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无人车软件体系架构

高嵩;张金炜;戎辉;王文扬;何佳;郭蓬

【摘要】无人车已经成为当前国内外高校和产业界研究的热点.未来的无人车可以

显著提高交通效率,降低交通事故发生率,将是智能交通系统的重要组成部分.无人车

搭载的软件和程序是无人车的灵魂,本文拟对当前无人驾驶汽车的软件结构进行

介绍.

【期刊名称】《汽车电器》

【年(卷),期】2018(000)004

【总页数】2页(P9-10)

【关键词】无人车;感知层;决策层;控制层

【作者】高嵩;张金炜;戎辉;王文扬;何佳;郭蓬

【作者单位】中国汽车技术研究中心有限公司,天津300300;天津大学,天津

300072;河北工业大学,天津300222;中国汽车技术研究中心有限公司,天津

300300;中国汽车技术研究中心有限公司,天津300300;中国汽车技术研究中心有

限公司,天津300300;中国汽车技术研究中心有限公司,天津300300;天津大学,天津

300072

【正文语种】中文

【中图分类】U463.6

互联网的高速发展，带来的不仅仅是经济利益和社会效益，也带动了一系列技术的

迅猛发展，其中，集众多技术于一身的无人驾驶汽车正是其中的典型代表，它被认

为是汽车发展的未来。无人车的开发涉及到环境感知、定位导航、人工智能、数学

计算、路径规划、自动控制等技术，其软件架构可以分为感知层、决策层、控制层

三大部分。

1感知层

感知层通过车载传感器感知周围环境以及车身位置等信息，其中的信息包括车道线

位置、行驶道路范围、行人和车辆等障碍物、道路交通标志以及红绿灯指示情况等。

图1为感知层体系结构。

图1感知层体系结构

1.1常见传感器

1）相机通过机器视觉或立体视觉获取车体周围的二维、三维路况信息。对获取的

视觉信息利用图像处理和模式识别技术提取环境中的车辆、行人、障碍、标识等信

息。

2）激光雷达激光雷达的准确率很高，多线激光雷达在无人车中常被用作主要传感

器使用，它可以绘制高精地图，并依据高精地图对车辆进行定位，还可以用它实现

避障。

3）毫米波雷达毫米波雷达可以探测环境中的障碍物，它在烟雾中的穿透能力优于

其他传感器，可以实现对多目标的探测和跟踪，但是分辨率低，往往不能进行目标

分类和识别。

1.2定位与导航

1）卫星定位无人车须通过定位技术实时感知自身的环境位置，而GPS卫星定位

是最常用的方式。另外，由于GPS卫星信号受行驶环境影响较大（比如信号遮挡

或者天气影响等），GPS配合惯性传感器（IMU）的使用，可以达到更好的定位

效果。

2）惯性导航导航技术是使用惯性导航系统的陀螺仪，使无人车实时感知自身的位

置、速度、加速度、航向角等信息，常作为卫星定位的辅助手段。与卫星定位相比，

惯性导航设备的成本较高。

2决策层

决策层接收感知层传递的周围环境和车身位置等信息，结合既定的车辆行驶任务，

进行局部路径规划和全局路径规划。局部路径规划部分对车辆的局部驾驶行为进行

规划，如换道、超车、等待、泊车等，会生成一条安全无碰撞的路径。全局路径规

划则决定车辆的全局行车路线，规划的路径更加宏观，与车辆的全局行驶任务紧密

关联。

2.1局部路径规划

局部路径规划是一种动态规划也叫做在线规划，它需要传感器实时采集周围环境信

息，再配合环境地图的信息，最后得出车辆在地图中的位置以及周围障碍物的信息，

然后利用算法找到一条无碰撞路径。

局部路径规划的常见算法有：传统方法（比如模拟退火算法、模糊逻辑算法、人工

势场算法等）、智能仿生算法（比如人工神经网络算法、蚁群优化算法、遗传算法、

粒子群算法等）、启发式有哪些信誉好的足球投注网站方法（比如A*、D*方法）等。

2.2全局路径规划

全局路径规划是一种静态规划又叫做离线规划，要求拥有完全的环境信息，再依据

地图给出的信息，计算得到一条从出发位置到目的位置的最优路线。其主要方法如

下。

1）可视图法这种算法的思路很简单，它需要确保无人车、道路上的障碍物以及目

标点之间能够用线连接起来，不和空间中任何障碍物相连，最后在这种可视图中找

到最优路线。

2）自由空间法其思路是面对可视图法的应变性差，需要预先定义它的基本模型，

例如做出广义锥形、凸多边形等形状进行构造自由空间，并且将这样的自由空间表

示成为连通图，最后就可以在连通图中找到最优路径。在开始点和目标点改变时并

不需要重新绘制新图而是只用改变相应点的位置即可。

3）栅格法具体思路是用栅格代表地图，把一个个栅格二值化，把无障