智能無人車綜合控制系統(tǒng)

唐山學(xué)院智能與信息工程學(xué)院 魏明哲

秦皇島市公安局科技信息化處 魏云霄

智能無人車綜合控制系統(tǒng)

唐山學(xué)院智能與信息工程學(xué)院 魏明哲

秦皇島市公安局科技信息化處 魏云霄

智能無人車在公共安全領(lǐng)域的應(yīng)用越來越多，圍繞無人車任務(wù)規(guī)劃、狀態(tài)追蹤和警務(wù)通信保障等功能開發(fā)需求日漸增多。本文針對(duì)智能無人車的控制復(fù)雜性和通信特殊性，設(shè)計(jì)一套面向無人駕駛車輛的地面站綜合控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有狀態(tài)監(jiān)測(cè)與控制、任務(wù)規(guī)劃與顯示、無線通信保障等功能，實(shí)現(xiàn)智能無人車的超視距控制和任務(wù)信息的回傳與追蹤。實(shí)驗(yàn)表明，系統(tǒng)無線數(shù)據(jù)傳輸速率正常、通信反饋保障機(jī)制合理，滿足實(shí)際應(yīng)用需求。

智能無人車；警務(wù)通信保障；狀態(tài)追蹤

1.引言

智能無人車通過車載GPS系統(tǒng)結(jié)合無線通信保障系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車輛行駛狀態(tài)，結(jié)合地面站控制系統(tǒng)發(fā)送的路徑規(guī)劃信息和任務(wù)執(zhí)行信息，計(jì)算車輛行駛路線并控制車輛行駛與轉(zhuǎn)向，使無人車到達(dá)預(yù)定目標(biāo)。

地面控制站具有路徑和任務(wù)規(guī)劃功能、無線數(shù)據(jù)收發(fā)及保障機(jī)制，同時(shí)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)無人車回傳的狀態(tài)信息并予以顯示監(jiān)控，從而使無人車能夠安全可靠地實(shí)行并完成指定操作任務(wù)。整體系統(tǒng)集自動(dòng)控制、體系結(jié)構(gòu)、人工智能、視覺計(jì)算等眾多技術(shù)于一體，具有實(shí)用推廣意義[1]。

2.需求分析

智能無人車的應(yīng)用技術(shù)可分為以下三個(gè)部分：地面站控制系統(tǒng)、無線通信保障、運(yùn)動(dòng)載荷和任務(wù)載荷。

地面站控制系統(tǒng)的運(yùn)行載體為計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)智能無人車的任務(wù)規(guī)劃設(shè)定、GPS坐標(biāo)數(shù)據(jù)與實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)的顯示與存儲(chǔ)、無線通信保障任務(wù)的實(shí)現(xiàn)功能；運(yùn)動(dòng)載荷負(fù)責(zé)無人車任務(wù)規(guī)劃數(shù)據(jù)的接收與運(yùn)動(dòng)方向的計(jì)算功能；任務(wù)載荷主要負(fù)責(zé)無人車附加功能的實(shí)現(xiàn)，如視頻接入、探測(cè)掛載等功能。

本綜合控制系統(tǒng)主要是地面站控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)，針對(duì)前文涉及的無人車路徑規(guī)劃和狀態(tài)追蹤的功能需求，涉及與開發(fā)基于.NET平臺(tái)的、集任務(wù)下達(dá)、狀態(tài)追蹤、無線通信保障等功能于一身的綜合系統(tǒng)。[2]；電臺(tái)選擇E30-TTL-100無線串口電臺(tái)，設(shè)定無線通信協(xié)議、傳輸反饋協(xié)議等通信保障協(xié)議，系統(tǒng)各功能模塊之間采用UDP傳輸協(xié)議、系統(tǒng)與無人車通過串口電臺(tái)進(jìn)行通信和保障。

3.1 通信保障

通信保障硬件平臺(tái)：

通信保障硬件系統(tǒng)采用E30-TTL-100無線串口電臺(tái)，搭載USB轉(zhuǎn)換接口實(shí)現(xiàn)電臺(tái)與綜合控制系統(tǒng)的通信，該無線電臺(tái)常用工作頻段為433MHz，最大功率20dBm（約合100mW），空中速率1.0Kbps，接收靈敏度為-119dBm，空間最大傳輸距離為2000米[3]，滿足系統(tǒng)通信距離設(shè)計(jì)需求。在無人車上采用RS232通訊接口與智能無人車主控芯片進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸。同時(shí)根據(jù)傳輸協(xié)議設(shè)定反饋通信機(jī)制，實(shí)現(xiàn)警務(wù)通信保障需求。

