無人駕駛汽車對傳感器的發(fā)展論文

分析傳感器技術(shù)在無人駕駛汽車中的有效應(yīng)用摘要：近年來我國經(jīng)濟發(fā)展與科技發(fā)展日新月異，現(xiàn)代人在網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)與科學(xué)技術(shù)的幫助下，生活越來越便利，我國現(xiàn)在居民的汽車擁有總量在不斷上升，漸漸的人們不再滿足于擁有普通汽車，還想要不需要人工駕駛的汽車，而傳感器技術(shù)的出現(xiàn)讓無人駕駛汽車成為現(xiàn)實。本文將圍繞無人駕駛汽車的發(fā)展現(xiàn)狀，談?wù)剛鞲衅骷夹g(shù)是如何在無人駕駛汽車中發(fā)揮作用的。關(guān)鍵詞：傳感器技術(shù);無人駕駛汽車;應(yīng)用引言隨著經(jīng)濟水平的不斷提高，人們的購買力普遍提升，路面上的汽車越來越多，交通越來越擁擠，交通事故發(fā)生的概率也大大提高，為此，人們開始思索如果能夠?qū)崿F(xiàn)無人駕駛，會不會大大減少交通事故，緩解交通問題？早在二十世紀(jì)五十年代，美國等發(fā)達國家就開始了對于無人駕駛汽車的研究，我國的國防科技大學(xué)在1992年研制出了我國的第一輛無人汽車，如今我國的無人駕駛出租車已經(jīng)進入了測試階段，相信在不遠的將來無人駕駛汽車將會投入運營，而傳感器技術(shù)，就是無人駕駛汽車的核心技術(shù)。

一、傳感器技術(shù)與無人駕駛汽車

隨著工業(yè)的發(fā)展，傳感器在工業(yè)領(lǐng)域的用途越來越廣泛，如汽車、機械、自動化、交通信息等，尤其是近幾年無人駕駛汽車發(fā)展迅速，傳感器技術(shù)的進步對無人駕駛汽車的發(fā)展起到了重要的推動作用。在無人駕駛汽車中，傳感器代替駕駛員實現(xiàn)環(huán)境感知、道路避障、導(dǎo)航和無線通信功能。傳感器與無人駕駛汽車有著密不可分的聯(lián)系，國內(nèi)外將傳感器技術(shù)的發(fā)展作為無人駕駛汽車技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵基礎(chǔ)，無人駕駛技術(shù)的發(fā)展受限于傳感器技術(shù)的發(fā)展。無人駕駛汽車中的傳感器技術(shù)傳感器在無人駕駛汽車中相當(dāng)于人類的神經(jīng)感知系統(tǒng)，傳感器、導(dǎo)航系統(tǒng)、GPS定位系統(tǒng)是無人駕駛汽車的三個重要組成部分。目前無人駕駛汽車中最常應(yīng)用的傳感器技術(shù)包括攝像頭、毫米波雷達、超聲波雷達和激光雷達[1]。

二、無人駕駛汽車中常用傳感器簡介

（一）攝像頭

無人駕駛汽車用所運用到的傳感器技術(shù)又可以分為視覺傳感器和激光雷達傳感器，攝像頭就是無人駕駛汽車中的視覺傳感器，攝像頭就相當(dāng)于是傳統(tǒng)駕駛方式中駕駛員的眼睛，傳統(tǒng)駕駛方式下，是駕駛員通過眼睛獲取信息來判斷外界的天氣，周圍汽車的運行軌跡和周邊車輛運行速度，從而保證汽車的安全行駛，為了保證無人駕駛汽車能夠更加安全的運行，攝像頭必須要盡量具備高質(zhì)量的成像質(zhì)量和較高水平的圖形輸出速度。無人駕駛汽車中常用到的攝像頭包括單目相機、雙目相機和全景相機。

