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        多傳感器信息融合的無人車導航系統(tǒng)設(shè)計研究

        2021-09-26 08:19:36惠州市德賽西威汽車電子股份有限公司張愛群李炯球
        電子世界 2021年16期
        關(guān)鍵詞:深度融合信息

        惠州市德賽西威汽車電子股份有限公司 張愛群 李炯球

        為了切實推動智能無人車的安全行駛、實現(xiàn)環(huán)境感知,本文分別就系統(tǒng)綜合設(shè)計工作、硬件系統(tǒng)設(shè)計、分析控制系統(tǒng)設(shè)計三個方面分析如何實現(xiàn)無人車導航系統(tǒng)的設(shè)計工作,并透過系統(tǒng)測驗,驗證多傳感器信息融合導航系統(tǒng)本身的應用效能。

        在現(xiàn)代社會的快速發(fā)展下,智慧交通已經(jīng)成為大勢所趨,通過無人車的應用,能夠有效保障交通控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。而通過應用基于多傳感器信息融合的無人車導航系統(tǒng)能夠有效提高導航性能,促使切實帶動地圖信息和空間結(jié)構(gòu)的一致性和穩(wěn)定性。

        1 無人車導航系統(tǒng)設(shè)計

        1.1 系統(tǒng)綜合設(shè)計工作

        伴隨著各種現(xiàn)代信息技術(shù)的快速發(fā)展,社會生活出現(xiàn)了方方面面的改變。無人車駕駛技術(shù)開始改變以往運作模式,進行技術(shù)創(chuàng)新。但是事實上,在無人車行駛過程中極易出現(xiàn)諸多問題,如果采用單一傳感器完成導航,很容易出現(xiàn)操作穩(wěn)安全性問題,在此情況下,通過構(gòu)建多傳感器信息融合導航系統(tǒng),能夠有效克服單一傳感器導航系統(tǒng)的弊端,提高導航性能,形成良好的定位效果。工作人員可以直接通過應用多傳感器信息融合組合導航系統(tǒng)完成物體探測工作,探測性能較為穩(wěn)定,而且能夠?qū)⒆钚绿綔y得到的空間信息進行自動增加,進一步完善地圖內(nèi)容,實現(xiàn)地圖內(nèi)容和實際空間環(huán)境的有機統(tǒng)一,而且還能夠智能推薦導航路線,有效提升導航的精準性和穩(wěn)定性。本文則基于傳統(tǒng)的單一傳感器導航方式,對其進行修正,并能夠?qū)Ш较到y(tǒng)性能進行研究,有效優(yōu)化空間信息采集質(zhì)量和采集效率,切實保障無人駕駛智能車的穩(wěn)定運行。

        在對無人機進行設(shè)計工作時,則以四輪驅(qū)動平臺作為整個無人機的平臺基礎(chǔ),并通過感知系統(tǒng)完成對實際地理環(huán)境多種空間信息的采集工作,并能夠透過采集得到的數(shù)據(jù)信息,通過控制系統(tǒng)完成融合處理工作。融合處理得到的數(shù)據(jù)信息,可以及時進行反饋,從而促使無人車能夠智能展開駕駛行為,切實保障無人車運行效果。

        基于感知硬件系統(tǒng),無人機導航系統(tǒng)能夠完成無人車位置姿態(tài)信息的動態(tài)監(jiān)測,并能夠借助激光雷達掃描,搭建二維場景地圖信息。在實際地面工程中的障礙物也能夠完成標定?;跀?shù)據(jù)控制系統(tǒng),無人機導航系統(tǒng)能夠完成無人車數(shù)據(jù)的標定,進而融合和處理數(shù)據(jù)信息,靈活控制無人車驅(qū)動鉆機轉(zhuǎn)速,從而完成車輛自動駕駛工作。

        1.2 硬件系統(tǒng)設(shè)計工作

        (1)二維激光測距儀

        二維激光測距儀借助激光測距原理,能夠完成不同區(qū)域的定位、監(jiān)控和輪廓測量工作。除了二維激光測距儀,還有一維激光測距儀、三維激光測距儀。二維激光測距儀作為一種檢測效果穩(wěn)定且精準的單線激光雷達,能夠?qū)崿F(xiàn)360°的掃描工作,最大掃描半徑大約在6m左右,整體掃描速度處于4000Hz。當二維激光測距儀處于運行過程中,能夠由測距儀發(fā)射端進行激光發(fā)射,當檢測物體在發(fā)射后形成反射作用,進而將其傳回到接收端。二維激光測距儀的應用原理則為通過測距三角,從而完成距離測量工作。通過二維激光測距儀能夠檢測到測距儀和物體之間的準確距離。測距儀通過驅(qū)動電機能夠完成空間環(huán)境的智能檢測,從而快速獲取空間范圍內(nèi)所有的數(shù)據(jù)信息。而獲取得到的二維距離信息數(shù)組中不僅包括空間角度信息,而且也涉及到距離信息,通過數(shù)據(jù)處理工作,能夠進一步明確空間環(huán)境中的障礙物情況,實現(xiàn)智慧交通。

