發(fā)布時(shí)間：2020-05-13 05:29

【摘要】：隨著汽車行業(yè)的發(fā)展以及無線通信技術(shù)的不斷進(jìn)步,車聯(lián)網(wǎng)對(duì)提升道路安全水平、優(yōu)化交通運(yùn)輸效率、構(gòu)建新型智慧城市交通系統(tǒng)具有重要的意義。通信技術(shù)是實(shí)現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵。面向車聯(lián)網(wǎng)的可見光通信利用可見光的高速明暗變化,在照明的同時(shí)實(shí)現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸,無需頻譜授權(quán)且?guī)捑薮?避免了傳統(tǒng)無線通信中的干擾問題,使數(shù)據(jù)傳輸更可靠、時(shí)延更短、成本更低,是極具潛力的車聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)。論文選題來源于華為創(chuàng)新研究項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào):20150101)和北京郵電大學(xué)科技成果轉(zhuǎn)化種子項(xiàng)目。目前面向車聯(lián)網(wǎng)的可見光通信存在抗噪聲魯棒性不佳、通信距離短、對(duì)移動(dòng)性支持不足、缺乏實(shí)測系統(tǒng)等問題。因此本文開發(fā)了面向車聯(lián)網(wǎng)的可見光通信平臺(tái),對(duì)面向車聯(lián)網(wǎng)的可見光通信進(jìn)行實(shí)測驗(yàn)證和分析,并提出了基于反向傳播(Back Propagation,BP)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)車輛發(fā)光二極管(Light Emitting Diode,LED)區(qū)域跟蹤算法,有效提升了可見光通信對(duì)移動(dòng)性的支持。本文的主要研究內(nèi)容如下:一、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了面向車聯(lián)網(wǎng)的可見光通信平臺(tái)。完成了平臺(tái)硬件選型和電路實(shí)現(xiàn),實(shí)現(xiàn)了發(fā)送端的車輛數(shù)據(jù)生成,并將數(shù)據(jù)編碼調(diào)制到LED,針對(duì)多車輛同時(shí)通信的需求和圖像傳感器幀率不穩(wěn)定的問題,設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了接收端圖像傳感器控制、圖像區(qū)域分割和數(shù)據(jù)恢復(fù)模塊。平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了多輛車間實(shí)時(shí)可靠的數(shù)據(jù)通信,在等效125m內(nèi)車輛相對(duì)靜止時(shí)誤碼率(Bit Error Rate,BER)低于10-3,并且通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析了面向車聯(lián)網(wǎng)的可見光通信對(duì)移動(dòng)性支持存在的問題。二、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)車輛LED區(qū)域跟蹤算法并通過實(shí)測驗(yàn)證算法有效性。設(shè)計(jì)改進(jìn)的幀差法實(shí)現(xiàn)對(duì)LED所在像素的檢測;設(shè)計(jì)區(qū)域間距離矩陣實(shí)現(xiàn)對(duì)接收?qǐng)D像中車輛LED區(qū)域的跟蹤;設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)幀差閾值,有效地提升了跟蹤算法在復(fù)雜環(huán)境光線和圖像曝光情況下的可靠性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該算法可有效提升面向車聯(lián)網(wǎng)的可見光通信對(duì)于移動(dòng)性的支持,在車輛間相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度67.5km/h內(nèi),通信的BER低于10-3。
【圖文】：

現(xiàn)綠色節(jié)能、安全高效的道路運(yùn)輸系統(tǒng)，是今后物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢。逡逑車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)主要由服務(wù)系統(tǒng)、車輛系統(tǒng)、道路系統(tǒng)、個(gè)人設(shè)備系統(tǒng)和通信系逡逑統(tǒng)５個(gè)方面組成，如圖２－１。逡逑Ａ逡逑ｖ邋（（＜｜＞】）通信系統(tǒng)逡逑？邋ｏｂｂ邐ｐｅａ逡逑ＯＢ，車與人＿逡逑車輛系統(tǒng)邐ｕ逡逑個(gè)人設(shè)備系統(tǒng)逡逑車與路逡逑道路系統(tǒng)逡逑圖２－１車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)逡逑車聯(lián)網(wǎng)服務(wù)系統(tǒng)是車聯(lián)網(wǎng)中各項(xiàng)服務(wù)業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)的集中處理平臺(tái)，負(fù)責(zé)將車逡逑聯(lián)網(wǎng)通信收集到的車、道路和人的數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)和人工智能等手段對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)逡逑行處理和分析，從而為各項(xiàng)公共服務(wù)和業(yè)務(wù)提供支撐，實(shí)現(xiàn)如交通引導(dǎo)、安全預(yù)逡逑警、交通管理等。車輛系統(tǒng)是整個(gè)車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的核心，主要包括聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)和智能逡逑系統(tǒng)，聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)負(fù)責(zé)車輛數(shù)據(jù)的傳送與接收，將交換的數(shù)據(jù)交由智能系統(tǒng)從而實(shí)逡逑現(xiàn)駕駛輔助和自動(dòng)駕駛等高級(jí)應(yīng)用。道路系統(tǒng)主要由道路基礎(chǔ)設(shè)施組成，如交通逡逑攝像頭、地磁傳感器、交通信號(hào)燈等

傳統(tǒng)的鹵素?zé)�、氙氣燈替換為基于ＬＥＤ的照明系統(tǒng)，應(yīng)用到了車輛照明的各個(gè)逡逑方面，包括日間行車燈、近光燈、遠(yuǎn)光燈、轉(zhuǎn)向燈、車尾燈、車內(nèi)氛圍燈等。目逡逑前ＬＥＤ車輛照明系統(tǒng)已經(jīng)廣泛運(yùn)用到量產(chǎn)汽車上，如圖２－３所示。逡逑ＨＩ—邐ｇＢＯｉ逡逑ｆ邋：邐Ｂ＾ａｓＢ逡逑圖２－３車輛ＬＥＤ燈逡逑面向車聯(lián)網(wǎng)的可見光通信車輛發(fā)送端通常由車載計(jì)算機(jī)、ＬＥＤ驅(qū)動(dòng)和ＬＥＤ逡逑組成。車載計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)收集和分析車輛的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，如車輛位置、速度、剎車狀逡逑態(tài)、目的地等各項(xiàng)車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝，傳輸給ＬＥＤ驅(qū)動(dòng)電路。ＬＥＤ逡逑驅(qū)動(dòng)電路將數(shù)字的數(shù)據(jù)包調(diào)制為模擬信號(hào)，并結(jié)合車輛照明和信號(hào)指示的需求，逡逑控制輸出電流點(diǎn)亮ＬＥＤ，保證ＬＥＤ輸出照明所需光功率的同時(shí)將信號(hào)加載到逡逑ＬＥＤ上。車輛間通常使用車頭燈和車尾燈ＬＥＤ進(jìn)行信號(hào)的發(fā)送，因此可見光信逡逑號(hào)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛周圍有較為完整的信號(hào)覆蓋。逡逑目前ＬＥＤ同樣被廣泛應(yīng)用于道路基礎(chǔ)設(shè)施，如路燈、交通信號(hào)燈、交通指逡逑示牌等，如圖２－４。ＬＥＤ的高能效將有效降低市政照明用電，實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保的照逡逑明
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN929.1

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本文編號(hào)：2661470