毕业论文-精确控制技术下无人驾驶停车库项目研究

1、装订线毕业设计（论文）报告纸摘要随着我国汽车工业的发展和鼓励轿车进入家庭及一系列相关政策的实施，特别是伴随大城市经济社会的发展和城市现代化水平的提高，城市静态交通问题将越来越突出。而城市停车场可以说是车辆静态交通必须的空间。因此，停车场就成为城市交通系统中不可缺少的重要组成部分。但是我国停车场水平相对世界其他国家而言比较落后，大部分是以投入大量的人力为前提。随着社会水平的不断提高以及人们时间观念的提高，人们对停车场的要求也越来越高，例如存取车的时间尽量缩短、入场无需停车、智能收费以及停车引导等等。本文介绍了基于现有智能化停车场信息查询台（UP-CPU6410）、数据处理中心（服务器）、Zigb

2、ee无限传感网络、车位展示终端（FPGA）、视频录像的基础上，增设激光测距传感器、用户APP终端以及WI-FI通讯技术，做到与车辆原有的自动驾驶技术连接，结合车牌车型识别技术，实现了车牌识别、车型分类、车位导航、安全监控、自动报警等功能，形成一个具有一定安全性、稳定性的“精确控制技术下无人驾驶停车库”。该智能化车库，将打破原有需要人工驾驶出入库传统，可做到利用当今最先进的无人驾驶技术来实现“精确控制技术下无人驾驶停车库”。让停车变得更安全、更简便、更省心、更人性化。AbstractWith the development of Chinas automobile industry and en

3、couraging the car into the family and the implementation of a series of related policies, especially with the development of the citys economic and social and the improvement of city modernization level, city static traffic problem will become increasingly prominent. The city parking lot can be said

4、 to be static traffic must space vehicle. As a result, the parking lot has become an important and indispensable component of the urban traffic system.But our country parking level is relatively backward relative to the rest of the world, most of the terms of the invest a lot of manpower. With the c

5、onstant improvement of the social level, as well as peoples concept of time is improving, people also more and more high to the requirement of the parking lot, such as car admission time shorten as far as possible, no need for parking, intelligent charging, and guide and so on.Introduced in this pap

6、er, based on the existing intelligent parking lot information information desk (UP - CPU6410), data processing center (server) and Zigbee sensor network infinite, parking display terminals (FPGA), video footage, on the basis of adding laser range sensor, a user terminal APP and wi-fi communication t

7、echnology, do it with the original vehicle automated driving connection technology, combined with the vehicle license plate recognition technology, the license plate recognition, vehicle classification, car navigation, security monitoring, automatic alarm, and other functions, form a certain securit

8、y, stability of unmanned parking garage under the precision control technology. The intelligent garage, will break the original need for ins and outs of manned tradition, can be done using the most advanced technology to realize unmanned unmanned parking garage under the precision control technology

9、. Make parking easier ,and more human.第一章 精确控制技术下无人驾驶停车库项目研究1.1精确控制技术下无人驾驶停车库基本需求和现有情况1.1.1 建设需求截至2014年底，国家统计局网站今日公布2014年国民经济和社会发展统计公报。数据显示，2014年年末全国民用汽车保有量达到15447万辆（包括三轮汽车和低速货车972万辆），比上年末增长12.4%，其中私人汽车保有量12584万辆，增长15.5%。民用轿车保有量8307万辆，增长16.6%，其中私人轿车7590万辆，增长18.4%。并且自2009年开始连续几年超过美国，成为全球第一大汽车产销国。其中，汽

10、车保有量首次突破1亿辆。而早在2000年，全国机动车保有量仅为1249万辆，汽车保有量为625万辆。通过以上数据可以看出，短短10年里，中国的机动车辆增加了17倍，汽车增加了16倍。如此高的增长速度，一方面说明了中国改革开放取得的成效，刺激了中国经济的迅速发展；一方面说明了汽车市场在中国无疑有着巨大的优势和潜力。 随着汽车大批量进入个人家庭，停车难、行路难成为困扰城市交通的大难题。在如今的城市街头、住宅小区，因为缺少足够的地下、地上停车场，日趋拥挤的马路停车成为普遍现象。目前我国静态交通基础设施严重落后于动态交通基础设施，全国停车位缺口平均在60以上，而随着我国汽车工业的发展和鼓励轿车进入家庭

