無人駕駛系統設計思考

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程通信接口電路的設計及編程分析探索無人駕駛小車技術以及其實用性。此無人駕駛小車能夠使人們在交通出行方面更方便，同時，可以避免一些人為可控交通事故的發生。無人駕駛小車通過普通攝像頭和深度攝像頭對紅綠燈進行跟蹤識別，結合激光雷達對一些路況進行檢測并做出判斷和控制小車的制動，從而讓人們交通出行更加安心。

1無人駕駛智能小車介紹

隨著生活水平的不斷提高，私家車已經成為家家戶戶出門必要的工具之一。與自行車相比，私家車有不少優點，例如速度快，乘坐人員多等。但是新聞中也有許多因為司機疲勞駕駛，釀成的悲劇。如果能利用現有的科技手段，有效監控紅綠燈或突發意外，輔助或者代替司機駕駛，紅燈停綠燈行，禮讓行人。規避了絕大多數可能產生的意外，為人們生活工作提供安全保障。而目前只有個別城市的公交車擁有無人駕駛技術（楊艷明,高增桂,張子龍,沈悅,王林軍.無人駕駛技術發展對策研究[J].中國工程科學,2018,20(06):101-104），而這樣的線路還很少，并沒有普及。如果能夠從根本上解決這樣的交通問題，能給我們的生活帶來許多便利。無人駕駛小車的影響可能即將深遠的影響我們生活的每一個部分。無人駕駛汽車的先進算法（郭麗芳,游雪輝,蘇志鑫,鄒家偉,鄒何.無人駕駛智能車導航定位系統設計研究[J].中國管理信息化,2019,22(18):174-176）會使高速公路容納汽車的能力更強。貨車與貨車直接交換信息內容，比司機在擁堵的路上使用喇叭互相溝通交流所使用的時間更短。這兩方面能大幅的防止高速公路上汽車出現擁擠的情況。無人駕駛汽車對于停放控制展開了優化，比如制動、加快等等方面，那對汽車提升柴油機管理效率、減少污液排放有踴躍的作用。無人駕駛中，我們運用上了結合雷達實地三維建模（李炯,張志超,趙凱,何濱兵,徐友春.城市環境多激光雷達融合的障礙物檢測與跟蹤[J].中國機械工程2019,11(27):1-16）的視頻處理技術（王昊,關豪,王鵬飛,張映宏.基于ROS系統的攝像頭循跡小車設計[J].信息技術與信息化,2019(02):96-98+103），這將大大地提高了小車的性能，當然也需要多學科中使用的傳感器、執行器和計算機實時控制。對于無人駕駛的研究（郭麗芳,游雪輝,蘇志鑫,鄒家偉,鄒何.無人駕駛智能車導航定位系統設計研究[J].中國管理信息化,2019,22(18):174-176）亦應是對于這些技術的積攢。

2系統總體設計

我們考慮到自動駕駛小車會經常遇到復雜多變的情況,所以就想到了使用ROS機器人來實現，再配合深度攝像頭、普通攝像頭和雷達,以此來應付復雜多變的情況。因為要進行圖像處理（胡春旭.ROS機器人開發實踐[M].機械工業出版社,2018(5)）的數據比較多，所以我們就采用了工控機而不是樹莓派，工控機所采用的英特爾i3處理器保證了處理數據的流暢性，再將處理好的數據發送給驅動板驅動四個電機來控制小車。首先使用的是雷達，通過雷達對于周邊環境進行讀取，再使用SLAM算法（陳慶偉,李民東,羅川,周軍,皇攀凌,李蕾.視覺SLAM中圖像特征點提取與匹配算法研究[J].現代制造工程,2019(10):135-139+134）展開數據的妥善處理，之后完成空間分析模型的構建。其次我們的小車還配備了深度攝像頭，其原理類似于人眼，能夠了利用視差進行三維的檢測（王昊,關豪,王鵬飛,張映宏.基于ROS系統的攝像頭循跡小車設計[J].信息技術與信息化,2019(02):96-98+103），因此我們用深度攝像頭來對環境進行三維的檢測，以此來輔助雷達進行更加準確的建模，保證了準確性。最后是使用普通的攝像頭對交通信號的信息獲取，通過OpenCV來獲取數據,再將數據發送給工控機，工控機再將處理好的數據通過ROS傳輸給驅動板以此來完成自動駕駛。

3軟件設計

我們要想做到交通信號的獲取與判斷，就要首先使用普通攝像頭對信號燈圖像進行獲取，在使用OpenCV中的cvtColor函數對顏色進行獲取與判斷將判斷后的結果轉換為ROS能讀懂的數據通過publisher話題通信機制（胡春旭.ROS機器人開發實踐[M].機械工業出版社,2018(5)）將結果發送給小車，以此完成紅燈黃燈停，綠燈行的功能，系統總體流程如圖1所示。

4總結

本文大致講解了基于ROS系統的無人駕駛小車的設計，分析解釋了攝像頭識別模塊、電機驅動模塊、雷達檢測模塊在該小車功能上的運用，以及小車對所捕捉圖像的處理。無人駕駛智能小車的使用首先會選擇在交通道路較為寬敞且交通系統較為完善的地方進行。設計將會考慮所在道路的信號干擾方面進行優化，盡量避免小車因外界不確定因素而受到干擾而進行誤判。對此，將會針對不同的交通路況進行小車的測試，從而使無人駕駛的智能小車能夠廣泛運用于現實交通中。

作者:曾仕峰 吳錦均 葉智文 葉妙欣 賴怡雯 丁凡 單位:韶關學院