        (2)深度攝像頭

        近些年來,各行各業(yè)對于深度視覺的需求不斷增加,主要應用的深度視覺產(chǎn)品則為深度攝像頭,通過深度攝像頭的作用,有效保障導航效果,也能夠準確識別和勘測路面信息。采用深度攝像頭相比于一般的攝像頭,不僅能夠高效獲取實際場景平面圖像信息,而且還能夠獲取得到更具空間感的三維數(shù)據(jù)信息?;诩夹g(shù)進行分類,現(xiàn)階段深度攝像頭中應用較為廣泛的技術(shù)類別主要包括三種,分別是雙目視覺、結(jié)構(gòu)光以及TOF飛行時間法。深度攝像頭結(jié)構(gòu)光應用原理如圖1所示。深度攝像頭帶有USB,能夠直接將獲取得到的真實數(shù)據(jù)信息進行傳送,從而有效完成主處理器傳送的功效。與此同時,通過紅外激光發(fā)射器,能夠?qū)崿F(xiàn)激光發(fā)射的效用,進而構(gòu)建形成干涉斑點、紅外激光編碼圖。在紅外激光編碼圖中,紅外散斑能夠透過照射,進行生成相應路面信息的紅外錄像,從而結(jié)合路面距離變化情況,總結(jié)變化規(guī)律,獲取深度信息數(shù)據(jù)。通常而言,采用深度攝像頭也有一定的距離范圍,能夠獲取得到的圖像距離范圍在0.8m到3.5m之間。對于路面故障檢測工作,首先可以通過進行RGB采集圖像,從而結(jié)合灰度特性,有效識別各種道路故障物。

        圖1 深度攝像頭結(jié)構(gòu)光應用原理

        (3)GPS模塊

        GPS模塊主要功效在于對地面信息的獲取,構(gòu)建形成GPS定位系統(tǒng),高效提供參數(shù)結(jié)果。在無人車上安裝GPS模塊,能夠高效獲取地面信息。

        1.3 控制系統(tǒng)設(shè)計工作

        基于多傳感器信息融合的無人機導航系統(tǒng)設(shè)計工作,還需要就分析控制系統(tǒng)進行研究,控制系統(tǒng)作為各個系統(tǒng)功能模塊的核心部件,能夠智能化的完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、信息融合、定位、規(guī)劃最佳路徑等多項功能。

        具體來講,當用戶下達具體指令后,控制系統(tǒng)中的主處理器將會結(jié)合道路工程環(huán)境實現(xiàn)多種數(shù)據(jù)信息的采集工作,并將獲取得到的數(shù)據(jù)進行發(fā)送,當信息接收后主處理器將會自動展開信息融合,進而明確無人車當前所處位置信息、運行狀態(tài)和機器運行速度,并能夠結(jié)合指令信息規(guī)劃最佳路徑,將規(guī)劃內(nèi)容進行反饋,控制系統(tǒng)中的控制器進行電機驅(qū)動,沿著規(guī)劃路徑進行移動。需要注意的是,在無人車運行過程中,系統(tǒng)內(nèi)部主處理器將會時刻保持監(jiān)控狀態(tài),避免無人車撞到障礙物,直到達到目標點,停止繼續(xù)行駛無人車。

        無人車驅(qū)動控制器在實際運行過程中,通過應用3.3V直流電源完成整個控制器的供電功能。而無人車導航系統(tǒng)中的時鐘主要借助外部晶振完成效用,外部晶振自身具有多方面的應用效能,無論是時鐘系統(tǒng)存儲空間,還是時鐘系統(tǒng)頻率都具有多方面的優(yōu)勢。

        2 多傳感器信息融合策略

        基于多傳感器信息融合的無人車導航系統(tǒng)能夠應用在無人車中,利用傳感器的應用效能,將傳感器獲取得到的數(shù)據(jù)信息進行整合,促使導航數(shù)據(jù)和實際空間信息相符,切實提升導航系統(tǒng)的精確性和可靠性。

        在無人機導航系統(tǒng)設(shè)計過程中,構(gòu)建空間地圖是一個關(guān)鍵問題。當無人車處于運作過程中,結(jié)合地圖位置信息進行無人車定位工作,而且還能夠基于定位情況,搭建增量式地圖。具體來講,通過應用SLAM技術(shù)能夠完成地圖搭建的效用。通過傳感器對空間環(huán)境特征量進行反復觀測,觀測自身位置、更新觀測內(nèi)容、定位位置信息,并將此過程進行重復操作,直到到達目的地,完成定位導航。如圖2所示。

        圖2 構(gòu)建地圖

        與此同時,通過時間數(shù)據(jù)融合、空間數(shù)據(jù)融合,能夠更好地保障導航系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)信息的穩(wěn)定性和時效性,完成后續(xù)數(shù)據(jù)處理工作,促使導航系統(tǒng)能夠正常發(fā)揮效用。

        3 測試實驗

        測試試驗應用多種傳感器,促使其共同發(fā)揮效用,從而完成組合定位導航的目的,提高導航的精準性。具體來講,在試驗中,選擇障礙物較多的室內(nèi)空間環(huán)境作為主要試驗場所,設(shè)定無人車始發(fā)點、目標點,從而完成無人車多傳感器信息融合導航系統(tǒng)測驗工作。

        試驗發(fā)現(xiàn),利用深度攝像頭、激光雷達、GPS三種傳感器進行信息融合,無人車能夠沿著構(gòu)建地圖形成的行駛路線進行移動,還能夠敏銳探測障礙物,更新地圖信息,提供最佳規(guī)劃路線。整個無人車行駛過程中,無人車能夠充分借助數(shù)據(jù)融合方式,實現(xiàn)智能化導航的效用,實現(xiàn)地圖數(shù)據(jù)信息和現(xiàn)實空間結(jié)構(gòu)的一致性,切實提高導航系統(tǒng)的本身的精確度。

        結(jié)論:綜上所述,對基于多傳感器信息融合的無人車導航系統(tǒng)設(shè)計工作展開分析具有十分重要的意義。為了實現(xiàn)無人車的智能行駛,通過將深度攝像頭、激光雷達、GPS傳感器組合在一起,進行數(shù)據(jù)融合,能夠有效實現(xiàn)無人駕駛智能車行駛。

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