前言
看過007系列電影的人總會(huì)羨慕男主角詹姆斯·邦德的那輛無(wú)人駕駛汽車，無(wú)人駕駛汽車，其實(shí)為智能汽車，也可以稱之為輪式移動(dòng)機(jī)器人。智能系統(tǒng)，主要由三部分組成：導(dǎo)航傳感器系統(tǒng)、主控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)。車載主控計(jì)算機(jī)和相應(yīng)的路徑規(guī)劃軟件根據(jù)導(dǎo)航傳感器系統(tǒng)(相當(dāng)于駕駛員的眼睛)提供的道路信息、車前情況以及自身的行駛狀態(tài)，決定繼續(xù)前進(jìn)還是換道準(zhǔn)備超車，相當(dāng)于駕駛員的大腦;自動(dòng)駕駛控制軟件按照需要跟蹤的路徑和汽車行駛動(dòng)力學(xué)，向方向盤、油門和剎車控制器發(fā)出動(dòng)作指令，操縱汽車按規(guī)劃好的路徑前進(jìn)，起到駕駛員的手和腳的作用，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛。
發(fā)展史
發(fā)達(dá)國(guó)家從20世紀(jì)70年代開始進(jìn)行無(wú)人駕駛汽車研究，目前在可行性和實(shí)用性方面，美國(guó)和德國(guó)走在前列。我國(guó)在無(wú)人駕駛汽車的開發(fā)方面要比國(guó)外稍晚。國(guó)防科技大學(xué)從20世紀(jì)80年代開始進(jìn)行該項(xiàng)技術(shù)研究。1989年，我國(guó)首輛智能小車在國(guó)防科技大學(xué)誕生。由上海和歐盟科學(xué)家合作的中國(guó)城市交通中的無(wú)人駕駛技術(shù)(CyberC3)項(xiàng)目取得了階段性成果，首輛城市無(wú)人駕駛車在上海交通大學(xué)研制成功，準(zhǔn)備在2010年世博會(huì)上一展身手。筆者查閱了關(guān)于無(wú)人駕駛汽車的導(dǎo)航傳感器系統(tǒng)這方面的許多資料，現(xiàn)拿來與大家共饗。
導(dǎo)航技術(shù)是無(wú)人駕駛汽車行駛的基礎(chǔ)，是“眼睛”。目前常用的技術(shù)包括磁導(dǎo)航和視覺導(dǎo)航等。
一、磁導(dǎo)航技術(shù)
磁導(dǎo)航是目前最成熟可靠的方案，現(xiàn)大多數(shù)均采用這種導(dǎo)航技術(shù)。在道路上埋設(shè)一定的導(dǎo)航設(shè)備(如磁釘或電線)，通過變換磁極朝向進(jìn)行編碼，可以向車輛傳輸?shù)缆诽匦孕畔�，諸如位置、方向、曲率半徑、下一個(gè)道路出口位置等信息，從而為汽車指明去向。例如，荷蘭阿姆斯特丹國(guó)際機(jī)場(chǎng)和鹿特丹的Park Shuttle系統(tǒng)，上海交通大學(xué)的Cyber C3系統(tǒng)，都采用了此技術(shù)，在無(wú)軌自動(dòng)伸縮門也有應(yīng)用。磁導(dǎo)航最大的優(yōu)點(diǎn)是不受天氣等自然條件的影響，即使風(fēng)沙或大雪埋沒路面也一樣有效。但此系統(tǒng)實(shí)施過程比較繁瑣，且不易維護(hù)，變更運(yùn)營(yíng)線路需重新埋設(shè)導(dǎo)航設(shè)備。
二、視覺導(dǎo)航技術(shù)
視覺導(dǎo)航主要技術(shù)是視覺傳感器(CCD攝像機(jī)，紅外攝像機(jī))，利用傳感器獲取汽車相對(duì)于環(huán)境內(nèi)的參照物的位置關(guān)系(1米-500米)信息。CCD攝像機(jī)是首選的 “眼睛”。其核心為電荷藕合器件圖像傳感器CCD(Charge Coupled Device)，它使用一種高感光度的半導(dǎo)體材料制成，能把光線轉(zhuǎn)變成電荷，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)經(jīng)過壓縮以后由機(jī)內(nèi)部的閃速存儲(chǔ)器或內(nèi)置硬盤卡保存。CCD上植入許多微小光敏物質(zhì)，通常以百萬(wàn)像素為單位。當(dāng)CCD表面受到光線照射時(shí)，每個(gè)光敏物質(zhì)會(huì)將電荷反映在組件上，所有的光敏物質(zhì)所產(chǎn)生的信號(hào)加在一起，就構(gòu)成了一幅完整的畫面。由其制作的攝像機(jī)具有靈敏度高、抗強(qiáng)光、畸變小、體積小、壽命長(zhǎng)、抗震動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)。一般為了使拍攝到得景象和肉眼看到的相同，攝像機(jī)在鏡頭和CCD之間加裝了一個(gè)紅外濾光鏡，其作用就是阻擋紅外線進(jìn)入CCD,讓CCD只能感應(yīng)到可見光，這樣就使數(shù)碼攝像機(jī)拍攝到的影像和我們?nèi)庋劭吹降挠跋裣嘁恢铝�。此攝像機(jī)在黑暗及夜間就不易工作了，這樣無(wú)人汽車便成了“盲車”。
為解決此問題，需要為車加上“夜眼”──紅外攝像機(jī)。紅外攝像機(jī)會(huì)發(fā)出人們?nèi)庋劭床坏降募t外光線去照亮被拍攝的物體，紅外線經(jīng)物體反射后進(jìn)入鏡頭進(jìn)行成像，拍攝到了由紅外線反射所成的影像，即此時(shí)可拍攝到黑暗環(huán)境下肉眼看不到的影像。從而使無(wú)人駕駛汽車可在夜間安全行駛。目前大多數(shù)的紅外攝像機(jī)都采用LED紅外發(fā)光二級(jí)管作為紅外攝像機(jī)的主要發(fā)光材料。紅外攝像機(jī)具有夜視距離遠(yuǎn)、隱蔽性強(qiáng)、性能穩(wěn)定等突出優(yōu)勢(shì)，多用在監(jiān)視系統(tǒng)中。目前兩者特性兼?zhèn)涞臄z像機(jī)以廣泛應(yīng)用。
視覺導(dǎo)航的優(yōu)點(diǎn)是不需要對(duì)現(xiàn)有的道路結(jié)構(gòu)做變化，并且在混合交通中，也可使用;其缺點(diǎn)為，當(dāng)風(fēng)沙、大霧等自然因素致使能見度過低或路面上的白色標(biāo)線不清晰時(shí)，導(dǎo)航系統(tǒng)會(huì)失效。但由于視覺導(dǎo)航對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施的要求很低，被公認(rèn)為是最有前景的定位方法。
結(jié)語(yǔ)
無(wú)人駕駛汽車是未來汽車發(fā)展的方向，人類在不久的將來會(huì)用上智能型無(wú)人駕駛汽車。無(wú)人駕駛汽車在交通領(lǐng)域的應(yīng)用，從根本上改變了傳統(tǒng)車輛的控制方式，可大大提高交通系統(tǒng)的效率和安全性。隨著高科技的發(fā)展，我國(guó)無(wú)人駕駛車輛技術(shù)將會(huì)不斷發(fā)展，其功能也將更完善，學(xué)科內(nèi)容將會(huì)更豐富，產(chǎn)業(yè)化前景更美好。
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