摘 要
随着我国经济社会的不断发展,传统的交通系统已无法适应环境的变化以及人们的需求。为此,智能交通系统应运而生,成为解决我国交通问题并推动技术革新和社会发展的有效力量。无人驾驶技术作为智能交通系统中重要的一环,在其中起着技术支持与车辆控制的重要角色。本文以无人驾驶为切入点，分析了高速公公路路况下无人驾驶货车应用的可行性，设计了无人驾驶货车系统并对其进行了分析研究。主要研究内容如下：
- 研究了一种高速公路路况下车道线识别方法，使用基于极角约束区域的Hough变换,最后根据一系列图像信息使用基于动态ROI的Hough变换进行车道跟踪,提高了车道检测结果的准确性和实时性。
- 由于无人驾驶汽车在行驶过程中，对外界信息的获取与交换是通过汽车自身获得的，期间缺乏和驾驶员的沟通，因此本文对无人驾驶车辆换道行为，探讨了基于博弈论的人类驾驶与无人驾驶协作换道，同时综合考虑了驾驶员的性格特征与驾驶风格，使得无人驾驶汽车可以更加自如安全地进行换道行为，提高了高速公路上无人驾驶汽车行驶的效率，减少时间损耗。
- 分析并构建了无人驾驶安全系统模型，对无人驾驶安全系统面临的主要问题进行了研究，并研究了无人驾驶安全系统中的行为决策系统、运动控制系统和环境感知系统，同时对三个系统进行了全面论证。决策系统相当于“大脑”，运动控制系统相当于“躯干”，环境感知系统相当于“感官”，由环境感知系统获得外界信息并将信息传达给决策系统，决策系统经过分析处理后形成行驶策略，并将命令传达给运动控制系统，由运动控制系统完成无人驾驶汽车的动作
关键词：无人驾驶；霍夫变换；博弈论；安全系统
Abstract
With the continuous development of China's economy and society, the traditional transportation system has been unable to adapt to changes in the environment and the needs of the people. Therefore, intelligent transportation system came into being, to solve traffic problems in China and effective force to promote technological innovation and social development. Unmanned technology as an important part of intelligent transportation system, plays an important role of technical support and control of a vehicle in which. In this paper, the unmanned as the starting point, analyzes the highway roads under the unmanned truck feasibility application, designed the system of driverless trucks and analyzed. The main research contents are as follows:
1. on a highway traffic lane recognition method using Hough transform angle constraints based on region, finally according to the lane tracking Hough transform based on dynamic ROI using a series of image information, and improve the accuracy of the lane detection and real-time.
2. as the driverless car during driving, the car is passed on the acquisition and exchange of information from the outside world, and lack of communication during the pilot, the unmanned vehicle lane changing behavior, discusses the game theory of human driving and unmanned association based on the change, while considering the driver The character and style of driving, the unmanned vehicle can more freely safely lane changing behavior, improve the efficiency of driving on the highway unmanned vehicle, reduce the loss of time.
3. The analysis and construction of unmanned safety system model, the main problem facing the security system of unmanned driving was studied, and studied the behavior decision system, motion control system and the environment perception system of unmanned safety system, and the three systems to conduct a comprehensive demonstration. The decision system is equivalent to the "brain", the motion control system is equivalent to the "trunk", the environment perception system is equivalent to the "senses", by the environmental perception system to obtain external information and convey the information to the decision-making system, decision-making system through analyzing and processing after the formation of driving strategy, and relayed the order to the motion control system, by The dynamic control system of unmanned vehicle movements.
