自動泊車用環境感知系統技術研究

范夢陽

摘 要：自動泊車用環境感知系統技術比較成熟，并且取得了很多的技術專利，以下對環境感知系統進行了技術歸納與分析，對該領域內中國國內的研究專利以及國外的申請人等進行了數據統計，力圖推動我國在該領域內取得更大的成就，為行業的健康發展提供力量支持。

關鍵詞：自動泊車;環境感知系統;技術

中圖分類號：U463.6 文獻標識碼：A

0 引言

在行車過程中泊車是一個非常難操作的問題，依靠所以智能泊車系統可以實現快捷和安全的泊車，成為了汽車行業的重點研究方向，自動泊車也是因為這一原因發展起來的。在自動泊車中環境感知系統技術被廣泛地應用，主要是對周圍的環境信息進行采集，并保證其精準度，便于后期的運動控制和路線規劃。在自動泊車中利用環境感知系統對周圍進行感知，能夠極大地提升泊車的精準度和有效性，尤其可以應對復雜的泊車環境，提高泊車效率，提升空間資源的利用率等。因此，在自動泊車領域內要對環境感知系統技術的應用進行了深刻地研究。

1 技術概述

環境感知系統技術在自動泊車當中的應用，要對車輛車位的具體信息，周圍環境以及障礙物等進行精準地確定，做好車輛與環境信息之間的互通與交換，在這其中車載傳感器是不可或缺的。傳感器主要的目的是對算法進行精準地控制，這是基礎和前提，所以提高傳感器的性能是保證環境感知系統技術穩定運行的關鍵所在。因此，在本文的研究過程中，通過對環境感知系統技術中的核心部件傳感器進行了劃分，并且對技術分支進行了歸納，包括了超聲波傳感器、視覺傳感器、紅外傳感器和雷達傳感器。

超聲波傳感器。這是一種利用發射器發射超聲波的傳感器，并采取接收器對被障礙反射回來的信息進行接收，對反射的超聲波在空氣中的運行情況進行計算，以此來獲取障礙物的距離。該種測量方式受環境的影響是很大的，所以精度問題至關重要。

視覺傳感器。這是一種無源性的傳感器，可以在信息收集的過程中利用非侵入性的方式降低噪音，尤其是在交通信號檢測、車道檢測和障礙物檢測方面發揮了重要的作用。在視覺傳感器的應用中，根據攝像頭的個數不同，可以對視覺傳感器進行相應地分類，分別為單目視覺和立體視覺。其中單目視覺主要是對圖像的某一種顏色或者特征進行采集;立體視覺是根據某一個景物的成像視差對景物的深度進行計算，計算出距離信息。

紅外傳感器。主要被用在周圍信息圖像獲取上，應用的是紅外線成像的技術原理。主要分為兩個類型：主動和被動紅外線成像系統。同時，紅外傳感器也可以利用超聲波或者激光的方式信息距離的測量。

雷達傳感器。該種技術方式包括微波雷達和激光雷達兩種。其中，微波雷達主要用在對兩個物體之間距離的測量，類似于超聲波原理，借助的是微波信號發射和反射之間的時間差，以此來實現距離測量。微波雷達還會應用到多普勒效應對物體的相對速度進行計算，在使用中最常見的是毫米波雷達，其抗干擾性能和測量能力都會有所提升。激光雷達利用的是發射出的激光束，并利用激光識別器對障礙物反射回來的激光進行接收，以此來確定物體的坐標和角度。

2 環境感知技術

隨著科學技術水平的不斷提升，環境感知技術的應用范圍越來越大，所取得的成效性也非常地顯著，其屬于自動泊車領域的核心技術方式之一，采取的是周圍環境信息的收集與自身信息的運用方式，之后將所采集到的信息傳到傳感器系統當中去，對周圍的環境形成相應地模型，具體包括以下幾個方面的內容：靜態物體、動態物體和道路、行人檢測。

第一，靜態與動態的目標檢測。該種檢測技術的應用主要是對周圍的行人、交通信號燈、路標以及公交車的停靠站等進行檢測。在針對于行人和車輛進行檢測時，主要采取的是雷達檢測的方式對該區域實施檢測。在對交通信號等進行檢測的時候，可以采取彩色直方圖目標跟蹤的方式，對變形的現象以及目標遮擋進行很好地規避，這樣才可以很好地提升運算的效率。而針對于公交車站的檢測可以采取雷達和定位系統結合的方式。

第二，道路檢測。針對于車輛形式的道路問題，可以將其分為結構化道路和非結構化道路兩種方式。其中結構化的道路指的是有邊緣線的道路，路面的結構是很單一的，比如城市的高速公路和主干道等。對于這一類型的道路特征是非常明顯的，而且數據信息是很容易提取到的。而非結構化的道路在路面上沒有結構層，天然的道路場景比較多。而本文自動泊車技術的研究主要是固定的結構化道路，所以基于原有的道路模型對邊緣線以及基本的方向信息等進行獲取，可以利用機器學習法的方式對道路信息獲取。還可以利用平均數值的過濾波、高斯濾波等對邊緣進行增強處理，之后對車道的信息進行提取，將車道從原有的圖像上提取出來。

