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        智能車輛的發(fā)展近況與關鍵技術分析

        2015-05-06 01:28:36曹敏等
        山東工業(yè)技術 2015年3期

        曹敏等

        摘 要:智能小車是近幾年來大學生最愛的科技項目之一,在軍事,航天,工業(yè)和科研等方面都有著智能車輛的身影。本文主要敘述智能小車的國內外發(fā)展近況,它的應用價值和智能車輛的相關技術概括。

        關鍵詞:智能車輛;導航與定位系統(tǒng);多傳感器數(shù)據(jù)融合

        1 緒論

        1.1 引言

        智能小車是一種能夠智能化感知環(huán)境,自主進行規(guī)劃決策并且能自動駕駛的一種移動機器人,是現(xiàn)當代科技前沿的高新科技綜合體[1]。作為智能交通系統(tǒng)(ITS)中的一部分,智能小車技術已經滲透到社會各個領域。

        1.2 研究目的和應用價值

        智能小車技術的出現(xiàn),使傳統(tǒng)工業(yè)的生產和研究發(fā)生了根本性的變化。它們適合在那些人類無法工作的環(huán)境中工作。既提高了工作效率,又可以有效避免有害物質對人體的傷害。

        2 智能小車的發(fā)展近況

        2.1 國內發(fā)展近況

        2003年,我國第一輛自主駕駛智能汽車研制成功,其性能已達到當時世界頂尖水平。汽車上的環(huán)境識別系統(tǒng)能識別出道路狀況;車載導航提供相應路徑,計算機根據(jù)狀況判別是否超車、換道;自動駕駛軟件發(fā)出控制方向、油門升降、剎車開閉的指令來實現(xiàn)自能駕駛。

        2.2 國外發(fā)展近況

        移動機器人的研究始于60年代末期,斯坦福研究院在1966年至1972年間研制出了名為Shakey的自主移動的智能小車[2]。至于后來的視覺移動機器人,它的發(fā)展主要集中在20世紀70年代的美國、日本等發(fā)達國家。它所用到的技術包含了很多現(xiàn)當代的高新科技,例如:智能控制、虛擬現(xiàn)實、計算機視覺等。

        3 智能車輛的關鍵技術

        3.1 智能控制技術

        智能控制(intelligent controls)是在無人干預的情況下能自主驅動智能機器實現(xiàn)控制目標的自動控制技術。智能控制技術有容錯性、自適性、學習性等優(yōu)點,可以從邏輯推理,分析和過往的控制經驗來進行判斷,從而達到控制的目的。智能控制技術分為兩種:間接進化和直接進化,其中主要的控制技術都是常見的幾種控制方法,例如:神經網(wǎng)絡控制(大學生數(shù)模中經常用到)、模糊控制(常用于溫控)、仿人智能控制(人工智能,模仿人的大腦工作)和集成智能控制等。智能車輛傳感器的靈活運用極其重要,涉及的領域較廣,例如圖像理解、知識的獲取和表達、文字符號和語音的理解與處理、學習和運動[3]。

        3.2 定位系統(tǒng)與導航技術

        (1)計算機視覺。道路上以及環(huán)境的各種圖像信息的采集和處理是計算機視覺技術的主要功能,在這個方面,計算機系統(tǒng)具有能夠處理大信息量和能夠在遠方進行控制等優(yōu)點。通俗上說,計算機視覺就是智能車輛的眼睛[4]。

        (2)GPS導航。目前現(xiàn)有的GPS技術動態(tài)測量精度可達到厘米,分為三個部分: 空間部分:由地面發(fā)射衛(wèi)星到太空,環(huán)繞地球旋轉,可實現(xiàn)對全球的監(jiān)控和接收地面的信息;地面部分:地面設置主控站,其主要任務是根據(jù)各監(jiān)控站提供的觀測資料推算編制各顆衛(wèi)星的星歷、衛(wèi)1星鐘差、和大氣層修正參數(shù)并把這些數(shù)據(jù)傳送到注入站,提供GPS系統(tǒng)時間標準;調整偏離軌道的衛(wèi)星,使之沿預定的軌道運行;用戶設備部分:主要功能是通過接收衛(wèi)星上發(fā)射來的信號,從而獲得信息,在經過各種數(shù)據(jù)的處理整合,最終實現(xiàn)定位與導航。

