未来道路的AR虚拟交通标识系统设计方案.doc

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1、未来道路的AR虚拟交通标识系统设计方案宁波工程学院钟佳音2018年10月目录未来道路的AR虚拟交通标识系统设计方案3一、 AR技术简介3二、 交通标识系统现状分析41.道路交通标志标线在设置中存在的问题4三、 交通标识AR增强现实的概念6四、 AR交通标识系统71.虚拟风挡系统72.虚拟标识系统83. AR+汽车电子标识84.AR+无人驾驶汽车8五、 AR交通标识系统的应用91.精细化交通管控92.AR交通标识系统在节假日、高峰期时的应用93.AR交通标识系统在救援时的应用104.AR无人驾驶系统的应用10六、 AR交通标识系统的优点111.减少各部门冲突112.标识标线虚拟现实化113.标识

2、标线位置、顺序动态调整114.可实行精细化交通管控115.交通事故大幅度降低116.道路使用率大幅度提高12七、 结语12未来道路的AR虚拟交通标识系统设计方案前言：随着社会经济发展到2050年，城市规模大范围扩大，城市人口和机动车保有量迅猛增长，无人驾驶汽车处于普遍状况，交通需求与道路交通标识设施之间的矛盾日益突现，交通拥堵、交通事故等问题已经逐步影响了人们的日常生活，同时也给道路交通实现现代化管理提出了新难题。交通安全设施属于道路网的基础设施，它对排除各种纵、横向干扰，降低事故的严重程度，提高道路服务水平，提供视线诱导，改善道路景观等起到重要的作用。交通标志标线又是交通安全设施最基本和最重

3、要的组成部分之一。传统的道路交通标志系统大多还局限在对标志外观尺寸、颜色搭配、信息表述形式和设施结构等方面，而且国内旧的交通标志标线数量很大，各地在实施标准上还存在不同程度的问题，因此如何利用交通信息化技术和成果，有效提升路网的服务水平和运行效率是一大核心难题。本方案把交通设施和AR技术联系起来，交通标识系统用ar技术生成，再加之与自动驾驶技术相结合，可以不用安装任何交通设施与标线，交通设施与标线通过大数据终端发送至各行驶车辆，而且在AR世界里，设施也不会损坏，如果有需要修改的也只要远程操作、不需要人到现场。想像下当我们行走在或者驱车行驶在路上。通过增强现实显示器，信息化图像将出现在您的视野之

4、内，并且所播放的声音将与您所看到的景象保持同步。这些增强信息将随时更新，以反映当时大脑的活动。在这篇文章中，我们将了解这项未来技术、其技术构成以及如何使用该技术。一、 AR技术简介现在有三个技术的热词，VR、AI和AR。VR是虚拟现实，AI是人工智能，AR是增强现实。增强现实技术，它是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术，是把原本在现实世界的一定时间空间范围内很难体验到的实体信息(视觉信息,声音,味道,触觉等),通过电脑等科学技术，模拟仿真后再叠加，将虚拟的信息应用到真实世界，被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验。真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间同时

5、存在。增强现实技术，不仅展现了真实世界的信息,而且将虚拟的信息同时显示出来，两种信息相互补充、叠加。在视觉化的增强现实中，用户利用头盔显示器，把真实世界与电脑图形多重合成在一起，便可以看到真实的世界围绕着它。增强现实技术包含了多媒体、三维建模、实时视频显示及控制、多传感器融合、实时跟踪及注册、场景融合等新技术与新手段。增强现实提供了在一般情况下，不同于人类可以感知的信息。在这里我们主要介绍一下AR这一块，现在AR的应用场景已经非常丰富，比如辅助驾驶系统，有一些车已经实现，在开车的过程中，不需要低头去看仪表盘或者辅助的显示系统，直接看着前方相应的导航信息、车况信息就可以了。还有大家耳熟能详的谷歌

6、眼镜、早期飞行员的飞行模拟训练以及电影特效也是基于AR技术。AR的本质，就是在真实的视觉场景上叠加相应的数字化信息。比如谷歌眼镜，你看到的是一个真实世界，但是上面会叠加很多的文本信息，叠加图片信息，甚至是视频或者音频信息，主要目的是丰富你对世界的信息感知，可以把超出人类的视觉之外的一些信息叠加上来，加大信息的感知量。二、 交通标识系统现状分析目前，我国大部分近三十年兴建的城市道路都已步入维护期，有待改造升级的老旧道路存量较大，而老旧道路又是标志标线存在问题最复杂和最典型的，所以对标志标线存在问题进行研究进而提出对应解决措施具有较强的必要性和紧迫性。交通标志标线的合理设置有助于驾驶员在道路上安全

