1、精選優質文檔-傾情為你奉上智能車環境感知的發展與現狀自動化121 劉勇 在日常生活中汽車將成為私人經常使用中重要的部分。然而，他們也帶來很多問題，如交通擁擠和事故。智能汽車的目的是協助駕駛員更容易駕駛，減少駕駛員的工作量和受傷的機會。為了這個目的，一個智能的汽車必須能夠感知、分析、預測和反應道路的環境，智能汽車的關鍵特征是語境意識。一、國內研究概況我國是世界上公路交通發展最快的國家之一 ，汽車保有量迅速增加的 同時，交通引發的各種問題尤其是行駛安全問題也日益突出 ，交通事故特 別 是 惡性交通 事故呈不 斷上升趨 勢，因此研究開發 ITS勢在必行，而 作為 ITS的 重要組成部 分，智能 車輛

2、研究亦顯得尤 為迫切。 但由于起 步晚，以 及經濟條件的制約，我國在智能車輛研究領域與發達國家有一定的差距 ， 目前開展這方面研究工作的單位主要包括一些大學和科研機構 ，如國防科 技大學、清華大學、吉林大學、北京理工大學、中科院沈陽自動化研究所 等。 一汽和國防科技大學機電工程與自動化學院共同研發了中國第一輛 自 主 駕駛車輛 ，如圖 3-4所示 。該自主 駕駛技術采用最先 進的計算機視覺 導航方案，能實時處理岔道 、斑馬線和虛線，對車體姿態變動和自然光照 變化都有較強的自適應能力。 19931995年，由南京理工大學 、北京理工大學、浙江大學、國防科技大學、清華大學等國內六所大學聯合組成的課

3、題組承擔了 “地面軍用智 能機器人”的研究項目，移動機器人的代號為 7B.8。7B.8 系統的車體選 用國產躍進客貨車改制 ，車上安裝有彩色攝像機 、激光雷達、陀螺慣導定 位、超聲波傳感器等 。其體系結構以水平式結構為主 ，采用傳統的“感知 建模規劃執行 ”算法，其直線跟蹤速度達到 20km/h，避障速度達到 510km/h。 清華大學計算機系智能技術與系統國家重點試驗室在國防科工委和 國 家 863 計 劃 的 資 助 下 ， 從 1988 年 開 始 研 制 THMR 系 列 移 動 機 器 人 系 統 。 THMR-III系統的車體選用 BJ1022面包車，上面安裝有彩色攝像機 、磁羅盤

4、 光 碼 盤定位、 GPS、超 聲等 傳感器。它的體系 結構以垂直式為主 ，采 用多 層次“感知動作 ”行為控制、基于模糊控制的局部路徑規劃及導航控制 。 THMR-III自主道路跟蹤時 ，時速達到510km/h。THMR-V系統能夠實現結構 化環境下的車道線自動跟蹤， 準結構化環境下的道路跟蹤以及復雜環境下的道路 避障等功能。 吉 林 大 學 交 通 學 院 智 能 車 輛 課 題 組 從 1992年 開 始 一 直 開 展 智 能 車 輛 自主導航研究。在智能車輛的體系結構 、傳感器信息的獲取與處理 、路徑 識別與規劃 、智能車輛前方障礙物探測及車距保持等方面取得一定研究成 果，目前已經研

5、制了 4代JUTIV型智能車輛。 合肥工業大學機械與汽車工程學院對智能車輛的相關技術進行了研究， 在智 能車輛的控制體系結構、 路徑圖像識別和跟蹤控制、路徑規劃和避障等方面取得 了一定成果。二、研究環境感知的目的通過性：基于自身行駛性能和共識規則，能實時、可靠、準確識別并規劃出 可保證規范、安全、迅速到達目的地的行駛路徑； 安全性：在行駛過程中，能夠實時、準確識別出行駛路徑周邊對行駛安全可 能存在安全隱患的物體，為自身采取必要操作以避免發生交通安全事故； 經濟性：為提高車輛高效、經濟地行駛提供參考依據； 平順性：為車輛平順行駛提供參考依據；行駛路徑：對于結構化道路而言，包括行車線、道路邊緣、道

6、路隔離物、 惡劣路況的識別。對于非結構化道路而言，包括車輛欲行駛前方路面環境狀況的識 別和可行駛路徑的確認； 周邊物體：包括車輛、行人、地面上可能影響車輛通過性、安全性的其它各 種移動或靜止物體的識別；各種交通標志的識別； 駕駛狀態：包括駕駛員駕駛精神狀態、車輛自身行駛狀態的識別； 駕駛環境：包括路面狀況、道路交通擁堵情況、天氣狀況的識別。三、環境感知的方法 視覺傳感 基于機器視覺獲取車輛周邊環境兩維或三維圖像信息， 通過圖像分析識別技 術對行駛環境進行感知。 優點：信息量豐富、實時性好、體積小 、能耗低。 缺點：易受光照環境影響、三維信息測量精度較低。激光傳感 基于激光雷達獲取車輛周邊環境兩

