范晶晶

摘 要：無(wú)人駕駛技術(shù)的蓬勃發(fā)展，使得地面無(wú)人平臺(tái)在軍用和民用領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。本文針對(duì)地面無(wú)人平臺(tái)的潛在應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)無(wú)人系統(tǒng)的整體方案進(jìn)行介紹，并討論無(wú)人平臺(tái)落地應(yīng)用所涉及的環(huán)境感知、高精定位與高精地圖、決策規(guī)劃、車(chē)輛控制、人機(jī)交互、系統(tǒng)安全、網(wǎng)聯(lián)通信關(guān)鍵技術(shù)。最后，結(jié)合在“跨越險(xiǎn)阻2018——陸上無(wú)人系統(tǒng)挑戰(zhàn)賽”中的技術(shù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)無(wú)人平臺(tái)推廣應(yīng)用存在的挑戰(zhàn)進(jìn)行探討和展望。

關(guān)鍵詞：地面無(wú)人平臺(tái);系統(tǒng)方案;關(guān)鍵技術(shù)

1 前言

隨著信息通信技術(shù)的發(fā)展，智能無(wú)人系統(tǒng)與傳統(tǒng)地面運(yùn)載工具相結(jié)合的智能地面無(wú)人平臺(tái)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用[1-3]。軍用方面，可用于武裝作戰(zhàn)、后勤補(bǔ)給、班組伴隨、邊防巡邏，用于班組伴隨的1噸級(jí)無(wú)人平臺(tái)，和執(zhí)行戰(zhàn)地偵察任務(wù)的小型無(wú)人平臺(tái)。民用方面，可用于消防救災(zāi)、社區(qū)巡邏、交通巡檢、電力巡檢、危化品巡檢、工業(yè)生產(chǎn)、排爆防暴等。

2 無(wú)人平臺(tái)系統(tǒng)方案

面向自主伴隨和/或特定區(qū)域自主駕駛適用場(chǎng)景和功能需求，我方進(jìn)行無(wú)人平臺(tái)系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)和各項(xiàng)關(guān)鍵模塊功能的開(kāi)發(fā)，并已形成完整解決方案?；谠摲桨?，參加了“跨越險(xiǎn)阻2018——陸上無(wú)人系統(tǒng)挑戰(zhàn)賽”，同時(shí)向客戶交付的200kg級(jí)、500kg級(jí)小型無(wú)人平臺(tái)，也在地方公安巡邏執(zhí)法場(chǎng)景中應(yīng)用落地。

2.1 整體方案

該整體方案包含線控平臺(tái)、硬件平臺(tái)、軟件平臺(tái)、模塊化交付方案、系統(tǒng)級(jí)交付方案，并可根據(jù)需求進(jìn)行定制和裁剪。具體如下：

（1）線控平臺(tái)：包括輪式車(chē)輛平臺(tái)和履帶式車(chē)輛平臺(tái)，涵蓋100kg級(jí)至1噸級(jí)，均具備CAN通信控制接口，采用車(chē)規(guī)級(jí)控制器，保證實(shí)時(shí)性和安全性。

（2）硬件平臺(tái)：包括車(chē)載計(jì)算單元、雷達(dá)（激光、毫米波、超聲波）、相機(jī)（自然光、紅外光）、GPS/北斗導(dǎo)航設(shè)備、IMU慣性測(cè)量單元、拉線傳感器和HMI人機(jī)交互終端。其中，拉線傳感器為自主開(kāi)發(fā)，具備距離、方位測(cè)量能力，可適用于班組伴隨場(chǎng)景中的牽引控制。

（3）軟件平臺(tái)：包括SLAM同步定位與建圖、行人識(shí)別、可通行區(qū)域識(shí)別、行為決策與路徑規(guī)劃、路徑跟蹤等模塊。其中，SLAM同步定位與建圖可在野外未知環(huán)境中，在跟隨引導(dǎo)員行走過(guò)程完成一次性建圖，保證回程過(guò)程中的高精度定位;行人識(shí)別可在草地、砂石路、泥濘路、坡道等野外環(huán)境中，穩(wěn)定識(shí)別前方引導(dǎo)員，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛對(duì)行人的穩(wěn)定跟蹤。上述功能在“跨越險(xiǎn)阻2018——陸上無(wú)人系統(tǒng)挑戰(zhàn)賽”實(shí)際使用，表現(xiàn)優(yōu)異。

