基于PolySync 系統的校園無人駕駛實驗車的設計搭建

陳德文，區德浩，王思卓，孔春玉，李薇，鄧雯苑

（廣東技術師范大學，廣東廣州，510665）

1 設計思路

本論文采用以下的設計思路來進行整個項目的設計，現以流程框圖的形式來進行說明，如圖1 所示。

圖1 設計流程框圖

本項目劃分為三大板塊來進行，第一板塊：搭建實驗車；第二板塊：規劃設計駕駛道路；第三板塊：搭建實驗車識別系統。下面就以這三大板塊進行詳細講述說明。

2 實驗車機械結構搭建

2.1 車身系統

在此實驗中，使用Honda 中國節能競技大賽中的電動節能車架作為基礎框架，在此基礎上去搭建無人駕駛實驗車的機械結構。整體車身效果見圖2 所示。

圖2 車身整體效果圖

車架上主包含了驅動系統，轉向系統和控制系統。

2.2 驅動系統

本設計的無人駕駛實驗車的驅動方案采用無刷鼓式電機，型號為XF08 的華宇鑫峰后驅輪轂電機。電機參數為：工作電壓24V，功率200-350W，最大電流20A，輪徑20英寸，轉換效率＞=83%，減速比為1：4.4。如圖3 所示。

圖3 電機結構圖

2.3 轉向系統

轉向方案采用型號為SUPER200的超大扭矩金屬舵機，在結構上使用鋼質齒輪，齒輪間隙設計合理，虛位幾乎沒有，采用有刷540 電機驅動，耐用性高，CNC 制造的殼體，并配有阻燃ABS 的外殼，具有一定的防水性，安裝方法科學，并配有舵機盤。

圖4 舵機實物圖

圖5 轉向系統圖

表1 舵機參數表

2.4 控制系統

控制系統方案采用無刷控制器。控制器具有剎車斷電，電機控制，測速，轉把調速和顯示的功能，控制器輸出24V，最大電流15A。實驗中，需要把轉改裝成PoluSync系統控制。

PolySync 是一款無人駕駛汽車操作平臺，目的是為了幫助開發人員快速建立、測試和展開自動駕駛相關功能的研發。

實驗中使用的Polysync 系統的攝像頭參數為：型號Point Grey 2.0MP，像素1600＊1200；使用的主機參數：主機型號HAR-POLYSYNC-MiniDEV-ECU，處理器型號Intel Bay Trail Atom E3845，1.9G 四核，硬盤128G SSD，RAM 8GB。主機和攝像頭如圖6 和圖7，整體安裝如圖2，攝像機的高度在1.6m。

圖6 主機實物圖

圖7 攝像頭實物圖

3 實驗車識別系統搭建

3.1 交通標志設計安裝

鑒于不是所有的校園道路環境都是嚴格帶有道路標線指示說明，而且很多情況是校園道路上存在著或多或少的分叉路口。那么為了提高校園道路環境識別算法的適用性，統一標準，本文針對校園無人駕駛公交車使用需要，專門為其設計了一套專用交通標志站牌，主要分為直行、左右轉向和停車標志P 兩大類別。其中，直行和左右轉向標志用于校園道路分岔路口的行駛指示，停車標志P 主要是用于站點的停靠，以進行上下客。根據顏色的識別的區分難以程度，直行和左右轉向的交通標志站牌的底色由紅色組成，而停車標志P 的交通標志站牌則由黃色底色組成。校園無人駕駛公交專用交通標志站牌見圖8 所示：

圖8 校園無人駕駛公交專用交通標志設計圖

3.2 開發環境配置

本設計中，在PolySync 系統上采集攝像頭采集道路圖像數據，然后把數據在我們熟悉的Windows 系統上進行仿真分析，確定算法和參數，再把算法移植到Polysync系統上。因此，在Windows 系統上進行仿真分析具有非常重要意義，而首要條件是將Windows 系統上的集成開發環境Visual Studio 和Opencv 開源庫進行環境配置。

在此使用的環境和版本如下，操作系統：Win32 位，開發環境：Visual studio 2017，代碼庫：Opencv2.4.13 圖像開源庫，編程語言C++。

安裝Visual Studio 2017 和Opencv2.4.13。在安裝Visual Studio 2017 中，必須保證電腦已經安裝好Internet Explorer 11 或最新版本和.NET Framework 4.6 或最新版本。兩者缺一，將導致安裝失敗或安裝后不能正常使用（閃退或建立工程失敗）。在安裝Opencv 開源庫時，需要對應Windows 版本和Visual Studio 版 本，如Opencv3 不支持Win2 位。可以在Opencv 文件下的build/下觀察是否有x86 和x64 文件。存在x86 代表支持Win32 位系統，存在x64 代表支持Win64 位系統，反之。在x86 或者x64下可以觀察Opencv 支持的Visual Studio 版本，對應關系為vc8=Visual Studio 2005，vc9=Visual Studio 2008，vc10=Visual Studio 2010，vc11=Visual Studio 2012，vc12=Visual Studio 2013。

配置Windows 系統環境變量。系統變量Path：添加D：...opencvuildx86vc12in；用 戶 變 量：新建opencv 變量，添加D：...opencv build；用戶變量Path：添加D：...opencvuildx86vc12in。具體路徑由安裝Opencv 地址決定。說明：不管系統是32 位還是64位，路徑目錄均選擇X86，因為編譯都是使用32 位編譯；如果選用X64，則程序運行時候會出錯。

3.3 測試環境取樣

由于本文研究的交通標志站牌對象統一安裝于空曠、無遮掩的道路右側邊緣上，行車位置為當前行道的正中位置。在這樣的實驗條件下，那么當前對交通標志圖像的檢測與識別的最大影響因素便是光照強度的變化，因此本文便以不同天氣、光照強度來獲取圖像樣本集。在晴天、陰天、夜晚三種情況下，固定攝像頭位置（攝像頭頂部離地1.5 米的距離）通過攝像頭PointGrey 采集每一組數據。又由于考慮到測試成本的問題，最后本文定制了直行和停車標志這兩種標志作為測試對象（定制實物見圖10 直行和停車標志實物定制圖），以此構建出校園無人駕駛公交專用交通標志測試樣本，測試樣本圖片集見圖11 晴天測試樣本、圖12 陰天測試樣本、圖13 晚間測試樣本。

圖10 直行和停車標志實物定制圖

圖11 晴天測試樣本

圖12 陰天測試樣本圖

圖13 晚間測試樣本

4 小結

本設計對校園無人駕駛實驗車進行了初步的改造方案設計，其中包括駕駛系統：驅動系統和轉向系統的設計，控制系統的安裝：攝像頭傳感器和控制器PolySync 的安裝。最后，完成對無人駕駛實驗車的初步改造和搭建。為交通標志測試圖像的采集和調試提供實車條件、為后面的工作打好一定的基礎。