結(jié)合硬件部分，綜合控制系統(tǒng)利用.NET平臺(tái)開發(fā)電臺(tái)軟件，負(fù)責(zé)地面站控制系統(tǒng)和無人車之間的數(shù)據(jù)收發(fā)，設(shè)置可選擇波特率、空中速率的功能，實(shí)現(xiàn)與規(guī)劃平臺(tái)和監(jiān)控平臺(tái)的UDP數(shù)據(jù)收發(fā)等功能。

通信保障協(xié)議設(shè)定結(jié)合警務(wù)通信領(lǐng)域數(shù)據(jù)收發(fā)特點(diǎn)，設(shè)置為無線數(shù)據(jù)收與無線數(shù)據(jù)發(fā)都需進(jìn)行協(xié)議確認(rèn)與反饋的工作模式，設(shè)置64Byte狀態(tài)數(shù)據(jù)協(xié)議格式。數(shù)據(jù)無線通信保障信息反饋協(xié)議參照數(shù)據(jù)收發(fā)協(xié)議格式設(shè)置為64Byte數(shù)據(jù)，保留數(shù)據(jù)包頭、時(shí)間、校驗(yàn)和與數(shù)據(jù)包尾等信息，保證協(xié)議的一致性，同時(shí)也有利于無線數(shù)據(jù)收發(fā)的高速實(shí)現(xiàn)。

3.2 規(guī)劃平臺(tái)

規(guī)劃平臺(tái)的設(shè)計(jì)主要依托.TET平臺(tái)，采用C#語言開發(fā)Win-Form應(yīng)用框架，結(jié)合GoogleEarth軟件規(guī)劃無人車行駛路線，生成經(jīng)緯度坐標(biāo)文件，經(jīng)規(guī)劃平臺(tái)調(diào)用與平臺(tái)內(nèi)部數(shù)據(jù)合成，形成規(guī)劃任務(wù)數(shù)據(jù)，經(jīng)UDP協(xié)議傳送至無線電臺(tái)，無線電臺(tái)依照通信協(xié)議組成待發(fā)送數(shù)據(jù)，調(diào)制后經(jīng)天線進(jìn)行發(fā)射。規(guī)劃平臺(tái)如圖1所示。

圖1 規(guī)劃平臺(tái)

3.3 監(jiān)控平臺(tái)

監(jiān)控平臺(tái)主要由儀表盤和數(shù)據(jù)列表組成[5]。通過電臺(tái)接收下來的無人車實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，依據(jù)通信協(xié)議反向解析出經(jīng)緯度、航向、橫滾、俯仰和速度等信息，送至監(jiān)控儀表盤實(shí)時(shí)顯示，追蹤無人車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，同時(shí)在數(shù)據(jù)列表中顯示[6]。監(jiān)控平臺(tái)如圖2所示。

圖2 監(jiān)控平臺(tái)

4.結(jié)束語

無人車綜合控制系統(tǒng)的各個(gè)功能模塊很好的實(shí)現(xiàn)了任務(wù)的規(guī)劃、數(shù)據(jù)的收發(fā)、通信的保障等功能，結(jié)合無線電臺(tái)實(shí)現(xiàn)了間隔為1s的數(shù)據(jù)更新和儀表板顯示更新，滿足系統(tǒng)性能要求。項(xiàng)目成果可應(yīng)用于警務(wù)通信保障領(lǐng)域，反饋信息驗(yàn)證快速，狀態(tài)追蹤丟包率低，具有實(shí)用推廣價(jià)值。

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[2]王洋,劉偉.盤旋跟蹤地面目標(biāo)小型無人機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào),2010,36(10):1252-1255.

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[9]吳潛.無人機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].電傳技術(shù),2009, 49(9):2-3.

魏明哲（1983－），男，河北安平人，唐山學(xué)院，講師，碩士，主要從事信號(hào)處理與通信系統(tǒng)研究。

3.系統(tǒng)組成

2015年度河北省教育廳高等學(xué)校科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目。

魏云霄（1981－），男，河北昌黎人，秦皇島市公安局科技信息化處，主要從事警務(wù)通信有線無線通信保障工作。