激光雷达在智能交通中技术应用技术.pptx

激光雷达应用于智能交通激光雷达应用于智能交通激光雷达应用于智能交通激光雷达应用于智能交通组长：关勇组长：关勇组员：熊扬、姜福金、林璇组员：熊扬、姜福金、林璇 时间：时间：2013/12/192013/12/19目录一、应用的意义二、应用的实例三、存在的问题存在的问题四、展望及总结展望及总结1、背景 随着各国交通事业的飞速发展，道路越修越长，车辆越来越多，同时交通面临的问题也越来越严重。人们已经意识到单纯地进行道路基础设施建设已不可能从根本上解决目前交通所面临的问题，并开始将注意力从完善交通设施和扩大路网规模逐步转移到运用高新技术来优化和管理现有的交通系统，通过建立高效、便捷的路网管理体系来满足日益增长的交通需求，智能交通系统正是在这种条件下应运而生并得以迅速发展。1、意义所在-实时需求中国是世界上中国是世界上交通事故死亡交通事故死亡人数最多的国人数最多的国家之一家之一1根据世界卫生组织的数据，每年全球因道路交通事故死亡的人数超过120万。其中交通事故死亡人数占世界的16%。2009年，全国共发生道路交通事故造成67759人死亡、27.5万人受伤，直接财产损失9.1亿元；2010年和2011年，交通事故造成死亡人数分别是65225和62387人，已经连续十余年居世界第一。1、意义所在-实时需求交通拥挤交通拥挤状况日益严状况日益严峻峻2高峰时段,机动车的平均时速低至10km/h,极大地妨碍居民的出行速度和效率,耽误各种的事情。1、意义所在-实时需求原因原因 所在所在3(1)道路设施不足,交通供应不能满足机动车辆迅速增长的需要；(2)路网布局不合理,城市中心区人口过于密集,人口与道路空间分布极不均衡,交通设施建设受制约,路网存在严重的结构性缺陷；(3)公共交通发展滞后；(4)交通管理方面亟待加强。1、意义所在-实时需求激光雷达激光雷达技术应运技术应运而生而生4(1)Lidar 在车辆检测（车道的车流量、车道占有率，车速、车型、车头时距等)与智能交通信号控制中的应用；(2)智能车辆安全辅助驾驶技术（无人驾驶技术）；(3)交通事故还原现场等等。1、意义所在-实时需求激光雷达激光雷达技术应运技术应运而生而生5(1)据科学家和工程师预测，应用先进的信号灯控制系统后可有效提高交通运输效益，可使交通拥挤降低20，延误损失减少1025，车祸降低5080，油料消耗减少30，废气排放减少26；(2)交通事故现场模拟可以为相关部门处理提供快捷、准确的信息；(3)在二维底图的基础上，可以通过三维扫描的实景影像了解道路真实情况。2、应用实例一LiDAR 在车辆检测与智能交通信号控制中的应用5目的：目的：智能交通监控系统的主要目的是检测交通路智能交通监控系统的主要目的是检测交通路口的车流量信息，获取实时、动态的交通模口的车流量信息，获取实时、动态的交通模型，并对道路车辆的运动情况进行监控。型，并对道路车辆的运动情况进行监控。2、应用实例一LiDAR 在车辆检测与智能交通信号控制中的应用5城市交通信号控制系统应用现状：城市交通信号控制系统应用现状：1963 年，世界上第一个中心式的交通信号控制系统在加拿大的年，世界上第一个中心式的交通信号控制系统在加拿大的多伦多建成，将检测器的应用与交通信号控制系统结合起来，多伦多建成，将检测器的应用与交通信号控制系统结合起来，通过不同的检测器，利用交通控制算法及通信技术进行交通管通过不同的检测器，利用交通控制算法及通信技术进行交通管理，建立起了早期的理，建立起了早期的ATMS 管理中心。管理中心。随着信息技术的发展和交通流理论的不断完善、交通模型的不随着信息技术的发展和交通流理论的不断完善、交通模型的不断优化，世界上出现了多种城市交通信号控制系统断优化，世界上出现了多种城市交通信号控制系统,如澳大利如澳大利亚的亚的SCATS 系统、加拿大的系统、加拿大的RTOP 系统、英国的系统、英国的TRANSYT和和SCOOT 系统、美国的系统、美国的UTCS-3GC 系统以及系统以及ASCOT系统，系统，其中其中TRANSYT 系统、系统、SCOOT 系统和系统和SCATS 系统都使道路交系统都使道路交通平均速度至少提高了通平均速度至少提高了10-29，旅行时间减少，旅行时间减少10-20，并在，并在世界上很多城市得到广泛应用。