资    源
  • 资    源
  • 文    章

当前位置: 查字典物理网 > 学习园地 > 趣味物理 > 无人驾驶汽车的“眼睛” ──兼谈导航技术

无人驾驶汽车的“眼睛” ──兼谈导航技术
来源查字典物理网| 2015-02-25 发表| 学习园地分类:趣味物理

学习园地

前言

看过007系列电影的人总会羡慕男主角詹姆斯·邦德的那辆无人驾驶汽车,无人驾驶汽车,其实为智能汽车,也可以称之为轮式移动机器人。智能系统,主要由三部分组成:导航传感器系统、主控计算机系统和自动驾驶仪系统。车载主控计算机和相应的路径规划软件根据导航传感器系统(相当于驾驶员的眼睛)提供的道路信息、车前情况以及自身的行驶状态,决定继续前进还是换道准备超车,相当于驾驶员的大脑;自动驾驶控制软件按照需要跟踪的路径和汽车行驶动力学,向方向盘、油门和刹车控制器发出动作指令,操纵汽车按规划好的路径前进,起到驾驶员的手和脚的作用,从而实现无人驾驶。

发展史

发达国家从20世纪70年代开始进行无人驾驶汽车研究,目前在可行性和实用性方面,美国和德国走在前列。我国在无人驾驶汽车的开发方面要比国外稍晚。国防科技大学从20世纪80年代开始进行该项技术研究。1989年,我国首辆智能小车在国防科技大学诞生。由上海和欧盟科学家合作的中国城市交通中的无人驾驶技术(CyberC3)项目取得了阶段性成果,首辆城市无人驾驶车在上海交通大学研制成功,准备在2010年世博会上一展身手。笔者查阅了关于无人驾驶汽车的导航传感器系统这方面的许多资料,现拿来与大家共飨。

导航技术是无人驾驶汽车行驶的基础,是“眼睛”。目前常用的技术包括磁导航和视觉导航等。

一、磁导航技术

磁导航是目前最成熟可靠的方案,现大多数均采用这种导航技术。在道路上埋设一定的导航设备(如磁钉或电线),通过变换磁极朝向进行编码,可以向车辆传输道路特性信息,诸如位置、方向、曲率半径、下一个道路出口位置等信息,从而为汽车指明去向。例如,荷兰阿姆斯特丹国际机场和鹿特丹的Park Shuttle系统,上海交通大学的Cyber C3系统,都采用了此技术,在无轨自动伸缩门也有应用。磁导航最大的优点是不受天气等自然条件的影响,即使风沙或大雪埋没路面也一样有效。但此系统实施过程比较繁琐,且不易维护,变更运营线路需重新埋设导航设备。

二、视觉导航技术

视觉导航主要技术是视觉传感器(CCD摄像机,红外摄像机),利用传感器获取汽车相对于环境内的参照物的位置关系(1米-500米)信息。CCD摄像机是首选的 “眼睛”。其核心为电荷藕合器件图像传感器CCD(Charge Coupled Device),它使用一种高感光度的半导体材料制成,能把光线转变成电荷,通过模数转换器芯片转换成数字信号,数字信号经过压缩以后由机内部的闪速存储器或内置硬盘卡保存。CCD上植入许多微小光敏物质,通常以百万像素为单位。当CCD表面受到光线照射时,每个光敏物质会将电荷反映在组件上,所有的光敏物质所产生的信号加在一起,就构成了一幅完整的画面。由其制作的摄像机具有灵敏度高、抗强光、畸变小、体积小、寿命长、抗震动等优点。一般为了使拍摄到得景象和肉眼看到的相同,摄像机在镜头和CCD之间加装了一个红外滤光镜,其作用就是阻挡红外线进入CCD,让CCD只能感应到可见光,这样就使数码摄像机拍摄到的影像和我们肉眼看到的影像相一致了。此摄像机在黑暗及夜间就不易工作了,这样无人汽车便成了“盲车”。

为解决此问题,需要为车加上“夜眼”──红外摄像机。红外摄像机会发出人们肉眼看不到的红外光线去照亮被拍摄的物体,红外线经物体反射后进入镜头进行成像,拍摄到了由红外线反射所成的影像,即此时可拍摄到黑暗环境下肉眼看不到的影像。从而使无人驾驶汽车可在夜间安全行驶。目前大多数的红外摄像机都采用LED红外发光二级管作为红外摄像机的主要发光材料。红外摄像机具有夜视距离远、隐蔽性强、性能稳定等突出优势,多用在监视系统中。目前两者特性兼备的摄像机以广泛应用。