首先我們來看一下單目相機在無人駕駛汽車中的應(yīng)用。單目相機的工作原理是通過利用光學(xué)系統(tǒng)與成像器材結(jié)合從而實現(xiàn)圖像輸出，它可以實時調(diào)節(jié)光積分時間，自動平衡畫質(zhì)和實時輸出圖像，滿足無人駕駛汽車的需要。

接著我們來看一下雙目相機。科學(xué)家們從人類有兩只眼睛中得到靈感，利用人來兩只眼睛的視差原理并結(jié)合成像設(shè)備從不同位置獲取被測物體的兩幅圖像發(fā)明了雙目相機，應(yīng)用在無人駕駛汽車中，雙目相機可以實現(xiàn)對周圍環(huán)境的三維成像，之后就可以利用其他設(shè)備將雙目相機所獲取的成像信息進一步處理，使得無人駕駛汽車獲取到更立體的圖像，讓無人駕駛更安全。

最后我們來看一下全景相機，全景相機目前已經(jīng)是無人駕駛汽車對于視覺傳感器的首要選擇，它由六個完全相同的相機組成，所以它可以實現(xiàn)360度全景同時成像，同時將六個相機所成的像拼接在一起并進行矯正，它還能夠?qū)δ繕?biāo)進行識別處理，為無人駕駛汽車提供更清晰和全面的圖像信息。

（二）毫米波雷達傳感器

毫米波雷達傳感器屬于無人駕駛汽車中常被運用到的雷達傳感器中的一種，顧名思義，毫米波雷達傳感器主要是利用毫米波來工作，毫米波的波長比厘米波短，但是比光波長（毫米波波長：1～10mm;厘米波波長：1～10cm;光波波長0.3～3微米），它既有厘米波微波制導(dǎo)的優(yōu)點，又有光電制導(dǎo)的優(yōu)點，毫米波雷達具有體積小、容易集成和空間分辨率高的特點，同時，它還可以輕易穿透煙霧和灰塵，所以在無人駕駛汽車中運用毫米波雷達，可以讓汽車在大霧天氣和沙塵暴天氣等極端天氣下正常行駛，保證汽車的安全性。常被用于汽車防撞的24GHz雷達傳感器和77GHz雷達傳感器都屬于毫米波傳感器[2]。

（三）超聲波雷達傳感器

超聲波雷達傳感器也是無人駕駛汽車中常用的一種傳感器，超聲波雷達也叫倒車?yán)走_，也被人們稱之為泊車輔助裝置。無論是普通汽車還是無人駕駛汽車，都能運用到這種雷達傳感器，它的作用是在汽車駐車或者是倒車時對汽車進行安全輔助，在普通汽車中，它可以通過聲音等較為直觀的方式告知駕駛員周圍的障礙物分布情況，這樣駕駛員就不必再倒車時左右張望來分散駕駛注意力，同時還可以幫助駕駛員注意到一些駕駛員視野外的死角，從而減少事故的發(fā)生率。在無人駕駛汽車中，雖然不用將周圍障礙物情況等信息告知駕駛員，但是必須要通過超聲波雷達來將相關(guān)信息反饋給汽車的及時控制系統(tǒng)，從而保證汽車的倒車安全。超聲波傳感器的工作原理是利用超聲波裝置發(fā)出超聲波，聲波遇到障礙物會將聲波反射回來，從而計算出車體與障礙物之間的距離，讓無人駕駛的汽車在沒有駕駛員的情況下，同樣能和周圍車輛以及周邊障礙物保持一定的距離，而且從一定程度上來說，應(yīng)用超聲波傳感器的無人駕駛汽車要比有人駕駛汽車更安全，因為超聲波一般情況來講是不會出錯的，但是卻有很多的因素可以影響駕駛員駕駛，比如駕駛員的情緒、駕駛員的身體狀況以及精神狀態(tài)等等。

