)傳輸，以達(dá)到遠(yuǎn)程識別、監(jiān)控和跟蹤對象的目的[4]。

2.2 結(jié)構(gòu)原理

射頻標(biāo)簽、讀寫器和天線構(gòu)成了一個完整的RFID系統(tǒng)。

（1）射頻標(biāo)簽：射頻標(biāo)簽由微芯片和內(nèi)置天線組成，射頻標(biāo)簽位于要識別的目標(biāo)表面或內(nèi)部。其中微芯片存有一定的電子數(shù)據(jù)，即被識別物品的相關(guān)信息，是射頻識別系統(tǒng)的數(shù)據(jù)載體，其存儲的信息可被讀寫器通過非接觸方式讀寫；內(nèi)置天線用于和射頻天線進(jìn)行通信。

（2）讀寫器：讀寫器是讀取或?qū)懭肷漕l標(biāo)簽信息的設(shè)備。讀寫器利用射頻技術(shù)讀取射頻標(biāo)簽的數(shù)據(jù)或?qū)懭霐?shù)據(jù)到射頻標(biāo)簽，承擔(dān)向射頻標(biāo)簽傳輸命令或讀寫信息的任務(wù)。其主要功能是向射頻標(biāo)簽發(fā)射讀取信號，接收標(biāo)簽的應(yīng)答，并對標(biāo)簽的對象標(biāo)識信息進(jìn)行解碼，并將相關(guān)信息送入主機(jī)進(jìn)行處理。

（3）天線：射頻標(biāo)簽和讀寫器之間傳輸數(shù)據(jù)的傳輸裝置。

2.3 應(yīng)用范圍

當(dāng)前，RFID技術(shù)的應(yīng)用范圍涉及多種領(lǐng)域，涵蓋了交通領(lǐng)域、圖書館文檔追蹤、生產(chǎn)制造系統(tǒng)、郵件包裹處理、甚至醫(yī)療衛(wèi)生及零售業(yè)等方面，依托成本的降低和技術(shù)的創(chuàng)新，未來RFID技術(shù)將在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用[5]。

2.4 優(yōu)勢特點(diǎn)

（1）快速、批量讀取。RFID技術(shù)可達(dá)到穿透性和無障礙的閱讀，大量的RFID標(biāo)簽可被讀寫器同時、快速、批量讀取。一次可讀取高達(dá)數(shù)千枚標(biāo)簽，標(biāo)簽一進(jìn)入磁場，讀寫器可即時讀取相關(guān)信息，通常在幾毫秒就完成一次讀寫。

（2）數(shù)據(jù)容量大。電子標(biāo)簽可存儲大量的數(shù)據(jù)信息，如生產(chǎn)日期、入庫日期等，還可反復(fù)改寫，重復(fù)使用。讀取后的數(shù)據(jù)也可即時上傳系統(tǒng)加以處理，還可實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品的全過程追蹤。

（3）讀取距離遠(yuǎn)。根據(jù)讀寫器的功率等性能特點(diǎn)，讀取距離可從幾十厘米至幾米不等，最遠(yuǎn)可達(dá)1.5米。采用自帶電池的特定標(biāo)簽時，有效識別距離可達(dá)到30米以上。

（4）全球唯一性。每個RFID標(biāo)簽都是唯一的，在生產(chǎn)標(biāo)簽過程中，便已將標(biāo)簽與商品信息綁定，所以在后續(xù)商品流通、使用過程中，該標(biāo)簽是該商品相關(guān)信息的唯一標(biāo)識。

（5）保存周期長。當(dāng)前射頻標(biāo)簽的保存周期可達(dá)幾年、十幾年甚至幾十年，這是由標(biāo)簽的防水、防磁、防腐蝕、耐高溫的性能決定的。因此RFID技術(shù)廣泛應(yīng)用于醫(yī)療衛(wèi)生、畜牧業(yè)等對技術(shù)條件要求較高的行業(yè)。