视觉导航的优点是不需要对现有的道路结构做变化,并且在混合交通中,也可使用;其缺点为,当风沙、大雾等自然因素致使能见度过低或路面上的白色标线不清晰时,导航系统会失效。但由于视觉导航对基础设施的要求很低,被公认为是最有前景的定位方法。

结语

无人驾驶汽车是未来汽车发展的方向,人类在不久的将来会用上智能型无人驾驶汽车。无人驾驶汽车在交通领域的应用,从根本上改变了传统车辆的控制方式,可大大提高交通系统的效率和安全性。随着高科技的发展,我国无人驾驶车辆技术将会不断发展,其功能也将更完善,学科内容将会更丰富,产业化前景更美好。

【无人驾驶汽车的“眼睛” ──兼谈导航技术】相关文章:

高考复习冲刺时间安排表

如何规划初三的学习?

2011年中考物理模拟试题八

备战中考物理三点建议

2012年安徽中考物理答案

阳光课堂 别样复习

2011年专家告诉我们优等生平时是怎么复习的

高考复习攻略:高三物理复习避免那些问题

河南省中考题(民间谚语中的“物理”)

中考物理材料阅读题分类例析

网友关注

北师大版八年级上册物理第一章第二节熔化和凝固课堂精...
北师大版八年级上册物理第三章第一节运动与静止课堂精...
北师大版八年级上册物理第四章第三节噪声与环保课堂精...
北师大版八年级上册物理第二章第三节学生实验:探究—...
北师大版八年级上册物理第二章整理与复习课堂精练答案
北师大版八年级上册物理第二章第一节物体的尺度及其测...
人教版八年级上册物理课本动手动脑学物理3.2熔化与...
北师大版八年级上册物理第四章第一节声音的产生与传播...
苏科版物理书八年级下册第6章第3节物质的密度答案
北师大版八年级上册物理第一章整理与复习课堂精练答案
苏科版物理书八年级下册第9章第1节二力平衡答案
苏科版物理书八年级下册第9章本章大归纳答案
苏科版物理书八年级下册第8章第4节力的作用是相互的...
北师大版八年级上册物理第二章第四节新材料及其应用课...
人教版八年级上册物理课本动手动脑学物理2.1声音的...
人教版八年级上册物理课本动手动脑学物理1.2运动的...
人教版八年级上册物理课本动手动脑学物理4.3平面镜...
人教版八年级上册物理课本动手动脑学物理3.1温度答...
北师大版八年级上册物理第一章第三节气化和液化课堂精...
人教版八年级上册物理课本动手动脑学物理3.4升华和...
最新物理学习园地文章
热门物理学习园地文章
精品推广
趣味物理推荐
  • 乒乓球的实验

    乒乓球的实验 由查字典物理网资料整理1.演示微小形变在乒乓球上打一孔并...

    如何实现条纹拍摄呢

    简单的做法就是利用一种散射光源,比如台灯,用半透明的罩把它围起来,也就...

    多普勒效应

    在单色的情况下,我们的眼睛感知的颜色可以解释为光波振动的频率,或者解释...

    无人驾驶汽车的“眼睛” ──兼谈导航技术

    前言看过007系列电影的人总会羡慕男主角詹姆斯·邦德的那...

    水下“盒”爆炸

    水下盒爆炸在水杯里放入一个小纸盒(包),会噼噼啪啪炸出很多水花来。下面...

    高空的气温为什么低

    高空的气温为什么低 由查字典地理网资料整理研究大气现象时常常用到热力学...
  • 烫手的冰

    烫手的冰 由查字典物理网资料整理还有一种更奇怪的东西:热冰。我们习惯上...

    难以想像的精度

    “室女座”实际上是一个极其精密的光学仪器,它通...

    最有希望的发光二极管

    和发光二极管(LED)相比,爱迪生的电灯或其他类似发明或许要黯然失色了...

    龙嘴吐珠报吉凶

    查字典物理网提供大量物理学科资料,更多相关资料请关注查字典物理网东汉时...

    体验蹦极:在空中寻求刺激

    闭上眼睛,想像一下,从55米的高台上纵身往下一跳,什么感觉?只有心脏,...

    无痛注射针头

    对所有人来说,到医院打针都是一件令人发怵的事,特别是那些需要长期注射的...

学科中心