唐山學院智能與信息工程學院 魏明哲

秦皇島市公安局科技信息化處 魏云霄

智能無人車綜合控制系統(tǒng)

唐山學院智能與信息工程學院 魏明哲

秦皇島市公安局科技信息化處 魏云霄

智能無人車在公共安全領(lǐng)域的應用越來越多，圍繞無人車任務(wù)規(guī)劃、狀態(tài)追蹤和警務(wù)通信保障等功能開發(fā)需求日漸增多。本文針對智能無人車的控制復雜性和通信特殊性，設(shè)計一套面向無人駕駛車輛的地面站綜合控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有狀態(tài)監(jiān)測與控制、任務(wù)規(guī)劃與顯示、無線通信保障等功能，實現(xiàn)智能無人車的超視距控制和任務(wù)信息的回傳與追蹤。實驗表明，系統(tǒng)無線數(shù)據(jù)傳輸速率正常、通信反饋保障機制合理，滿足實際應用需求。

智能無人車；警務(wù)通信保障；狀態(tài)追蹤

1.引言

智能無人車通過車載GPS系統(tǒng)結(jié)合無線通信保障系統(tǒng)，實時監(jiān)測車輛行駛狀態(tài)，結(jié)合地面站控制系統(tǒng)發(fā)送的路徑規(guī)劃信息和任務(wù)執(zhí)行信息，計算車輛行駛路線并控制車輛行駛與轉(zhuǎn)向，使無人車到達預定目標。

地面控制站具有路徑和任務(wù)規(guī)劃功能、無線數(shù)據(jù)收發(fā)及保障機制，同時能夠?qū)崟r監(jiān)測無人車回傳的狀態(tài)信息并予以顯示監(jiān)控，從而使無人車能夠安全可靠地實行并完成指定操作任務(wù)。整體系統(tǒng)集自動控制、體系結(jié)構(gòu)、人工智能、視覺計算等眾多技術(shù)于一體，具有實用推廣意義[1]。

2.需求分析

智能無人車的應用技術(shù)可分為以下三個部分：地面站控制系統(tǒng)、無線通信保障、運動載荷和任務(wù)載荷。

地面站控制系統(tǒng)的運行載體為計算機，實現(xiàn)智能無人車的任務(wù)規(guī)劃設(shè)定、GPS坐標數(shù)據(jù)與實時狀態(tài)數(shù)據(jù)的顯示與存儲、無線通信保障任務(wù)的實現(xiàn)功能；運動載荷負責無人車任務(wù)規(guī)劃數(shù)據(jù)的接收與運動方向的計算功能；任務(wù)載荷主要負責無人車附加功能的實現(xiàn)，如視頻接入、探測掛載等功能。

本綜合控制系統(tǒng)主要是地面站控制系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)，針對前文涉及的無人車路徑規(guī)劃和狀態(tài)追蹤的功能需求，涉及與開發(fā)基于.NET平臺的、集任務(wù)下達、狀態(tài)追蹤、無線通信保障等功能于一身的綜合系統(tǒng)。[2]；電臺選擇E30-TTL-100無線串口電臺，設(shè)定無線通信協(xié)議、傳輸反饋協(xié)議等通信保障協(xié)議，系統(tǒng)各功能模塊之間采用UDP傳輸協(xié)議、系統(tǒng)與無人車通過串口電臺進行通信和保障。

3.1 通信保障

通信保障硬件平臺：

通信保障硬件系統(tǒng)采用E30-TTL-100無線串口電臺，搭載USB轉(zhuǎn)換接口實現(xiàn)電臺與綜合控制系統(tǒng)的通信，該無線電臺常用工作頻段為433MHz，最大功率20dBm（約合100mW），空中速率1.0Kbps，接收靈敏度為-119dBm，空間最大傳輸距離為2000米[3]，滿足系統(tǒng)通信距離設(shè)計需求。在無人車上采用RS232通訊接口與智能無人車主控芯片進行通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸。同時根據(jù)傳輸協(xié)議設(shè)定反饋通信機制，實現(xiàn)警務(wù)通信保障需求。

結(jié)合硬件部分，綜合控制系統(tǒng)利用.NET平臺開發(fā)電臺軟件，負責地面站控制系統(tǒng)和無人車之間的數(shù)據(jù)收發(fā)，設(shè)置可選擇波特率、空中速率的功能，實現(xiàn)與規(guī)劃平臺和監(jiān)控平臺的UDP數(shù)據(jù)收發(fā)等功能。

通信保障協(xié)議設(shè)定結(jié)合警務(wù)通信領(lǐng)域數(shù)據(jù)收發(fā)特點，設(shè)置為無線數(shù)據(jù)收與無線數(shù)據(jù)發(fā)都需進行協(xié)議確認與反饋的工作模式，設(shè)置64Byte狀態(tài)數(shù)據(jù)協(xié)議格式。數(shù)據(jù)無線通信保障信息反饋協(xié)議參照數(shù)據(jù)收發(fā)協(xié)議格式設(shè)置為64Byte數(shù)據(jù)，保留數(shù)據(jù)包頭、時間、校驗和與數(shù)據(jù)包尾等信息，保證協(xié)議的一致性，同時也有利于無線數(shù)據(jù)收發(fā)的高速實現(xiàn)。

3.2 規(guī)劃平臺

規(guī)劃平臺的設(shè)計主要依托.TET平臺，采用C#語言開發(fā)Win-Form應用框架，結(jié)合GoogleEarth軟件規(guī)劃無人車行駛路線，生成經(jīng)緯度坐標文件，經(jīng)規(guī)劃平臺調(diào)用與平臺內(nèi)部數(shù)據(jù)合成，形成規(guī)劃任務(wù)數(shù)據(jù)，經(jīng)UDP協(xié)議傳送至無線電臺，無線電臺依照通信協(xié)議組成待發(fā)送數(shù)據(jù)，調(diào)制后經(jīng)天線進行發(fā)射。規(guī)劃平臺如圖1所示。

圖1 規(guī)劃平臺

3.3 監(jiān)控平臺

監(jiān)控平臺主要由儀表盤和數(shù)據(jù)列表組成[5]。通過電臺接收下來的無人車實時數(shù)據(jù)，依據(jù)通信協(xié)議反向解析出經(jīng)緯度、航向、橫滾、俯仰和速度等信息，送至監(jiān)控儀表盤實時顯示，追蹤無人車運動狀態(tài)，同時在數(shù)據(jù)列表中顯示[6]。監(jiān)控平臺如圖2所示。

圖2 監(jiān)控平臺

4.結(jié)束語

無人車綜合控制系統(tǒng)的各個功能模塊很好的實現(xiàn)了任務(wù)的規(guī)劃、數(shù)據(jù)的收發(fā)、通信的保障等功能，結(jié)合無線電臺實現(xiàn)了間隔為1s的數(shù)據(jù)更新和儀表板顯示更新，滿足系統(tǒng)性能要求。項目成果可應用于警務(wù)通信保障領(lǐng)域，反饋信息驗證快速，狀態(tài)追蹤丟包率低，具有實用推廣價值。

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魏明哲（1983－），男，河北安平人，唐山學院，講師，碩士，主要從事信號處理與通信系統(tǒng)研究。

3.系統(tǒng)組成

2015年度河北省教育廳高等學?？茖W技術(shù)研究項目。

魏云霄（1981－），男，河北昌黎人，秦皇島市公安局科技信息化處，主要從事警務(wù)通信有線無線通信保障工作。