书名：无人驾驶技术pdf/doc/txt格式电子书下载

推荐语：南方科技大学人工智能与无人驾驶技术专家黄骏推荐，智能汽车自动驾驶从初步了解到系统设计

作者：田晋跃,罗石等编

出版社：化学工业出版社

出版时间：2020-05-01

书籍编号：30617966

ISBN：9787122361769

正文语种：中文

字数：229513

版次：

所属分类：科学新知-工业技术

内容提要

本书对目前无人驾驶的构成及工作原理作了介绍。主要内容包括无人驾驶定位导航、无人驾驶的感知传感器、无人驾驶环境感知技术、无人驾驶汽车路径规划、无人驾驶汽车路径跟踪、深度学习在无人驾驶中的应用、无人驾驶汽车软件系统平台、车联网与无人驾驶以及无人驾驶车辆测试。

本书内容深入浅出, 图文并茂, 结合实际, 便于读者学习和应用, 实现对无人驾驶技术的快速入门。

本书可作为大专院校本科生汽车工程等专业教学参考书, 也可供科研单位、工厂及有关工程技术人员参考使用。

版权页

书名：无人驾驶技术

作者：田晋跃,罗石主编

CIP号：第023396号

ISBN：978-7-122-36176-9

责任编辑：黄 滢

出版发行：化学工业出版社（北京市东城区青年湖南街13号 100011）

购书咨询：010-64518888

售后服务：010-64518899

网址：http://www.cip.com.cn

版权所有　违者必究

序 言

近年来,无人驾驶技术开始进入了飞速发展时期。目前关于无人驾驶技术的专利已经超过3000项,相关数据和新闻也越来越多,这是广大业内科研人员不间断努力所取得的丰硕成果。人们的普遍感受是无人驾驶汽车离我们的日常生活越来越近了。而对我们普通百姓而言,对无人驾驶技术了解多少呢? 什么是无人驾驶技术? 这是本书重点解决的问题和完成的工作。

本书主要介绍了无人驾驶技术的基本原理,讲述了无人驾驶技术的基本知识,以及需要关注的相关技术规范和标准,引导读者不断去探索和研究并实现无人驾驶技术。而关于无人驾驶技术的难点,因涉及众多领域,需要相关研究和开发人员共同配合才能解决,所以本书未做大篇幅介绍。

无人驾驶技术是人工智能技术的一个分支应用,是一种融合了机器人的技术。它采用机器人的核心部件,以实现汽车的自动驾驶,这样就可以解放人们的手脚,使人们可以轻松自在地出行、工作或去做其他事情。

无人驾驶技术是传感器、计算机、人工智能、通信、导航定位、模式识别、机器视觉、智能控制等多门前沿学科的综合体。按照无人驾驶汽车的职能模块划分,无人驾驶汽车的关键技术包括环境感知、路径规划、决策控制等。

在行驶过程中,无人驾驶汽车的传感部件会对道路、过往行人、其他车辆、树木、栏杆等周边事物精准判别,并将相关信号传递给车载电脑,从而做出转向、制动、加速等决策的反应。所以,针对无人驾驶技术的特殊性,车载电脑的准确度和执行机构的灵敏度与无人驾驶汽车的信息处理水平和方式有着直接的关系。

目前,无人驾驶汽车主要围绕电动汽车的智能化进行研发,利用其线控技术的简单灵活优势推动无人驾驶的发展,同时能发挥电动汽车的绿色环保优势。未来,无人驾驶的核心技术在交通运输领域的应用,还将会发挥其便利、高效、安全、可靠等优势,弥补有人驾驶汽车中的疲劳、分心等不足,以减少事故,这将会从根本上改变传统的交通模式,大大提升交通体系的便利性和安全性。

我们共同期盼这一天早日到来。

江苏大学车辆工程系田晋跃教授在车辆工程行业从事教学和科研工作40多载,在车辆工程学术上多有建树。近几年,根据多年的教学经验,以及科研工作经历,追寻行业热点,对无人驾驶技术进行了比较系统和深入的理论研究和分析,编撰完成了《无人驾驶技术》一书。该书内容新颖,深入浅出,图文并茂,便于学习和实践。相信该书的出版发行对行业内的研究者尤其是入门者会有较大帮助,也有利于推动我国无人驾驶技术的进一步发展和落地。

前 言

本书是为满足我国汽车工程及相关专业方向的从业人员的需要编写出版的,目的是使行业从业人员掌握无人驾驶技术的基本工作原理。

本书力求不同于诸多同类型书籍,主要结合理论教学,从实际运用这一角度出发,加入了工程实例,结合笔者多年来在无人驾驶技术实践和教学上的经验和体会,帮助读者掌握和运用无人驾驶技术的基本理论和方法。