7、、快速的行驶，提高驾驶舒适度，缓解行车压力，减少交通事故发生。但是，由于各种因素导致城市道路交通标志标线存在设置不合理等大量问题。本文将重点指出交通标志标线在设置中存在的问题，并结合实践结果提出合理的解决措施，以减少因标志标线不合理的问题导致的交通事故发生率。1.道路交通标志标线在设置中存在的问题1.1 相关管理部门利益冲突严重道路交通标志标线设置中存在很多问题的多个部门共同管理存在很大关系，每个管理部门都是一个相对独立的系统，之间常常出现利益冲突，它们往往会为了本部门的利益，而不顾及整个交通系统的大局，最终导致交通标志标线设置存在问题突出。城市道路的交通标志标线主要由交通管理部门全权负责，可

8、是交通标志标线的设置还是受到很多约束。以宁波为例，城市管理部门也有标志的管理权限，由此两部门之间难免发生管理冲突，往往这种冲突没有协调处理好时就会导致标志设置的不合理，如标志牌密度过高、位置布局不当等。1.2 标志牌杂乱，损坏严重部分路段的标志种类繁多，既有交通公路的标志，又有公安交警的禁令标牌，还有其它企业（如广告、宣传、策划等）的自制标牌，相互间有重复、歧义及混乱的情形，缺乏统一性、合理性和适用性。交通标志牌埋置地点距离路肩过近，造成部分超宽车辆将标牌拉裂、拉坏，甚至拉倒，未能及时修复或更换，一些地方的标志已被锈蚀破坏，没有及时更换。1.3 标志牌位置不合理（1）位置不利于警示效果发挥。有

9、些警告标志设置位置过低，或者标志牌距离危险地点过近或者过远，均不利于警示效果的发挥。（2）选择位置时考虑不周全。如設计时考虑的不充分（如：悬臂式、门架式标志设置在人行天桥后面，被人行天桥遮挡）、自然条件的变化（如：路侧绿化树木的枝叶日益茂盛）等。（3）标志牌排放顺序不合理。对于并设的交通标志的排列顺序，应按标志含义的重要性依次安排。实际设置过程中并没有按眼动习惯，先上后下，先左后右的顺序来设置警告、禁令、指示标志的顺序3。1.4 标志牌内容不合理（1）信息量过大。在同一地点设置多个交通标志，驾驶员处理的信息过载，辨认时间过长，不易记忆和及时做出反应4。（2）标志牌上汉字大小和内容多少不协调。（

10、3）道路信息更新不及时。如高速公路上增加互通后，原有标志内容没有及时改变。1.5 标线设置施划不合理（1）标线设置施划不准确。标线的设置没有考虑整个路网的交通状况，只是考虑了某一条道路本身的一些交通特点，造成标线提供的信息不连续，例如在上一路段预告的信息在下一段中却没有了体现，造成信息断链。（2）标线设置施划不规范。国标中对于标线的宽度、颜色等数字特性有明确的规定，然而在标线的设置施划中却存在很多不符合标准的问题，往往随意盲目的设置。三、 交通标识AR增强现实的概念AR增强现实是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的技术，按所用的方法分为物理增强现实和数学模型增强现实即计算机虚拟现实。

11、物理增强现实就是对真实系统建立物理模型；数学模型增强现实就是运用计算机及相应的程序代码表示实际系统，使之运行时与实际系统在逻辑上具有相同或类似的特性，从而可以用它来代替实际系统，弥补实际系统的不足之处，使之能够替代现实，并且具有统一、灵活、易修改等特点、。具体来说，交通标识AR技术是运用现代计算机技术建立能够替代实际交通标识系统的计算机模型的研究过程，该模型能够实现现实交通系统的特性，还能根据各种条件及时灵活调整交通标识系统可。宏观增强现实和微观增强现实是根据交通标识模型的不同而对交通增强现实进行研究的两种主要方法。根据交通宏观参数来描述交通流状态的模型是宏观交通模型，它主要是针对车流整体。而

