面向園區(qū)的自動駕駛車載計算系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)
發(fā)布時間：2021-06-16 00:19
自動駕駛技術(shù)在園區(qū)巡邏、環(huán)衛(wèi)等具有重要的應(yīng)用潛力,但園區(qū)交通要素多、環(huán)境復(fù)雜、光照以及定位信號不穩(wěn)定都給自動駕駛的感知決策系統(tǒng)帶來了挑戰(zhàn)。人工智能算法在自動駕駛領(lǐng)域的深度應(yīng)用,極大的增強了自動駕駛車輛對復(fù)雜場景的感知能力,但同時對車載計算平臺算力提出了較高要求。園區(qū)車輛一般體積較小,受限于電源系統(tǒng)的容量和功率,難以滿足復(fù)雜算法的實時運行條件,這限制了人工智能算法在園區(qū)自動駕駛車輛的應(yīng)用。為此,本文以機場場內(nèi)部分道路的自動駕駛場景為例,首先,針對園區(qū)下的行駛環(huán)境,設(shè)計低功耗異構(gòu)計算平臺。其次,根據(jù)計算單元與算法特性并基于人工智能算法完成車道線檢測、障礙物感知識別,實現(xiàn)路徑跟蹤及避障的功能,支持園區(qū)條件下低速（510km/h）自動駕駛。論文主要工作如下:（1）根據(jù)園區(qū)環(huán)境及計算單元的特性,完成面向園區(qū)的車載計算系統(tǒng)整體設(shè)計。主要包括傳感器選型、低功耗異構(gòu)計算平臺設(shè)計、軟件算法架構(gòu)及通訊設(shè)計。傳感器主要包括GNSS（Global Navigation Satellite System）、16線激光雷達以及攝像頭;異構(gòu)計算平臺主要包括CPU、GPU、FPGA以及MCU（M...
【文章來源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：72 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
機場驅(qū)鳥場景示意
第二章車載異構(gòu)計算系統(tǒng)總體設(shè)計11的功能。對于車輛的路徑跟蹤，由于車輛行駛場景主要包括機場巡場道及草坪，這兩種場景下一般沒有遮擋，其定位衛(wèi)星信號較好，對此路徑跟蹤設(shè)計上系統(tǒng)主要采用GNSS進行定位跟蹤。而對于巡場道，其道路印有車道線等邊緣指示線，為提高系統(tǒng)的冗余，在該路面采用車道線檢測輔助車輛進行行駛。而對于障礙物檢測，則通過圖像目標(biāo)檢測算法進行檢測。對此本文設(shè)計的驅(qū)鳥自動駕駛系統(tǒng)架構(gòu)如圖2-2所示，該系統(tǒng)主要由感知層、決策層及控制層組成，其中感知層是系統(tǒng)獲取外界環(huán)境信息的途徑，主要通過攝像頭、激光雷達、GNSS等傳感器采集自身及周邊信息，并通過感知算法計算得到車輛自身位置、周邊車道線、障礙物等的情況。該信息傳遞給決策層，決策層通過感知結(jié)果決策小車下一步行為（如正常行駛、換道、停止等），并根據(jù)該行為規(guī)劃小車的目標(biāo)行駛軌跡及對應(yīng)行駛速度、轉(zhuǎn)角等。最終該結(jié)果傳給控制層，控制層根據(jù)該信息控制車輛的直流電機及舵機，達到自動駕駛的目的。圖2-2系統(tǒng)功能框架圖2.3系統(tǒng)硬件設(shè)計2.3.1系統(tǒng)硬件框架設(shè)計硬件是軟件實現(xiàn)感知、控制等算法的平臺，也是自動駕駛得以實現(xiàn)的脊柱。本系統(tǒng)應(yīng)用的機場環(huán)境由于車身體積以及供電功率的限制，對此在硬件架構(gòu)上采取使用算力分散，以及根據(jù)計算任務(wù)適配計算單元的思想進行設(shè)計。根據(jù)機場環(huán)境下所要實現(xiàn)的算法特性及硬件特性，本系統(tǒng)設(shè)計了如圖2-3所示的硬件結(jié)構(gòu)，主要由傳感器、供電、計算單元、安全裝置及車輛底盤五大部分