11、及一系列相关政策的实施，特别是伴随大城市经济社会的发展和城市现代化水平的提高，而城市停车场可以说是车辆静态交通必需的空间。因此，停车场就成为城市交通体系中不可或缺的重要组成部分。但是我国停车场水平相对世界其他国家而言比较落后，大部分都是以投入大量的人力为前提。1.1.2 现有状况停车场可分为内部停车场和公用停车场两大类。内部停车场主要面向固定的车主、各单位自用停车场、公寓以及住宅小区配套停车场、写字楼以及办公楼的地下停车库等。这些停车场的特点是使用者固定，禁止外部车辆使用，使用者对设施的使用时间较长，对车场管理的安全性要求严格，在上下班高峰期出入密度较大，对停车场的可靠性和处理速度要求较高。公

12、共停车场主要为了临时散客提供服务，有收费和免费之分。这类停车场常见于大型公共场所，如车站、机场、体育场馆等地方。车厂设施使用者通常是临时一次性使用、数量多时间短。要求车厂管理系统运营成本低廉，使用便捷，设施牢固可靠，可满足收费等商业处理要求。鉴于以上特点，停车场不是道路。 但不管是内部停车、公共停车还是道路停车，都离不开以下几点：1.2.1更为安全的运行管理；在我们传统观念中，首先，停车场需要一套由人工操作的管理，需要诸多工作人员打理，系统硬件设施包括：自助取票闸机、牌号识别系统、车位引导指示牌等。需停车的驾驶者取完停车票后需要自行开车进入停车场，根据不同的停车指示牌找到可供使用的停车空位。但

13、看似简单的流程，却存在着诸多不够人性化的地方。且并不是所有的停车场如理想中的设计那么合理、指示牌那么清。进入停车场，细心的车主也许还会注意到一点就是有些通道稍窄的转角处总能发现各种刮蹭的痕迹，更有甚者直接列出“城市十大恶魔停车场”的清单警示大家注意安全。看，让老司机都如此胆战心惊的“魔鬼停车场”，这要让每年层出不穷的新手司机们和部分并不擅长驾驶的女司机们情何以堪。于是乎无人驾驶技术的诞生解决了，更应该说是避免了这些问题。1.2.2更为效率的处理保障；经常开车的司机朋友们都知道，进入停车场后即便停车场硬件设备很给力，但找车位通常是件比较痛苦的事情，有些话不由心生，总想着：指示牌怎么这么复杂呀，到

14、底哪儿有空的车位；能够尽快地找到车位，我是来办公或者逛商场的，不是来逛停车场；但愿能离商场或者办公楼电梯近一点，少走电路，取车也方便；路遇停车技术不娴熟的司机朋友，自己在旁等着干着急，“哥们，能不能快点儿，要不要帮忙啊？”上述中，任何一个问题都会让你在停车场泊车过程中苦等许久，停车时间大增，误时又误事。于是乎“精确控制技术下无人驾驶停车库”解决了停车难和停车效率的双重难关，您要做的只是把车停到停车场入口处，在移动终端的APP中选择“停车场入场”按钮，然后该干嘛就干嘛去，剩下的就交给停车场的核心服务器和你爱车的自动驾驶泊车功能来搞定吧！第二章 系统总体设计该停车场的工作原理可分为：“硬件监测”、

15、“软件分析判断”、“对车辆操作执行”三个层次。2.1基础设施硬件的工作原理与传统停车场的区别由计算机精确控制下无人驾驶停车库是一种全新的泊车方式，它与传统停车场有革命性的不同无需驾驶者参与停车全过程的操作。当然，所需要的硬件设施也将与传统停车场存在一定的区别。2.1.1首先介绍一下与传统停车场有所不同的硬件：1）激光传感器1：激光测距传感器是先由激光二极管对准目标发射激光脉冲。经目标反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到传感器接收器，被光学系统接收后成像到雪崩光电二极管上。雪崩光电二极管是一种内部具有放大功能的光学传感器，因此它能检测极其微弱的光信号。记录并处理从光脉冲发出到返回被接收所经历