12、侧重模拟车辆个体运动状态的研究方法则是微观交通模型。若交通流的运行是通过流量密度关系来控制，流体运动的机制通过交通流的运动来处理，且模型不追踪单个车辆处理，则主要应用在宏观仿真中。典型的宏观仿真问题有节假日出行，出入流量不对称，则可以通过宏观数据，及时调整虚拟车道线，合理分配道路资源。微观仿真模型以单个车辆为描述对象，以跟车模型为基础，追踪每辆车的运动过程，在微观模型中，每辆车的位置和当前速度是很重要的参数，在交通网络环境中单个“驾驶员车辆元素”的动态变化是微观模型的考察重点。在考察过程中，要遵循的二个规则:车辆移动的基本规则(跟车模型和换道模型)、信号约束规则和服务优先规则。四、 AR交通标

13、识系统在未来的道路交通中，现实将没有标识标线，而标识标线通过车辆客户端显示器虚拟显示。应用AR的交通标志系统依照实际的交通设施设计方法设计，采用三维增强现实技术，从人机功效学的角度，实现人、车、路三维互动建模，最大程度的逼真的重现现实，以保证最基本的沉浸感。目前国内外交通工程领域对交通标志的研究大多还局限在对标志外观尺寸、颜色搭配、信息表述形式以及设施结构等方面，道路设计行业使用的交通标识标线设计模块也都停留在平面图形库水平。利用AR系统制作交通标志的研究尚处于起步阶段。 图4.1：交通标志三维动态设计界面1.虚拟风挡系统图4.2：虚拟挡风玻璃界面使用虚拟风挡，你再也不用在雾霾天下死盯着前方交

14、通指示牌，穿梭在繁华都市长长的堵车当中。因为整个前风挡除了会显示车辆以及关键路况的信息之外，虚拟风挡还会显示出与行车安全、生活便利以及娱乐资讯等相关的小贴士，还会出现交管部门根据拥堵情况及时规划线路的信息。虚拟风挡玻璃其实就是增强现实（Augmented Reality，之后简称AR）技术在汽车风挡上的应用。所谓AR技术，是通过摄像头、GPS、罗盘以及传感器等等通过处理器计算，将信息显示在显示屏上。简单来说，就是在视线中的现实世界，加入虚拟的影像。在这一期间，人们需要学习如何去自动驾驶。出于人类最基本的好奇心，只有了解和熟悉一项技术的应用，才会渐渐地去适应和相信。眼见为实，这一阶段AR的加入会

15、很好得让人们体验到自驾系统处理道路环境的过程及该过程中的乐趣，这样驾驶的人才会感到更安全和舒适。虚拟挡风玻璃，它可以使用具有全息膜的组合器玻璃，同时该玻璃可以作为透镜并反射特定的波长，于是人们可以通过挡风玻璃前面的组合玻璃来观察投影视频或交互界面。当然，伴随着汽车AR技术的进步我们不得不要试着改变人们的驾驶习惯，通过这块虚拟挡风玻璃，我们只需们放心的只看“镜子”而不看路况。2. 虚拟标识系统图4.3：虚拟标识标线系统“在日益复杂的世界中，高品质的信息将大大减轻司机的负担，未来道路上将不会再有交通标识标线，全部用AR技术代替。通过AR技术，可以将虚拟提示信息直接移动到驾驶员视线中。在宽约为130

16、cm和高约60cm的驾驶员视野截区内，AR可将全彩图像的标识标线插入车辆前方300米的真实街景中。显示内容不光局限于标识、标线、车速等信息，还会增加前方车辆的车况资料，以及自己的行车虚拟路线等。仿佛是在玩一款赛车游戏一般。而在行车安全方面，虚拟标识系统还会将行车速度和行车距离以及前方整体路况信息以虚拟图像的方式呈现在风挡上，驾驶员可以对未来的交通状况进行准确判断，合理安排好路线，应对突发状况也不至于手忙脚乱。3. AR+汽车电子标识把汽车电子标识和智能交通的业务系统、AR技术相结合。面向交管，可以实现路口精准可视化管理、车道级流量采集及可视、相位配时效果自动评估、假套牌车辆稽查布控和机动车精准

17、画像等等。图4.4：车辆信息显示通过特勤可视化跟踪，AR可以提高定位准确性，可视化特勤信息展示和高低联动、自动跟踪。另外是路口精准可视化管理，特殊车辆实时报警，信号自动协同放行。通过AR技术和汽车电子标识技术在智能交通的融合应用，逐步探索一种新型的城市智能交通治理模式，使用AR为广大的安保人员和交通指挥人员带来一种所见即所得的全新调度、指挥体验。4.AR+无人驾驶汽车图4.5：AR无人驾驶汽车把AR技术与无人驾驶汽车相结合，是通过车载AR系统感知道路环境，将周围环境由实际逆向转变为虚拟，通过计算机自动规划行车路线并控制车辆到达预定目标的智能汽车。它是利用车载AR系统来感知车辆周围环境，并将感知