第二章車載異構(gòu)計算系統(tǒng)總體設(shè)計13計使用遠程遙控繼電器，通過遠程遙控切斷計算單元對車輛縱向運動的控制，實現(xiàn)車輛臨時停車。車輛底盤是實際控制車輛運動的裝置，該部分由直流電機、舵機以及電機驅(qū)動器等組成，計算單元通過控制驅(qū)動器可實現(xiàn)對車輛的前進及轉(zhuǎn)向的運動控制。圖2-3系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖2.3.2傳感器分析及選型傳感器硬件主要為車輛提供自身定位信息，周邊環(huán)境信息等功能。主要包含攝像頭、激光雷達、GNSS等，具體的分析及選型如下。2.3.2.1攝像頭分析選型本系統(tǒng)攝像頭有兩個，分別連接CPU及FPGA采集圖像信息以完成車道線檢測及障礙物檢測的功能。而不同的攝像頭根據(jù)自身參數(shù)特性的不同，適合完成不同的功能，其中需要考慮的參數(shù)包括分辨率、幀率、傳輸格式、感光類型、鏡頭角度等，分別如下：分辨率決定了圖像成像質(zhì)量及圖形運算的計算量，分辨率的選擇應(yīng)在滿足算法需求的情況下，盡量小，如1980*1080分辨率的圖像其像素值約為640*480
本文編號：3231988
【文章來源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：72 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
機場驅(qū)鳥場景示意
第二章車載異構(gòu)計算系統(tǒng)總體設(shè)計11的功能。對于車輛的路徑跟蹤，由于車輛行駛場景主要包括機場巡場道及草坪，這兩種場景下一般沒有遮擋，其定位衛(wèi)星信號較好，對此路徑跟蹤設(shè)計上系統(tǒng)主要采用GNSS進行定位跟蹤。而對于巡場道，其道路印有車道線等邊緣指示線，為提高系統(tǒng)的冗余，在該路面采用車道線檢測輔助車輛進行行駛。而對于障礙物檢測，則通過圖像目標(biāo)檢測算法進行檢測。對此本文設(shè)計的驅(qū)鳥自動駕駛系統(tǒng)架構(gòu)如圖2-2所示，該系統(tǒng)主要由感知層、決策層及控制層組成，其中感知層是系統(tǒng)獲取外界環(huán)境信息的途徑，主要通過攝像頭、激光雷達、GNSS等傳感器采集自身及周邊信息，并通過感知算法計算得到車輛自身位置、周邊車道線、障礙物等的情況。該信息傳遞給決策層，決策層通過感知結(jié)果決策小車下一步行為（如正常行駛、換道、停止等），并根據(jù)該行為規(guī)劃小車的目標(biāo)行駛軌跡及對應(yīng)行駛速度、轉(zhuǎn)角等。最終該結(jié)果傳給控制層，控制層根據(jù)該信息控制車輛的直流電機及舵機，達到自動駕駛的目的。圖2-2系統(tǒng)功能框架圖2.3系統(tǒng)硬件設(shè)計2.3.1系統(tǒng)硬件框架設(shè)計硬件是軟件實現(xiàn)感知、控制等算法的平臺，也是自動駕駛得以實現(xiàn)的脊柱。本系統(tǒng)應(yīng)用的機場環(huán)境由于車身體積以及供電功率的限制，對此在硬件架構(gòu)上采取使用算力分散，以及根據(jù)計算任務(wù)適配計算單元的思想進行設(shè)計。根據(jù)機場環(huán)境下所要實現(xiàn)的算法特性及硬件特性，本系統(tǒng)設(shè)計了如圖2-3所示的硬件結(jié)構(gòu)，主要由傳感器、供電、計算單元、安全裝置及車輛底盤五大部分
第二章車載異構(gòu)計算系統(tǒng)總體設(shè)計13計使用遠程遙控繼電器，通過遠程遙控切斷計算單元對車輛縱向運動的控制，實現(xiàn)車輛臨時停車。車輛底盤是實際控制車輛運動的裝置，該部分由直流電機、舵機以及電機驅(qū)動器等組成，計算單元通過控制驅(qū)動器可實現(xiàn)對車輛的前進及轉(zhuǎn)向的運動控制。圖2-3系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖2.3.2傳感器分析及選型傳感器硬件主要為車輛提供自身定位信息，周邊環(huán)境信息等功能。主要包含攝像頭、激光雷達、GNSS等，具體的分析及選型如下。2.3.2.1攝像頭分析選型本系統(tǒng)攝像頭有兩個，分別連接CPU及FPGA采集圖像信息以完成車道線檢測及障礙物檢測的功能。而不同的攝像頭根據(jù)自身參數(shù)特性的不同，適合完成不同的功能，其中需要考慮的參數(shù)包括分辨率、幀率、傳輸格式、感光類型、鏡頭角度等，分別如下：分辨率決定了圖像成像質(zhì)量及圖形運算的計算量，分辨率的選擇應(yīng)在滿足算法需求的情況下，盡量小，如1980*1080分辨率的圖像其像素值約為640*480
本文編號：3231988
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