（四）激光雷達傳感器

激光雷達傳感器是未來自動駕駛的核心傳感器技術(shù)之一，因為激光雷達不僅功能強大，而且它的造價成本在未來也有希望大幅度降低，激光雷達最早是應(yīng)用在軍事領(lǐng)域，它通過發(fā)射激光就可以確定目標(biāo)的位置和速度等信息，激光雷達的工作原理是向目標(biāo)發(fā)射激光束，然后再接受反射回來的激光束，之后將發(fā)出去的信息與反射回來的信號進行對比，在其他系統(tǒng)的幫助下，就可以確定目標(biāo)信息了，像是障礙物距離、方位、速度、高度等信息都可以獲得，獲得這些信息后，就可以實現(xiàn)對目標(biāo)的探測、追蹤、躲避等目的。激光雷達主要由四部分組成，即激光發(fā)射臺、光學(xué)接收機、轉(zhuǎn)臺和信息處理系統(tǒng)，在無人駕駛汽車中，激光器首先會將電脈沖轉(zhuǎn)變成光的形式發(fā)射出去，然后光接收機再將反射回來的光還原為電脈沖，最后顯示器再將反射回來的電脈沖呈現(xiàn)出來，激光雷達可以為自動駕駛汽車提供高分辨率的輻射強度幾何圖形、距離圖像和速度圖像，它的測距測速和三維建模功能都十分強大，如果你在路上看到一輛自動駕駛的汽車，車頂有一個不斷旋轉(zhuǎn)的柱形物體，那就是無人駕駛汽車的激光雷達傳感器，它在通過高速旋轉(zhuǎn)來獲得周圍空間的各種數(shù)據(jù)，實時繪制車輛周圍環(huán)境的三維空間地圖[3]。

三、傳感器融合技術(shù)

無人駕駛汽車中的視覺傳感器相當(dāng)于駕駛員的眼睛，而超聲波雷達傳感器和激光雷達傳感器等雷達傳感器就相當(dāng)于駕駛員的觸覺以及神經(jīng)，只有將多種傳感器技術(shù)聯(lián)合運用，才能讓無人駕駛汽車的性能更好，駕駛過程更安全，所以，無人駕駛汽車中的傳感器融合技術(shù)同樣很重要。傳感器的融合要利用好計算機技術(shù)，因為計算機技術(shù)可以將多個傳感器手機的信息進行整合與處理，將數(shù)據(jù)分析整合后可以得到更精準(zhǔn)而全面的信息，從而達到統(tǒng)計學(xué)上的最優(yōu)效果[4]。各種傳感器的性能存在差異，比如毫米波雷達的分辨率比激光雷達的分辨率要低，所以在信息整合的時候，就可以舍棄毫米波的數(shù)據(jù)信息，采用激光雷達的分辨率信息，提高傳感器的融合技術(shù)，可以發(fā)揮各種傳感器技術(shù)的優(yōu)勢，從而為無人駕駛汽車提供更精確的信息數(shù)據(jù)，達到一加一大于二的效果。

四、當(dāng)前傳感器在無人駕駛汽車中的應(yīng)用現(xiàn)狀及應(yīng)用案例

（一）特斯拉的無人駕駛

特斯拉的無人駕駛汽車中，陀螺儀可以識別汽車行駛的方向，GPS天線可以通過發(fā)射信號與接受信號來進行監(jiān)測定位，車頂有3D激光檢測儀，特斯拉的激光雷達是16線的，用于檢測道路上前方車輛和行人的速度、方向和距離，檢測周邊建筑物的方向和距離，車體前方還會配置攝像頭，同樣是用來檢測道路障礙物的，車頭正前方裝有毫米波傳感器，用于檢測100米以外的障礙物，100米以內(nèi)的它檢測不到，所以會由其他傳感器負責(zé)，特斯拉中也裝有倒車?yán)走_，專門用來檢測近處的障礙物，無人駕駛的同時，車輛必須由多臺電腦進行監(jiān)測控制。以上就是特斯拉無人駕駛汽車中的基本傳感器技術(shù)的應(yīng)用[5]。