世界上很多城市得到广泛应用。2、应用实例一LiDAR 在车辆检测与智能交通信号控制中的应用5现有的常见检测技术：现有的常见检测技术：1）感应线圈车辆检测器；）感应线圈车辆检测器；2）波频车辆检测器；）波频车辆检测器；3）视频车辆检测器；）视频车辆检测器；2、应用实例一LiDAR 在车辆检测与智能交通信号控制中的应用5存在的缺陷：存在的缺陷：1、没有实时交通模型，而是根据类饱和度和综合流量从既定、没有实时交通模型，而是根据类饱和度和综合流量从既定方案中选择信号控制参数，限制了控制参数的优化程度；方案中选择信号控制参数，限制了控制参数的优化程度；2、选择相位差方案时，无车流实时信息反馈，可靠性低；、选择相位差方案时，无车流实时信息反馈，可靠性低；3、无法检测到排队长度，难以最大化消除拥挤；、无法检测到排队长度，难以最大化消除拥挤；4、计算量较大、很难获得整体最优的配时方案、需要大量的、计算量较大、很难获得整体最优的配时方案、需要大量的 路网几何尺寸和交通流数据等不足限制着它的发展；路网几何尺寸和交通流数据等不足限制着它的发展；5、在安装线圈时必须直接埋入车道，暂时会阻碍交通；切割、在安装线圈时必须直接埋入车道，暂时会阻碍交通；切割路面面积比较大，路基遭到破坏；路面面积比较大，路基遭到破坏；6、阴影和积水反射或昼夜转换可造成检测误差；红外检测则、阴影和积水反射或昼夜转换可造成检测误差；红外检测则在大雨或大雪天气条件下性能差，受大气中的粉尘或悬浮颗粒在大雨或大雪天气条件下性能差，受大气中的粉尘或悬浮颗粒的影响；的影响；2、应用实例一LiDAR 在车辆检测与智能交通信号控制中的应用5地面三维激光扫描系统：地面三维激光扫描系统：激光雷达（激光雷达（LiDAR-LightDetection and Ranging）是一种高精）是一种高精度的激光测量技术，其基本原理是利用激光器发射激光脉冲信度的激光测量技术，其基本原理是利用激光器发射激光脉冲信号，探测器接收前方物体反射的光脉冲信号，通过测定光脉冲号，探测器接收前方物体反射的光脉冲信号，通过测定光脉冲发射和接收的时间差来确定前方物体的距离发射和接收的时间差来确定前方物体的距离(或运行速度或运行速度)，LiDAR 是继是继GPS 以来在测绘领域的又一次技术革命。以来在测绘领域的又一次技术革命。系统由一个激光扫描仪集成一个内置或外置的数码相机和配套系统由一个激光扫描仪集成一个内置或外置的数码相机和配套的软件控制系统及电源组成，并联合的软件控制系统及电源组成，并联合GPS 进行作业，点云数据进行作业，点云数据可以直接用来进行三维建模，数码相机的功能是提供对应扫描可以直接用来进行三维建模，数码相机的功能是提供对应扫描点云数据的纹理信息和实体的边缘信息。点云数据的纹理信息和实体的边缘信息。2、应用实例一LiDAR 在车辆检测与智能交通信号控制中的应用5 如何应用：通过地面三维激光扫描仪对道路一定距离（如300m 道路长度）进行连续扫描，可以获得道路上的实时、动态的车流量点云数据，通过对原始车流量点云数据进行处理可以获取道路车辆到达信息（车流量、道路占有率、排队长度、车辆高程等参数），并与其他检测设备联机处理形成控制方案。然后根据对东西向和南北向车流量大小的比较以及短暂车流量预测，从而自动调节东西向和南北向信号灯周期，最大亮点在可以预测（见下一幅PPT），以此提高交通效益，最大效率地利用路网资源，减少拥堵，提高道路通行效率。2、应用实例一LiDAR 在车辆检测与智能交通信号控制中的应用5Lidar工作示意图2、应用实例一LiDAR 在车辆检测与智能交通信号控制中的应用5Lidar工作示意图2、应用实例一LiDAR 在车辆检测与智能交通信号控制中的应用5优势所在优势所在 地面三维激光扫描系统在阴雨天气或雨雪等恶劣天气地面三维激光扫描系统在阴雨天气或雨雪等恶劣天气仍能正常稳定的工作，视频监控的最大弱点在阴雨天气仍能正常稳定的工作，视频监控的最大弱点在阴雨天气和夜晚，而激光不受外部光源、阴影和太阳高度角的影和夜晚，而激光不受外部光源、阴影和太阳高度角的影响，在夜晚工作可以获得与白天一样稳定的工作性能，响，在夜晚工作可以获得与白天一样稳定的工作性能，所以将地面三维激光扫描系统应用于信号控制系统中将所以将地面三维激光扫描系统应用于信号控制系统中将有很大的研究潜力。