7、維或三維距離信息， 通過距離分析識別技 術對行駛環境進行感知。 優點：能夠直接獲取物體三維距離信息、測量精度高、對光照環境變化不敏 感。 缺點：無法感知無距離差異的平面內目標信息、體積較 大、價格昂貴、不便于車載集成。微波傳感 基于微波雷達獲取車輛周邊環境兩維或三維距離信息， 通過距離分析識別技術對行駛環境進行感知。 優點： 能夠以較高精度直接獲取物體三維距離信息、 對光照環境變化不敏感、 實時性好、體積較小。 缺點：無法感知無距離差異的平面內目標信息、國外成熟產品對我國禁運而難以獲得。通訊傳感 基于無線、網絡等近、遠程通訊技術獲取車輛行駛周邊環境信息。 優點：能夠獲取其它傳感手段難以實現的宏

8、觀行駛環境信息、可實現車輛間 信息共享、對環境干擾不敏感。 缺點：可用于車輛自主導航控制的信息不夠直接、實時性不高、無法感知周 邊車輛外其它物體信息。四、傳感技術要達到自主行駛的目的前提是能夠掌握足夠多的信息,這些信息的采集則需要通過各種傳感器來獲得,而數據的準確性與有效性直接關系到決策的成敗。1)雷達系統雷達是一種主動型傳感器,能夠直接測量距離、速度、方位等,而不需要復雜的設計與繁復的計算。此外,在陰雨等惡劣天氣影響下,雷達系統仍然能夠工作。在各種雷達系統中,激光雷達較毫米波雷達能夠提供更高的精度,但由于成本也很高,其推廣受到一定的阻礙。然而,雷達系統也存在一些缺點。例如:光譜分辨率和掃描速

9、度較低;當多個車輛行駛在同一個方向上時,多個雷達之間會產生干涉,這是主動型傳感器難以回避的問題。2)機器視覺CCD等成像元件由于無法提供直接的物理數據,被歸于被動型傳感器。但其成本相對雷達系統來說非常低,可以在車輛中安裝多個攝像機,從不同角度全方位拍攝車外環境。目前, CCD主要用于提取車道線 5 ,識別近距離內的障礙物、行人、交通信號等,這些也是主動型傳感器無法替代的。其缺點是容易受環境影響,在能見度較低時無法使用。可以同主動型傳感器結合使用,取長補短。3)高精度GPS高精度GPS可以提供準確的車輛位置、行駛方向、速度、加速度等車輛狀態信息。配合電子地圖和先進的匹配算法能夠提供豐富的道路信息

10、,如,彎道曲率、道路結構等,這是一般傳感器所無法提供的。厘米級GPS能夠更精確地進行車輛定位、道路跟蹤。由于GPS的工作依賴于衛星信號,因此,在衛星信號不佳或信號無法獲取的情況下失效。4)磁道釘磁道釘是一種能夠提供全天候道路指引的技術手段,且不受天氣的影響。將磁道釘分散布置在道路中,利用磁傳感器采集道路的磁場分布來確定車輛在道路中的位置,必要的話利用計算機視覺給予輔助信息,從而完成車輛導航。但這些道路的建設需要破壞已有的公路地基,且成本較高,該方式的普及也受到了一定的制約。四、整體架構智能汽車是許多不同的傳感器、控制模塊和執行器等的綜合集成，智能車的駕駛環境監測，評估可能的風險，并采取適當的行

11、動，以避免或減少風險。每個傳感器對應著一個類型中的原子。對于每種類型的上下文中的原子，一個描述性的名稱必須是應用到指定語境感知中。我們使用本體定義的名稱保證語義的理解和智能汽車共享。對環境的感知體系。感知相關的物理環境。本體包括天氣的描述，路面條件，交通信息，道路標志，信號燈，網絡狀態等等。五、汽車的感知體系。車體包括三部分：電力系統，安全系統和舒適系統。電力系統是發動機狀態，油門，動力（汽油）等，安全系統包括對汽車安全的相關因素的驅動，如在氣囊，安全帶，防抱制動系統（ABS），導航系統和電子鎖。舒適系統是關于娛樂設備，空調，窗戶等。六、發展趨勢由于車聯網V2X技術涵蓋汽車、IT、交通、通訊等多個行業，相關技術標準法規仍不健全，協調式輔助駕駛技術目前尚未得到大規模推廣應用。谷歌無人駕駛汽車目前還離不開人的操控，只能按預定程序行進，在霧雪天氣還會受到干擾，并且在加速、減速及轉向時銜接不太好。總之，全工況的無人駕駛技術仍處于研發階段，最終的實用性測試和驗證還需要很長時間。智能汽車將改變當前汽車交通基礎設施狀況，影響汽車運輸相關產業的發展。智能汽車的運行