16、的时间，即可测定目标距离。 。但在实际应用中，针对激光传感器在室外环境中检测动态障碍物所遇到的数据处理存在延时、检测结果准确率不高等问题，提出了一种基于3维激光传感器Velodyne和四线激光传感器Ibeo信息融合的动态障碍物检测及表示方法。本方法通过分析处理Velodyne激光数据对无人驾驶汽车四周的动态障碍物进行检测跟踪，对于无人驾驶汽车前方准确性要求较高的扇形区域，采用置信距离理论融合Velodyne激光数据处理信息和Ibeo输出的运动状态信息，较大地提高了对障碍物运动状态的检测准确率，然后根据融合得到的结果对运动障碍物的位置进行延时修正，最终在障碍物占用栅格图上将动态障碍物所占据位置与

17、静态障碍物所占据位置区别标示。本方法不仅可以在室外环境中准确地检测出障碍物运动信息，而且可以消除传感器数据处理延时所带来的动态障碍物位置偏差，更准确地将环境中的动静态障碍物信息用障碍物占用栅格图进行描述。该种方法应用在了自主研发的无人驾驶汽车平台上，大量的实验以及它们在“中国智能车未来挑战赛”中的优异表现证明该方法具备可靠性和准确性。在停车场中传感器的工作主要在于监测车辆的运动轨迹，及时根据主计算机传来的操作对车辆的驾驶进行修正，以确保车辆在停车场中能更安全、更效率的运行。2）带有自动驾驶系统的日常乘用车：自动驾驶汽车（Autonomous vehicles；Self-piloting aut

18、omobile ）又称无人驾驶汽车、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。自动驾驶汽车技术的研发，在20世纪也已经有数十年的历史，于21世纪初呈现出接近实用化的趋势，比如，谷歌自动驾驶汽车于2012年5月获得了美国首个自动驾驶车辆许可证，预计于2015年至2017年进入市场销售。自动驾驶汽车依靠人工智能、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。 2014年12月中下旬，谷歌首次展示自动驾驶原型车成品，该车可全功能运行。其实精确控制下无人驾驶停车库不仅支持全自动无人驾驶汽车，光凭如大众、奥迪

19、、标致等部分量产车型中的自动泊车系统就足以完成无人驾驶的停车任务。自动泊车系统,可以使汽车自动地以正确的停靠位泊车,该系统包括一环境数据采集系统、一中央处理器和一车辆策略控制系统,所述的环境数据采集系统包括一图像采集系统和一车载距离探测系统,可采集图像数据及周围物体距车身的距离数据,并通过数据线传输给中央处理器；所述的中央处理器可将采集到的数据分析处理后,得出汽车的当前位置、目标位置以及周围的环境参数,依据上述参数作出自动泊车策略,并将其转换成电信号；所述的车辆策略控制系统接受电信号后,依据指令作出汽车的行驶如角度、方向及动力支援方面的操控。作为精确控制下无人驾驶停车库，仅需对自动泊车系统地软

20、件作小幅软件升级，以实现车辆能与停车场的无线热点自动连接，下载停车场整体数据信息，车辆根据停车场所提供的停车信息自动驾驶完成自动泊车入库即可。3）无线接入热点、信号放大器、全向天线2：无线接入点是一个无线网络的接入点，俗称“热点”。主要有路由交换接入一体设备和纯接入点设备，一体设备执行接入和路由工作，纯接入设备只负责无线客户端的接入，纯接入设备通常作为无线网络扩展使用，与其他AP或者主AP连接，以扩大无线覆盖范围，而一体设备一般是无线网络的核心。无线AP是使用无线设备用户进入有线网络的接入点，主要用于宽带家庭、大楼内部、校园内部、园区内部以及仓库、工厂等需要无线监控的地方，典型距离覆盖几十米至