（4）模塊交付：包括定位與建圖模塊、行人識(shí)別模塊、可通行區(qū)域識(shí)別模塊、決策與規(guī)劃模塊、路徑跟蹤模塊。采用模塊化設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于，采用統(tǒng)一固化的接口，可根據(jù)不同系統(tǒng)需求，完成獨(dú)立的拼圖式開(kāi)發(fā)并快速集成。

（5）系統(tǒng)交付：包括自主跟隨系統(tǒng)、自主跟隨+一鍵返航系統(tǒng)、指定線路自主駕駛系統(tǒng)、指定區(qū)域自主駕駛系統(tǒng)?？勺鳛橥暾臒o(wú)人系統(tǒng)模塊，參與更高層級(jí)系統(tǒng)的整合與應(yīng)用，例如車(chē)隊(duì)、車(chē)群等應(yīng)用場(chǎng)景。

2.2 硬件架構(gòu)

以“跨越險(xiǎn)阻2018——陸上無(wú)人系統(tǒng)挑戰(zhàn)賽”的無(wú)人平臺(tái)為例，基于比賽任務(wù)需求和無(wú)人系統(tǒng)各個(gè)功能要求，無(wú)人上裝的各項(xiàng)配置及總布置示意圖如圖1。其中，定位采用高精度組合導(dǎo)航，傳感方案主要采用多線激光雷達(dá)、前視相機(jī)、環(huán)視相機(jī)，計(jì)算平臺(tái)采用工控機(jī)。

2.3 軟件架構(gòu)

無(wú)人系統(tǒng)的軟件架構(gòu)如下，包括定位、感知、HMI、決策、規(guī)劃、車(chē)控等模塊，各模塊的主要任務(wù)如下：

（1）感知模塊：引導(dǎo)員識(shí)別、靜態(tài)/動(dòng)態(tài)障礙物識(shí)別、圖像識(shí)別、可通行區(qū)域識(shí)別等。

（2）定位模塊：SLAM同步定位與建圖、歷史軌跡生成、參考軌跡生成等。

（3）決策模塊：任務(wù)規(guī)劃，如自主跟隨、前突偵察、一鍵返航等;行為規(guī)劃，如連續(xù)跟隨行駛、靠邊停車(chē)、中心轉(zhuǎn)向等。

（4）規(guī)劃模塊：全局路徑規(guī)劃、局部路徑規(guī)劃、動(dòng)作序列規(guī)劃、脫困路徑規(guī)劃等。

（5）人機(jī)交互模塊：接收開(kāi)關(guān)/按鈕輸入信號(hào);車(chē)輛狀態(tài)、圖像信息接收與顯示等。

（6）車(chē)輛控制模塊：車(chē)輛啟動(dòng)、停止、速度閉環(huán)、轉(zhuǎn)向控制、制動(dòng)、擋位控制等。

3 未來(lái)展望

面向大規(guī)模推廣應(yīng)用，地面無(wú)人平臺(tái)仍面臨諸多問(wèn)題。技術(shù)方面，復(fù)雜場(chǎng)景感知，特別是惡劣天氣、惡劣環(huán)境的感知和目標(biāo)識(shí)別，制約無(wú)人平臺(tái)的實(shí)際使用效果;未知環(huán)境中的建圖和定位問(wèn)題，也尚待完善;同時(shí)，車(chē)輛的高精度控制，特別是高速、大曲率工況下的精確控制，也尚有提升空間;無(wú)人系統(tǒng)的故障安全技術(shù)尚不完善等。另一方面，結(jié)合實(shí)際使用需求，無(wú)人平臺(tái)也面臨傳感器成本高昂、使用條件苛刻、續(xù)航里程較短、需要與上裝作業(yè)系統(tǒng)融合等問(wèn)題。面向未來(lái)，團(tuán)隊(duì)將以“車(chē)輛+上裝+智能+網(wǎng)聯(lián)”為方向，逐項(xiàng)克服關(guān)鍵技術(shù)難題的同時(shí)，以場(chǎng)景落地需求為牽引，逐步實(shí)現(xiàn)無(wú)人平臺(tái)的落地應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

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