（6）高安全性。RFID標(biāo)簽的核心技術(shù)之一是芯片，而芯片開發(fā)的難度大，成本高。而且電子標(biāo)簽具有可靠的安全加密機(jī)制，RFID所承載的電子信息，數(shù)據(jù)內(nèi)容通過密碼保護(hù)，內(nèi)容不易被仿冒、侵入。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 整體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)由公路的電子標(biāo)簽和車載讀寫器與電子標(biāo)簽組成。公路沿程分為一個個路段，每一個路段都裝有一個電子標(biāo)簽，標(biāo)簽內(nèi)含有該路段的道路信息，比如限速、道路分段等各種信息。車載的電子標(biāo)簽實(shí)時更新自身的車況信息，車載的讀寫器通過讀取道路的電子標(biāo)簽與其它車上的車載電子標(biāo)簽來獲取道路信息與同道路上的其它車輛的信息，從而幫助自動駕駛系統(tǒng)自主駕駛。具體結(jié)構(gòu)如圖3所示：

圖3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.2 道路電子標(biāo)簽?zāi)K

道路電子標(biāo)簽可存儲分段道路的具體信息并且存儲信息可根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整。其存儲信息內(nèi)容如下：

（1）高速路段的行車道劃分信息，包括寬度、行駛速度范圍、是否允許變道。

（2）該路段是否有施工，如施工含有的具體的施工路段信息。

（3）來往車輛的信息，如果有違法行車行為，會被儲存下來，通過網(wǎng)絡(luò)傳到交警違章系統(tǒng)。

3.3 車載電子標(biāo)簽

車載電子標(biāo)簽是行駛車輛的全部信息的載體，負(fù)責(zé)給其它車輛傳遞訊息。其存儲信息內(nèi)容如下：

（1）車輛的具體信息，包括車輛牌照、行駛證詳情、駕駛?cè)饲闆r、所有者等基本信息。

（2）車輛的行駛信息，包括時速、是否有變道需求、是否有降速需求等信息。

3.4 車載讀寫器

通過讀寫器，車輛的自動駕駛系統(tǒng)會獲得道路信息與其他車輛信息，通過訊息，做出行車的各種指令的下發(fā)。再通過車載導(dǎo)航儀聯(lián)網(wǎng)所獲得的該道路前方的綜合車況，做出具體的行車操作。

4 系統(tǒng)的創(chuàng)新發(fā)展點(diǎn)

（1）把集中于車輛的智能要求中的一部分轉(zhuǎn)移到道路上，減少了車輛的一部分智能硬件（各種傳感器）要求，降低了車輛成本。

（2）克服了基于機(jī)器視覺的無人駕駛系統(tǒng)容易受到天氣環(huán)境因素干擾的困境，整個信息交流是基于射頻信號，不受環(huán)境的干擾。

（3）將道路信息也加入到互聯(lián)網(wǎng)的控制范圍內(nèi)，綜合組成物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，順應(yīng)了未來萬物都互聯(lián)的趨勢，車與道路不再是分開的、無聯(lián)系的個體，而是互相聯(lián)系的整體。

5 結(jié)論

本文針對現(xiàn)有無人駕駛技術(shù)的缺陷，基于RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)車輛與車輛之間、車輛與道路之間的信息交互，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化高速公路與無人駕駛系統(tǒng)的配合設(shè)計(jì)。此設(shè)計(jì)大幅度減少了車輛上各種傳感器的使用，降低了成本，同時克服了機(jī)器視覺受限于惡劣環(huán)境的限制，在大雨、大雪等天氣中，車輛周圍的信息收集更加準(zhǔn)確與穩(wěn)定，自動駕駛系統(tǒng)的行為指令也就越準(zhǔn)確。搭載5G通訊以后，車輛收集的基礎(chǔ)信息會上傳到云空間，高速公路的智能云操作系統(tǒng)可根據(jù)每一個車輛上傳的信息，獲得該高速公路上的整體信息，從而給每一輛車下發(fā)基于整體情況的建議指令，最終適應(yīng)于未來“萬物皆互聯(lián)”的物聯(lián)網(wǎng)時代。