18、所获得的道路、车辆位置和障碍物信息，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，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AR智能控制技术高度发展的产物。五、 AR交通标识系统的应用1.精细化交通管控AR交通标识系统根本目的是为了实现城市精细化交通管控。对于城市的交通管理和出行人员来说，以往更关注交通宏观态势，比如在交管或者交运的指挥中心里面，看到更多的是整个城市的交通路网动态情况。现在很多人也养成了这个习惯，出行之前打开地图，查询一下目的地周边道路交通状况，所以我们更多的是关注宏观的态势。对于城市交通管理人员来说，他还需要解决一些交通

19、微观问题，例如看到这条路是红色的，是拥堵的，但是它为什么拥堵？是怎么发生的？发生了之后怎么去解决它？能否在指挥中心，仅靠一群专业的人，一个特别好的产品或者工具，能够快速的做出相应的判断或处置预案，并且执行。AR交通标识系统是从三个方面来解决微观的交通管控问题。一个是看得见，第二个是看得懂，第三个是看得透。看得见，指路口信息可视化，交通态势一眼通。交通信号相位时序、交通流量、路口过车信息、交通违章记录和诱导信息。看得懂，管控系统集成，交通业务一手管。信号相位更改、标志标线诱导信息下发、车辆违章布控和交通警情监测。看得透，警力可视加预案，指挥调度一站控。警力可视化、文本预案和可执行预案。我们认为未

20、来城市的智能交通的管理一定是宏观和微观相结合，地图和实景的相结合。2.AR交通标识系统在节假日、高峰期时的应用如左图所示，节假日、高峰期车流量巨大，往往会出现出入交通流量不相同，导致半幅车道拥挤，半幅车道车辆较少；如假期时，出城车辆数量极大，进城车辆数量极小的现象。 图5.1：节假日高峰期拥堵针对这种情况，城市管理者可以用AR终端，及时调整进出线路车道数。调整后的车道信息数据通过云端平台发布到各行驶机动车终端，通过AR技术将调整后的车道标识标线与现场实景相结合，从而解决节假日车辆拥堵状况和大幅度提高道路使用效率。3.AR交通标识系统在救援时的应用随着城市的发展，人口越来越集中，大型公共场所人员

21、密集程度加大，应急救援难度也随之增大，当遇到车辆极度拥挤的情况时，想要打通一条救援通道十分困难，紧紧通过交警的疏导和救援车辆的鸣笛远远不够。 图5.2：生命通道虚拟显示针对这种情况，城市管理者可以用AR终端，及时规划一条救援通道。调整后的救援通道信息数据通过云端平台发布到正在行驶的各行驶机动车终端，通过AR技术提前将车流分开，预留一条应急通道，该车道在车辆终端上将会警告显示，救援通道禁止驶入的信息，从而大幅度提高救援速度。4. AR无人驾驶系统的应用通过使用AR无人驾驶汽车，人们通过智能手机使车辆自主运行，出行、接送朋友、泊车均可自动完成。该系统主要是利用车载AR系统来感知车辆周围环境，并将感

22、知所获得的道路、车辆位置和障碍物信息，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，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AR智能控制技术高度发展的产物。 图5.3：AR无人驾驶系统AR无人驾驶系统还有一种系统是牵引和稳定控制系统。这些系统平时不太引人注目，通常只有出现不安全状况时才会意识到它们发挥的作用。牵引和稳定控制系统比任何驾驶员的反应都灵敏。与防抱死制动系统不同的是，这些系统非常复杂，各系统会协调工作防止车辆失控。当汽车即将失控侧滑或翻车时，稳定和牵引控制系统可以探测到险情，并及时启动防止事故发生。这些系统不断读取汽车的行驶方

