總的來說，無人駕駛技術(shù)是傳感器、計(jì)算機(jī)、人工智能、通信、導(dǎo)航定位、模式識(shí)別、機(jī)器視覺、智能控制等多門前沿學(xué)科的綜合體。按照無人駕駛汽車的職能模塊，無人駕駛汽車的關(guān)鍵技術(shù)包括環(huán)境感知、導(dǎo)航定位、路徑規(guī)劃、決策控制等。
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1.環(huán)境感知技術(shù)
環(huán)境感知模塊相當(dāng)于無人駕駛汽車的眼和耳，無人駕駛汽車通過環(huán)境感知模塊來辨別自身周圍的環(huán)境信息，為其行為決策提供信息支持。環(huán)境感知包括無人駕駛汽車自身位姿感知和周圍環(huán)境感知兩部分。單一傳感器只能對被測對象的某個(gè)方面或者某個(gè)特征進(jìn)行測量，無法滿足測量的需要。因而，必需采用多個(gè)傳感器同時(shí)對某一個(gè)被測對象的一個(gè)或者幾個(gè)特征量進(jìn)行測量，將所測得的數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)融合處理后，提取出可信度較高的有用信號(hào)。按照環(huán)境感知系統(tǒng)測量對象的不同，我們采用兩種方法進(jìn)行檢測：
無人駕駛汽車自身位姿信息主要包括車輛自身的速度、加速度、傾角、位置等信息。這類信息測量方便，主要用驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電子羅盤、傾角傳感器、陀螺儀等傳感器進(jìn)行測量。
無人駕駛汽車周圍環(huán)境感知以雷達(dá)等主動(dòng)型測距傳感器為主，被動(dòng)型測距傳感器為輔，采用信息融合的方法實(shí)現(xiàn)。因?yàn)榧す?、雷達(dá)、超聲波等主動(dòng)型測距傳感器相結(jié)合更能滿足復(fù)雜、惡劣條件下，執(zhí)行任務(wù)的需要，最重要的是處理數(shù)據(jù)量小，實(shí)時(shí)性好。同時(shí)進(jìn)行路徑規(guī)劃時(shí)可以直接利用激光返回的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，無需知道障礙物的具體信息。
而視覺作為環(huán)境感知的一個(gè)重要手段，雖然目前在惡劣環(huán)境感知中存在一定問題，但是在目標(biāo)識(shí)別、道路跟蹤、地圖創(chuàng)建等方面具有其他傳感器所無法取代的重要性，而在野外環(huán)境中的植物分類、水域和泥濘檢測等方面，視覺也是必不可少的手段。
2.導(dǎo)航定位技術(shù)
無人駕駛汽車的導(dǎo)航模塊用于確定無人駕駛汽車其自身的地理位置，是無人駕駛汽車的路徑規(guī)劃和任務(wù)規(guī)劃的之支撐。導(dǎo)航可分為自主導(dǎo)航和網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)航兩種。
自主導(dǎo)航技術(shù)是指除了定位輔助之外，不需要外界其他的協(xié)助，即可獨(dú)立完成導(dǎo)航任務(wù)。自主導(dǎo)航技術(shù)在本地存儲(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)，所有的計(jì)算在終端完成，在任何情況下均可實(shí)現(xiàn)定位，但是自主導(dǎo)航設(shè)備的計(jì)算資源有限，導(dǎo)致計(jì)算能力差，有時(shí)不能提供準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的導(dǎo)航服務(wù)?，F(xiàn)有自主導(dǎo)航技術(shù)可分為三類：
相對定位：主要依靠里程計(jì)、陀螺儀等內(nèi)部本體感受傳感器，通過測量無人車相對于初始位置的位移來確定無人車的當(dāng)前位置。絕對定位：主要采用導(dǎo)航信標(biāo)，主動(dòng)或被動(dòng)標(biāo)識(shí)，地圖匹配或全球定位系統(tǒng)進(jìn)行定位。