21、上百米，也有可以用于远距离传送，目前最远的可以达到30KM左右，主要技术为IEEE802.11系列。大多数无线AP还带有接入点客户端模式（AP client），可以和其它AP进行无线连接，延展网络的覆盖范围。全向天线，即在水平方向图上表现为360都均匀辐射，也就是平常所说的无方向性，在垂直方向图上表现为有一定宽度的波束，一般情况下波瓣宽度越小，增益越大。全向天线在移动通信系统中一般应用于郊县大区制的站型，覆盖范围大。考虑到许多停车场不是位于大厦地下室就是在多层的钢筋混凝土结构中，普通无线AP信号无法完全渗透到各个角落，为了避免信号不良的问题。可以选用无线信号放大器和在停车场每层的信号死角内安装

22、全向天线来做到用于传输车辆控制的WI-FI信号全覆盖。作为精确控制下无人驾驶停车库所使用的专用wifi，主要用于对车辆发送中央处理服务器对车辆的控制信息和停车场的布局结构和停车信息；接收车辆在收到执行指令后，行驶过程中自带的雷达传感器对于停车场及周边障碍物的识别信息，并回传至便中央处理服务器，以便中央处理服务器对于意外出现的障碍物的识别，并控制车辆及时作出避让或停车操作。1） 监控摄像头。作为精确控制下无人驾驶停车库，摄像头作为车辆识别的主要途径之一，也像整个系统的眼睛一样失时监控着每一台车的运动轨迹，将传感数据传至服务器，以便服务器在有必要的时候控制车辆避让、停车等工作。但作为多用途的摄像头

23、，他不仅仅起到识别车辆以及传感数据的工作，还能起到安防和提供有力证据的主要途径。由于该停车库属于基于精确控制的自动泊车技术上所延伸的无人驾驶停车库，停车的过程中属于全由电脑控制、无人操作的工作模式，为了便于突发意外情况的取证以及见证整个事发过程的有效目击证据。监控摄像头成了不可缺少的设备之一。2） 中央处理机房（包含服务器）。中央处理服务器机房，一个存有诸多用于存储、处理、指令输送等服务器的地方，可以说它是一个由诸多服务器所组成的超级计算机。可在短时间内处理、存储、传输大量数据，性能远优于家用普通PC。服务器，也称伺服器，是提供计算服务的设备。由于服务器需要响应服务请求，并进行处理，因此一般来

24、说服务器应具备承担服务并且保障服务的能力。服务器的构成包括处理器、硬盘、内存、系统总线等，和通用的计算机架构类似，但是由于需要提供高可靠的服务，因此在处理能力、稳定性、可靠性、安全性、可扩展性、可管理性等方面要求较高。可以从这几个方面来衡量服务器是否达到了其设计目的；R：Reliability可靠性；A：Availability可用性；S：Scalability可扩展性；U：Usability易用性；M：Manageability可管理性，即服务器的RASUM衡量标准。服务器必须具有一定的“可扩展性”，这是因为企业网络不可能长久不变，特别是在当今信息时代。如果服务器没有一定的可扩展性，当用户一

25、增多就不能胜任的话，一台价值几万，甚至几十万的服务器在短时间内就要遭到淘汰，这是任何企业都无法承受的。为了保持可扩展性，通常需要在服务器上具备一定的可扩展空间和冗余件（如磁盘阵列架位、PCI和内存条插槽位等）。可扩展性具体体现在硬盘是否可扩充，CPU是否可升级或扩展，系统是否支持WindowsNT、Linux或UNIX等多种可选主流操作系统等方面，只有这样才能保持前期投资为后期充分利用。服务器的功能相对于PC机来说复杂许多，不仅指其硬件配置，更多的是指其软件系统配置。服务器要实现如此多的功能，没有全面的软件支持是无法想象的。但是软件系统一多，又可能造成服务器的使用性能下降，管理人员无法有效操纵