23、向、速度以及轮胎与地面的接触状态。当探测到汽车将要失控并有可能导致翻车时，稳定或牵引控制系统将进行干预。这些系统与驾驶员不同，它们可以对各轮胎单独实施制动，增大或减少动力输出，相比同时对四个轮胎进行操作，这样做通常效果更好。当这些系统正常运行时，可以做出准确反应。相对来说，驾驶员经常会在紧急情况下操作失当，调整过度，而该系统会做出很准确的反应。六、 AR交通标识系统的优点1.减少各部门冲突运用AR交通标识系统后，标志标线的制定、实施均可采用后台模拟，多部门联合协调，由数据中心统一整理并实施，各部门之间的冲突，均可在实施前得到系统性的协调，从而减少了各部门的冲突。对于部分路段的标志种类繁多，既有

24、交通公路的标志，又有公安交警的禁令标牌，避免了相互间的重复、歧义及混乱的情形，使得标识具有统一性、合理性和适用性。2.标识标线虚拟现实化通过标识标线的虚拟现实化，标识标线将通过ar系统呈现，因此现实中将不需要安设标识标线，避免了标识标线的损坏。临时增减标识标线也仅需在后台输入相关数据即可，大幅度降低了安设标识标牌的费用。3.标识标线位置、顺序动态调整针对因选择位置时考虑不周全，且排放顺序不合理的标识，可以在后台进行动态调整，标识标线可以根据时间段、环境因素、车流量、车速管控等相关因素动态调整，最大程度的发挥标识标线的作用。4.可实行精细化交通管控AR交通标识系统可以实现城市精细化交通管控。在节

25、假日、高峰期车流量巨大时，可以根据出入交通流量不相同，及时调整进出线路车道数。从而解决节假日车辆拥堵状况和大幅度提高道路使用效率。对于城市的交通管理人员来说，可以第一时间针对交通状况，制定相关措施，措施指定后通过云端发送至车辆终端，诱导车辆行驶，从而保证交通的畅通。对于车辆用户来说，能更好的享受道路路网服务。在抢险救援时，交通管理者可以提前通过后台规划出救援路线，车辆终端在收到救援路线信息时，通过标识标线的变化，会自动留出救援通道，保证救援通道的畅通。5. 交通事故大幅度降低汽车逐渐成为市民日常出行代步工具的今天，驾驶员群体日趋庞大。据公安部交通管理科学研究所统计数据显示，全国机动车保有量达3

26、.04亿，机动车驾驶人总量已经超过3.71亿，其中汽车驾驶人数量达到3.28亿。驾驶员数量猛增，伴随着交通事故也同样高速增长。国家车辆驾驶安全工程技术研究中心对车祸流行病学即在事故发生和未发生情况下，对事故倾向性驾驶员和安全驾驶员的特征对照研究，数据显示，“人”的因素引发交通事故占70%以上，其中驾驶人引发的事故占人因事故总数的90%以上。每年全世界有124万人死于交通事故。其中最主要原因之一是人为失误。AR无人驾驶系统主要的目的，就是为了降低道路上的驾驶失误问题，从而降低交通事故率。相对而言，AR无人驾驶汽车可以保证安全。这是因为避免了司机的错误驾驶，或者是醉驾和疲劳驾驶等因素造成的交通事故

27、。而通过AR无人驾驶系统，情况就变得不一样了，车速太快，闪避不及；随意变道加塞；酒后驾驶；机非混行；超载；闯红灯等主要导致交通事故的主要因素迎刃而解，一旦应用AR无人驾驶系统，如上这些原因导致的车祸，都可以尽量降低发生概率，因此车祸的发生数量和人身伤亡，一定大幅下降。6. 道路使用率大幅度提高道路工程师判断目前的高速公路的使用情况是，每条车道每小时最多容纳2200量人为驾驶的车辆通过，这只占到道路使用饱和程度的5%。而用AR无人驾驶系统可以将车辆排成“整齐队形”，以相对近一些的车距和相对统一的速度行驶，不仅可以提高道路的利用率，同时从空气动力学角度来讲也有助于节约能源。两辆汽车之间的数据共享也可以避免彼此之间发生冲撞。对于那些并不享受驾驶感觉的人来说，AR无人驾驶汽车可以满足其一切需要。无人驾驶汽车可以通过智能交通网络，了解实时的交通动态，避免与减少堵车现象的发生，同时可以智能停靠，减少了不必要的罚单，避免高价停车费。七、 结语道路交通标志标线向道路使用者提供有关道路交通信息，它是道路上最基本最重要的交通设施之一，在确保道路交通达到快速畅通、安全舒适、节能和低事故率中起着重要的作用。本文在总结国内道路交通标志标线存在问题现状的基础上，展望了AR交通标识系统在未来道路上的应用。