        4 傳感器之間的協(xié)作與數(shù)據(jù)融合

        因為小車所處環(huán)境十分復雜,僅由單個傳感器無法準確反映出環(huán)境信息,所以智能小車一般裝有多種傳感器協(xié)作共同準確的反映環(huán)境情況,從而快速準確的為小車的導航提供決策[5]。以下介紹智能小車所使用的主要傳感器:

        超聲波傳感器,裝在小車的周圍,用于檢測小車周圍的障礙信息,并且探測出障礙距離。

        MOS攝像頭,裝在小車車頭的正前方,實時拍攝前方的道路狀況,相當于小車的眼睛,為智能小車的中央處理單元提供精準的信息。

        紅外循跡傳感器,安裝在小車的底盤中線處,可以用來檢測已設定好的道路軌跡,從而使小車循跡前行。

        加速度傳感器,安裝在小車底盤二側,其工作原理是通過對一系列變量的積分和微分,從而計算出小車此時的加速度和行駛距離。

        霍爾元件傳感器,安裝在小車的二個驅動輪上,每個驅動輪都裝二個霍爾傳感器,目的是檢測出小車的行駛距離,并且通過對行駛距離的微分來計算出小車當前行駛的速度,為小車的中央控制單元提供準確的數(shù)據(jù),從而能高效的為小車決策導航。

        角速度傳感器, 共使用了三個,都安裝在小車驅動輪的附近,它們共同保障了小車的平穩(wěn)運行。第一個是側傾角速度傳感器,可以作為判斷小車傾斜程度大小的依據(jù);第二個是左右角速度傳感器,通過對車輪轉向的判斷來確定小車方向;第三個是俯仰角速度傳感器,通過計算車身前后距離高度差,從而確定小車的俯仰態(tài),距離差為正則是上坡狀態(tài),距離差為負則是下坡狀態(tài)。

        數(shù)據(jù)融合是將多層數(shù)據(jù)在多方面的進行有機的融合,突出了信息融合的三個關鍵層次。信息融合包括組合、關聯(lián)、相關、檢測、及估計等的處理;信息融合的結果分為二種:較低的層次上進行狀態(tài)估計,以及較高的層次上進行整個走勢估計[6]。

        基于特征的推理技術是通過把物體的各類參數(shù)、統(tǒng)計信息、特征數(shù)據(jù)映射到識別空間中的方法來實現(xiàn)的。通過觀測空間的相似得到識別空間的相似。

        基于感知的模型,從通俗意義上來講,就是模仿人處理問題的能力,來實現(xiàn)智能化處理、決策。

        5 結語

        本文對智能車輛的發(fā)展歷程和智能小車的關鍵技術進行了大體上的介紹,讓初學者有一個宏觀的概念,以便于后期的深入學習。

        參考文獻:

        [1]何宗健.Windows CE嵌入式系統(tǒng)[M].北京:北京航空航天大學由版社,2006.

        [2]徐國華,譚民.移動機器人的發(fā)展現(xiàn)狀及其趨勢[J].機器人技術與應用,2001(03):7-14.

        [3]徐國華,譚民.移動機器人的發(fā)展現(xiàn)狀及其趨勢[J].機器人技術與應用,2001(03):7-14.

        [4]Broggi.智能車輛——智能交通系統(tǒng)的關鍵技術[M].北京:人民交通出版社,2002.

        [5]郭戈,羅志剛.多傳感器數(shù)據(jù)融合方法的研究與進展[J].機電一體化,2003(05):12-17.

        [6]周愛玉,李欣,漆新民.基于多傳感器信息融合的自主移動機器人導航算法研究[J].南昌航空工業(yè)學院學報(自然科學版),2004,18(02):7-10.

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