（二）無人駕駛公交車

2020年，中國首輛無人駕駛公交車在山東濟南進行了首次公開測試，無人駕駛公交車同普通公交車看起來并沒有什么差別，雖然配有司機座位，不過司機的作用不是用來駕駛，而是監(jiān)測公交車的安全運行，司機座位后方是一個白色的箱狀物體，相當(dāng)于整個公交車的大腦，車頭上配有幾個傳感器，來感知路上的信息，并將信息傳輸?shù)桨咨珯C器內(nèi)，機器再通過計算來給公交車做出指令[6]。此外，公交車中還應(yīng)用了車聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)，使得車與人、車與路、車與云之間更夠進行無線信息交互，從而實現(xiàn)車、路、人和云的協(xié)同，無人駕駛的公交車相比普通公交車，更加的平穩(wěn)和快捷，尤其是在拐彎和遇到障礙物的時候，公交車能夠及時發(fā)現(xiàn)狀況，并迅速做出反應(yīng)，使車輛能夠始終平穩(wěn)運行。目前我國的無人駕駛公交車主要是在一些特定區(qū)域內(nèi)運行，不過也有小批量在天津投入了運營，這意味著中國重汽在智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)化道路上已經(jīng)取得了重大突破，相信在不遠的將來，隨著技術(shù)的不斷更新與發(fā)展，無人駕駛公交車將完全占領(lǐng)市場。

（三）無人駕駛技術(shù)與5G的結(jié)合

人們預(yù)測華為的5G技術(shù)將會是中國超越美國的重大轉(zhuǎn)折點，5G技術(shù)可以同多個領(lǐng)域聯(lián)合發(fā)揮作用，而5G技術(shù)與傳感器技術(shù)的聯(lián)合使用，將使我國的無人駕駛汽車獲得很大程度的發(fā)展。5G技術(shù)的應(yīng)用甚至可以讓北京的醫(yī)生可以在北京的手術(shù)室內(nèi)為西部偏遠地區(qū)的病人做手術(shù)，還能達到一個面對面的效果，那么通過遠程控制實現(xiàn)完全的無人駕駛就更容易實現(xiàn)了，5G通過聯(lián)合傳感器技術(shù)，無人駕駛汽車能夠更加準(zhǔn)確的識別路線，實時對其他車輛、行人、障礙物和突發(fā)狀況做出反應(yīng)，及時控制車輛躲避可能出現(xiàn)的危險。5G技術(shù)所實現(xiàn)的遠程控制讓以前人們不敢想的事情成為可能[7]。

結(jié)束語

綜上所述，無人駕駛技術(shù)設(shè)計多個領(lǐng)域技術(shù)的研究，其中傳感器技術(shù)是實現(xiàn)無人駕駛的必備技術(shù)，傳感器技術(shù)可以清晰的感知車輛外環(huán)境和周圍事物的信息，并將這些信息準(zhǔn)確的反饋給無人駕駛的控制系統(tǒng)，系統(tǒng)在經(jīng)過分析與計算后，就可以指示車輛做出正確的反應(yīng)對策，當(dāng)前我國在傳感器技術(shù)的依托下，無人駕駛技術(shù)已經(jīng)獲得了很好的發(fā)展，隨著5G技術(shù)的應(yīng)用，相信在不遠的將來，我國將實現(xiàn)車輛完全自動駕駛。

參考文獻

[1]夏草盛.探究傳感器技術(shù)在無人駕駛汽車中的應(yīng)用[J].電子元器件與信息技術(shù)，2018，（12）：45-47.

[2]陳玉.淺談無人駕駛汽車之各種感知傳感器技術(shù)[J].汽車與駕駛維修（維修版），2018，（7）：88-88.

[3]陳友宣.卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）在汽車無人駕駛中的應(yīng)用與分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2019，（5）：13-14.

[4]馬浩然.人工智能技術(shù)在無人駕駛汽車領(lǐng)域的應(yīng)用分析[J].通訊世界，20