Keywords: driverless；Hough transform; game theory; Safety system
目录
摘 要 I
Abstract II
第一章 绪论 1
1.1课题研究的背景 1
1.2课题研究的意义 1
1.3无人驾驶发展现状 2
1.4 研究线路 3
第二章 无人驾驶系统基础 5
2.1环境感知 5
图1.2 ROS Master Node通信 6
2.2决策规划 6
2.3车辆控制 7
2.4无人驾驶汽车发展趋势 7
2.5本章小结 8
第三章 无人驾驶具体模型构建 9
3.1基于霍夫变换的高速公路车道线检测 9
3.1.1基于动态ROI的霍夫变换 9
3.1.2基于光照强度的图像分类 9
3.1.3基于改进Hough变换的车道线检测 11
3.2 基于博弈论的人类驾驶与无人驾驶协作换道 15
3.2.1 换道行为 15
3.2.2博弈换道过程 17
3.3无人驾驶安全系统 20
3.3.1无人驾驶面临的安全问题 20
3.3.2.行为决策系统 21
3.3.4环境感知系统 26
3.4无人驾驶的人机交互 28
3.4.1 新时代人机交互 28
3.4.2 人机交互的转变 28
3.5本章小结 30
第四章 结论与展望 32
4.1研究结论 32
4.2 展望 32
第一章 绪论
1.1课题研究的背景
高度公路的路况由于简单明了，较之复杂的城市街道环境，更加便于无人驾驶的应用。在城市街道环境中，无人驾驶系统需要处理的信息不仅仅包括道路上行驶的车辆，还有过往的行人、路口的红绿灯和繁多的交叉路口等等。城市环境下众多的信息对于无人驾驶系统来说是一个巨大的挑战，对于无人汽车的信息处理的准确性和实时性要求都十分高。相对而言，高度公路上需要无人驾驶系统识别和处理的信息大大减少，对于无人驾驶汽车而言负担就减少了。同时，高速公路行车由于其单调性，容易使得货车司机产生疲劳感，因为也是事故高发地段。当无人驾驶技术开始应用之后，高度公路路况下货车的无人驾驶的应用也被人们所关注，它使得司机可以减少高速公路路况下驾驶时间，减少司机疲劳，降低事故发生率，同时由于高速公路简单的路况，对于无人驾驶系统而言也是完全可以胜任的任务。
2016年10月底的一个晚上，家住科罗拉多州的斯普林斯市的年轻人多诺万从冰箱里拿出了一罐百威啤酒，尽管和多诺万平常喝的百威啤酒没有什么区别，但这仍是一罐有不寻常意义的啤酒。几天前，5万罐百威啤酒由无人驾驶的卡车从120英里外的科林斯堡运送至斯普林斯市。
这是全球首次由自动驾驶卡车完成的商业货运，无人驾驶卡车由OTTO公司提供，公司因此获得470美元的报酬。载着5万罐啤酒的无人驾驶卡车是由一辆18轮的沃尔沃重型货车改装的，在驾驶室和拖车上安装了三个激光雷达，在保险杠上也安装了雷达，并在挡风玻璃上方固定了高精度摄像头。在卡车的驾驶室内，则有各种可以禁用自主驾驶系统的按钮，以及在工程师远程监控下进行实时导航的计算机系统。司机只需要在高速公路上简单地按下“engage”键，这辆卡车就会在Level 4级别的自动驾驶状态下运行。
货车的无人驾驶已经被世界所关注，对于它的研究也正在逐渐深入。
1.2课题研究的意义
据数据显示，在中国，每年的恶性事故中的一半是由货车司机过于疲劳等种种因素所导致的，在全球范围内，每年路上交通事故引发死亡的人数是140万。等到无人驾驶技术真正成熟的那天，不仅可以降低交通事故，还能节省燃油——货车燃油消耗很大，占到整个公路运输物流成本的四分之一以上。无人驾驶不光可以省钱，更重要的是减少环境污染。
其次，无人驾驶货车的实现，将提高整体运输效率，实现无人物流的设想。在网络购物盛行的当下，物流一直是难以满足日益增长的需求，主要原因在于合格驾驶员数量上的瓶颈。因此，无人驾驶卡车减少了人在货运中的分量，并且保护驾驶员的身体健康，减少疲劳驾驶。
另外，高速公路的驾驶环境相对于城区交通而言要简单很多，车辆仅需掌握巡航行驶，变更车道，识别路标等几个技能的学习，可以相对简化在复杂突发事件下的快速处理和分析能力。
汽车也是造成空气质量下降的主要原因之一。汽车排放的尾气中含有的多种有害气体不仅会造成温室效应，而且不利于人类的健康，也是极端天气形成的原因之一。
最后，无人车共享系统也能带来减排和节能的好处。无人车的效率更高，较之传统的汽车出行方式，所消耗的燃油更少，排放的有害气体也更少。
