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华中农业大学园区无人车自动驾驶方案

引言

随着自动驾驶和智能网联技术的发展愈发强劲，中国汽车市场迎来变革与融合的新时代，

越来越多的智能化技术应用到汽车系统中。智能车在智能交通系统中成为许多高新技术的载

体，对于人们生产、生活相关的道路交通安全、汽车自主创新、煤炭工业瓦斯检测、物流运

输、环境保护和军事应用等各个方面都具有重要意义。在无人驾驶智能车的关键技术中，无

人驾驶技术是关键的技术之一，自动导航定位技术是无人驾驶的核心基础，是区分智能车和

非智能车最重要的标准。

1.无人车自动驾驶原理

无人车自动驾驶，是一种运输动力的无人地面载具。我们理想的无人车驾驶

是无需人类操作即能从地点A行驶到地点B，不管途中环境多复杂天气多恶劣都

由机器自己完成，利用车载传感器来感知车辆周围环境，并根据感知所获得的道

路、车辆位置和障碍物信息，控制车辆的转向和速度，从而使车辆能够安全、可

靠地在道路上行驶。

实现自动驾驶有四大关键技术：定位导航技术、环境感知技术、路径规划技

术、决策控制技术，而无人车高精度位置和姿态感知是实现智能驾驶自动化的关

键技术支撑，因此定位导航技术是核心技术之一，基于GNSS卫星载波相位差分

技术是目前在高精度定位方面最先进的技术，而且经过十几年的广泛应用，成熟

度也非常高。GNSS定位定向技术的几个显著特点是：

1.定位精度高。采用不同的定位产品和工作模式，可以分别得到米级（单点

定位）、亚米级（伪距差分）和厘米级（载波相位差分(RTK)）定位精度；

2.全天候工作。不受光线影响，不受恶劣天气影响，满足对复杂工作环境的

需求;

3.测速精度可达0.03m/s；测向精度可达0.2°（@1米基线）

图1.1园区无人车工作场景

2.需求概述

通过高精度北斗/GNSS定位技术，在保证安全的前提下使无人车按路径规划

自动行进，实现对园区无人车的智能控制和自主导航。本方案的需求概括如下：

1.对无人车定位精度需求达到厘米级；

2.不仅需要对无人车进行定位也需要具备高精度GNSS定向功能；

3.通过RTK进行差分数据链传输主要考虑两种方式：无线数据传输数据链和

无线网络传输。

3.总体方案

根据园区无人车GNSS导航系统设计合理方案，搭建符合本项目的系统平台。

对GNSS、车载电脑端以及其他设备进行选取和安装，并为整个系统设计合理的

电源部分，制作符合无人车导航系统的电子地图，研究车载GNSS数据采集解析、

分析经纬度坐标与当地水平坐标的转换，并根据数据采集时车辆速度的快慢给出

两种曲线拟合方法。筛选出电子地图中更有价值的转向点，将导航分为直线导航

和转向导航两种模式。无人车行驶时，车载电脑接收GNSS数据，提取经纬度、

航向角信息，结合电子地图，确定车辆当前位置。直线导航模式依据上述信息计

算车辆相对理想轨迹的偏离角β和偏离距S；转向导航模式则计算车辆理想转向

角ε以及车辆距转向后轨迹的距离S。依据驾驶员驾驶经验为两种导航模式建立

模糊控制决策，推导出系统的控制输出变量。

除高精度定位技术外，通讯是本方案的另一个关键环节，在无人车远程驾驶

场景中，为了保证数据能够在无人车与服务器之间及时传输，通常在无人车配置

多个通信模组，以通过多个通信模组协同完成数据互传，相关场景中，在无人车

的通信模组拨号成功实现上网后，无人车会固定使用该通信模组与服务器互传数

据。通讯技术目前可选方法多种多样，通讯主要考虑安装便捷性、传输稳定性、

可容纳终端容量、网络安全和安装及维护成本等，综合考虑上述因素，提供了几

种可选方案，具体见下文。

3.1系统工作原理

由GNSS基准站（也称为CORS服务或自建基站）将差分数据通过网络或电台

发送给车载终端，由车载终端中的GNSS接收机进行实时定位解算，并将解算结

果（精确坐标、方向和速度等）发送至控制系统。控制系统接收到上述信息后，

综合分析并作出相应的处理。以下是基于网络差分和数据链差分两种方案，RTK

系统工作原理示意图。

图3.1.1基于移动通信地基增强网的高精度产品应用及原理示意

图3.1.2基于数传数据链的高精度产品应用及原理示意

3.2通讯方案

从目前来看，常用的数据通讯方式有：数传数据链通讯和通过局域网或者

Internet网通讯的两种方式。从实际应用成