本书全面系统地介绍了无人驾驶定位导航、无人驾驶的感知传感器、无人驾驶环境感知技术、无人驾驶汽车路径规划、无人驾驶汽车路径跟踪、深度学习在无人驾驶中的应用、无人驾驶汽车软件系统平台、车联网与无人驾驶以及无人驾驶车辆测试。

全书共分11章。第1章主要介绍无人驾驶技术的产生与发展,汽车自动化等级定义,以及智能汽车的六个层次。第2章无人驾驶系统基本组成,简单介绍无人驾驶系统的感知、决策、控制。第3章无人驾驶汽车软件系统平台,介绍了汽车软件系统平台基本架构,以及分布式的环境感知服务、基于AUTOSAR 的车辆控制系统、Apollo的自动驾驶平台。第4章无人驾驶的感知传感器,介绍了无人驾驶汽车实现环境感知技术是利用摄像机、激光雷达、毫米波雷达等车载传感器来实现。第5章无人驾驶环境感知技术,介绍了无人驾驶汽车的环境感知技术通常用来提取路面信息、检测障碍物,并计算障碍物相对于汽车的位置。第6章无人驾驶的定位导航,无人驾驶汽车定位导航技术包括卫星导航定位技术、航迹推算定位技术、卫星导航航迹推算组合定位技术。第7章无人驾驶汽车路径规划,根据给定的环境模型,在一定的约束条件下,规划出一条连接汽车当前位置和目标位置的无碰撞路径。第8章无人驾驶汽车路径跟踪,分析介绍了基于运动学和动力学建模,对外界的影响因素做出合适的规划。第9章无人驾驶中的机器学习,简单介绍了机器学习中的知识表示、推理策略和结果评估。第10章车联网与无人驾驶,车联网的产生实现了车载网络与城市交通信息网络、智能电网以及社区信息网络的全部连接。第11章无人驾驶车辆设计与测试,介绍基于公开数据集的测试方法和基于Ⅴ-REP的仿真测试方法,并讨论分析无人驾驶车辆实车测试方法。

本书的编写特点:紧密结合工程应用的基本要求,内容完整系统、重点突出,所用资料力求更新、更准确地解读问题点。该书在注重无人驾驶技术知识的同时,强调知识的应用性,具有较强的针对性。

书中部分内容是国内已有出版物中所未涉及的。希望本书的出版能推动我国汽车工程行业的技术进步,并对广大读者有所帮助。

本书由田晋跃、罗石主编,顾以惠、盛家炜参编。

在本书写作过程中,参考了大量的国内外文献资料,在此,谨向这些文献的作者表示深深的谢意。

编 者

第1章 无人驾驶技术概述

1.1　无人驾驶技术的产生和发展

无人驾驶汽车又称自动驾驶汽车、电脑驾驶汽车或轮式移动机器人,是一种通过电脑系统实现无人驾驶的智能汽车。无人驾驶汽车技术依靠人工智能、视觉计算、雷达、监控装置和全球定位系统协同合作,让电脑可以在没有任何人类主动的操作下,自动安全地操作机动车辆。

在英文里,无人驾驶汽车可写作autonomous cars或self-driving cars。2015年7月,《经济学人》报道,汽车制造商想要区分上述两个词之间的不同:前者与今日所见的交通工具类似,在特定环境下接管驾驶人的控制,而后者则更进一步,方向盘会完全消失,而二者车辆在全程行驶过程中均会使用与现行交通工具所备有的感测器、雷达与GPS等系统。

无人驾驶技术是对人类驾驶员在长期驾驶实践中,对“环境感知—决策与规划—控制与执行”过程的理解、学习和记忆的物化,如图1-1所示。无人驾驶汽车是一个复杂的、软硬件结合的智能自动化系统,运用到了自动控制技术、现代传感技术、计算机技术、信息与通信技术以及人工智能等。

图1-1　无人驾驶技术决策示意图

在汽车技术开发领域,人们普遍认为技术比人类更可靠。欧洲的一项研究表明:汽车驾驶员只要在有碰撞危险的0.5s前得到“预警”,就可以避免至少60%的追尾撞车事故、30%的迎面撞车事故以及50%的路面相关事故;若有1s的“预警”时间,将可避免90%的事故发生。该研究还表明:如果用技术代替人开车,有望将交通事故减为零。尤其是无人驾驶汽车与车联网相结合,形成一个庞大的移动车联网络,再加上现有的智能交通系统(intelligent transportation system,ITS)提供的丰富的道路交通信息,无人驾驶汽车便可更加自由安全地行驶在城市道路环境中,反过来将形成更加智能的交通系统。无人驾驶技术的价值和意义在于:大幅度提高公路的通行能力,大量减少公路交通堵塞和拥挤,降低汽车油耗,使城市交通堵塞和拥挤造成的损失减少。