組合定位：綜合采用相對定位和絕對定位的方法，揚(yáng)長避短，彌補(bǔ)單一定位方法的不足。組合定位方案一般有GPS+地圖匹配、6PS+航跡推算、GPS+航跡推算+地圖匹配、GPS+GLONASS+慣性導(dǎo)航+地圖匹配等。網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)航能隨時(shí)隨地通過無線通信網(wǎng)絡(luò)、交通信息中心進(jìn)行信息交互。移動(dòng)設(shè)備通過移動(dòng)通信網(wǎng)與直接連接于Internet的WebGIS服務(wù)器相連，在服務(wù)器執(zhí)行地圖存儲(chǔ)和復(fù)雜計(jì)算等功能，用戶可以從服務(wù)器端下載地圖數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)航的優(yōu)點(diǎn)在于不存在存儲(chǔ)容量的限制、計(jì)算能力強(qiáng)，能夠存儲(chǔ)任意精細(xì)地圖，而且地圖數(shù)據(jù)始終是最新的。
3.路徑規(guī)劃技術(shù)
路徑規(guī)劃是無人駕駛汽車信息感知和智能控制的橋梁，是實(shí)現(xiàn)自主駕駛的基礎(chǔ)。路徑規(guī)劃的任務(wù)就是在具有障礙物的環(huán)境內(nèi)按照一定的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，尋找一條從起始狀態(tài)包括位置和姿態(tài)到達(dá)目標(biāo)狀態(tài)的無碰路徑。
路徑規(guī)劃技術(shù)可分為全局路徑規(guī)劃和局部路徑規(guī)劃兩種。全局路徑規(guī)劃是在已知地圖的情況下，利用已知局部信息如障礙物位置和道路邊界，確定可行和最優(yōu)的路徑，它把優(yōu)化和反饋機(jī)制很好的結(jié)合起來。局部路徑規(guī)劃是在全局路徑規(guī)劃生成的可行駛區(qū)域指導(dǎo)下，依據(jù)傳感器感知到的局部環(huán)境信息來決策無人平臺(tái)當(dāng)前前方路段所要行駛的軌跡。全局路徑規(guī)劃針對周圍環(huán)境已知的情況，局部路徑規(guī)劃適用予環(huán)境未知的情況。
路徑規(guī)劃算法包括可視圖法、柵格法、人工勢場法、概率路標(biāo)法、隨機(jī)搜索樹算法、粒子群算法等。
4.決策控制技術(shù)
決策控制模塊相當(dāng)于無人駕駛汽車的大腦，其主要功能是依據(jù)感知系統(tǒng)獲取的信息來進(jìn)行決策判斷，進(jìn)而對下一步的行為進(jìn)行決策，然后對車輛進(jìn)行控制。決策技術(shù)主要包括模糊推理、強(qiáng)化學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和貝葉斯網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)。
決策控制系統(tǒng)的行為分為反應(yīng)式、反射式和綜合式三種方案：反應(yīng)式控制是一個(gè)反饋控制的過程，根據(jù)車輛當(dāng)前位姿與期望路徑的偏差，不斷地調(diào)節(jié) 方向盤 轉(zhuǎn)角和車速.直到到達(dá)目的地。反射式控制是一種低級(jí)行為，用于對行進(jìn)過程中的突發(fā)事件做出判斷，并迅速做出反應(yīng)。
綜合式控制在反應(yīng)層中加入機(jī)器學(xué)習(xí)模塊，將部分決策層的行為轉(zhuǎn)化成基于傳感器的反應(yīng)層行為，從而提高系統(tǒng)的反應(yīng)速度。
無人駕駛汽車也稱智能車、無人自動(dòng)駕駛車、自主導(dǎo)航車或輪式移動(dòng)機(jī)器人，是室外移動(dòng)機(jī)器人在交通領(lǐng)域的重要應(yīng)用。無人駕駛車系統(tǒng)是一個(gè)集環(huán)境感知、規(guī)劃決策和多等級(jí)輔助駕駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)，是充分考慮車路合一、協(xié)調(diào)規(guī)劃的車輛系統(tǒng)，也是智能交通系統(tǒng)的重要組成部分。
1、什么是無人駕駛汽車
無人駕駛汽車也稱智能車、無人自動(dòng)駕駛車、自主導(dǎo)航車或輪式移動(dòng)機(jī)器人，是室外移動(dòng)機(jī)器人在交通領(lǐng)域的重要應(yīng)用。無人駕駛車系統(tǒng)是一個(gè)集環(huán)境感知、規(guī)劃決策和多等級(jí)輔助駕駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)，是充分考慮車路合一、協(xié)調(diào)規(guī)劃的車輛系統(tǒng)，也是智能交通系統(tǒng)的重要組成部分。
