喬衛(wèi)磊 夏玉潔 王易鳳 陳懷安

【摘要】 以全國(guó)大學(xué)生飛思卡爾智能車競(jìng)賽為背景，介紹了智能車在賽道類型判斷上常用的三種算法。通過對(duì)智能車賽道中心線建立模型，可以提取出賽道的特征信息。利用特征信息就可以對(duì)小車的舵機(jī)和速度施行控制，使之達(dá)到較為準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)彎和快速行駛的性能。

【關(guān)鍵詞】 智能車 賽道識(shí)別 類型判斷

智能車系統(tǒng)以迅猛發(fā)展的汽車電子為背景，涵蓋了控制、模式識(shí)別、傳感技術(shù)、電子、電氣、計(jì)算機(jī)、機(jī)械等多個(gè)學(xué)科，它主要由路徑識(shí)別、角度控制及車速控制等功能模塊組成。競(jìng)賽攝像頭組的技術(shù)要點(diǎn)中，圖像處理和賽道識(shí)別這兩個(gè)環(huán)節(jié)尤其重要，其影響到小車的最終控制。由于賽事的難度系數(shù)越來(lái)越大，賽道類型的準(zhǔn)確判斷也成為了一大難題。本文介紹了三種比較成熟的賽道類型判斷方法。

一、兩點(diǎn)求賽道曲率[1]

如圖1所示，設(shè)智能車處于賽道中線AB上的A點(diǎn)處，前進(jìn)方向?yàn)橘惖乐行木€的切線方向。在賽道中心線圓弧段的半徑最小值的范圍內(nèi)取長(zhǎng)度L（AB），在A點(diǎn)正前方（縱向）距A點(diǎn)L（AB）距離的B點(diǎn)橫向讀取賽道中心線上C點(diǎn)之間的信息，測(cè)出B點(diǎn)和C 點(diǎn)之間的長(zhǎng)度為L(zhǎng)（BC），AC的中點(diǎn)為D點(diǎn)，賽道中心線圓弧段所在圓的圓心為O點(diǎn)，設(shè)此時(shí)智能車所處的賽道曲率為k，曲率半徑為R。

由于AB是賽道中心線所在圓弧段的切線，所以AB與AO垂直，AC為圓上的弦D為AC的中點(diǎn)，由ΔABC與ΔODA 相似，可得：

由于SUM越大說(shuō)明跑道彎曲程度越大， 因此給定SUM一個(gè)合適的閾值， 就可以正確識(shí)別出跑道當(dāng)前的彎道程度。實(shí)驗(yàn)表明， 只要閾值取得合適，該算法非常可靠。其中，閾值還可以根據(jù)跑道的改變作相應(yīng)的調(diào)整。

三、賽道斜率判斷法

智能車比賽的賽道是由兩條黑色的邊線構(gòu)成的，在提取出這兩條邊線計(jì)算出賽道中心線之后，可以通過測(cè)量道路的斜率和車子與道路的偏移來(lái)計(jì)算偏差，偏移的正負(fù)也代表了車子偏向于哪一邊。

式中的b就是AB兩點(diǎn)的斜率。斜率有正負(fù)之分，當(dāng)斜率大于0時(shí)，說(shuō)明為右彎道。同理，當(dāng)斜率小于0時(shí)，為左彎道。若對(duì)b取絕對(duì)值，則|b|表示彎道的彎曲程度，|b|越大則彎道越彎曲。

四、結(jié)論

本文介紹的三種賽道類型判斷方法在實(shí)際中均得到了廣泛的應(yīng)用。每種方法都有其各自優(yōu)缺點(diǎn)：兩點(diǎn)求賽道曲率法能夠非常準(zhǔn)確地判斷出賽道類型，但是算法復(fù)雜，運(yùn)算量大，計(jì)算時(shí)間時(shí)長(zhǎng)，不利于智能車的快速反應(yīng)；平均值位移法算法簡(jiǎn)介明了，計(jì)算量小，但是在復(fù)雜的賽道判斷時(shí)，誤差較大，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)判；斜率判斷法，運(yùn)算量介于上述兩種方法之間，計(jì)算也較為簡(jiǎn)單，判斷正確率較高。

在智能車的制作過程中，要實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的控制，賽道類型的判斷是極為重要的一步。只有經(jīng)過不斷的試驗(yàn)和調(diào)整才能夠選出最適合的判斷方法，從而達(dá)到使智能車進(jìn)行快速反應(yīng)、精確控制和穩(wěn)定運(yùn)行的目的。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 蔣 旭，吳 濤.兩點(diǎn)算法求智能車賽道曲率.新技術(shù)新工，2014，04.

[2] 劉進(jìn)，齊曉慧，李永科.智能車大角度彎道轉(zhuǎn)向曲率連續(xù)的軌跡規(guī)劃方法.中國(guó)機(jī)械工程，2014.02.026

[3] 許 寰，魯五一，趙治平.攝像頭路徑識(shí)別和小車控制策略.計(jì)算機(jī)工程與科學(xué)，2009，31（5）：110-115.

[4] 劉嘉豪，劉海剛，張建偉，關(guān)天.智能車圖像處理與識(shí)別算法研.工業(yè)控制計(jì)算，2014，08.

[5] 賈小勇，徐傳勝，白欣.最小二乘法的創(chuàng)立及其思想方法，西北大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2006，06.