新型無人駕駛運輸車設計

曹文鵬 劉燦 李陽陽 李偉嘉 郭懷睦

摘要：本文以無人駕駛運輸車設計內容為主，介紹了本款無人駕駛運輸車的各項技術要求，以及設計過程，真實客觀的介紹了本款無人駕駛運輸車。本系統將無人機的飛控技術應用到電動車上，可以提高對環境的感知能力。目前已經實現：路線規劃無人駕駛，GPS衛星定位，實時圖像傳輸，數據地面站回傳，可以實時監測運貨車的運行狀態，多方位翻斗設計可適用于多種裝載場合，本設計可有效的提高人們的工作效率。

關鍵詞：路線規劃無人駕駛;GPS衛星定位;數據地面站回傳;

1.控制部分：

為了完成自動駕駛控制系統的設計，以使無人駕駛運輸車在復雜環境下能夠以自主的方式完成各種動作，設計了由感知規劃層和執行層組成的分層體系結構，如圖1所示。感知規劃層進行感知與智能規劃，并產生運動指令，感知規劃層主要由視動指令為期望值，控制底層執行器動作，執行層主覺、深度感知設備以及智能控制計算機組成;執行層以運要由自動控制裝置及其相應驅動設備和傳感器組成。

系統要求感知規劃層每隔100 ms進行一次感知、規劃、決策周期，并產生一個運動指令集，這個運動指令集包括期望的方向盤轉角、期望的油門開度、期望的制動量，這就要求執行層在100ms之內能夠快速而精確地實現感知規劃層規劃后的期望值。

2.路線規劃：

路線規劃給出了無人駕駛汽車從出發點到達目的地的行車軌跡和行車過程中的路徑選擇，是無人駕駛汽車能夠安全快速的到達目的地和完成一系列的行車動作所必不可少的一個環節。路徑規劃既有使用離線地圖進行路徑選擇的全局規劃，又有從車輛自身周圍環境出發的局部規劃。全局路徑規劃能夠使得車輛的導航在全局上具有全局最優的特性，而局部路徑規劃能夠使得導航能夠具備實時性，并且能夠應對全局地圖.上不明確或者無法描述的環境情況，所以通過兩者的結合能夠使得車輛導航具備更好的可用性。

當一條路是完全直道的時候，存儲的節點就只有道路開頭和結尾部分，中間沒有其他的節點，如果按照最短距離搜索，就會出現圖中所示藍色虛線所示的路徑，有一段不合理的規劃，而不是按照合理的綠色實線的規劃，為了避免這種情況的出現，本系統采用了更加合理的搜尋方式，

在選取規劃的初始節點的時候，改進的算法就是把單純的計算節點到選取點最短距離變成計算選取點到兩個鏈接的節點構成的道路之間的距離，這樣就能避免之前出現的規劃不合理的情況。改進的方法處理的點分別為選取點，遍歷routing表的節點1和它的子節點（節點2）。根據圖2-6可以看出能通過計算三個點構成的三角形的最長斜邊在兩個節點構成的邊上的投影長度和節點間的距離之差來判斷垂足是否在節點之間的連線上，若投影長度小于節點之間的距離說明垂足在節點之間，則在兩個節點之間插入新的節點作為起始終止點，并將選取點到兩個節點構成的道路之間的距離作為判斷距離;若投影大于節點之間的距離，則垂足在節點之外，這時候不新添加節點，將兩個節點中距離選取點最近的節點作為待定節點，并將他們之間的距離作為判斷距離。對于垂足在節點之間的情況，由于要在所建立的nodes表和routing表中新添加一個節這種情況中，建立一個新的node之后，根據相鄰的兩個節點的屬性對其添加相應的單雙道路屬性，直道屬性，鏈接關系根據單雙道屬性分別連接到兩個節點。

3.GPS衛星定位：

GPS信號接收機捕獲到按一定衛星截止角所選擇的待測衛星，并跟蹤這些衛星的運行。當接收機捕獲到跟蹤的衛星信號后即可測量出接收天線至衛星的偽距離和距離的變化率，解調出衛星軌道參數等數據。根據這些數據，接收機中的微處理計算機就可按定位解算方法進行定位計算，計算出用戶所在地理位置的經緯度、高度、速度、時間等信息。接收機硬件和機內軟件以及GPS數據的后處理軟件包構成完整的GPS用戶設備。

4.實時圖像傳輸：

降噪模塊（Vision Denoiser）：該模塊通過調整現有的ISP方法進行去噪。研究者通過在KITTI數據集的圖像中注入不同程度的高斯噪聲來生成噪聲圖像進行實驗，結果證明目標檢測精度相對提高了57.7%。

視覺局部色調映射模塊（Vision Local Tone Mapping，VLTM）：該模塊的作用是進行圖像非線性變換、細節增強以及縮小圖片。VLTM在計算上非常方便，而且可以利用現有的硬件，例如成像系統中的伽馬校正模塊。此外，VLTM可以預先加入多種類型的神經網絡，以更有效地執行計算機視覺任務。

可訓練視覺定標器（ Trainable Vision Scaler，Vs）：該模塊的作用是在圖像輸入計算機視覺識別程序之前對其進行顏色空間轉換、特征提取以及特征融合。TVs是一種非常簡便的、通用的神經網絡框架，可以在軟件和硬件上實現。把TVs特征提取步驟中的卷積層替換為可分離的深度卷積，并對權重和激活函數進行量化，可以進一步降低TVs的計算成本。與使用具有相同比例因子的雙線性插值相比，TVs提高了KITTI數據集中所有類的對象檢測性能。

5.底盤設計：

參考文獻：

[1]馬廣文.交通大辭典：上海交通大學出版社，2005.01

[2]王智峰，張朋飛，何克忠，智能車輛自動駕駛控制系統方案設計，（1.中國北方車輛研究所，北京00072; 2.清華大學，北京10084）

[3]王越超，無人駕駛運輸車協作系統研究，哈爾濱工業大學博士論文，1999

作者簡介：曹文鵬，男，山東協和學院。

指導老師：金星

山東協和學院 濟南 250107