虽然完全意义上的无人驾驶汽车还没有走进普通人的生活,但是综合自适应速度控制、自动紧急制动等多种辅助驾驶功能的汽车已经出现在市场上了。这使得半自主驾驶汽车在许多地区的汽车市场第一次成为现实。

美国研究机构Navigant Research预测:无人驾驶汽车数量占汽车总数的比率将从2025年的4%增长到2030年的41%和2035年的75%。该研究机构给出了2035年世界各个地区无人驾驶汽车销量的预测情况。其中,亚太、北美和西欧占据了绝大部分的比重。

汽车自动化的试验20世纪20年代即已开始,但直到20世纪50年代才出现可行的试验,并取得部分成果。第一部真正自动化的汽车在20世纪80年代首次出现。1984年,卡耐基梅隆大学推动NavLab计划与ALV计划;1987年,梅赛德斯-奔驰与慕尼黑联邦国防大学共同推行尤里卡普罗米修斯计划。从此以后,许多大型公司与研究机构开始制造可运作的自动驾驶汽车原型,包括梅赛德斯-奔驰、通用汽车、大陆汽车、艾尔维(IAV)、美安、劳勃·博世公司、日产汽车、雷诺、丰田汽车、奥迪、富豪集团、宝狮汽车、帕尔马大学的VisLab、牛津大学与谷歌(Google)。图1-2所示为国外无人驾驶汽车发展重要时间节点。

图1-2　国外无人驾驶汽车发展历程

2011年6月,美国内华达州议会通过一项法律,授权使用自动驾驶汽车。内华达州从而成为世界上第一个允许自动化载具合法行驶于一般道路上的行政区域。依据该法,内华达州机动车辆管理局(NDMV)负责制定安全与性能标准,以及指定自动驾驶汽车能够进行测试的地区。该法由Google所提倡,以期能更进一步合法地测试该公司的无人驾驶汽车。内华达州法律定义自动化载具为“整合人工智能、感测器与全球定位系统等技术达成自动驾驶,而不需人类驾驶主动控制的机动交通工具”。该法也表示,驾驶者在汽车自动行驶时不需专心驾驶。内华达州的法律要求有人坐在驾驶座上,并且在测试时要有人坐在乘客的位子上。2012年5月8日,在内华达州允许无人驾驶汽车上路3个月后,机动车辆管理局(Department of Motor Vehicles)为Google的无人驾驶汽车颁发了一张合法车牌。

2012年美国加利福尼亚州参议院通过第1298号法案,给出了无人驾驶汽车的安全和性能要求。对无人驾驶汽车上路测试作出声明。定义“无人驾驶技术”是指安装在机动车辆上,在没有人为的主动干预的情况下能够驾驶机动车的技术。

2013年7月,意大利帕尔玛大学的VisLab展示了称为BRAiVE的自动驾驶汽车,测试路段包含部分开放道路(有其他一般车辆)。2013年,美国有4个州(内华达州、佛罗里达州、加利福尼亚州与密歇根州)通过了有关自动驾驶汽车的法规。2015年,这4个州与华盛顿哥伦比亚特区都允许自动驾驶汽车在开放道路上进行测试。

2016年3月23日,联合国修订并生效了《维也纳道路交通公约》新修正案。该修正案中,联合国欧洲经济委员会根据奥地利、比利时、法国、德国和意大利等国政府的提议,对第8条第5段进行了补充,允许自动驾驶系统在符合要求且驾驶人能随时接管车辆的情况下控制车辆行驶,正式确认了自动驾驶的合法身份。

近年来伴随着资讯科技的突飞猛进,全自动驾驶的车辆在试验车辆的基础上已经被制造出来,特斯拉汽车率先推出特定环境下的自动驾驶汽车。

在无人驾驶车辆领域,我国虽然起步较晚,但是发展迅速,已经出现很多具有代表性的研究成果。我国无人驾驶汽车研究重要时间节点事件,如图1-3所示。

图1-3　我国无人驾驶汽车发展历程

2013年百度研发无人驾驶车辆,开展城市、环路及高速道路混合路况下的全自动驾驶,获得美国加利福尼亚州政府颁发的全球第15张无人车上路测试牌照。同一时段,国内其他互联网公司、传统汽车企业也纷纷部署无人驾驶车辆技术发展规划。

2016年8月,工业和信息化部发布智能网联汽车发展技术路线图,制定了发展目标和战略规划。工业和信息化部、公安部、交通部正联合制订智能网联汽车公共道路测试的管理规范。

2017年12月工业和信息化部发布《国家车联

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