無人駕駛汽車?yán)脗鞲衅骷夹g(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、通訊技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等，通過集成視覺、激光雷達(dá)、超聲傳感器、微波雷達(dá)、GPS、里程計(jì)、磁羅盤等多種車載傳感器來辨識(shí)汽車所處的環(huán)境和狀態(tài)，并根據(jù)所獲得的道路信息、交通信號(hào)的信息、車輛位置和障礙物信息做出分析和判斷，向主控計(jì)算機(jī)發(fā)出期望控制，控制車輛轉(zhuǎn)向和速度，從而實(shí)現(xiàn)無人駕駛車輛依據(jù)自身意圖和環(huán)境的擬人駕駛。
2、無人駕駛汽車的關(guān)鍵技術(shù)
總的來說，無人駕駛技術(shù)是傳感器、計(jì)算機(jī)、人工智能、通信、導(dǎo)航定位、模式識(shí)別、機(jī)器視覺、智能控制等多門前沿學(xué)科的綜合體。按照無人駕駛汽車的職能模塊，無人駕駛汽車的關(guān)鍵技術(shù)包括環(huán)境感知、導(dǎo)航定位、路徑規(guī)劃、決策控制等。
1.環(huán)境感知技術(shù)
環(huán)境感知模塊相當(dāng)于無人駕駛汽車的眼和耳，無人駕駛汽車通過環(huán)境感知模塊來辨別自身周圍的環(huán)境信息，為其行為決策提供信息支持。環(huán)境感知包括無人駕駛汽車自身位姿感知和周圍環(huán)境感知兩部分。單一傳感器只能對被測對象的某個(gè)方面或者某個(gè)特征進(jìn)行測量，無法滿足測量的需要。因而，必需采用多個(gè)傳感器同時(shí)對某一個(gè)被測對象的一個(gè)或者幾個(gè)特征量進(jìn)行測量，將所測得的數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)融合處理后，提取出可信度較高的有用信號(hào)。按照環(huán)境感知系統(tǒng)測量對象的不同，我們采用兩種方法進(jìn)行檢測：
無人駕駛汽車自身位姿信息主要包括車輛自身的速度、加速度、傾角、位置等信息。這類信息測量方便，主要用驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電子羅盤、傾角傳感器、陀螺儀等傳感器進(jìn)行測量。
無人駕駛汽車周圍環(huán)境感知以雷達(dá)等主動(dòng)型測距傳感器為主，被動(dòng)型測距傳感器為輔，采用信息融合的方法實(shí)現(xiàn)。因?yàn)榧す?、雷達(dá)、超聲波等主動(dòng)型測距傳感器相結(jié)合更能滿足復(fù)雜、惡劣條件下，執(zhí)行任務(wù)的需要，最重要的是處理數(shù)據(jù)量小，實(shí)時(shí)性好。同時(shí)進(jìn)行路徑規(guī)劃時(shí)可以直接利用激光返回的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，無需知道障礙物的具體信息。
而視覺作為環(huán)境感知的一個(gè)重要手段，雖然目前在惡劣環(huán)境感知中存在一定問題，但是在目標(biāo)識(shí)別、道路跟蹤、地圖創(chuàng)建等方面具有其他傳感器所無法取代的重要性，而在野外環(huán)境中的植物分類、水域和泥濘檢測等方面，視覺也是必不可少的手段。
2.導(dǎo)航定位技術(shù)
無人駕駛汽車的導(dǎo)航模塊用于確定無人駕駛汽車其自身的地理位置，是無人駕駛汽車的路徑規(guī)劃和任務(wù)規(guī)劃的之支撐。導(dǎo)航可分為自主導(dǎo)航和網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)航兩種。
自主導(dǎo)航技術(shù)是指除了定位輔助之外，不需要外界其他的協(xié)助，即可獨(dú)立完成導(dǎo)航任務(wù)。自主導(dǎo)航技術(shù)在本地存儲(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)，所有的計(jì)算在終端完成，在任何情況下均可實(shí)現(xiàn)定位，但是自主導(dǎo)航設(shè)備的計(jì)算資源有限，導(dǎo)致計(jì)算能力差，有時(shí)不能提供準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的導(dǎo)航服務(wù)?，F(xiàn)有自主導(dǎo)航技術(shù)可分為三類：