有很大的研究潜力。2、应用实例一LiDAR 在车辆检测与智能交通信号控制中的应用5解决的问题解决的问题 LiDAR 在车辆检测与智能交通信号控制系统可以对在车辆检测与智能交通信号控制系统可以对路口交通信号灯的智能控制、道路交通流的检测、交路口交通信号灯的智能控制、道路交通流的检测、交通密度和排队长度的分析，还可以向交通信息显示牌通密度和排队长度的分析，还可以向交通信息显示牌输出道路通信信号，从而改善交通堵塞问题、疏导拥输出道路通信信号，从而改善交通堵塞问题、疏导拥堵、提高道路通行能力，还能够节省大量交通管理人堵、提高道路通行能力，还能够节省大量交通管理人力、物力资源。力、物力资源。2、应用实例二汽车上的应用5 为提高汽车的舒适性和安全性，现代汽车厂家应用先进的测距技术，给汽车安装了各类的雷达系统，使汽车安全性大大提高，减少事故的发生，确保行车安全。汽车凭借一定的装备测量前方障碍物的距离，迅速反馈给汽车，以在危急的情况下，通过报警或自动进行某项预设定操作如紧急制动等，来避免由于驾驶员疲劳、疏忽、误判断所造成的交通事故。目前运用在汽车上的测距方法主要有超声波短距离测距，毫米波雷达长距离测距，激光测距，摄像系统测距等几种方法。2、应用实例二汽车上的应用51 1 超声波距离测距超声波距离测距 在司机倒车时，能从数码显示器上了解汽车尾部与障碍物之在司机倒车时，能从数码显示器上了解汽车尾部与障碍物之间的距离。当测距显示小于报警距离时，还能准确报警，及时间的距离。当测距显示小于报警距离时，还能准确报警，及时提醒司机刹车。提醒司机刹车。超声波指频率在超声波指频率在20kHz20kHz以上机械波，具有穿透性较强、衰减小、以上机械波，具有穿透性较强、衰减小、反射能力强等特点。超声波测距仪器一般由发射器、接收器和反射能力强等特点。超声波测距仪器一般由发射器、接收器和信号处理装置三部分组成。工作时，超声波发射器不断发出一信号处理装置三部分组成。工作时，超声波发射器不断发出一系列连续的脉冲，并给测量逻辑电路提供一个短脉冲。最后由系列连续的脉冲，并给测量逻辑电路提供一个短脉冲。最后由信号处理装置对接收的信号依据时间差进行处理，自动计算出信号处理装置对接收的信号依据时间差进行处理，自动计算出车与障碍物之间的距离。车与障碍物之间的距离。超声波测距一般用在短距离测距，最佳距离为超声波测距一般用在短距离测距，最佳距离为4 45 5米，一般米，一般应用在汽车倒车防撞系统上。应用在汽车倒车防撞系统上。2、应用实例二雷达系统在现代汽车上的应用5 2、毫米波雷达长距离测距 为了更好的适应道路交通状况，解决盲区视野问题，在日本和美国开展了大量的工作。如应用毫米波雷达CCD摄像检测交通状况，根据危险程度改变直观信号的音调、颜色和位置，并在显示器中显示。实现高度智能化，极大的改善车辆的安全性。雷达是利用目标对电磁波反射来发现目标并测定其位置的。汽车上应用的雷达采用的是30GHz以上的毫米波雷达。毫米波频率高、波长短，一方面可缩小从天线辐射的电磁波射束角幅度，从而减少由于不需要的反射所引起的误动作和干扰，另一方面由于多普勒频移大，相对速度的测量精度高。2、应用实例二汽车上的应用53 3、激光测距：、激光测距：它可以对车前的路面状况进行电子扫描，还可以对周围及后面它可以对车前的路面状况进行电子扫描，还可以对周围及后面司机看不到的地方进行扫描。将收集的信息通过各个响应部位司机看不到的地方进行扫描。将收集的信息通过各个响应部位的传感器汇集到电脑中去，在车内电视荧幕中显示出来，扩大的传感器汇集到电脑中去，在车内电视荧幕中显示出来，扩大了司机对路面观察，并能对超速或有障碍的路面发出警报，引了司机对路面观察，并能对超速或有障碍的路面发出警报，引起司机注意。