基于無人駕駛技術及云平臺的無人物流運輸研究

李雪松， 班定東， 張 亮， 張 森

（上汽通用五菱汽車股份有限公司技術中心， 廣西 柳州 545007）

引言

傳統(tǒng)大型設備制造產(chǎn)業(yè)需要大量的人力進行廠區(qū)內物料配送，并且在訂單量較大時往往會出現(xiàn)每天二十小時以上的生產(chǎn)時間。企業(yè)不僅要支付高額的人工費用，夜間人工室外運輸也會產(chǎn)生安全隱患。隨著無人駕駛技術、云服務器技術、物聯(lián)網(wǎng)技術等技術的發(fā)展，上述問題有了新的解決方向。本文將對已運行一年的無人物流車系統(tǒng)展開研究。

1 無人物流系統(tǒng)工作原理

1.1 無人物流系統(tǒng)架構

基于無人駕駛技術及云平臺的無人物流系統(tǒng)基本由本地控制終端、云服務器、車載控制器三部分構成。本地控制終端可以是智能手機、平板電腦、pc 等可以實現(xiàn)連接互聯(lián)網(wǎng)的設備；云服務器為服務端，主要功能是對無人物流車輛的運營管理、線路管理、實時監(jiān)控管理、控制指令傳遞等重要信息的管理；車載控制器是指接收指令及與整車控制器通訊的設備。

本地控制終端作用是人機交互的接口，取代了車載人機交互功能，可實現(xiàn)選擇線路、選擇站點、規(guī)劃線路、出發(fā)、停止、緊急制動等一系列控車動作。當使用人員發(fā)現(xiàn)車輛異常或需要臨時更換物料時可以下發(fā)停止指令，根據(jù)應用程序上顯示的位置找到車輛，進行相應調整，也可以暫停車輛后重新規(guī)劃路線，回到使用人員位置，減少人員工作量[1]。

云服務器具備車輛、線路、站點等數(shù)據(jù)庫，本地控制終端需通過網(wǎng)絡登入應用程序或網(wǎng)頁下發(fā)控制指令，云服務器收到指令通過相關通訊協(xié)議將指令下發(fā)至車載控制器上，再根據(jù)車載控制器返回的數(shù)據(jù)將車輛信息呈現(xiàn)在本地控制終端上。

車載控制器通過使用物聯(lián)網(wǎng)卡具備4G 網(wǎng)絡，通過4G 網(wǎng)絡與云服務器通信，收到云服務器發(fā)送的指令后，通過與整車控制器通訊，實現(xiàn)車輛的啟動、出發(fā)、剎車等功能。

1.2 各模塊通訊協(xié)議

無人物流的應用場景需要獲取車輛的實時狀態(tài)信息如位置、電量、傳感器狀態(tài)等信息來判斷下發(fā)什么指令。傳統(tǒng)的基于TCP/IP 協(xié)議的HTTP 客戶端是經(jīng)過URL 向HTTP 服務器發(fā)送請求，待服務器收到請求后再返回給客戶端相應信息，這種通訊方式需要客戶端不斷訪問服務器，實時性很低，不滿足無人物流的應用場景。

上述問題需要使用易實現(xiàn)、開放、可提供實時車輛數(shù)據(jù)的協(xié)議，MQTT 協(xié)議是一個很好的選擇，MQTT 協(xié)議屬于長連接，此無人調度系統(tǒng)在需要實時通訊的節(jié)點采用了MQTT 協(xié)議，在不需要實時通訊的節(jié)點采用HTTP 協(xié)議，可以實現(xiàn)占用更少的網(wǎng)絡資源，降低成本提高效率。

2 無人物流車輛要求

2.1 無人物流車介紹

無人物流車為使用了無人駕駛技術的用來物料運輸?shù)能囕v，無人物流車感知周圍需要通過激光雷達、毫米波雷達、超聲波雷達、攝像頭等設備。相較于人工駕駛，無人物流車可以360 度全方位感知，并且靈敏度、準確度和精準度會比人工更高，在黑夜或雨霧天能見度很低的場景下，可以通過光學儀器感知出超過人類觀測的情景[2]。

2.2 無人駕駛級別

美國國家公路交通安全管理局（NHTSA）、美國高速研究所（BASt）、國際自動機械工程師學會（SAE）對無人駕駛汽車都有各自的分級標準，但大體相同。其中國際自動機械工程師學會分級最詳細，將無人駕駛汽車分為0～5 六個級別：非自動化、駕駛支持、部分自動化、有條件的自動駕駛、高度自動化、全自動化，具體見表1。

表1 SAE 無人駕駛汽車分級標準

針對無人物流場景，物流配送均為廠內固定路線，全程不需人工干預，無人物流車需要至少滿足3級自動駕駛標準，在特定的路線可以由系統(tǒng)完成轉向、加減速等所有動態(tài)駕駛任務。

3 無人物流車交互流程

無人物流車輛需在特定運行設計域內才能啟用無人駕駛系統(tǒng)，具體的運行設計域范圍為，天氣：晴天、多云、陰天、小雨、小雪；運行溫度：-15～40℃；通信要求：具備穩(wěn)定4G 信號覆蓋；光照：白天或者有照明的夜晚（光照度＞50 Lux）；道路要求：廠區(qū)園區(qū)等非公開道路，路面平整，坡度＜5%，行駛道路構建有高精度地圖，道路寬度及轉彎半徑滿足車輛要求；交通標志：線路上有明顯的警示標志提醒其他車輛當先線路由無人駕駛物流車運行，在車輛停靠點區(qū)域內亦有標志提醒；無人駕駛最大運行車速為16 km/h；可拖斗掛載數(shù)量為3 個；掛載拖斗最大質量為750 kg。

無人物流車交互流程如下[3]：

1）無人物流車準備。完成天線、傳感器等設備的校準；將車輛信息添加至云服務器，并設置好相關參數(shù)。

2）建立通訊連接。無人物流車上電啟動，云平臺可以與車載控制器進行信息交互。

3）用戶登錄。可通過本地終端查看車輛狀態(tài)信息以及操控車控按鈕。

4）規(guī)劃路線。確保車輛已停靠在路網(wǎng)上，選擇目的站點，規(guī)劃路線，點擊出發(fā)。

5）路線調整。點擊暫停車輛，重新選擇站點，規(guī)劃路線，點擊出發(fā)。

4 結語

本文研究了基于無人駕駛技術、云平臺技術、物聯(lián)網(wǎng)技術建立的無人物流系統(tǒng)，描述了無人物流系統(tǒng)基本原理以及車輛要求。根據(jù)實際使用情況可以發(fā)現(xiàn)，使用無人物流系統(tǒng)來配送物料可以減少人力成本，提高生產(chǎn)效率并且使用簡單方便。未來隨著5G通訊的發(fā)展，可以將此技術推廣到更多的應用場景。