相對定位：主要依靠里程計(jì)、陀螺儀等內(nèi)部本體感受傳感器，通過測量無人車相對于初始位置的位移來確定無人車的當(dāng)前位置。絕對定位：主要采用導(dǎo)航信標(biāo)，主動(dòng)或被動(dòng)標(biāo)識(shí)，地圖匹配或全球定位系統(tǒng)進(jìn)行定位。
組合定位：綜合采用相對定位和絕對定位的方法，揚(yáng)長避短，彌補(bǔ)單一定位方法的不足。組合定位方案一般有GPS+地圖匹配、6PS+航跡推算、GPS+航跡推算+地圖匹配、GPS+GLONASS+慣性導(dǎo)航+地圖匹配等。網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)航能隨時(shí)隨地通過無線通信網(wǎng)絡(luò)、交通信息中心進(jìn)行信息交互。移動(dòng)設(shè)備通過移動(dòng)通信網(wǎng)與直接連接于Internet的WebGIS服務(wù)器相連，在服務(wù)器執(zhí)行地圖存儲(chǔ)和復(fù)雜計(jì)算等功能，用戶可以從服務(wù)器端下載地圖數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)航的優(yōu)點(diǎn)在于不存在存儲(chǔ)容量的限制、計(jì)算能力強(qiáng)，能夠存儲(chǔ)任意精細(xì)地圖，而且地圖數(shù)據(jù)始終是最新的。
3.路徑規(guī)劃技術(shù)
路徑規(guī)劃是無人駕駛汽車信息感知和智能控制的橋梁，是實(shí)現(xiàn)自主駕駛的基礎(chǔ)。路徑規(guī)劃的任務(wù)就是在具有障礙物的環(huán)境內(nèi)按照一定的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，尋找一條從起始狀態(tài)包括位置和姿態(tài)到達(dá)目標(biāo)狀態(tài)的無碰路徑。
路徑規(guī)劃技術(shù)可分為全局路徑規(guī)劃和局部路徑規(guī)劃兩種。全局路徑規(guī)劃是在已知地圖的情況下，利用已知局部信息如障礙物位置和道路邊界，確定可行和最優(yōu)的路徑，它把優(yōu)化和反饋機(jī)制很好的結(jié)合起來。局部路徑規(guī)劃是在全局路徑規(guī)劃生成的可行駛區(qū)域指導(dǎo)下，依據(jù)傳感器感知到的局部環(huán)境信息來決策無人平臺(tái)當(dāng)前前方路段所要行駛的軌跡。全局路徑規(guī)劃針對周圍環(huán)境已知的情況，局部路徑規(guī)劃適用予環(huán)境未知的情況。
路徑規(guī)劃算法包括可視圖法、柵格法、人工勢場法、概率路標(biāo)法、隨機(jī)搜索樹算法、粒子群算法等。
4.決策控制技術(shù)
決策控制模塊相當(dāng)于無人駕駛汽車的大腦，其主要功能是依據(jù)感知系統(tǒng)獲取的信息來進(jìn)行決策判斷，進(jìn)而對下一步的行為進(jìn)行決策，然后對車輛進(jìn)行控制。決策技術(shù)主要包括模糊推理、強(qiáng)化學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和貝葉斯網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)。
決策控制系統(tǒng)的行為分為反應(yīng)式、反射式和綜合式三種方案：反應(yīng)式控制是一個(gè)反饋控制的過程，根據(jù)車輛當(dāng)前位姿與期望路徑的偏差，不斷地調(diào)節(jié)方向盤轉(zhuǎn)角和車速.直到到達(dá)目的地。反射式控制是一種低級(jí)行為，用于對行進(jìn)過程中的突發(fā)事件做出判斷，并迅速做出反應(yīng)。
綜合式控制在反應(yīng)層中加入機(jī)器學(xué)習(xí)模塊，將部分決策層的行為轉(zhuǎn)化成基于傳感器的反應(yīng)層行為，從而提高系統(tǒng)的反應(yīng)速度。
搭檔。無人機(jī)遙感影像盡管在分辨率和獲取速度上有了明顯提高，但GIS用戶們更加渴望高品質(zhì)數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)影像，無人機(jī)和GIS系統(tǒng)是天生的搭檔關(guān)系。無人駕駛飛機(jī)簡稱“無人機(jī)”，英文縮寫為“UAV”，是利用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機(jī)。
重慶分公司
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