如日本马自达汽车公司研制的扫描激光雷达和超起司机注意。如日本马自达汽车公司研制的扫描激光雷达和超声波传感器，可以检测到前方是否有行人和在斜角方向是否有声波传感器，可以检测到前方是否有行人和在斜角方向是否有车驶来，以避免事故发生。车驶来，以避免事故发生。(1)(1)自适应巡航控制（自适应巡航控制（Adaptive Cruise ControAdaptive Cruise Contro）(2)(2)防碰撞预警系统（防碰撞预警系统（COllision Warning SystemSCOllision Warning SystemS）(3)(3)碰撞干预预警系统（碰撞干预预警系统（ColIision Intervention SystemsColIision Intervention Systems）2、应用实例二汽车上的应用5发展：发展：随着科技的进一步发展，汽车雷达系统中车辆测距技术随着科技的进一步发展，汽车雷达系统中车辆测距技术的种类必将越来越多，其应用也不仅是单一的测距方式，的种类必将越来越多，其应用也不仅是单一的测距方式，而是多种测距方式的混合，集某几种装置于一体，互相而是多种测距方式的混合，集某几种装置于一体，互相取长补短，进一步提高系统测量的精度和可靠性。随着取长补短，进一步提高系统测量的精度和可靠性。随着计算机软硬件技术的发展，成象式测距技术将一步步走计算机软硬件技术的发展，成象式测距技术将一步步走向成熟，并代表这种技术的发展方向，在现代汽车驾驶向成熟，并代表这种技术的发展方向，在现代汽车驾驶技术中将得到广泛运用，以保证行车的安全性。技术中将得到广泛运用，以保证行车的安全性。2、应用实例三交通事故调查现场取证52011年末英国交通部斥资270万英镑，而三维激光扫描仪在高速公路交通事故调查方面取得了革命性的突破。这次投资使得英格兰27个警署能够配备三维激光扫描仪，用于获取碰撞事故现场的详细资料。运用扫描仪进行事故现场的三维影像获取远比使用传统测量方式节省了一半时间。运用三维激光扫描仪进行事故现场测图，能够降低因事故导致道路封闭所产生的每年1亿英镑的损失。三维激光扫描仪能够有效节省了事故现场数据采集时间，平均每次减少90分钟的道路封闭时间。扫描仪的数据能够生成事故现场的高质量图像和细节示意图，用于今后的调查和法庭审理。“这是令人惊奇的工具，它改变了我们在事故现场采集证据的方式；能够帮助我们提供给法庭虚拟的碰撞场景及各种位置角度的场景视图。”资深的城市警署交通事故调查员说道。2、应用实例三交通事故现场测图53、存在的不足51、我国的应用环境与国外有很大不同，一方面，城市的不断扩张使智能交通设施的安装和使用都受到了一定的影响,相比而言,国外城市发展一般比较稳定,路网结构基本已经确定,只需应用新技术便可；2、技术标准不完备，这直接影响设备、系统的互联互通，导致用户的建设成本居高不下，建设效率不高，也导致了企业重复开发，造成资源浪费。3、Lidar应用智能交通系统规划和设计时，有时没有从系统需求出发,误以为利用信息化技术就可以解决一切问题。应该考虑实际问题，同样，也面临着由于信息过剩所带来的一系列问题；4、服务模式制约产业发展，lidar应用智能交通产业是服务产业，但服务价值尚未得到有效的认可，这导致系统建设期过后，供应商缺乏服务的积极性，系统应用效果大打折扣，最终伤害了用户利益。5、培养高素质交通管理人员也势在必行。4、展望及总结5(1)据科学家和工程师预测，应用先进的信号灯控制系统后可有效提高交通运输效益，可使交通拥挤降低20，延误损失减少1025，车祸降低5080，油料消耗减少30，废气排放减少26；(2)交通事故现场模拟可以为相关部门处理提供快捷、准确的信息；(3)在二维底图的基础上，可以通过三维扫描的实景影像了解道路真实情况。4、展望及总结5 lidar应用智能交通在中国的发展尚不完善，未来还有众多领域有待于开发，市场前景广阔，在较长一段时间内都将继续呈现高速增长的态势。公路、水运、航运、轨道交通等网络的高效运行，都需要其相关功能的系统进行支持。汇报到此结束汇报到此结束汇报到此结束汇报到此结束谢谢大家！谢谢大家！谢谢大家！谢谢大家！