26、。所以许多服务器厂商在进行服务器的设计时，除了在服务器的可用性、稳定性等方面要充分考虑外，还必须在服务器的易使用性方面下足功夫。服务器的易使用性主要体现在服务器是不是容易操作，用户导航系统是不是完善，机箱设计是不是人性化，有没有关键恢复功能，是否有操作系统备份，以及有没有足够的培训支持等方面。对于一台服务器而言，一个非常重要的方面就是它的“可用性”，即所选服务器能满足长期稳定工作的要求，不能经常出问题。其实就等同于Sun所提出的可靠性（Reliability）。因为服务器所面对的是整个网络的用户，而不是单个用户，在大中型企业中，通常要求服务器是永不中断的。在一些特殊应用领域，即使没有用户使用，

27、有些服务器也得不间断地工作，因为它必须持续地为用户提供连接服务，而不管是在上班，还是下班，也不管是工作日，还是休息、节假日。这就是要求服务器必须具备极高的稳定性的根本原因。一般来说专门的服务器都要7X24小时不间断地工作，特别像一些大型的网络服务器，如大公司所用服务器、网站服务器，以及提供公众服务iqdeWEB服务器等更是如此。对于这些服务器来说，也许真正工作开机的次数只有一次，那就是它刚买回全面安装配置好后投入正式使用的那一次，此后，它不间断地工作，一直到彻底报废。如果动不动就出毛病，则网络不可能保持长久正常运作。为了确保服务器具有高得“可用性”，除了要求各配件质量过关外，还可采取必要的技术

28、和配置措施，如硬件冗余、在线诊断等。在服务器的主要特性中，还有一个重要特性，那就是服务器的“易管理性”。虽然我们说服务器需要不间断地持续工作，但再好的产品都有可能出现故障，拿人们常说的一句话来说就是：不是不知道它可能坏，而是不知道它何时坏。服务器虽然在稳定性方面有足够保障，但也应有必要的避免出错的措施，以及时发现问题，而且出了故障也能及时得到维护。这不仅可减少服务器出错的机会，同时还可大大提高服务器维护的效率。其实也就是Sun提出的可服务性（Serviceability）。服务器的易管理性还体现在服务器有没有智能管理系统，有没有自动报警功能，是不是有独立与系统的管理系统，有没有液晶监视器等方面

29、。只有这样，管理员才能轻松管理，高效工作。作为精确控制下无人驾驶停车库所使用的中央处理服务器，它可谓是整个系统中最为至关重要的设备。如果说激光测距传感器和无线热点是巨人的手和脚，那中央处理服务器就必然是巨人的大脑，它必须将每一辆车、每一个环节、每一个传感器、摄像头的数据一一汇总，以一台车一个进程的方式安全、稳步的将每一台车护送到它将要去的车位，并在车停稳后执行安全防护方面的操作，例如：关窗、锁门、启动报警装置等。在用户通过APP移动终端上的操作需要取车离开时，服务器还得根据用户所对应的车辆，传达启动以及操作指令，将该车辆安全行驶至用户需要的取车点将车辆交回。同时，它将担负着整个停车场安防数据的

30、存储工作，这就需要一个庞大的数据库以及稳定、可靠的硬件来支持。2.2软件分析、判断及服务器主要工作原理:作为串联所有硬件操作及信息分析的主体，软件成了所环节中作必不可少的媒体。无论是移动终端上的APP，还是自动泊车系统，乃至主程序服务器，都少不了软件程序的身影，它是支撑起整个设备的灵魂，也肩负着设备运行的稳定、安全的重任。作为精确控制下无人驾驶停车库所需要的软件，一共分为三大块。2.2.1 移动终端的APPAPP软件，即移动应用服务，就是针对手机这种移动连接到互联网的业务或者无线网卡业务而开发的应用程序服务，简单的说就是手机或无线工具的应用服务。它的好处在于：第一、APP用户增长速度快、经济能

31、力强，思维活跃。第二、App可整合LBS、QR、AR等新技术，带给用户前所未有的用户体验。第三、App基于手机的随时随身性、互动性特点，容易通过微博、SNS等方式分享和传播，实现裂变式增长。第四、APP的开发成本，相比传统营销手段成本更低。第五、通过新技术以及数据分析，APP可实现精准定位企业目标用户，实现低成本快速增长成为可能。第六、用户手机安装APP以后，企业即埋下一颗种子，可持续与用户保持联系。正因为移动智能终端的广泛应用，移动终端正向功能增强化、多模化、定制化、平台开放化的方向发展，选择移动终端为客户终端上软件的载体能更快、更方便地推广和普及由计算机精确控制下无人驾驶停车库。用户将车辆