第三，行人檢測。在對行人進行檢測時采取的是向量機和神經網絡的方式，主要利用的是大量的行人樣本，對行人進行訓練和模擬。之后采取HOG的特征對區域梯度直方圖進行設計，形成人體特征模型。之后利用行人的運動目標將他們從背景圖當中分離出來，為自動泊車提供便利性。

3 專利申請情況分析

將自動泊車用環境感知技術研究在數據庫中進行檢測之后，反饋出自動泊車環境感知技術在該領域內的專利申請情況呈現出了以下特點：

第一，根據有關數據研究限制，在1995年之前關于自動泊車用環境感知技術的專利是非常少的，該階段處于萌芽時期，這個時期汽車行業將關注點放在了硬件的開發上，所以在自動控制等軟件領域方面的研究是很少的，研究的主要焦點在于車的駕駛性能、硬件設備等方面，所以那個時期我國在這方面還沒有申請過專利。

第二，在1995年之后我國汽車工業取得了很大的進步，關于自動泊車技術方面的專利申請也比之前有所提升，這主要是因為汽車的硬件設備以及技術不斷地更新和完善，自動化在汽車行業內另個領域的應用越來越受重視，而且人們對于駕駛舒適性和便利性要求的不斷提升，自動泊車技術逐漸地走進了大眾視野，這個時期也被稱之為增長期。

第三，2007年至今我國在自動泊車技術方面的研究不斷地增多，自動泊車中環境感知系統技術的應用也越來越多，該技術的專利量突飛猛進，此階段也被稱之為爆發期。這主要是因為人們的物質生活水平不斷地提升，駕駛人員更加關注汽車的駕駛感受，重視汽車駕駛當中的便利性以及自動化，所以專利申請數量也在不斷地提升當中。但是數據顯示在2017年專利申請量有所降低，但這與技術落后不存在關系，主要是因為專利更新是有周期的。

自動泊車用環境感知系統技術的發展過程中，我們不僅要進行自主技術研究，還需要向其他國家吸收經驗，找準技術目標國家，加強自身的技術研發。從當前自動泊車世界大環境來看，中國、德國和日本市場是非常寬廣的，但是相比之下我國技術起步比較晚，對于不斷壯大的中國市場加大技術研究是非常必要的，這也提升了我國在該項技術方面的研究熱情，國外很多的企業也因此將技術投放熱點放在了我國市場當中。日本與德國都在汽車制造領域擁有很多年的歷史，在自動泊車技術領域內的研究也是非常早的，技術十分地成熟，我國應該向這兩個國家積極借鑒該方面的研究經驗。

從自動泊車用環境感知系統技術的研究中我們可以發現，日本、德國、韓國和美國這些早期的汽車工業國家，在此方面的專利申請量是非常大的，并且全球范圍內該項專利申請人都是企業，并都出自上述幾個發達國家當中。比如，大眾、現代、豐田、福特等知名企業。我國關于該領域的專利技術研究主要集中在國產汽車企業和高校方面，其中奇瑞汽車和江蘇大學在該領域內的專利申請量很大。但是國內關于自動泊車用環境感知系統技術的研究還是很少的，并且處于初期的起步階段，工業生產方面的應用也比較少，很多都處于初期的起步與研究階段，在實際的生產當中也沒有得到更加廣泛地應用，這主要與我國汽車工業的自主研究還處于發展階段有十分緊密性地聯系。但是高校以及國產汽車企業在這方面的研究并沒有松懈，也從未中斷，很多國產汽車品牌的自動泊車用環境感知系統技術在不斷地發展和完善當中，未來研究成果也會越來越多，技術會越來越成熟。

4 結束語

綜上所述，隨著人們物質生活水平的不斷提高，對于駕駛的需求也在不斷地提升，其中包括了對便捷駕駛，駕駛安全性等方面的要求，自動泊車技術也是基于此發展起來的。自動泊車用環境感知系統是技術研究的關鍵所在，我國在此方面的研究還處于發展階段，但是德國、日本、美國等在該項技術領域內已經取得了十分不錯的效果，給我國自主品牌以及技術研究提供了非常多的經驗。因此，本文對自動泊車用環境感知技術的應用情況、技術方式等進行了詳細地探索，并對我國以及國外在該領域內的專利申請量以及數據實施了詳細化地討論，這對于未來我國在自動泊車技術領域的研究將有一定的支持，也會為汽車行業其他現代化技術方式的發展提供堅實的力量。

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