32、行驶至停车库入口区域后，只需打开停车场的APP软件，等待APP软件、车辆通过WIFI与停车场数据库成功对接后，在APP软件上选择“停车入库”操作，即可启动并执行无人驾驶模式下的泊车任务，并开始计时计费。当用户需要取车离开时，同样只需打开停车场APP软件，在APP与停车场数据库对接后（此时车辆与停车场数据库始终保持连接状态），选择“取车离开”操作，并选择您所需要的取车地点，例如：原启动泊车入库地点的取车点，或可供取车并且是停车场允许的取车地点。随后在移动终端的APP上完成缴费，并等待车辆通过无人驾驶模式自行行驶到您所需要的取车地点取车离开。 2.2.2 车辆的无人驾驶自动泊车系统及通讯如先前所介

33、绍的，顾名思义，自动泊车系统就是不用人工干预，自动停车入位的系统。这套系统在国外已经并不罕见，目前国内有大众途安 帕萨特 帕萨特cc 斯柯达昊锐、丰田皇冠奔驰、宝马、雷克萨斯LS等车型配备。但精确控制下无人驾驶停车库所需要的并不是简单的路边一字停放的自动泊车或者单车操作的停车场某个车位入库这么简单，而是在基于单机操作程序的基础上开发可以联机操作，并且可根据精确控制下无人驾驶停车库主动发出的驾驶操作指令来操作的无人驾驶自动泊车系统。该自动泊车系统必须具有强大的通讯能力，需要车辆与停车场的主程序服务器以停车场所全面覆盖的WIFI网络连接，成功连接服务器主程序后，从服务器主程序处自动下载该停车场的布

34、局结构图和实时地的车库空位信息，并根据服务器主程序给出的驾驶到停车场某个空位的执行指令进行驾驶任务的执行。在任务执行服务器主程序传来指令的过程中，车辆自动泊车程序确保车辆自身的雷达探测设备始终保持工作状态，并汇总成实时地无人驾驶信息上传至主程序所在的服务器，并作为驾驶数据或运行日志形式存储，以便实现一段时间内的调阅需求。2.2.3 服务器主程序主要工作原理和流程服务器主程序可谓是在精确控制下无人驾驶停车库所有所需用到的软件中的重中之重，正如先前所提到的，无论是移动终端的APP还是车辆的自动泊车系统，乃至大大小小的激光测距传感器回传的数据、停车场的视频监控数据，无一例外的都将传送至服务器主程序进

35、行数据的处理分析，务必控制行驶中的车辆在预定的行驶轨迹上并且做到误差在最小范围内。只有这样才能保障无人驾驶车辆在停车场的运行中保持必须的安全性。在用户掏出移动终端开始连接服务器主程序时，主程序应及时相应，通过终端告知用户可用车位数量以及停车费计算方式。同时，主程序也应即时响应自动泊车系统的停车场数据请求，下传停车场数据，在有充足停车场空位的前提下随时准备好由移动终端APP传来的车辆的泊车执行请求，并予以执行；反之则主动通过移动终端APP告知用户车位已满，并且温馨提示用户附近临近可用的停车库地点并可根据选择提供相应导航服务。在保障着所有车辆安全无人驾驶的同时， 服务器主程序与服务器还身兼车辆安防以及车辆行驶过程监控的工作。视频监控摄像头传来的影响数据都将被存储在服务器中，拍摄周期为自车辆进入开始至车辆离开后停止，存储周期为车辆进入开始到车辆离开后的第24小时后自动删除数据。在停车场如有在行驶中或停放期间发成财产损失或碰撞刮擦，用户要求索赔时，停车场可根据拍摄的全过程进行责任分析，必要时可配合警方提供有力证据。2.3车辆操作执行当用户在移动终端的APP上确认入库停车后，停车库的